Aula: 04
Temática: Componentes Inorgânicos das Células – Parte II
Na aula de hoje, continuaremos a tratar dos componentes inorgânicos
das células. Boa aula!
Efeito dos Solutos sobre as Propriedades da Água:
Como já vimos, a água é uma molécula "polar", ou seja, possui cargas elétricas
diferente em cada pólo de sua molécula. Essa característica facilita a
dissolução de substâncias polares. A capacidade de dissolver um grande
número de substâncias é a principal característica da água e de suma
importância para as reações químicas que ocorrem na célula.
As propriedades da água, entretanto, são completamente diferentes em
condições de alta temperatura e pressão. Acima de 300 oC, em altas
pressões, a água líquida é capaz de dissolver muitos compostos apolares.
A escala de pH é baseada na concentração de íons H3O+, chamado de íon
hidrônio de uma solução: quanto maior a concentração de íons hidrônio, menor
o valor de pH e, conseqüentemente, mais ácida é a solução. Quando um ácido,
tal como o ácido clorídrico (HCl) ou acético, são adicionados à uma solução,
tanto a água como o ácido contribuem para a formação e elevação da
concentração de íons hidrônio. Uma base, por outro lado, neutraliza os íons
H3O+, diminuindo a sua concentração e aumentando o valor de pH.
A água tem a propriedade de se comportar tanto como um ácido (doador de
prótons) como uma base (receptor de prótons) o que lhe confere a capacidade
de participar de muitas reações químicas (orgânicas e inorgânicas). Como
podemos perceber, a água pode se comportar como um ácido ou como uma
base, sendo por isso chamada de anfótera.
BIOQUÍMICA
Solubilidade de Compostos ionizáveis:
Moléculas de sais não existem individualmente. Elas se ligam para formar um
cristal, que pode ser grande o suficiente para ser visível a olho nu. Os cristais
são materiais sólidos com arranjo repetido e regular de átomos ou moléculas.
As ligações iônicas entre íons sódio carregados positivamente e íons cloreto
carregados negativamente, formam os cristais do sal de cozinha. Porém,
quando adicionamos cristais de NaCl (sal) na água, cada íon sódio e íon
cloreto é circundado por moléculas de água. Esta “hidratação” mantém os íons
sódio e cloreto separados, ou dissociados, e permite que o sal seja
completamente dissolvido em água. A habilidade dos íons em atrair moléculas
de água indica que os íons são hidrofílicos. Os compostos que se dissociam
em íons são considerados ionizáveis, e a presença de grupos iônicos confere a
solubilidade das moléculas em água.
Solubilidade de Compostos Polares
Outros nutrientes celulares, tais como a glicose, não contêm ligações iônicas, e
mesmo assim podem ser dissolvidos em água. Isto acontece porque estes
nutrientes são constituídos por moléculas polares contendo grupamentos
químicos que apresentam carga elétrica, ou polaridade. A glicose, que é um
nutriente para muitos organismos vivos, contém vários grupos -OH (hidroxila)
que conferem à molécula uma leve carga elétrica. Quando um cristal de glicose
é misturado à água, cada molécula de glicose é circundada por moléculas de
água atraídas pelas hidroxilas.
Solubilidade de Compostos Apolares
Compostos não-ionizáveis ou que não apresentam grupamentos polares são
compostos apolares. Eles são pouco solúveis em água, pois tais compostos
contêm grupamentos químicos apolares que os tornam insolúveis. Exemplos
de compostos apolares são óleos e ácidos graxos. Quando são colocadas na
água, moléculas apolares tendem a permanecer juntas e não são dispersas.
Essa tendência em se agregar na água é definida pelo termo ligação
BIOQUÍMICA
hidrofóbica (“aversão por água”). Um exemplo disso é quando misturamos óleo
na água e percebemos agrupamentos de óleo como se fossem “bolhas”.
Contudo, isso não é uma ligação verdadeira entre as moléculas, mas
meramente uma aversão a solventes polares, como a água. Compostos
apolares são solúveis em solventes apolares, tais como clorofórmio e éter.
