Introdução à Bioquímicabibliotecavirtualitl.com/bitl/bitstream/123456789/206/1/aula1.pdf1...

Dra. Fernanda CanduriDra. Fernanda CanduriLaboratório de Sistemas BioMoleculares.Laboratório de Sistemas BioMoleculares.Departamento de Física. UNESPDepartamento de Física. UNESPSão José do Rio Preto. SP.São José do Rio Preto. SP.

Laboratório de Sistemas BioMoleculares. Departamento de Física. Câmpus Rio Preto.Laboratório de Sistemas BioMoleculares. Departamento de Física. Câmpus Rio Preto.www.biocristalografia.df.ibilce.unesp.brwww.biocristalografia.df.ibilce.unesp.br

Introdução à BioquímicaIntrodução à Bioquímica

ÁguaÁgua

A água é fundamental para os seres vivos, A água é fundamental para os seres vivos,

atua como solvente orgânico para reações atua como solvente orgânico para reações

bioquímicas e determina as estruturas das bioquímicas e determina as estruturas das

macromoléculas que realizam estas reações.macromoléculas que realizam estas reações.


Propriedades Propriedades físicasfísicas

Estrutura da águaEstrutura da água

A água como solventeA água como solvente

O efeito hidrofóbicoO efeito hidrofóbico

Osmose e difusãoOsmose e difusão


EstruturaEstrutura


As moléculas de água formam ligações de As moléculas de água formam ligações de hidrogênio – é uma molécula polarhidrogênio – é uma molécula polar

1 molécula de água possui dois átomos de 1 molécula de água possui dois átomos de hidrogênio que podem ser doadores e dois hidrogênio que podem ser doadores e dois pares de elétrons que podem atuar como pares de elétrons que podem atuar como aceptoresaceptores

Pode participar de, no máximo, 4 ligações Pode participar de, no máximo, 4 ligações de hidrogênio com outras moléculas de de hidrogênio com outras moléculas de água.água.


O gelo é um cristal de moléculas de água O gelo é um cristal de moléculas de água ligadas por ligações de hidrogênioligadas por ligações de hidrogênio

A estrutura da água líquida é irregular

Interações fracas em moléculas biológicasInterações fracas em moléculas biológicas

As estruturas das moléculas são determinadas As estruturas das moléculas são determinadas pela influência coletiva de muitas interações pela influência coletiva de muitas interações fracas.fracas.

São as interações iônicas, as forças de van der São as interações iônicas, as forças de van der

Waals e as ligações de hidrogênio. Waals e as ligações de hidrogênio.

1ª - Associação de grupos iônicos de cargas opostas1ª - Associação de grupos iônicos de cargas opostas

2ª - Associações não-covalentes entre moléculas neutras 2ª - Associações não-covalentes entre moléculas neutras

(surgem de interações eletrostáticas entre dipolos)(surgem de interações eletrostáticas entre dipolos)


A água como solventeA água como solvente

““É considerada o solvente universal”É considerada o solvente universal”

Seu caráter polar a torna um ótimo solvente Seu caráter polar a torna um ótimo solvente

para substâncias polares e iônicas para substâncias polares e iônicas

(hidrofílicas)(hidrofílicas)

Substâncias apolares são insolúveis em Substâncias apolares são insolúveis em

água (hidrofóbicas)água (hidrofóbicas)


Por que os sais são dissolvidos em água?Por que os sais são dissolvidos em água?

Os solventes polares enfraquecem as Os solventes polares enfraquecem as forças de atração entre íons de cargas forças de atração entre íons de cargas opostas, podendo manter os íons opostas, podendo manter os íons separados.separados.


A solubilidade de substâncias polares e A solubilidade de substâncias polares e iônicas são aumentadas quando elas iônicas são aumentadas quando elas possuem grupos funcionais.possuem grupos funcionais.

Ex.: grupo hidroxila, carbonila, carboxila, amino.Ex.: grupo hidroxila, carbonila, carboxila, amino.

