Os Diagramas de Fase

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Acadêmicos: Fabiane Camargo, Gabriella Bendo, João Vitor Butzge, Leandra Karpinski e Victória Argente.

Físico-Química II

Estudo Dirigido II – “Diagramas de Fase”

1. A termodinâmica do ácido nucleico é o estudo de como a temperatura afeta a estrutura do DNA. A temperatura de fusão (Tm) é definida como a temperatura à qual a metade das fitas de DNA está no estado cadeia simples. Tm depende do comprimento da molécula de DNA e da sequência de nucleotídeos. O DNA, quando num estado onde as duas cadeias são dissociadas é referido como tendo sido desnaturado pela alta temperatura. A figura abaixo mostra uma curva de fusão típica, a qual pode ser realizada medindo a absorvância UV à medida que a temperatura aumenta. Interprete o gráfico, explicando a relação entre a composição básica do DNA e a estabilidade das regiões de cadeia dupla em cada etapa da desnaturação.

O ácido desoxirribonucleico, DNA, é uma molécula formada por nucleotídeos que apresentam um grupo fosfato, um açúcar e uma base nitrogenada. Tais bases são classificadas em dois grupos, timina e citosina são pirimidinas e adenina e guanina são purinas. A estruturação do DNA em dupla hélice trás maior estabilidade para molécula, pois as pontes de hidrogênio entre as bases a mantem assim.

As fitas que formam a dupla hélice do DNA podem ser reversivelmente separadas por temperaturas elevadas. As pontes de hidrogênio entre as bases são rompidas mudando a estrutura para duas fitas de DNA separadas, pois as ligações covalentes não são desfeitas, tal processo é denominado desnaturação;(existe também o processo contrário, a renaturação, no qual a temperatura volta ao normal e a dupla hélice é estabilizada novamente). Com isso, os agentes desnaturantes têm maior facilidade em romper as duas pontes de hidrogênio que ligam as bases adenina e timina, do que as três pontes de hidrogênio que ligam as bases citosina e guanina.

Visto que a estabilidade da dupla hélice resulta em parte do grande número de pontes de hidrogênio entre os pares de bases, quanto mais alto o valor da temperatura de fusão (melting) ou desnaturação - ou seja, a temperatura na qual 50% da dupla fita do DNA encontra-se desnaturada; mais alta é a estabilidade da molécula. Conclui-se, portanto, que a desnaturação da Poli (AT) ocorre mais rapidamente, indicando menor estabilidade, do que Poli (GC) que apresenta maior estabilidade.

2. An, Zhao, Jiang e Shen investigaram a curva de coexistência líquido-líquido de N, Ndimetilacetamida e heptano (X. An, et al., J. Chem. Thermodynamics 28, 1221 (1996)). As frações molares de N, N-dimetilacetamida nas fases superior (x1) e inferior (x2) de uma região de duas fases são apresentadas abaixo como função da temperatura:

(A) Plotar o diagrama de fase.

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(B) Indique as proporções e composições das duas fases que se formam desde a mistura de 0,750 mol de N, N-dimetilacetamida com 0,250 mols de heptano a 296,0 K. A que temperatura a mistura deve ser aquecida para formar uma mistura monofásica?

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Construindo-se uma linha de amarração (vermelha) no diagrama de fases na temperatura de 296,0K e uma isopleta (azul) que passa pelo ponto x = 0,750, tem-se então à esquerda, a fase rica em heptano e à direita, a rica em acetamida. Para T = 296,0K, as frações molares já estão determinadas, sendo então 0,168 para x1 e 0,804 para x2. Desta forma, usa-se então a regra da alavanca para calcular as proporções.