Biofísica da Água

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BIOFÍSICA DA ÁGUA 
 Água (“Hidróxido de hidrogênio" ou "monóxido de 
hidrogênio" ou ainda "protoxido de hidrogênio") é uma 
substância líquida, incolor a olho nu, inodora e 
insípida, essencial a todas as formas de vida, composta 
por hidrogênio e oxigênio; 
 Ela é o solvente fundamental dos sistemas biológicos; 
 Sem água não há seres vivos; 
 Pode ser encontrada nas três fases, sólida (gelo), liquida 
e gasosa (vapor), que variam de acordo com a 
temperatura, pressão, oferta ambiental e a própria 
presença dos seres humanos; 
 Ela compreende 75% de um jovem adulto; 
 É a molécula, mas abundante nos sistemas biológicos; 
 
MICROESTRUTURA DA ÁGUA 
 A molécula de água é assimétrica (105º) e tem caráter 
polar, ou seja, ocorre a presença de polos sendo um 
lado positivo e o outro negativo; 
 Ela é um hibrido sp³ de caráter misto, 60% covalente e 
40% iônico; 
 Tem a forma de um tetraédrico quase perfeito; 
 Possibilita a realização de pontes de hidrogênio (2 
pontes por molécula); 
 
PROPRIEDADES MACROSCÓPICAS DA 
ÁGUA 
 Por conta de suas propriedades macroscópicas ela 
favorece os sistemas biológicos de diversas maneiras: 
DENSIDADE 
 É a relação entre a massa de uma substância e o volume 
que ela ocupa (d= m/V) e a unidade no SI é Kg/m3. 
 
A água é mais densa que 
o gelo, por isso que o gelo 
flutua nela. 
 
 
 
 Nesse exemplo podemos observar a densidade da água, 
gelo e água do mar: 
 Água: 1kg/m3 
 Gelo: 0,9 kg/m3 
 Água do mar: 1,025 kg/m3 
 No inverno apenas uma camada superficial dos 
oceanos e lagos se solidifica, se o gelo fosse mais 
pesado, o fundo dos oceanos e lagos seria sólido e a 
ecologia seria diferente; 
CALOR ESPECÍFICO 
 É a quantidade de energia fornecida para uma 
substância para elevar a sua temperatura; 
 Possui um calor específico muito alto; 
 Ela age como moderador térmico: evitando a mudança 
brusca de temperatura nos sistemas biológicos. 
 È necessário adicionar 1Kcal (4,2 KJ) para elevar 1,0 ºC 
a temperatura de 1000g de um litro de água; 
 Para esfriar a água é necessário retirar calor; 
 O elevado calor especifico da água confere a ela a 
característica de um “tampão térmico”; 
 Inversamente para esfriara a água é necessário muito 
mais calor; 
 No caso dos glucídios e lipídios é necessário 0,3 kcal 
(1,3 KJ) 
 
