bioquímica aula 2 - água, ph e tampões
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Bioquímica
ÁguapH
Solução Tampão
Dr. Gabriel Maurício Peruca de Melo
2Dr. Gabriel Maurício Peruca de Melo
ÁGUAA água é indispensável a todos os processos bioquímicos e fisiológicos.
A natureza físico-química da vida na Terra reflete em grande parte as propriedades da água.
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Conceito- é a substância que se encontra em maior quantidade no interior da célula (±70%). É considerada um solvente universal, atuando como dispersante de inúmeros compostos orgânicos e inorgânicos das células.
Pelo fato de ela penetrar em todas as partes de cada célula, a água é o meio onde ocorrem o transporte de nutrientes, as reações do metabolismo catalisadas por enzimas e a transferência da energia química
Com isso, todos os aspectos da estrutura e função celulares estão necessariamente adaptados às propriedades físicas e químicas da água
Dr. Gabriel Maurício Peruca de Melo
Água - importância
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Importância da água:
1- Principal constituinte dos organismos; 2- As reações orgânicas só se podem desenvolver
se as moléculas e os iões estiverem em solução aquosa;
3- Serve de veículo aos principais nutrientes, aos produtos de metabolismo e resíduos de excreção ;
4- Regulação da temperatura corporal:-Calor específico elevado (manter a temp. corpórea constante);-Calor de vaporização elevado;
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Água - importância
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A quantidade de água retida um organismo varia em função dos fatores :
1. Atividade de tecido ou órgão; 2. Idade do organismo;3. Espécie ;4. Sexo;5. Nível nutricional
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Água - no organismo
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1. Atividade de tecido ou órgão;
Normalmente, quanto maior a atividade metabólica de um tecido, maior é a taxa de água que nele se encontra.
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Água - no organismo
A intensidade do sinal da RMN de um determinado tecido está relacionada com a quantidade de água que estes possuem. Quanto maior for o conteúdo em água, mais forte é o sinal da RMN e melhor a imagem resultante. Os tecidos com lesões têm alteração no conteúdo de água, e normalmente têm mais água que um tecido saudável.
Ressonância Magnética Nuclear
Imagens obtidas por RMN
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1. Atividade de tecido ou órgão;
O tipo de tecido é uma variável que também deve ser considerada:
Tecido adiposo 30%Tecido conjuntivo 60%Pele 71%Fígado 73%Músculo 77%Tecido nervoso 84%Fluidos orgânicos 90 a 99,5%.
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Água - no organismo
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2. Idade do organismo;
Geralmente, a taxa de água decresce com o aumento da idade.
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Água - no organismo
O teor de água do corpo subtrai-se por perda de líquido intracelular, o que acarreta a diminuição da relação intracelular para o extracelular. Assim, perdem-se água e potássio devido à diminuição dos números de células no organismo
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2. Idade do organismo;
Outro fato que deve ser considerado é o teor de gordura na carcaça.
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Água - no organismo
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3. Espécie ;
a) No homem, a água representa 65% do peso do corpo;
b) Em certos fungos, 83% do peso é de água;
c) Já nas medusas (águas-vivas) encontramos 98% de água.
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Água - no organismo
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4. Sexo;
Fêmeas apresentam teores superiores de gordura subcutânea e conseqüentemente apresentam menor quantidade de água nos cortes (R. Bras. Zootec., v.33, n.6, p.2387-2393, 2004)
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Água - no organismo
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5. Nível nutricional;
O nível nutricional influência a deposição de gordura na carcaça. Exemplo suplementação com cromo
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Água - no organismo
Cloreto Levedura Caseína Comercial
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Água - adaptação organismo
Os bovinos e suínos têm fraca adaptação a perda de água, os ovinos, camelos e burros tem maior adaptação
No decorrer da fase de desidratação a água que se encontra nos tecido é a primeira a ser eliminada; Mas o conteúdo de água no sangue não muda, permitindo assim uma atividade vascular normal. No homem e outros mamíferos ao contrário, a perda de água começa pelo plasma
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Água - adaptação organismo
As fezes dos ovinos, com formato de síbalas, são normalmente mais secas do que as fezes dos bovinos, a menos que a dieta seja rica em alimentos com altos teores de água. A urina é usualmente mais concentrada do que a dos outros animais, principalmente sob condições de pouca disponibilidade de água. Portanto, os ovinos apresentam uma ótima capacidade de retenção e aproveitamento de água.
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Quanto à origem, a água do organismo pode ser:
Endógena - Aquela proveniente das reações químicas que ocorrem no próprio organismo, com liberação de água.
Exemplo: água liberada durante a síntese de proteínas, polissacarídeos, lipídios e ácidos nucléicos e, ainda, no final da respiração celular.
Exógena - Aquela proveniente da ingestão.
Exemplo: água contida nos alimentos ingeridos.
