Bioquímica

Importância da água:

• Meio para reações metabólicas.
• Capacidade de absorver grandes quantidades de calor.
• Solvente para muitos materiais e compostos.
• Meio de transporte de substâncias: sangue, liquor, limfa, urina.
• Atua como reagente para muitas reações bioquímicas.

As limitações da agua como solvente têm implicações importantes para a estrutura e para as funções de moléculas biológicas.

As atrações eletrostáticas entre dipolos de uma molécula de água são cruciais para as propriedades da água e para sua função como solvente bioquímico. Moléculas de água vizinhas tendem a orientar-se, de modo que a ligação O—H de uma molécula aponta pra um par de elétrons de outra molécula de água. A associação intermolecular direcional resultante é conhecida como ponte de hidrogênio. Uma única molécula de agua contem duas moléculas de hidrogênio que podem ser doados e dois paras de elétrons não compartilhados que podem atuar como aceptores; logo cada molécula pode participar de no máximo quatro pontes de hidrogênio com outras moléculas de água.

Por exemplo, o gelo é um cristal de moléculas ligadas por pontes de hidrogênio, portanto a água liquida consiste de uma rede instável e tridimensional de moléculas de H2O ligadas por pontes de hidrogênio.

Pontes de hidrogênio acontecem entre moléculas de água, entre água e compostos orgânicos, entre cadeias polipeptídicas e entre bases purinas e pirimidinas.

As pontes de hidrogênio são comuns nos sistemas biológicos e se formam entre átomos eletronegativos e um átomo de hidrogênio covalentemente ligado a outro átomo eletronegativo.

Uma ponte de hidrogênio não é covalente, possui atração eletrostática. São grupos doadores de hidrogênio: OH, NH, SH. São grupos aceptores de hidrogênio: átomos eletronegativos (O,N, S).Pontes de hidrogênio possui energia de ligação de 10-40KJ/mol.

São interações fracas: Pontes de hidrogênio, interações iônicas, força de Van der Waals e interação hidrofóbica.  

Ligações do tipo dipolo-dipolo acontecem com moléculas polares, à água é um exemplo desse tipo de ligação.

A força de Van der Waals ou dipolo induzido, devido sua força de interação ser mais fraca a maioria das suas moléculas se encontram na forma gasosa, porem muitas das ligações podem estar na forma liquida, devido aumento de temperatura ou pressão exercida sobre as moléculas.

Em um dado instante, moléculas apolares possuem um pequeno momento dipolar aleatoriamente orientado em consequência da rápida flutuação do movimento de seus elétrons. Esse momento dipolar transiente polariza os elétrons em um grupo vizinho, de modo que os grupos são atraídos uns pelos outros. Essa força, denominadas forças de dispersão de London, são bastante fracas, decaindo tão rapidamente com a distancia que são significativas apenas para grupo muito próximos. Elas são, entretanto, muito importantes na determinação de estrutura de moléculas biológicas, cujo interior contém muitos grupos bastante próximos.

O caráter polar da água a torna um solvente excelente para matérias polares iônicos, que são chamados de hidrofílicos; por outro lado, substancias apolares são praticamente insolúveis em água que são chamados de hidrofóbicos.

Entalpia: energia armazenada no sistema, energia própria.

Se a entalpia inicial é maior que a final possui delta H negativo, HF0)[pic 1]

Se a entalpia inicial é menor que a final possui delta H positivo, HF>Hi (    H<0)[pic 2]

Entropia: uma grandeza que mede a desordem do sistema, quanto maior for à desordem de um sistema maior é a entropia.

Ex: água

Gelo             Líquido               Gasoso[pic 3][pic 4][pic 5]

Aumento da entropia (desordem) do sistema, há variação de energia livre negativa onde ha variação da entalpia, onde se torna negativa; e variação na entropia, onde se torna positiva. Diminuição da ordem e aumento da desordem, e diminuição de energia final.

Moléculas anfipáticas ou anfifílicas são moléculas que apresentam a característica de possuírem uma região hidrofílica, e uma região hidrofóbica. Em que uma parte interage em meio aquoso enquanto a outra “se esconde”, formando assim folhas de bicamada ou vesículas, onde as moléculas polares se encontram na parte em contato com meio aquoso. O palmitato e o aleato são compostos anfipáticos, cada um possui um grupo carboxilato polar e uma longa cadeia de hidrocarboneto apolar.

O efeito hidrofóbico é particularmente importante na formação das membranas celulares. A melhor descrição desse efeito é dizer que a água "comprime" as moléculas apolares mantendo-as juntas.

Osmose é o movimento de solvente de uma região de alta concentração para uma região de uma concentração relativamente baixa. A pressão osmótica de uma solução é a pressão que é aplicada para evitar o fluxo de água ao seu interior; essa pressão é proporcional à concentração de soluto.

A água é uma molécula neutra com uma leve tendência a ionizar-se. Normalmente, expressamos essa ionização como: H2O                      H+ + OH-[pic 6]

 A água em determinadas ocasiões age como ácido, quando o meio está básico doando prótons (H+); e em outras se comporta como base, quando o meio está ácido recebendo prótons.

Um ácido é uma substância que pode doar prótons, e uma base é uma substância que pode aceitar um próton.

Reações ácido-base:

HA + H2O                H3O+ + A-[pic 7]

H2O               H+ + HO-[pic 8]

Alguns exemplos de ácidos fracos: CH3, H3PO4, H2CO3, NH4. O ácido fraco se dissocia, mas a dissociação é lenta e incompleta em meio aquoso.

Alguns exemplos de ácidos fortes: HCL, H2SO4.  Ácido forte tem dissociação rápida em meio aquoso.

Alguns exemplos de bases fortes: NaOH, KOH.

Exemplo de base fraca: NH3.

Ácidos, bases e tampões

São grupos funcionais de biomoléculas podem apresentar características ácidas ou básicas.

São exemplos de tampões: tampão bicarbonato (H2CO3), e tampão fosfato (H2PO3-).

O tampão bicarbonato tem o pKa= 6,38, o tampão bicarbonato corresponde a 62% do tamponamento químico do plasma.

Em caso de aumento de ion OH-

OH- + H2CO3= H2O+HCO3-