ÁguaMolécula mais abundante nos sistemas vivos (70%)Origem da vida e grande parte de sua evoluçãoPropriedades físico-quími...
Interações fracas em sistema aquoso• Interações iônicas (eletrostáticas)• Interações de Van der Waals• Interações hidrofób...
As pontes de hidrogênio conferem à     água propriedades incomuns• Altos ponto de fusão, ebulição e calor de evaporação   ...
Estrutura da molécula de água                                Cargas parciais                                positivas nos ...
Estrutura da molécula de água:                 ponte de hidrogênio                    Símbolo para           Ponte de hidr...
Pontes de hidrogênio na estrutura do gelo                    No gelo, cada molécula faz quatro pontes                    ...
A água forma pontes de hidrogênio com           solutos polaresAceptor de hidrogênioDoador de hidrogênio O aceptor de hid...
Pontes de hidrogênio comuns em                sistemas biológicos                                                         ...
A ponte de hidrogênio tem um caráter              direcional              Orbitais alinhados:                           Or...
Alguns exemplos de moléculas           polares, apolares e anfipáticas (pH:                           7,0)Glicose(açúcar d...
A água interage eletrostáticamente com           solutos carregados                ex.: a dissolução do NaCl              ...
Gases apolares são pouco solúveis em água            Solubilidade de alguns gases na água                  Reações dos gas...
Um ácido graxo no meio aquoso                                                               “Cabeça”      Agregados de    ...
Comportamento de lipídios em meio                  aquoso                                   Agregados de                  ...
Quatro tipos de interações não covalentes(“fracas”) entre biomoléculas em meio aquoso      Ponte de Hidrogênio      Intera...
Ligações fortes e fracasTipo de ligação             EnergiaCovalente (C—C )            350 kJ/molCovalente (C—H )         ...
Algumas pontes de hidrogênio              biologicamente importantes  Entre uma      Entre uma         Entre              ...
Os solutos alteram as propriedades    coligativas da água      Formação                             de gelo               ...
Osmose e Pressão osmótica        Soluto não permeante        dissolvido em água          EmboloÁgua                       ...
Efeito da osmolaridade do meio no movimento da água através da membrana de uma célulaSolutos extracelulares      Solutos i...
A resposta ao toque em plantas é um          evento osmótico       Dionaea muscipula                       Mimosa pudica ...
Resumo-    interações fracas em meio aquoso A grande diferença de eletronegatividade entre H e O torna a água altamente  ...
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  1. 1. ÁguaMolécula mais abundante nos sistemas vivos (70%)Origem da vida e grande parte de sua evoluçãoPropriedades físico-químicas estão relacionadas com aestrutura e a função das estruturas celulares: Forças de atração (pontes de hidrogênio) Leve tendência à auto ionização
  2. 2. Interações fracas em sistema aquoso• Interações iônicas (eletrostáticas)• Interações de Van der Waals• Interações hidrofóbicas – Tendência das moléculas hidrofóbicas a se agruparem quando num ambiente aquoso• Pontes de hidrogênio: – Força coesiva que mantém a água no estado líquido nas CNTPs – Organização da água (gelo) – Soluto para moléculas polares – azeótropos
  3. 3. As pontes de hidrogênio conferem à água propriedades incomuns• Altos ponto de fusão, ebulição e calor de evaporação Ponto de Ponto de Calor de fusão (o C) ebulição (o C) evaporação(J/g)** A energia requerida para converter 1.0 g da substância do estado líquido para oestado gasosos à pressão atmosférica sem aumentar a temperatura. É umamedida direta da energia necessária para superar as forças de atração entre asmoléculas na fase líquida.
