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


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;


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


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.



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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2. Idade do organismo;

Geralmente, a taxa de água decresce com o aumento da idade.



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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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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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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5. Nível nutricional;

O nível nutricional influência a deposição de gordura na carcaça. Exemplo suplementação com cromo



Cloreto Levedura Caseína Comercial


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


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.


Água - Origem no organismo

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Endógena (síntese protéica)



http://pt.wikipedia.org/wiki/Imagem:Enlace_glucos%C3%ADdico.png

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Endógena (ligação entre carboidratos)






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Endógena (ligação entre carboidratos)






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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.


Água - estrutura




Água - estrutura




Água - estrutura

H H

HH

O

O




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.




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.




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.


Água - propriedades da água





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




Água - estrutura


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




Água - estrutura


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.




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


http://www.johnkyrk.com/cellmembrane.port.html


pH

http://www.ufrgs.br/leo/site_pH/ph.htm


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.


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.


pH Revisão logaritmo


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

http://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido

http://pt.wikipedia.org/w/index.php?title=Neutralidade&action=edit

http://pt.wikipedia.org/wiki/Alcalinidade

http://pt.wikipedia.org/wiki/S%C3%B8ren_Peder_Lauritz_S%C3%B8rensen

http://pt.wikipedia.org/wiki/S%C3%B8ren_Peder_Lauritz_S%C3%B8rensen

http://pt.wikipedia.org/wiki/1909

http://pt.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADngua_alem%C3%A3

http://pt.wikipedia.org/wiki/Hidrog%C3%AAnio


pH

Definição: pHÁcido é toda sustância que doa prótons (H+)Base é toda substância que recebe prótons (H+)


pH

Definição: pH A água tem comportamento anfiprótico, ou seja, tanto caráter ácido quanto básico.

Reação simplificada da auto-ionização:


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


pH

Definição: escala de pH

http://elementosqf.files.wordpress.com/2007/11/elementos-ph-table2.jpg


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


pH

Tabela com variações de alguns indicadores


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)


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.


Tampões


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


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.


Base é qualquer substância capaz de se associar a

H+

Tampões

Conceito


A- é a base conjugada

Recebe o nome de base conjugada por que está

associada a um ácido fraco

Base conjugada


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


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


Tampões


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).

bioquímica aula 2 - água, ph e tampões

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