Estes grupos podem formar ligações de hidrogênio Estes grupos podem formar ligações de hidrogênio com a água com a água


Ligações de hidrogênio são estruturas linearesLigações de hidrogênio são estruturas lineares


O Efeito hidrofóbicoO Efeito hidrofóbico

Quando uma solução apolar é adicionada a Quando uma solução apolar é adicionada a uma solução aquosa, ela não se dissolve, uma solução aquosa, ela não se dissolve, sendo excluída pela águasendo excluída pela água

A tendência da água minimizar seu contato A tendência da água minimizar seu contato com moléculas hidrofóbicas é denominado com moléculas hidrofóbicas é denominado efeito hidrofóbico.efeito hidrofóbico.


As moléculas anfifílicas formas micelas As moléculas anfifílicas formas micelas e bicamadase bicamadas


OsmoseOsmose

A osmose é o movimento de solvente de A osmose é o movimento de solvente de uma região de alta concentração (água uma região de alta concentração (água pura) para uma região relativamente baixapura) para uma região relativamente baixa

Pressão osmótica: pressão que deve ser Pressão osmótica: pressão que deve ser aplicada para evitar o fluxo de água ao seu aplicada para evitar o fluxo de água ao seu interior – proporcional a concentração do interior – proporcional a concentração do soluto.soluto.


DifusãoDifusão

A difusão de solutos é a base para a A difusão de solutos é a base para a técnica de diálise.técnica de diálise.

Neste processo, solutos menores que o Neste processo, solutos menores que o

tamanho do poro da membrana de diálise tamanho do poro da membrana de diálise

passam livremente entre a amostra e a passam livremente entre a amostra e a

solução, até que o equilíbrio seja solução, até que o equilíbrio seja

alcançado.alcançado.


Propriedades Químicas da ÁguaPropriedades Químicas da Água

Determinam o comportamento de outras Determinam o comportamento de outras moléculas em solução.moléculas em solução.

• Ionização da águaIonização da água

• Química ácido-baseQuímica ácido-base

• TampõesTampões


Ionização da águaIonização da água

HH22O O ↔ ↔ HH++ + OH + OH--

As mobilidades iônicas do HAs mobilidades iônicas do H++ e OH e OH-- são muito são muito maiores que as de outros íons.maiores que as de outros íons.

A doação de prótons também é responsável pela A doação de prótons também é responsável pela observação que reações ácido-base estão entre observação que reações ácido-base estão entre

as reações mais rápidas que ocorrem em solução as reações mais rápidas que ocorrem em solução aquosa.aquosa.


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 H2O 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 KO valor de Kww (constante de ionização da (constante de ionização da

água é 10água é 10-14 -14 MM22 (25°C)) (25°C))

Sendo assim, a água pura deve conter quantidades Sendo assim, a água pura deve conter quantidades equimolares de equimolares de [H[H++] e [OH] 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,Então,

Soluções com [HSoluções com [H++] ] == 10 10-7 -7 M são ditas neutrasM são ditas neutras

Soluções com [HSoluções com [H++] ] >> 10 10-7 -7 M são ditas ácidasM são ditas ácidas

Soluções com [HSoluções com [H++] ] << 10 10-7 -7 M são ditas básicasM são ditas básicas


Valores de [HValores de [H++] para a maioria das soluções são ] para a maioria das soluções são pequenos e portanto, inadequados para fins de pequenos e portanto, inadequados para fins de comparação.comparação.

Uma quantidade mais adequada é conhecida como Uma quantidade mais adequada é conhecida como pH (1909):pH (1909):

pH = -log [HpH = -log [H++]] ou, ou,

pOH = -log [OHpOH = -log [OH--]]

Qto maior for o pH, menor será a [HQto maior for o pH, menor será a [H ++]]

Qto menor for o pH, maior será a [HQto menor for o pH, maior será a [H ++] ]


Química ácido-baseQuímica ácido-base

Moléculas biológicas possuem muitos grupos Moléculas biológicas possuem muitos grupos funcionais que agem como ácidos ou funcionais que agem como ácidos ou bases.bases.