  4. 4. Estrutura da molécula de água Cargas parciais positivas nos Hs Carga parcial negativa no O Modelo Modelo de bastão-e-bola preenchimento espacialO oxigênio é mais eletronegativo que o hidrogênio atraindo a nuvem eletrônicamais para si, essa distribuição desigual faz com que a água se comporte como umdipoloOxigênio: parcialmente negativo (δ-)Hidrogênio: parcialmente positivo (δ+)
  5. 5. Estrutura da molécula de água: ponte de hidrogênio Símbolo para Ponte de hidrogênio ponte 0.177 nm carbono sp3 de hidrogênio (tetraedro) Ligação covalente 0.0965 nmA forma da molécula de água é determinada pela geometria dos orbitais externos do átomode oxigênio que (ocupa uma posição central) similar a um carbono sp3Os orbitais não ligados comprimem as ligações O—H fechando ligeiramente o ângulo formadoentre elas 109,5o  104,5o
  6. 6. Pontes de hidrogênio na estrutura do gelo No gelo, cada molécula faz quatro pontes de hidrogênio No estado liquido cada molécula está ligada, em média, a 3,4 outras moléculas de água , ou seja, a água líquida tem um alto grau de organização cuja estrutura se assemelha muito a do gelo. Na fusão do gelo são quebradas somente o mínimo de pontes de hidrogênio para que a água se torne líquida H2O(solida)  H2O(liquida) ∆H 5.9 kJ/mol H2O(liquida)  H2O(gasosa) ∆H 44.0 kJ/mol Já na passagem para o estado gasoso a (quase) totalidade das pontes de hidrogênio são quebradas . azeótropos
  7. 7. A água forma pontes de hidrogênio com solutos polaresAceptor de hidrogênioDoador de hidrogênio O aceptor de hidrogênio é, geralmente, um oxigênio ou nitrogênio O hidrogênio doador está sempre ligado a um Molécula Ponto de átomo eletronegativo (O, N, S) ebulição (oC) A ligação C—H não é suficientemente polar para Butanol 117 formar pontes de hidrogênio Butano -0,5 Alcoóis, aldeídos, cetonas e compostos que contenham o grupamento N—H e tendem a ser solúveis
  8. 8. Pontes de hidrogênio comuns em sistemas biológicos timina adeninaEntre hidroxila de Entre a carbonila deum álcool e a água uma cetona e a água Entre grupamentos peptídicos em polipeptídeos Entre bases complementares do DNA
  9. 9. A ponte de hidrogênio tem um caráter direcional Orbitais alinhados: Orbitais não alinhados: Ligação forte Não tão forte A força de atração entre as cargas elétricas parciais é maior quando os orbitais que a formam estão alinhados Quanto menos alinhados os orbitais estiverem mais fraca será a interação As pontes de hidrogênio são ligações direcionais
  10. 10. Alguns exemplos de moléculas polares, apolares e anfipáticas (pH: 7,0)Glicose(açúcar de Uma cêra6 carbonos) típicaGlicina(aminoácido) Fenilalanina (aminoácido)Aspartato(aminoácido) Fosfatidil colinaLactato (fosfolipídio de membrana)Glicerol Grupamentos Grupamentos polares apolares
  11. 11. A água interage eletrostáticamente com solutos carregados ex.: a dissolução do NaCl Na+ hidratado Cristal de NaCl anidro (solvatado) Cl- hidratado (solvatado) Formação de uma camada de solvatação Lei de Coulomb εH20: 78,5 Q - carga elétrica εbenzeno: 4,6 r – distância Constante dielétrica: capacidade de separar cargas ε – constante dielétrica O oxigênio da água (δ-) interage com Na+ O hidrogênio da água (δ-) interage com o Cl-
  12. 12. Gases apolares são pouco solúveis em água Solubilidade de alguns gases na água Reações dos gases Gas Estrutura Polaridade Solubilidade polares com a água em água (g/L) Nitrogênio Apolar 0.018 (40 °C) CO2 + H2O  H2CO3(aq)  Oxigênio Apolar 0.035 (50 °C)  HCO3-(aq) + H+  Dióxido de Polar 0.97 (45 °C)  CO32-(aq) + H+ carbono NH3 + H2O  NH4+(aq) + OH- Amônia Polar 900 (10 °C) H2S + H2O  HS-(aq) + H+  Sulfeto de Polar 1,860 (40 °C) hidrogênioCapacidade de reagir com a água aumenta em muito a solubilidadeSistemas biológicos utilizam proteínas transportadoras para aumentar a solubilidade dosgases. Ex.: hemoglobina-O2
  13. 13. Um ácido graxo no meio aquoso “Cabeça” Agregados de hidrofílica moléculas de água na “bulk phase” Cauda Hidrofóbica (alquila) Moléculas de água à volta da cauda hidrofóbicaAs moléculas de água em contato com a cauda apolar de (hidrocarboneto) ficam com suacapacidade de formar pontes de H sub-otimizada.Isso leva a um aumento da quantidade de pontes de H água—água na região circundantea cauda apolarOu seja, nessa região a água se torna mais organizada, mais parecida com o gelo.