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Água - Origem no organismo
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Quanto à origem, a água do organismo pode ser:
Endógena (síntese protéica)
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Água - Origem no organismo
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Quanto à origem, a água do organismo pode ser:
Endógena (ligação entre carboidratos)
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Água - Origem no organismo
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Quanto à origem, a água do organismo pode ser:
Endógena (ligação entre carboidratos)
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Água - Origem no organismo
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O átomo de oxigênio partilha dois dos seus seis elétrons de valência com os átomos de hidrogênio para formar as ligações covalentes entre oxigênio e hidrogênio;
O átomo de oxigênio possui 4 de seus elétrons de valência que não participam então em ligações, mas que produzem uma zona de carga negativa que tende a repelir ligeiramente os átomos de hidrogênio;
Por esta razão, a molécula de água não é linear, formando antes um ângulo com aproximadamente 104,5º.
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Água - estrutura
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Água - estrutura
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Água - estrutura
H H
HH
O
O
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Água - estrutura
A nuvem eletrônico da molécula de água é mais densa nas imediações do oxigênio, tendo uma carga elétrica local mais negativa e conferindo uma polaridade elétrica à molécula.
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Água - estrutura
Por causa desta polaridade, um átomo de oxigênio pertencendo a uma determinada molécula de água tende a atrair um átomo de hidrogênio de uma molécula vizinha, estabelecendo uma ligação intermolecular denominada ponte de hidrogênio.
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Água - estrutura
Pontes de hidrogênio entre moléculas de água:
Este tipo de ligação tem uma energia relativamente baixa (23 kJ/mol), a suficiente para estabelecer a ligação mas também ser facilmente quebrada.
A água pode ser então pensada como uma rede de moléculas coesas, mas não estáticas como num sólido; esta coesão confere-lhe uma densidade elevada em comparação com outros líquidos à mesma temperatura e causa a existência de uma elevada tensão superficial.
A existência de pontes de hidrogênio aumenta a temperatura de ebulição e a temperatura de fusão. Importante para manter a termoregulação .
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Água é muito importante sob o ponto de vista biológico, devido às suas propriedades físico-químicas.
Dentre elas, pode-se citar:
> Calor específico: muito alto, Atua no equilíbrio da temperatura dentro da célula, impedindo mudanças bruscas de temperatura, que afetam o metabolismo celular.
◦ Calor específico é uma grandeza física que define a variação térmica de determinada substância ao receber determinada quantidade de calor.
> Poder de dissolução: muito grande. É, por isso, considerada o solvente universal. Essa propriedade é muito importante, pois todas as reações químicas celulares ocorrem em solução. Além disso, a água é importante meio de transporte de substâncias dentro e fora das células.
> Tensão superficial: grande. Moléculas grandes ,com cargas, aderem fortemente às moléculas de água, o que permite a manutenção da estabilidade coloidal.
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Água - propriedades da água
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Água - estrutura
Solubilidade em água
Como a água é um dos constituintes fundamentais da célula, é importante reconhecer que moléculas são solúveis ou não em meio aquoso.
As moléculas podem dividir-se em:
◦ Hidrofílicas, ou solúveis em água, ◦ Hidrofóbicas, ou insolúveis em água.
◦ Em geral, moléculas polares são hidrofílicas e moléculas apolares são hidrofóbicas
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Água - estrutura
Solubilidade em água
As moléculas Hidrofílicas, ou solúveis em água
A maioria dos sais cristalinos, por exemplo, cloreto de sódio, facilmente se dissolve em água mas é praticamente insolúvel em líquidos não-polares como o clorofórmio ou o benzeno.
A água também dissolve muitos compostos orgânicos que possuem grupo carboxila e amino, que tendem a se ionizar pela interação com a água.
Compostos orgânicos neutros com grupos polares funcionais: os alcoóis, os aldeídos e as acetonas.
Esta propriedade é um reflexo do caráter dipolar da molécula de água
SEMELHANTE DISSOLVE SEMELHANTE
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Água - estrutura
Solubilidade em água
As moléculas Hidrofóbicas, ou insolúveis em água
A grande maioria das moléculas orgânicas encontradas em sistemas vivos são hidrofílicas, podendo difundir na célula ou ser transportadas por fluidos dentro de um organismo, associadas ou não a outras moléculas.
A maioria dos metabolitos caem nesta categoria.
Esta característica é fundamental para a manutenção da estrutura de algumas biomoléculas.
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Água - estrutura
As moléculas Hidrofóbicas, ou insolúveis em água
A natureza físico-química da vida na Terra reflete em grande parte as propriedades da água.
http://www.johnkyrk.com/cellmembrane.port.html
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pH
http://www.ufrgs.br/leo/site_pH/ph.htm
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pH
Revisão logaritmo
Os logaritmos, como instrumento de cálculo, surgiram para
realizar simplificações, uma vez que transformam
multiplicações e divisões nas operações mais simples de
soma e subtração.
Napier foi um dos que impulsionaram fortemente seu
desenvolvimento, perto do início do século XVII. Ele é
considerado o inventor dos logaritmos, muito embora outros
matemáticos da época também tenham trabalhado com ele.
