Aula 1 - Unesp

Introdução à Bioquímica
Água
Dra. Fernanda Canduri
Laboratório de Sistemas BioMoleculares.
Departamento de Física. UNESP
São José do Rio Preto. SP.
Laboratório de Sistemas BioMoleculares. Departamento de Física. Câmpus Rio Preto.
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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.
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Propriedades físicas
Estrutura da água
A água como solvente
O efeito hidrofóbico
Osmose e difusão
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Estrutura
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As moléculas de água formam ligações de
hidrogênio – é uma molécula polar
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.
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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)
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A água como solvente
“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)
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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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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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Ligações de hidrogênio são estruturas lineares
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O Efeito hidrofóbico
Quando uma solução apolar é adicionada a
uma solução aquosa, ela não se dissolve,
sendo excluída pela água
A tendência da água minimizar seu contato
com moléculas hidrofóbicas é denominado
efeito hidrofóbico.
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As moléculas anfifílicas formas micelas
e bicamadas
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Osmose
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.
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Difusão
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.
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Propriedades Químicas da Água
Determinam o comportamento de outras
moléculas em solução.
• Ionização da água
• Química ácido-base
• Tampões
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Ionização da água
H2O ↔ H+ + OHAs 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.
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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-] / [H2O]
Desde que a concentração da H 2O não
dissociada é muito maior que as concentrações
dos íons que a compõem, ela pode ser
considerada constante e incorporada a K,
ficando
Kw = [H+] [OH-]
O valor de Kw (constante de ionização da
água é 10-14 M2 (25°C))
Sendo assim, a água pura deve conter quantidades
equimolares de [H+] e [OH-]
[H+] = [OH-] = (Kw)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
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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 +]
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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.
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Um ácido pode doar um próton e uma base pode
aceitar um próton
A reação ácido-base:
HA + H2O ↔ H3O+ + AÉ frequentemente abreviada como
HA ↔ H+ + Aem solução aquosa
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 A força de um ácido é especificada por sua
constante de dissociação
A constante de equilíbrio é expressa como uma
constante de dissociação
HA + H2O ↔ H3O+ + AK = [H3O+] [A-] / [HA] [H2O]
o termo [H 2O] é usualmente combinado com a
constante de dissociação, que toma a forma
HA ↔ H+ + AKa = K [H2O] = [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
Ka = [H+] [A-] / [HA]
[H+] = K [HA] / [A-]
Tirando o log negativo de cada termo,
pH = -log K + log [A-] / [HA]
Substituindo –log K por pK,
pH = pK + log [A-] / [HA]
Eq. Henderson/Hasselbalch
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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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Ácidos polipróticos: substâncias que passam
por mais de uma ionização
Ex.: H3PO4 e H2CO3
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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.
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Voet, D., Voet, J., Pratt, C. W. Fundamentos de bioquímica.
Artmed editora. Porto Alegre (2002)
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