Baixe Exercício e revisão de bioquímica e outras Exercícios em PDF para Bioquímica, somente na Docsity! 1 Água, pH e tampões Sébastien Charneau 1 1 Bioquímica “é a ciência que estuda os processos químicos que ocorrem nos organismos vivos” è SOLUÇÃO AQUOSA 2 2 2 Por que estudar a água? • Oceanos cobram 71% da superfície da terra (98% da água no planeta terra). • Constituinte celular mais abundante; • Presente em todas as partes de todas as células; • Suas propriedades afetam a estrutura e a função de todos os outros constituintes; • Meio onde ocorrem reações catalisadas por enzimas, transporte de substancias... 3 3 Componentes moleculares de uma célula de Escherichia coli Água: composto simples mais abundante em todas células e organismos Quase toda a matéria sólida é substância orgânica (proteínas, ácidos nucléicos, polissacarídeos e lipídeos) A água está presente em todas as partes de todas as células e é o meio onde ocorrem as reações catalisadas por enzimas, o transporte de substâncias, etc. è As estruturas das biomoléculas (proteínas, DNA, etc) resultam diretamente de suas interações com o ambiente aquoso. 4 4 5 Eletronegatividade “é uma propriedade periódica que mede a tendência de um átomo, de uma ligação química, em ganhar elétrons” "força" que o átomo tem de capturar elétrons do outro, enquanto o núcleo tenta segurá-lo (vencer o "cabo de guerra") O que acontece quando um átomo chega perto do outro? è Assim um átomo é fortemente eletronegativo quando tem facilidade em "roubar" os elétrons dos outros. 9 9 Eletronegatividade Maior o período Maior a quantidade de camadas na sua eletrosfera à Maior o raio à Menor sua eletronegatividade è Um átomo "fortão" deve ser pequeno e com um núcleo cheio de prótons. Maior o número atômico, maior o número de prótons à Maior a carga nuclear à Maior a eletronegatividade. Camada de elétrons: 2, 8, 18, 32, 32, 18 e 210 10 6 A natureza dipolar da água o átomo de oxigênio é muito mais eletronegativo que o de hidrogênio aparecimento de cargas parciais (δ- e δ+) Isso causa a formação de ligação de hidrogênio entre moléculas de água…11 11 Comparação água e metano (=um tetraedro perfeito) H2O CH4 H2O Comparação CH4 18 Massa Molecular = 16 100 ºC Ponto de ebulição ≠ -162 ºC Liquido Na superfície da terra Estado gasoso 12 12 7 Ligação de Hidrogênio • Fraca: – Energia de dissociação da ligação LH se formam e se quebram a cada 0,1 ps 13 13 è um átomo de hidrogênio é compartilhado por dois outros átomos. Como ocorre? Quando o hidrogênio (que é um átomo pouco eletronegativo) está ligado covalentemente a um átomo muito eletronegativo (como o oxigênio e o nitrogênio) existe o aparecimento de cargas parciais. d- d+ —O—H O hidrogênio contendo carga parcial positiva (d+) pode interagir com outro átomo que possua carga parcial negativa (d-) formando a ligação de hidrogênio. d- d+ d- —O—H||||||||||||||||||||—N— doador ligação de H aceptor de H de H Ligação de Hidrogênio 14 14 10 Entre bases complementares do DNA Entre o grupo hidroxil de um álcool e água Entre o grupo carbonil de uma cetona e água Entre grupos peptídeos em polipeptídeos Algumas ligações de hidrogênio de importância biológica Timina Adenina 19 19 A proximidade das bases possibilita a formação de ligações de hidrogênio. •adenina e timina à 2 LH •citosina e guanina à3 LH As duas cadeias de DNA mantêm-se unidas LH entre os pares de bases O pareamento das bases entre 2 fitas se dá de maneira padronizada, sempre uma purina (A,G) com uma pirimidina (T,C) 20 20 11 Estrutura secundária de proteínas refere-se ao arranjo das ligações de hidrogênio do esqueleto proteico. Isso leva ao dobramento de partes destas cadeias em estruturas regulares, tais como α-hélices e folhas β. α-hélices 21 21 Orientação das ligações de hidrogênio • Capaz de manter 2 moléculas ou grupos unidos em um arranjo específico. • Estrutura tridimensionais precisas. Ligação de hidrogênio fraca Ligação de hidrogênio forte 22 22 12 Água e sua interação com as biomoléculas • Água: Solvente polar è dissolve compostos que são carregados ou polares. è Porque água