2. Aula Bioquimica da Água [Modo de Compatibilidade]

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27/08/2012
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CENTRO UNIVERSITÁRIO DE VÁRZEA GRANDE
GPA DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS E BIOLÓGICAS
BIOQUÍMICA BÁSICA
VÁRZEA GRANDE - MT
Prof. Msc. Reginaldo Vicente Ribeiro
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BIOQUÍMICA DA ÁGUABIOQUÍMICA DA ÁGUABIOQUÍMICA DA ÁGUABIOQUÍMICA DA ÁGUA
A água é fundamental para os seres vivos, atua como
principal componente inorgânico para reações
bioquímicas e determina as estruturas das
macromoléculas que realizam estas reações.
�Permeia todas as porções de todas as células;
�Controle térmico, transporte de nutrientes e sede de
reações metabólicas;
�Todos os aspectos de estrutura celular e suas funções
são adaptadas às propriedades físico-químicas da
água;
�Propriedades comuns: cor, odor, sabor, estado físico;
�Eliminação: Pele, pulmões, rins, intestino e
estômatos;
� A quantidade de água de um organismo varia em 
função de três fatores básicos: atividade de tecido ou 
órgão, idade do organismo e espécie estudada. 
Órgão Porcentagem de água
Encéfalo de embrião 92,0%
Músculos 83,0%
Pulmões 70,0%
Rins 60,8%
Ossos 48,2%
Dentina 12,0%
Água e idade
• O total de água do organismo de um homem adulto 
saudável de 70 kg é de 60% a 75%
• A porcentagem de água total do organismo varia em 
função da idade
ÁGUA TOTAL DO 
ORGANISMO DE 
FÁCIL ACESSO
60%
ÁGUA POUCO 
ACESSÍVEL: OSSO 
(7,5%), TENDÃO, 
LIGAMENTO E 
CARTILAGEM 
(7,5%), DENTINA, 
ESMALTE E 
CIMENTO (2,5%)
ÁGUA DO 
LÍQUIDO 
INTRACELULAR 
(LIC) 40%
MEMBRANA
PLASMÁTICAÁGUA DO 
LÍQUIDO 
EXTRACELULAR 
(LEC) 20%
ÁGUA 
INTERSTICIAL 
15%
ÁGUA 
VASCULAR 5%
ENDOTÉLIO
CAPILAR
FONTE: Farmacologia 
Integrada, 2004
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� A molécula da água consiste de dois átomos de 
hidrogênio covalentemente ligados a um atômo de 
oxigênio (H2O); 
� A força de atração eletrônica do Oxigênio origina 
uma distribuição desigual de cargas elétricas;
� As extremidades da molécula de que contém 
hidrogênio tem carga parcial positiva (δ+);
� A extremidade da molécula que contem oxigênio 
tem carga parcial negativa (δ-). 
� São ligações formadas através da atração eletrostática
entre o oxigênio de uma molécula de H2O e o
hidrogênio de outra molécula de H2O.
� Cada molécula de água estabelece 3 ou 4 ligações de
hidrogênio com as moléculas vizinhas.
• Apesar da baixa energia de dissociação das 
pontes de hidrogênio, as mesmas apresentam 
grande importância biológica. 
� O gelo é um cristal de
moléculas de água ligadas
por ligações de hidrogênio;
� As pontes de hidrogênio são
mais fracas que ligações
covalentes;
� A fluidez da água se deve a
meia-vida curta das
ligações:10-9 s.
� IMPORTÂNCIA:
�Aumento do ponto de ebulição;
�Comportamento azeotrópico;
�Aumento das constantes dielétricas;
�Solubilidade;
� Podem ser formadas entre um átomo 
eletronegativo (O, N) e um átomo 
de hidrogênio ligado a um outro 
átomo eletronegativo;
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� Pontes de hidrogênio estão presentes em quase
todas as moléculas de importância biológica:
�Água (meio biológico universal);
�Estrutura das proteínas;
�Definição do código genético;
�Celulose (tecido de sustentação e membrana vegetal);
�Definição de estruturas cristalinas.