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pH
Revisão logaritmo
O método de Napier baseou-se no fato de que associando aos termos
de uma progressão geométricab, b2, b3, b4, b5, … , bn, …
aos termos da progressão aritmética1, 2, 3, 4, 5, ... , n, ...
então ao produto de dois termos da primeira progressão, bm.bp, está
associada a soma m+p dos termos correspondentes na segunda progressão.
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pH Revisão logaritmo
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pH Revisão logaritmo
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pH Revisão logaritmo
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pH Revisão logaritmo
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pH
Definição: pH = potencial hidrogeniônico
O pH ou potencial de hidrogênio iônico, é um índice que indica a acidez, neutralidade ou alcalinidade de um meio.
O conceito foi introduzido por S. P. L. Sørensen em 1909. O "p" deriva do alemão potenz, que significa poder de concentração, e o "H" é para o ião de hidrogénio (H+).
o pH é simplesmente uma forma de exprimir a concentração do ião hidrogênio, as soluções ácidas e básicas a 25º C podem ser identificadas através dos seus valores de pH
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pH
Definição: pHÁcido é toda sustância que doa prótons (H+)Base é toda substância que recebe prótons (H+)
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pH
Definição: pH A água tem comportamento anfiprótico, ou seja, tanto caráter ácido quanto básico.
Reação simplificada da auto-ionização:
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pH
Definição: cálculo do pH
A equação é simplesmente uma definição concebida com o objetivo de simplificar a representação numérica de [H+].
Caso contrária teríamos que trabalhar com valores pequenos e negativos ( por isso se utiliza o sinal negativo na fórmula.
Soluções ácidas: [H+] > 1,0 x 10 -7 M, pH < 7,00Soluções básicas: [H+] < 1,0 x 10 -7 M, pH > 7,00Soluções neutras: [H+] = 1,0 x 10 -7 M, pH = 7,00
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pH
Definição: escala de pH
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pH
Definição: como determinar o pH
Por adição de um indicador de pH na solução em análise. A cor do indicador varia conforme o pH da solução.
Um indicador é uma substância que varia de cor dentro de um pequeno intervalo de pH, devido ao fato de poder existir em duas ou mais formas que têm estruturas distintas e apresentam cores diferentes
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pH
Tabela com variações de alguns indicadores
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pH
Definição: como determinar o pH
Utilizando um peagâmetro
O aparelho consiste de um eletrodo de vidro e uma escala de leitura.
O eletrodo é feito de um vidro muito fino, que estabelece e mede a diferença de potencial entre a solução a ser medida, e a solução interna do eletrodo, que serve de referência.
O potencial elétrico é então convertido para uma escala de valores de pH, que são os valores apresentados na escala de leitura.
Formas de calibração: com um ponto ou com dois pontos (mais correto)
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pH
pH e células cancerígenas
O Dr Otto Warburg, prémio Nobel (1931) descobriu que as células cancerígenas produzem ácido lático e conseqüentemente apresentam pH ácido.
Nano-peagâmetro mede pH no interior de células vivas em tempo real
Cientistas criaram um novo instrumento óptico que poderá permitir, entre outras possibilidades, que biópsias de células cancerígenas sejam feitas sem a necessidade da retirada física do material a ser analisado, retirada esta que hoje exige a execução de um procedimento cirúrgico.
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Tampões
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São soluções que, devido à sua composição, resistem, dentro de certos limites, a variações bruscas no pH pela adição de álcali ou de um ácido.
Tampões
Conceito
Uma soluaçao tampão é constituída por uma mistura entre um ácido fraco e a sua base conjugada
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Ácidos são chamados fracos quando não liberam
todo o seu conteúdo de H+ quando em solução
aquosa
Tampões
Conceito
HA (ácido fraco) ↹ H+ + A-
Existe um equilíbrio entre o ácido (HA) e a sua forma dissociada. No entanto,a maior quantidade é de ácido (HA) não dissociado.
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Base é qualquer substância capaz de se associar a
H+
Tampões
Conceito
HA (ácido fraco) ↹ H+ + A-
A- é a base conjugada
Recebe o nome de base conjugada por que está
associada a um ácido fraco
Base conjugada
52Dr. Gabriel Maurício Peruca de Melo
Se no sistema ocorrer aumeno na concentraçao de H+ por acréscimo de ácido (H+), a reação será deslocada no sentido da formação de HA (ácido fraco) o pH é mantido
Tampões
HA (ácido fraco) ↹ H+ + A-
Fucionamento
Se no sistema ocorrer aumeno na concentraçao de OH- por acréscimo de base (OH-), ocorrerá a formação de água, a reação será deslocada no sentido da formação de H+) o pH é mantido
53Dr. Gabriel Maurício Peruca de Melo
Tampões
HA (ácido fraco) ↹ H+ + A-
Fucionamento
Desta forma a concentração de H+ é mantida constante e o pH no meio não se altera significativamente com acréscimo de ácido ou base no meio.
É por este motivo que ácidos fracos sao tampões ( minimizam variações de pH).
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