Introdução à Bioquímica Água Dra. Fernanda Canduri Laboratório de Sistemas BioMoleculares. Departamento de Física. UNESP São José do Rio Preto. SP.
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.
Propriedades físicas Estrutura da água A A água como solvente O O efeito hidrofóbico Osmose e difusão
Estrutura
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.
O gelo é um cristal de moléculas de água ligadas por ligações de hidrogênio A estrutura da água líquida é irregular
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)
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)
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.
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
Ligações de hidrogênio são estruturas lineares
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.
As moléculas anfifílicas formas micelas e bicamadas
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.
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.
Propriedades Químicas da Água Determinam o comportamento de outras moléculas em solução. Ionização da água Química ácido-base Tampões
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.
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 - ]
O valor de K w (constante de ionização da água é 10-14 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.
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
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 + ]
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.
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
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
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
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.
Ácidos polipróticos: substâncias que passam por mais de uma ionização Ex.: H 3 PO 4 e H 2 CO 3
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.
http:///cursos/index.php Voet, D., Voet, J., Pratt, C. W. Fundamentos de bioquímica. Artmed editora. Porto Alegre (2002)