Água

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Introdução à
bioquímica: Água
A água cobre cerca de 70% da superfície terrestre
Proporção de água em relação ao planeta Terra
Origem da água na terra
Cometas?
Água congelada na
Lua
Normalmente a água compõe uma alta proporção na massa
dos seres vivos
Água-viva
Tardígrado
Resistem a 
desidrataçào por mais
de 120 anos
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Componentes moleculares de da bactéria (Escherichia coli)
394806Benzeno
24761-65Clorofórmio
52356-95Acetona
85478-117Etanol
110065-98Metanol
22601000Água
Calor de 
Vaporização(J/g)#
Ponto
ebulição(oC)
Ponto
fusão(oC)
Molécula
# calorias necessárias para converter 1 g de um líquido no seu ponto de 
ebulição (pressão de 1 atm) ao seu estado gasoso na mesma 
temperatura.
Propriedades da água e outros solventes
• Qual é a razão para isso? A resposta 
reside na forte atração entre moléculas de 
água adjacentes (alta atração 
intermolecular).
•Na estrutura da água, vemos um tetrahedro com um átomo de 
hidrogênio em cada um de duas quinas e os pares de elétrons 
desemparelhados nas outras duas
• O ângulo da ligação H-O-H é de 104,5o. Como o átomo de 
oxigênio é muito mais eletronegativo que o de hidrogênio, existe 
o aparecimento de cargas parcias (δ), negativa no oxigênio e 
positiva nos hidrogênio. Isso causa a formação de pontes de 
hidrogênio entre moléculas de água
Pontes (ligações) de Hidrogênio
• Em uma Ponte de Hidrogênio 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.
Pontes de Hidrogênio
Ligações covalentes polares
• O hidrogênio contendo carga parcial 
positiva (δ+) pode interagir com outro 
átomo que possua carga parcial 
negativa (δ-) formando a ponte de 
hidrogênio.
• δ- δ+ δ-
• —O—H|||||||||||||||||||||||||—N—
• doador de H ponte de H aceptor de H
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Tipos comuns de pontes de 
hidrogênios 
Aceptores de hidrogênio geralmente é o oxigênio ou o nitrogênio 
Aceptor de 
hidrogênio
Doador de 
hidrogênio
• Importante: As pontes de hidrogênio possuem energia 
muito menor que as ligações covalentes ( 20 KJ/mol 
contra 460 kJ/mol para a ligação O-H). As pontes de 
hidrogênio são extremamente direcionais. As pontes 
mais fortes são aquelas em que o doador , o hidrogênio 
e o aceptor são co-lineares.
O H O
O H
O
Ponte de H 
forte
Ponte de H 
fraca
• A temperatura ambiente, cada molécula de 
água forma uma média de 3,4 pontes de 
hidrogênio com moléculas de água vizinhas
• A meia vida de cada ponte de H e de cerca de 
10 –9 s. 
• No gelo, contudo, cada molécula de água é
fixa e forma pontes de hidrogênio com 4 outras 
moléculas de água. O grande número de pontes 
de Hidrogênio é responsável pelas propriedades 
peculiares da água.
Pontes de 
hidrogênio no gelo
A água interage eletrostaticamente com 
solutos carregados
• A água é um solvente polar. Ela 
dissolve compostos que são carregados 
ou polares.O motivo é que a água 
enfraquece grandemente as forças 
eletrostáticas e pontes de hidrogênio entre 
moléculas polares, competindo com sua 
atração. 
• Compostos que dissolvem-se em água são 
chamados hidrofílicos. Compostos que são 
insolúveis em água são chamados 
hidrofóbicos.
• Muitas das biomoléculas são hidrofílicas. Dentre 
as moléculas hidrofílicas existem algumas que 
dissociam-se formando cátions e ânions. Estas 
são conhecidas como eletrólitos. Certas 
classes de moléculas como os açúcares e os 
álcoois são dissolvidos bem pela água apesar 
de não sofrerem dissociação e são classificados 
como não-eletrólitos.
Cera (apolar)
Glicose (polar)
Aminoácido (polar)
• Existem outros 
compostos que contém 
regiões que são 
polares e regiões 
apolares. Estes são 
chamados anfipáticos
ou anfifílicos.
• Quando compostos 
anfipáticos são 
colocados em água, 
suas duas regiões 
sofrem tendências 
conflitantes. A parte 
polar interage 
favoravelmente com a 
água e tende a 
dissolver-se enquanto 
a parte apolar tem a 
tendência contrária. 
As regiões apolares das moléculas agrupam-se de modo a 
apresentarem a menor região hidrofóbica possível e as 
partes polares são dispostas de modo a maximizar suas 
interações com a água. Essa estrutura formada é chamada 
de micela. As forças que mantém as regiões apolares das 
moléculas juntas são chamadas de interações 
hidrofóbicas.
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Membrana plasmMembrana plasmáática e tica e ááguagua
ComposiComposiçção:ão:
LipLipíídeos anfipdeos anfipááticas: fosfolipticas: fosfolipíídios, glicolipdios, glicolipíídios e esterdios e esteróóidesides
ProteProteíínasnas
CarboidratosCarboidratos
Gases apolares são pouco 
solúveis em água.
• Gases biologicamente importantes como o 
CO2 e o O2 são apolares. Como eles são 
transportados no ambiente aquoso?