� É a massa do soluto que pode ser dissolvida numa
certa quantidade de solvente numa dada
temperatura;
� A água é considerada o “solvente universal”;
� Seu caráter polar a torna um ótimo solvente para
substâncias polares e iônicas (hidrofílicas);
� Substâncias apolares são insolúveis em água
(hidrofóbicas).
� Por que os sais são dissolvidos em água?
�Os solventes polares enfraquecem as forças de 
atração entre íons de cargas opostas, podendo 
manter os íons separados.
� A solubilidade de substâncias polares e iônicas são
aumentadas quando elas possuem grupos
funcionais;
�Ex.: grupo hidroxila, carbonila, carboxila, amino;
�Estes grupos podem formar ligações de 
hidrogênio com a água.
� O Efeito hidrofóbico:
�Quando uma solução apolar é adicionada a uma 
solução aquosa, ela não se dissolve, sendo excluída 
pela água;
�A tendência da água minimizar seu contato com 
moléculas hidrofóbicas é denominado efeito 
hidrofóbico.
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� As moléculas anfifílicas (fosfolipídeos, proteínas,
ácidos nucléicos) formam micelas e bicamadas:
� Relação com solutos
�Alteração das propriedades do solvente;
�Solutos tendem a romper a estrutura normal da 
água (pontes de hidrogênio) � menor interação.
� Obs.: Peixes que habitam águas com temperaturas 
abaixo do ponto de fusão � Concentração de 
solutos presentes no sangue diminui a 
temperatura de fusão da água � Impede o 
congelamento
� Osmose é o processo espontâneo no qual as
moléculas de solventes atravessam uma membrana
semipermeável de uma solução de menor
concentração de soluto para uma solução de maior
concentração.
� Estado Físico:
� Quanto maior for o peso molecular de um composto, 
maior é a probabilidade de ser um sólido ou um 
líquido a uma temperatura de 20 ºC.
� Metano (MM=16), o etano (MM=30) e o propano 
(MM=44), a amônia (MM=17), e o dióxido de carbono 
(MM=44) são todos gases a 20 ºC. 
� A água (MM=18) a 20 ºC é um líquido.
Explicação - Pontes de hidrogênio inibem sua separação 
e “fuga” na forma de vapor.
� Densidade:
� A água líquida é a única substância comum que se 
expande quando congela;
� No gelo, cada molécula de água está rodeada por 
outras quatro, formando uma rede cristalina com 
grandes espaços hexagonais. 
� Calor Específico (4.184 J):
�É a quantidade de energia necessária para aumentar em 1ºC, 
uma unidade de massa duma substância;
�Valor mais alto de todas as substâncias conhecidas (exceção 
da amônia líquida);
�Este valor tão elevado é devido ao arranjo molecular da 
água, que permite que os átomos de hidrogênio e oxigênio 
vibrem livremente, quase como se fossem íons livres;
�Podem absorver grandes quantidades de energia sem que 
haja grandes aumentos de temperatura.
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� A água e seus produtos de ionização (íons H+ e OH-),
influenciam profundamente as propriedades de
componentes importantes das células (enzimas,
proteínas, lipídios e os ácidos nucléicos);
� A doação de prótons é responsável pela observação
que reações ácido-base estão entre as reações mais
rápidas que ocorrem em solução aquosa.
� Auto-Ionização da água: 
� É uma reação química onde moléculas de água 
reagem para produzir pequenas proporções de íon 
hidrônio (H3O+) e íon hidróxido (OH-):
2 H2O ���� H3O+ + OH-
hidrônio hidróxido
� Soluções com pH = 7,0 são ditas neutras
� Soluções com pH > 7,0 são ditas básicas
� Soluções com pH < 7,0 são ditas ácidas
� [H+] e [OH-] estão reciprocamente relacionadas;
� Portanto, quando uma soluções tem pH < 7,0 a 
[H+] é maior que a [OH-] e vice-versa.