  14. 14. Comportamento de lipídios em meio aquoso Agregados de Micela moléculas lipídicas (monocamada) Lipídeos dispersos em águaRegiões apolares se agregam enquanto regiões polares interagem com a água do meioAgrupando-se em monocamadas e/ou em micelas as moléculas de ácido graxo minimizam aexposição de sua cauda apolar à água. A otimização nas pontes de hidrogênio água-águaestabiliza os agregados lipídicos formados.Na estrutura da micela apenas as cabeças polares ficam expostas á águam, todas as caudasapolares se escondem no cerne de sua estrutura (interações hidrofóbicas)
  15. 15. Quatro tipos de interações não covalentes(“fracas”) entre biomoléculas em meio aquoso Ponte de Hidrogênio Interações iônicas Atrativa Repulsiva Interações hidrofóbicas Interações de van der Waals Quaisquer átomos em estreita proximidade
  16. 16. Ligações fortes e fracasTipo de ligação EnergiaCovalente (C—C ) 350 kJ/molCovalente (C—H ) 410 kJ/molvan der Waals ~4 kJ/molInterações hidrofóbicas Variam com a polaridade do solvente (kJ/mol)Interações eletrostáticas Variam com a polaridade do solvente (kJ/mol)Pontes de hidrogênio Variam com a polaridade do solvente e com o ângulo entre os orbitais (kJ/mol)
  17. 17. Algumas pontes de hidrogênio biologicamente importantes Entre uma Entre uma Entre Pareamento múltiplo hidroxila e carbonila grupamentos entre bases nitrogenadas a água e a água peptídicosEsses tipos de ligações estãopresentes na superfície das bio- Tem papelmacromoléculas, tem papel muito importanteimportante na solubilização na estrutura 3D das proteínas Determinam a estrutura em hélice do DNA. São a base do armazenamento e da duplicação da informação genética
  18. 18. Os solutos alteram as propriedades coligativas da água Formação de gelo evaporação evaporação• Pressão de vapor• Ponto de ebulição• Ponto de fusão• Pressão osmótica• Tensão superficial• 1molal 1mol de soluto/ Kg de água (Abaixa o ponto de fusão em 1,9oC e Na água pura todas as Nessa solução a concentração aumenta o ponto de moléculas na superfície efetiva de água é reduzida. O ebulição em 0,5oC) contribuem para a soluto (de alto ponto d e pressão d vapor, e todas ebulição ex.: Na+) segura as as moléculas da fase moléculas de água de sua líquida contribuem para camada de solvatação, a formação de gelo dificultando tanto a evaporação quanto a formação de gelo
  19. 19. Osmose e Pressão osmótica Soluto não permeante dissolvido em água EmboloÁgua Pressãopura osmótica osmolaridade Estado Estado inicial final Concentração molar do soluto Membrana Fator de van`t Hoff (medida semipermeável da dissociação do soluto) Osmose é o movimento de água através Para o NaCl, que se dissocia totalmente, c=2 de uma membrana semipermeável Para solutos que não se dissociam, c=1 causado por diferença na pressão A osmolaridade depende mais do número de osmótica entre os lados da membrana partículas do que de seus tamanhos (um polissacarídeo de 500 moléculas de glicose tem o mesmo praticamente efeito osmótico que uma única molécula de glicose)
  20. 20. Efeito da osmolaridade do meio no movimento da água através da membrana de uma célulaSolutos extracelulares Solutos intracelulares Meio isotônico - a quantidade de água que entra é igual a que sai A membrana celular é mais permeável a água do que aos seus solutos Plantas usam pressão osmótica para conseguir rigidez mecânica Meio hipertônico – Meio hipotônico – a água sai, a célula a água entra, a crena célula incha até arrebentar
  21. 21. A resposta ao toque em plantas é um evento osmótico Dionaea muscipula Mimosa pudica Fluxos d K+ através da membrana plasmática de células especializadas
  22. 22. Resumo- interações fracas em meio aquoso A grande diferença de eletronegatividade entre H e O torna a água altamente apolar e capaz de formar pontes de hidrogênio consigo mesma e com solutos A água é um bom solvente para moléculas polares (hidrofílicas) com as quais forma pontes de H e carregadas com as quais interage eletrostáticamente Compostos apolares (hidrofóbicos) não formam pontes de H, dissolvem pouco na água. Para minimizar sua exposição a água os lipídeos se agregam na forma de membranas e micelas onde as porções hidrofóbicas se escondem da água Numerosas interações fracas não covalentes influenciam no enovelamento de macromoléculas como proteínas e ácidos nucléicos Nas macromoléculas, a conformação mais estável é a que maximiza as pontes de H intamoleculares e com a água, e com as porções hidrofóbicas escondidas no interior de macromolécula As propriedades físicas das soluções aquosas são muito influenciadas pelas concentrações dos solutos A tendência da água de se mover através de uma membrana semipermeável no sentido de menor osmolaridade para o de maior é chamado osmose.

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