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• Alguns organismos possuem proteínas 
transportadoras de O2 (hemoglobina, 
mioglobina), CO2 forma ácido carbônico 
(H2CO3) em solução aquosa e é
transportado desse modo
Solutos alteram as propriedades da água
• Há propriedades da água, denominadas 
propriedades coligativas que são modificadas pelos 
solutos dissolvidos:
• 1- diminuição do ponto de congelamento
• 2- aumento do ponto de ebulição
• 3- diminuição da pressão de vapor
• 4- aumento da pressão osmótica
•
• Os solutos permitem que um peixe de água doce 
permaneça ativo na água à temperaturas abaixo de 0 oC 
já que a concentração de sais no sangue do peixe é
suficiente para baixar seu ponto de congelamento.
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Solutos alteram as propriedades 
coligativas das soluções
H2O
Soluto
Formando cristais de gelo
Àgua pura
Cada molécula é
disponível
- para a pressão da 
vapor (superfície)
- para formação de 
cristais (corpo)
Solução
Concentração da 
água é reduzida
Æ Pressão de 
vapor e formação 
de cristais 
reduzidas
Água 
pura
Soluto não-
permeante 
dissolvido 
na água
Pistão
Membrana 
semipermeável
Osmose e pressão osmótica (π)
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O efeito da osmolaridade extracelular no movimento de 
água através da membrana plasmática
Solutos 
extracelulares Solutos 
intracelulares
Célula em solução isotônica: 
nenhum movimento real de 
água.
Célula em solução hipotônica: a água 
move-se para seu interior, criando 
uma pressão externa; a célula 
distende-se, podendo romper-se.
Célula em solução 
hipertônica: a água move-se 
para fora e célula murcha.
Adequação do ambiente aquoso aos 
organismos vivos.
• Os organismos se adaptaram ao ambiente 
aquoso e exploram as propriedades não 
usuais da água. 
• O alto calor específico da água permite 
que a temperatura dos organismos 
permaneça relativamente constante com 
flutuações de temperatura do ambiente e 
quando calor é gerado no metabolismo.
• O alto calor de vaporização é usado pelo 
organismo usando o excesso de calor para 
evaporar o suor
• A densidade do gelo, menor que a da água líquida, tem 
consequência no ciclo de vida dos seres aquáticos. O lago 
congela de cima para baixo isolando a água do ambiente 
congelante. Se não fosse assim, provavelmente nosso 
planeta estaria em uma permanente idade do gelo.
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Kohlraush mediu em 1894 uma condutividade que resulta da autoionização da 
água: existência de cargas eletrônicas!
IONIZAÇÃO DA ÁGUA
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Mobilidade iônica dos prótons
Mobilidades iônicas na água à 25 ºC
íons Mobilidades x 105cm. V-1.s-1
É à distancia percorrida por um íon durante 1 segundo sob um 
campo elétrico de 1V/cm
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salto de próton 
salto de próton
íon hídrônio cede um próton
Àgua aceita um próton e torna-se íon hídrônio
Î O salto é mais rápido que o 
movimento molecular
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O produto iônico da água
Keq = [H+].[OH-]
[H20]
[H20] =1000/18 = 55,6 mol/L
Keq para a água já foi calculado a 25 ºC = 
1,8 x 10 -16 M
55,6 x 1,8.10-16 = [H+]. [OH-] Æ 1 x 10 -14 = [H+]. [OH-] = Kw 
produto iônico da água
água é neutra: [H+] = [OH-] Æ 1 x 10 -14 = [H+]2 [H+] = 10-7 M
pH = 7 Î pH neutro
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A escala de pH
escala de pH:
- para designar a concentração de H+
- é logarítmica:
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pH de alguns 
fluidos aquosos
pH plasma sanguineo = 7,4
[H+]= 10-7,4 = 4.10-8 M
Patologia que ↓pH como Diabetes 
não tratado até pH de 6,8
H+]= 10-6,8 = 1,6.10-7 M
Î 4 vezes mais de prótonsÎ Morte
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atividade enzimática depende 
fortemente do pH
Pepsina Æ Suco gástrico
Tripsina Æ Intestino delgado
Fosfatase alcalina Æ Tecido ósseo envolvida 
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ÁCIDOS FRACOS EM SOLUÇÃO AQUOSA 
Adição de H+ ou OH- a um tampão resulta a uma pequena variação no pH
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Ka = [H+ ] [A-]
[HA ] 
[H+ ] = Ka [HA ] 
[A-]
- log [H+ ] = - log Ka + log [A-]
[HA ] 
pH = pKa + log [A-]
[HA ] 
Curva de titulação do ácido acético
HA ↔ H+ + A-
CH3COOH ↔ H+ + CH3COO-
As formas iônicas predominante do 
ácido acético nos pontos 
designados
Região tampão de maior 
capacidade tamponante (10 à 90%)
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Comparação das curvas de titulação 
de 3 ácidos fracos 
ácido acético
diidrogênio fosfato
Íon amônio
ÎConstantes 
de dissociação 
diferentes
Î noção de 
tampão 
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Sistema fosfato- importante nos fluidos 
intracelulares
3 prótons dissociáveis
o pK2 é perto do pH fisiológico 
O fosfato é um anion celular 
importante.
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Sistema bicarbonato- importante 
no sangue