CALOR DE VAPORIZAÇÃO 
 É a quantidade de energia necessária para vaporizar 
uma molécula de uma substância, sendo assim, é 
quantidade de calor necessária para evaporar 1 mol de 
água a 100 ºC; 
 Alto calor de vaporização; 
 Necessita de 10,3Kcal para passar isotermicamente de 
líquido a vapor a 37oC; 
 Vantagens: 
 Para desidratar um sistema biológico, é necessário 
gastar mais energia; 
 Uso da água para controlar temperatura corporal: 
animais homeotérmicos (sudorese ou respiração); 
 Perspiratio insensibilis → perda pela respiração; 
 Animais que não transpiram (cães) dissipam calor 
pela respiração ofegante; 
TENSÃO SUPERFICIAL 
 É um efeito que ocorre na camada superficial de um 
liquido que leva a sua superfície a se comportar como 
uma membrana elástica, ou seja, a força de atração na 
superfície da água (forma uma película na superfície ou 
uma fina camada que a envolve), por isso alguns 
insetos conseguem pausar sobre ela e também 
conseguem formar bolinhas na superfície de plantas 
etc; 
 Possui uma alta tensão superficial; 
 Dificulta trocas gasosas nos alvéolos pulmonares → 
surfactantes; 
 Gênese da membrana. 
VISCOSIDADE 
 Deveria ter alta viscosidade por causa das pontes de H, 
mas a sua viscosidade é muito baixa (4 X 10-3 passa 
20oC) → Flutuação das pontes de hidrogênio em 10-
11s. 
 A alta viscosidade seria muito prejudicial a trocas 
hídricas e a circulação sanguínea. 
PROPRIEDADES MICROSCÓPICAS DA 
ÁGUA 
 É o solvente universal, sendo capaz de realizar a 
solução de substâncias iônicas, covalente e anfipáticas; 
 SUBSTÂNCIA IÔNICA 
 São polares, a água tem alta constante dialética, 
significa que a força de atração de um ânion por rum 
cátion é diminuída de 80 vezes na água, permitindo que 
cada partícula fique envolvida pela água fique em 
solução; 
 Na dissolução de pequenos cátions e ânions água se 
orienta através de atração eletrostática de cargas. 
 Importante no transporte transmembrana de íons; 
 As macromoléculas (poli-íons) → atraem várias 
moléculas de água; 
 Albumina fixa cerca de 18 moléculas de água em sua 
estrutura → pressão osmótica 
SUBSTÂNCIA COVALENTE 
 Se dissolvem na água através da formação de pontes H 
com as moléculas de água. 
 Quando as pontes H formada s não perturbam a 
estrutura da água, a substância é solúvel. 
 Se a estrutura é perturbada, a substância é insolúvel. 
 Algumas substâncias covalentes como a ureia, chegam 
a ser tão solúveis em água, que se pode obter soluções 
muito concentradas; 
SUBSTÂNCIAS ANFIPÁTICAS 
 As moléculas dessas substancias em meio aquoso se 
orientam com a parte covalente para dentro e a parte 
polar para fora, ficando envolvidas por moléculas de 
água. 
 Exemplo clássico de álcoois anfipáticos: metanol, 
etanol, propanol, butanol, pentanol, cuja cadeia alifática 
(apolar) aumenta nessa ordem; 
 Formação de soluções e suspensões; 
FORMAÇÃO DE CLATRATOS, PAREDES E 
TÚNEIS 
 A associação de 20 moléculas de água através de pontes 
H pode formar uma estrutura com cavidade interna 
que pode aprisionar pequenas moléculas, íons e até a 
própria água (conhecido em clarato ou gaiola). Através 
das pontes H a água pode formar fina s paredes e 
tuneis, isolando dentro dessas estruturas outras 
moléculas. 
MOBILIDADE DO ÍON DE H3+0 
 O hidrônio 9H3+O), tem alta mobilidade, devido às 
pontes de H; 
 Á transferência de energia da ligação -H+ se faz através 
das pontes de H, resultando em deslocamento mais 
rápido do que a movimentação em bloco de H+3O; 
ÁGUA E ENTROPIA 
 A água pura organizada através de ponte H tem 
entropia diminuída. 
 Essa entropia pode ser ainda mais minimizada pela 
presença de substâncias que aumentam a organização 
da água. 
 Como os íons e proteínas. Porem existe íons e 
substancias que por exceção aumentam a entro pia da 
água. 
SOLUÇÕES 
 Solução é uma mistura unifásica de mais de um 
componente; 
 Formada pela união do soluto (é a substância que está 
sendo dissolvida) e do solvente (é a substância que 
efetua a dissolução, normalmente se encontra em maior 
quantidade); 
 A solubilidade do soluto (muito desses solutos são 
biomoléculas) no solvente tem um limite o qual 
depende da temperatura. Essas informações serão 
dadas pelo coeficiente de solubilidade; 
 O modo mais usual é usar a relação soluto/solução, e a 
unidade chama-se concentração (C): 
 C = Quantidade de soluto/ Quantidade de solvente 
 Diluir é diminuir a concentração de soluto, concentrar é 
aumentar a concentração de soluto; 
 Solução insaturada: é aquela que a quantidade de 
soluto é menor que o limite estabelecido pelo 
coeficiente de solubilidade naquela temperatura; 
solubilidade → limita a concentração; 
 Solução saturada: é aquela que se dissolveu exatamente 
o limite de solubilidade naquela temperatura; 
Solubilidade → limita a concentração; 
 Solução saturada com corpo de fundo: é aquela em que 
a quantidade de soluto ultrapassa o limite naquela 
temperatura, formando o corpo de fundo. 
CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES 
 Entre os diversos modos de expressar concentrações de 
soluções, três são mais usados: 
 Percentual: é o método mais antigo, e corresponde a 
grama de soluto por 100 ml de solução. É abreviado 
g% ou %; 
 Molar: é a relação moléculas de soluto /moléculas 
de solução é constante. O volume do solvente vai 
diminuindo à medida que o tamanho do soluto 
aumenta, o que permite conservar sempre constante 
o número de partículas de soluto no volume total. 
 Molal: é a relação moléculas de soluto /moléculas 
de solvente constante. O volume do solvente é 
sempre o mesmo, de modo que o volume dosoluto 
não influencia o volume total, o que permite 
conservar a relação soluto/solvente. 
CONCENTRAÇÃO E DILUIÇÃO 
 Diluir é diminuir a concentração de soluto de uma 
solução; 
 Concentrar é aumentar a concentração de soluto de 
uma solução; 
CONCENTRAÇÃO DE MOLECULAS 
 Moléculas ao se dissolverem são separadas em 
partículas constituintes, pela ação do 
 solvente → solvólise 
 Solvente for água → hidrólise 
 Geralmente as partículas separadas possuem carga 
elétrica NaCl, KCl, NaHCO3, etc. 
 Nem todas as moléculas sofrem hidrólise (glicose, 
ureia, colesterol, aminoácido) 
 A concentração do plasma sanguíneo é em torno de 
300 mosmol.