enfraquece grandemente as forças eletrostáticas e ligações de hidrogênio entre moléculas polares, competindo com sua atração. • Biomoléculas: são em geral compostos carregados ou polares Hidrofílicos Hidrofóbicos Anfipáticos 23 23 Interação com biomoléculas polares è Compostos que se dissolvem em água são chamados hidrofílicos 24 24 15 Interação com biomoléculas anfipáticas 29 29 Moléculas de água altamente organizadas formam “gaiolas” ao redor das cadeias alquílicas hidrofóbicas Aglomerados oscilantes de moléculas de água na fase aquosa Interação com compostos anfipáticos em solução aquosa Grupo “cabeça” hidrofílico de acido graxo de cadeia longa è duas regiões sofrem tendências conflitantes. 30 30 16 Agregação dos ácidos graxos em micelas Micelas: compostos anfipáticos em água Interações de van der Waals è LIGAÇÃO HIDROFÓBICA, forças que mantêm as regiões não polares juntas 31 31 Membrana plasmática e água Composição: Lipídeos anfipáticas: fosfolipídios, glicolipídios e esteróides Proteínas Carboidratos è Compartilhamento celular 32 32 17 Organização geral das células Procariotos Eucariotos è Compartilhamento celular 33 33 Também existe uma organização da água com solutos polares A liberação de água ordenada favorece a formação do complexo enzima-substrato Água ordenada interagindo com substrato e enzima Água desordenada deslocada pela interação entre enzima e substrato Interação enzima- substrato estabilizada pelas LH, interações iônicas e hidrofóbicas34 34 20 salto de próton íon hidrônio cede um próton Àgua aceita um próton e torna-se íon hídrônio è O salto é mais rápido que o movimento molecular O movimento dos íon hídrônio e íon hidroxido no campo elétrico é anormalmente muito rápido: Salto de próton (mobilidade iônica incrivelmente alto) Reações ácido básicas em soluções aquosas são excepcionalmente rápidas 39 39 Mobilidades iônicas na água à 25 ºC íons Mobilidades x 105 cm. V-1.s-1 Mobilidade iônica dos prótons Ionização da água e condutividade elétrica íon hidrônio íon hidróxido É à distancia corrida por um íon durante 1 segundo e no campo elétrico de 1V/cm 40 40 21 Keq = [H+].[OH-] [H20] [H20] =1000/18 = 55,56 mol/L Keq para a água já foi calculado a 25 ºC = 1,8 x 10 -16 M 55,56 x 1,8.10-16 = [H+]. [OH-] à 1 x 10 -14 M2 = [H+]. [OH-] = Kw produto iônico da água (Water) é constante. água é neutra: [H+] = [OH-] à 1 x 10 -14 = [H+]2 à [H+] = 10-7 M pH = 7 è pH neutro Ionização da água é expressa pela constante de equilíbrio C= n/V = m/M /V = 1000/18/1= 55,56 mol.L-1 ou 55,56 M para 1L Àgua 41 41 Assim podemos calcular [H+] se for conhecida a concentração de [OH-] Exercícios: 1- Qual é a [H+] em um a solução de NaOH 0,1 M??? Res. [H+]. [OH-] = Kw à [H+]= 10 -14/0,1 = 10 -14/10 -1 = 10 -13 M 2- Qual é a [OH-] em uma solução com [H+]= 0,00013 mol.L-1 ?? Res. [H+]. [OH-] = Kw à [OH-]= 10 -14/0,00013 = 10 -14/1,3 10-4 = 7,7 10-11 M 42 42 22 escala de pH: - para designar a concentração de H+ - é logarítmica: Escala de pH pH = log 1 = - log [H+] [H+] Soluções básicas ou alcalinas Soluções ácidas pH é o modo abreviado de designar a concentração real de H+ pOH designa a concentração de OH- [H+]= 10-pH 43 43 pH de alguns fluidos aquosos 44 44 25 Pares ácido-base conjugados Baseada na desprotonação pKa = log 1 = - log [Ka] [Ka] à Quanto maior o Ka mais forte é o ácido à Quanto mais forte o ácido menor o pKa 49 49 CH3COOH ↔ H+ + CH3COO- Região tampão de maior capacidade tamponante (10 à 90%) Curva de titulação do ácido acético (fraco) Percentual de titulação Região de tamponamento Kw = [H+] [OH-] = 1 x 10-14 M2 Ka = [H+] [Ac-] = 1,7.105 M [HAc] HAc ↔ H+ + Ac- 50 50 26 ácido acético (o mais forte dos 3) ácido fosfórico Íon amônio èConstantes de dissociação diferentes è noção de tampão Comparação das curvas de titulação de 3 ácidos fracos 51 51 Recapitulando... Característica da molécula de água Propriedades da água q Dipolo • Elevada coesão molecular q Estabelece ligação de hidrogênio • Elevado ponto de fusão • Elevado ponto de ebulição q Ioniza • Elevada condutibilidade térmica • Importante no tamponamento 53 53