Alterações no pH
Aumento da [H+]
7,4
Acidose
Alcalose
Queda do pH
Acúmulo de ácidos
Acúmulo de basesPerda de ácidos
Perda de bases
Diminuição da [H+]
Escala de pH
Aumento do pH
� Ácido: gosto azedo e causa mudança de cor em 
pigmentos.
� Bases: gosto amargo e sensação escorregadia.
� Segundo Arrhenius: ácidos aumentam a [H+]
e bases aumentam a [OH-] em uma solução
aquosa.
Ácidos = substâncias
que produzem íons
H3O+ (H+), quando
dissolvidos em água
Bases = substâncias
que produzem íons
OH-, ao serem
dissolvidos em água
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HCl + H2O → H3O+ + Cl–
Conceito de Brönsted e Lowry: 
É um doador de prótons, uma substância que pode 
transferir um próton para outra. 
Ex.: HCl, HNO3, H2SO4, HC2H3O, H2CO4
Classificação:
Ácido forte: Alta dissociação das moléculas do 
ácido, reagindo prontamente com a água. Ex.: HCl;
Ácido fraco: Baixa dissociação de moléculas do 
ácido, reagindo
pouco com a água. Ex.: HC2H3O.
NH3 + H2O ↔↔↔↔ NH4+ + OH-
Conceito de Brönsted e Lowry:
É um receptor de prótons. Um ácido pode
transferir um próton para uma base.
Ex.: NaOH, KOH, Mg (OH)2, Al (OH)3.
� Substâncias que em solução aquosa resistem a variações
do pH quando pequenas quantidades de ácidos e bases
são adicionadas;
� A soluções TAMPÂO é constituída por uma mistura de
UM ÁCIDO FRACO E SUA BASE CONJUGADA;
� O fosfato e as proteínas são os principais tampões do
fluido intracelular, em consequência da presença de
grupos dissociáveis contidos em resíduos de
aminoácidos ácidos (glutâmico e aspártico) e básicos
(lisina e histidina).
O pH extracelular:
� Ácido carbónico/
bicarbonato
� Hemoglobina
O pH intracelular:
�Proteínas
�Ácidos resultantes do 
metabolismo
�Íons fosfato
Principais sistemas tampões biológicos
Principais sistemas tampões biológicos
� Sistema bicarbonato / ácido carbônico:
� É o mais importante para evitar variações de pH produzidas
por ácidos não-voláteis.
� Principal tampão do espaço extracelular.
� Composto por ác. carbônico (H2CO3) e bicarbonato (HCO3 )
e está presente no nosso plasma.
� O ácido carbônico é formado a partir de CO2 e H2O e está
em equilíbrio com o reservatório de CO2 localizado nos
pulmões.
CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3
-
� Sistema bicarbonato / ácido carbônico:
� Quando H+ é adicionado no sangue � [ ] de H2CO3↑, [ ]
CO2 no sangue ↑, pressão deles nos espaços aéreos ↑ e o
CO2 é expirado. Quando OH- é adicionado ocorrem eventos
opostos
� A finalidade do tampão é manter o pH do sangue
praticamente constante.
� Os componentes � são produzidos metabolicamente em
grande quantidade = corpo não depende da ingestão de
compostos ou de sínteses complexas para a manutenção
desse sistema-tampão.
Principais sistemas tampões 
biológicos
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•Se, no organismo, for 
removida uma grande 
quantidade de H+, através da 
adição de uma base forte:
As moléculas de H2CO3 irão 
formar HCO3
- e H+
Aumenta o pH
• Quando no organismo 
aumenta, por exemplo:
�CO2
�Ácido láctico
�Ácidos graxos
�Corpos cetônicos
O H+ liga-se ao HCO3
- e forma 
H2CO3 e somente uma 
pequena porção 
permanece sob a forma de 
H+ livre.