Compostos Anfipáticos
Alguns compostos contêm grupos polares ou ionizados em uma das
extremidades da molécula e uma região apolar na extremidade oposta. Tais
compostos são denominados compostos anfipáticos. Os sabões, tais como o
oleato de sódio, são exemplos destes compostos. Quando colocados em água,
os íons oleato formam grupamentos esféricos denominados micelas nas quais
as regiões hidrofílicas estão em contato com a água e as regiões hidrofóbicas
ficam voltadas para o interior, fora do contato com a água. Os sabões são
capazes de limpar devido à habilidade em capturar a sujeira para dentro do
centro hidrofóbico das micelas, assim, a mesma é removida quando o material
é enxaguado.
Ácidos, Bases e pH
O que determina se uma substância é ácida ou alcalina (básica) é a
concentração de íons hidrogênio. Esta qualidade é crítica para muitas células.
Os organismos vivos geralmente toleram somente uma certa variação de
acidez ou alcalinidade em seu ambiente. Por outro lado, eles podem produzir
substâncias que são ácidas ou básicas.
Os fenômenos da acidez e da alcalinidade dependem da ionização das
substâncias. Por exemplo, a água pura pode ionizar-se em íons hidroxila da
seguinte maneira:
H—O—H
→ H+ + OH íon hidroxila
Água
íon hidrogênio
BIOQUÍMICA
Contudo, somente poucos íons hidrogênio e hidroxila apresentam-se isolados
na água, porque eles têm uma forte tendência a recombinar-se um com o
outro.
A acidez e a alcalinidade de uma solução referem-se à concentração molar de
íons hidrogênio (expressa por [H+]) na solução. Quanto maior a [H+], mais ácida
é
a
solução.
A
concentração
molar
de
íons
hidrogênio
é
mais
convenientemente expressa em termos de pH (potencial de hidrogênio). A
escala de pH varia de 0 a 14 em escala logarítmica (pH 5 representa que a
acidez é 10 vezes maior do que o pH 6 e o pH 4 é 100 vezes maior que o pH
6).
OBSERVAÇÕES:
1) Ácidos são substâncias que ionizam em água e liberam um íon hidrogênio.
Um ácido fraco, em contraste com um ácido forte, é apenas parcialmente
ionizado em solução aquosa. Considere a ionização de um ácido fraco
genérico, HA: O próton doado pelo HA é recebido pela H2O para formar o íon
de hidrônio, H3.
2) Uma base (ou substância alcalina), quando ionizada, libera um íon
carregado negativamente que aceita um íon hidrogênio, aumentando o pH.
3) Eletrólitos fortes são substâncias (ácidos ou bases) que em solução
aquosa são totalmente ou quase totalmente dissolvidos em seus íons
correspondentes.
4) Sais são compostos iônicos que não possuem H+ ou OH-.
5) Tampão é uma mistura de substâncias que torna possível uma solução
resistir a variações de pH. Um par ácido-base conjugado pode agir como um
tampão.
6) Muitas reações químicas do metabolismo celular são influenciadas pelo pH.
A água ioniza-se muito pouco para formar íons de hidrônio (H3O+) e de
hidroxila (OH-). Os prótons podem “saltar” facilmente do H3O+ para uma
BIOQUÍMICA
molécula de H2O vizinha ligada por ponte de hidrogênio. Esses deslocamentos
de prótons são responsáveis pela alta mobilidade elétrica de prótons na água e
no gelo. A concentração hidrogeniônica de sistemas biológicos é expressa em
termos de pH, definido por: pH = log [H] (o pH das soluções aquosas é
medido por meio de um eletrodo de vidro ou com indicadores).
Os ácidos são definidos como doadores de prótons e as bases como
aceptores. Um par ácido-base conjugado consiste num doador de prótons e
seu correspondente aceptor de prótons, podendo agir como um tampão e
resistir às mudanças em pH numericamente igual a seu pK’. Os tampões
biológicos mais importantes são os pares H2CO3─HCO3 e H2PO4─HPO43.
Na
próxima
aula
iremos
aprender
carboidratos. Um forte abraço e até lá!
BIOQUÍMICA
acerca
da
estrutura
dos