Introdução à Bioquímica

Transcrição

1 Introdução à Bioquímica Água Dra. Fernanda Canduri Laboratório de Sistemas BioMoleculares. Departamento de Física. UNESP São José do Rio Preto. SP.

2 A água é fundamental para os seres vivos, atua como solvente orgânico para reações bioquímicas e determina as estruturas das macromoléculas que realizam estas reações.

3 Propriedades físicas Estrutura da água A A água como solvente O O efeito hidrofóbico Osmose e difusão

4 Estrutura

5 As moléculas de água formam ligações de hidrogênio é uma molécula polar 1 1 molécula de água possui dois átomos de hidrogênio que podem ser doadores e dois pares de elétrons que podem atuar como aceptores Pode participar de, no máximo, 4 ligações de hidrogênio com outras moléculas de água.

6 O gelo é um cristal de moléculas de água ligadas por ligações de hidrogênio A estrutura da água líquida é irregular

7 Interações fracas em moléculas biológicas As estruturas das moléculas são determinadas pela influência coletiva de muitas interações fracas. São as interações iônicas, as forças de van der Waals e as ligações de hidrogênio. 1ª - Associação de grupos iônicos de cargas opostas 2ª - Associações não-covalentes entre moléculas neutras (surgem de interações eletrostáticas entre dipolos)

8 A água como solvente É É considerada o solvente universal Seu caráter polar a torna um ótimo solvente para substâncias polares e iônicas (hidrofílicas) Substâncias apolares são insolúveis em água (hidrofóbicas)

9 Por que os sais são dissolvidos em água? Os solventes polares enfraquecem as forças de atração entre íons de cargas opostas, podendo manter os íons separados.

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11 A A solubilidade de substâncias polares e iônicas são aumentadas quando elas possuem grupos funcionais. Ex.: grupo hidroxila, carbonila, carboxila, amino. Estes grupos podem formar ligações de hidrogênio com a água

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13 Ligações de hidrogênio são estruturas lineares

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15 O Efeito hidrofóbico Quando uma solução apolar é adicionada a uma solução aquosa, ela não se dissolve, sendo excluída pela água A A tendência da água minimizar seu contato com moléculas hidrofóbicas é denominado efeito hidrofóbico.

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17 As moléculas anfifílicas formas micelas e bicamadas

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19 Osmose A A osmose é o movimento de solvente de uma região de alta concentração (água pura) para uma região relativamente baixa Pressão osmótica: pressão que deve ser aplicada para evitar o fluxo de água ao seu interior proporcional a concentração do soluto.

20 Difusão A A difusão de solutos é a base para a técnica de diálise. Neste processo, solutos menores que o tamanho do poro da membrana de diálise passam livremente entre a amostra e a solução, até que o equilíbrio seja alcançado.

21 Propriedades Químicas da Água Determinam o comportamento de outras moléculas em solução. Ionização da água Química ácido-base Tampões

22 Ionização da água H 2 O H + + OH - As mobilidades iônicas do H + e OH - são muito maiores que as de outros íons. A doação de prótons também é responsável pela observação que reações ácido-base estão entre as reações mais rápidas que ocorrem em solução aquosa.

23 A ionização da água é descrita por uma expressão de equilíbrio na qual a concentração da substância-mãe é o denominador e as concentrações dos produtos dissociados são o numerador: K = [H + ] [OH - ] / [H 2 O] Desde que a concentração da H 2 O não dissociada é muito maior que as concentrações dos íons que a compõem, ela pode ser considerada constante e incorporada a K, ficando K w = [H + ] [OH - ]

24 O valor de K w (constante de ionização da água é M 2 (25 C)) Sendo assim, a água pura deve conter quantidades equimolares de [H + ] e [OH - ] [H + ] = [OH - ] = (K w ) 1/2 = 10-7 M [H + ] e [OH - ] estão reciprocamente relacionadas. Portanto, quando [H + ] é maior que 10-7 M, [OH - ] necessariamente é menor, e vice-versa.

25 Então, Soluções com [H + ] = 10-7 M são ditas neutras Soluções com [H + ] > 10-7 M são ditas ácidas Soluções com [H + ] < 10-7 M são ditas básicas

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27 Valores de [H + ] para a maioria das soluções são pequenos e portanto, inadequados para fins de comparação. Uma quantidade mais adequada é conhecida como ph (1909): ph = -log [H + ] ou, poh = -log [OH - ] Qto maior for o ph, menor será a [H + ] Qto menor for o ph, maior será a [H + ]

28 Química ácido-base Moléculas biológicas possuem muitos grupos funcionais que agem como ácidos ou bases. Ex.: grupos carbonila e amino Essas moléculas influenciam o ph do meio aquoso externo e suas estruturas e reatividades são influenciadas pelo ph do ambiente.

29 Um ácido pode doar um próton e uma base pode aceitar um próton A reação ácido-base: HA + H 2 O H 3 O + + A - É frequentemente abreviada como HA H + + A - em solução aquosa

30 A força de um ácido é especificada por sua constante de dissociação A constante de equilíbrio é expressa como uma constante de dissociação HA + H 2 O H 3 O + + A - K = [H 3 O + ] [A - ] / [HA] [H 2 O] o termo [H 2 O] é usualmente combinado com a constante de dissociação, que toma a forma HA H + + A - K a = K [H 2 O] = [H[ + ] [A - ] / [HA] Transformando, pk = -log K

31 Ácidos fracos e ácidos fortes O ph de uma solução é determinado pelas concentrações relativas de ácidos e bases K a = [H[ + ] [A - ] / [HA] [H + ] = K [HA] / [A - ] Tirando o log negativo de cada termo, Substituindo log K por pk, ph = -log K + log [A - ] / [HA] ph = pk + log [A - ] / [HA] Eq. Henderson/Hasselbalch

32 Tampões O ph no ponto médio de cada titulação é numericamente equivalente ao pk do seu ácido correspondente ([HA] = [A - ]) A inclinação é muito menor perto de seu ponto médio quando [HA] = [A - ], o ph da solução é relativamente insensível à adição de base ou ácido forte. Capacidade tamponante: : habilidade de resistir a mudanças no ph conforme adição de ácido ou base.

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35 Ácidos polipróticos: substâncias que passam por mais de uma ionização Ex.: H 3 PO 4 e H 2 CO 3

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37 Fluidos biológicos são altamente tamponados íons fosfato e carbonato. Moléculas biológicas possuem múltiplos grupos ácido-base que são componentes efetivos de tampão na faixa de ph fisiológico.

38 Voet, D., Voet, J., Pratt, C. W. Fundamentos de bioquímica. Artmed editora. Porto Alegre (2002)