Diminui pH
Principais sistemas tampões biológicos
� Sistema proteína:
� As proteínas intracelulares e plasmáticas podem
funcionar como moléculas -tampões;
� A existência de grupos funcionais, como os grupos
carboxílicos e amínicos, nos aminoácidos que
constituem as proteínas são responsáveis pela sua
capacidade-tampão;
� Os grupos funcionais podem funcionar como ácidos ou
bases fracas, o que permite o controle da concentração
de H+ ;
Principais sistemas tampões biológicos
� Sistema hemoglobina:
� Realiza o transporte de gases respiratórios e tem um efeito
tampão;
� Evita que a concentração de íons H+ varie de forma brusca,
provocando variações de acidez com consequências danosas
para o organismo;
� O efeito tampão que assegura faz com que o pH do sangue
venoso seja ligeiramente mais baixo do que o do sangue
arterial;
Principais sistemas tampões biológicos
� Sistema hemoglobina:
� 1ª etapa (plasma): produção de CO2 do metabolismo
podendo causar uma acidose intensa� hemoglobina evita
essa acidose � seqüestra um próton do meio e ↓ formação
de H2CO3. Assim, há liberação de oxigênio.
� 2ª etapa (pulmão): a saída de grande quantidade de CO2 pela
respiração poderia causar uma grande alcalose (perda de
acidez)� hemoglobina evita � quando libera CO2, capta o
O2 e libera o próton (nível plasmático)
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Principais sistemas tampões 
biológicos
� Sistema fosfato:
� É formado por dois sais: fosfato de sódio monobásico 
(NaH2PO4) e fosfato de sódio dibásico (Na2HPO4). 
� Atua principalmente a nível celular e apresenta grande 
importância no sistema renal
� Moléculas que contém fosfatos na sua estrutura (DNA, 
RNA e o ATP) e os íons fosfatos � podem funcionar como 
tampões
Principais sistemas tampões biológicos
� Sistema fosfato:
� Em situação 
fisiológica, refere-se 
especificamente ao 
equilíbrio
H2PO4- HPO42- + H+
Os sistemas biológicos são sempre 
tamponados
Regulação da concentração de H+
nos sistemas biológicos
Tipo de regulação Função Tempo
1. Tampões químicos
(Proteínas, HCO3-, HPO42-)
Combinam-se com o H+
(Pr (proteína) + H+ ⇔⇔⇔⇔ PrH)
milisegundos
2. Respiração Eliminação de CO2 nos pulmões
(H+ + HCO3- ⇔⇔⇔⇔ H2CO3 ⇔⇔⇔⇔ CO2 + H2O)
minutos
3. Regulação renal Secreção de H+
Reabsorção de HCO3- e HPO42-
horas
Condição Causas possíveis 
acidose 
respiratória 
apnéia ou capacidade pulmonar prejudicada, com acúmulo de CO2 nos 
pulmões. 
acidose 
metabólica 
ingestão de ácido, produção de cetoácidos no diabetes descompensado 
ou disfunção renal. 
(Em todas elas, há um acúmulo de H+ não decorrente de um excesso de 
CO2.) 
Condição Causas possíveis 
alcalose 
respiratória 
hiperventilação, produzindo diminuição do CO2 no sangue. 
alcalose 
metabólica 
ingestão de álcali (base), vômitos prolongados (perda de HCl) ou 
desidratação extrema levando a retenção de bicarbonato pelos rins. 
(O aspecto comum é a perda de H+ não decorrente de uma baixa do CO2 
sangüíneo) 
 
Não se pode ensinar tudo a alguém, pode-se 
apenas ajudá-lo a encontrar por si mesmo.
Galilleu Galilei