Ex.: grupos carbonila e aminoEx.: grupos carbonila e amino

Essas moléculas influenciam o pH do meio Essas moléculas influenciam o pH do meio aquoso externo e suas estruturas e aquoso externo e suas estruturas e reatividades são influenciadas pelo pH do reatividades são influenciadas pelo pH do ambiente.ambiente.Laboratório de Sistemas BioMoleculares. Departamento de Física. Câmpus Rio Preto.Laboratório de Sistemas BioMoleculares. Departamento de Física. Câmpus Rio Preto.

www.biocristalografia.df.ibilce.unesp.brwww.biocristalografia.df.ibilce.unesp.br

Um ácido pode doar um próton e uma base pode Um ácido pode doar um próton e uma base pode aceitar um prótonaceitar um próton

A reação ácido-base:A reação ácido-base:

HA + HA + HH22O O ↔↔ HH33OO++ + A + A--

É frequentemente abreviada comoÉ frequentemente abreviada como

HA HA ↔ ↔ HH++ + A + A--

em solução aquosaem solução aquosaLaboratório de Sistemas BioMoleculares. Departamento de Física. Câmpus Rio Preto.Laboratório de Sistemas BioMoleculares. Departamento de Física. Câmpus Rio Preto.www.biocristalografia.df.ibilce.unesp.brwww.biocristalografia.df.ibilce.unesp.br

A força de um ácido é especificada por sua A força de um ácido é especificada por sua

constante de dissociaçãoconstante de dissociação

A constante de equilíbrio é expressa como uma A constante de equilíbrio é expressa como uma constante de dissociaçãoconstante de dissociação

HA + HA + HH22O O ↔↔ HH33OO++ + A + A--

K = [HK = [H33OO++] [A] [A--] / [HA] [H] / [HA] [H22O]O]

o termo [Ho termo [H22O] é usualmente combinado com a O] é usualmente combinado com a constante de dissociação, que toma a formaconstante de dissociação, que toma a forma

HA HA ↔ ↔ HH++ + A + A--

KKaa = K [H = K [H22O] = [O] = [HH++] [A] [A--] / [HA]] / [HA]

Transformando,Transformando,pK = -log KpK = -log K

Ácidos fracos e ácidos fortesÁcidos fracos e ácidos fortes O pH de uma solução é determinado pelas concentrações O pH de uma solução é determinado pelas concentrações

relativas de ácidos e basesrelativas de ácidos e bases

KKaa = [ = [HH++] [A] [A--] / [HA]] / [HA]

[[HH++] = K [HA] / [A] = K [HA] / [A--] ]

Tirando o log negativo de cada termo,Tirando o log negativo de cada termo,

pH = -log K + log pH = -log K + log [A[A--] / [HA]] / [HA]

Substituindo –log K por pK,Substituindo –log K por pK,

pH = pK + log pH = pK + log [A[A--] / [HA] ] / [HA] Eq. Henderson/HasselbalchEq. Henderson/Hasselbalch


TampõesTampões

O pH no ponto médio de cada titulação é O pH no ponto médio de cada titulação é numericamente equivalente ao pK do seu ácido numericamente equivalente ao pK do seu ácido correspondente ([HA] = [Acorrespondente ([HA] = [A --])])

A inclinação é muito menor perto de seu ponto A inclinação é muito menor perto de seu ponto médio – quando [HA] = [Amédio – quando [HA] = [A --], o pH da solução é ], o pH da solução é relativamente insensível à adição de base ou relativamente insensível à adição de base ou ácido forte.ácido forte.

Capacidade tamponanteCapacidade tamponante: habilidade de resistir a : habilidade de resistir a mudanças no pH conforme adição de ácido ou mudanças no pH conforme adição de ácido ou base.base.


Ácidos polipróticos:Ácidos polipróticos: substâncias que passam substâncias que passam por mais de uma ionizaçãopor mais de uma ionização

Ex.: HEx.: H33POPO44 e H e H22COCO33


Fluidos biológicos são altamente tamponados Fluidos biológicos são altamente tamponados – íons fosfato e carbonato.– íons fosfato e carbonato.

Moléculas biológicas possuem múltiplos Moléculas biológicas possuem múltiplos grupos ácido-base que são componentes grupos ácido-base que são componentes

efetivos de tampão na faixa de pH efetivos de tampão na faixa de pH fisiológico.fisiológico.



http://www.biocristalografia.df.ibilce.unesp.br/cursos/index.php

Voet, D., Voet, J., Pratt, C. W. Fundamentos de bioquímica. Artmed editora. Porto Alegre (2002)

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