Água, pH e Sistema Tampão

ÁGUA
1. A água é a substância mais abundante nos sistemas vivos. Constituindo mais de 70% do peso da maioria dos organismos. O primeiro organismo vivo na Terra, sem dúvida, nasceu em um ambiente aquoso. O curso da evolução tem sido moldado pelas propriedades do meio aquoso no qual a vida começou.
2. INTERAÇÃO EM SISTEMAS AQUOSOS
  1. As biomoléculas POLARES se dissolvem facilmente em água - HIDROFÍLICAS
  2. As ligações de Hidrogênio fornecem as forças coesivas que fazem da água um líquido a temperatura ambiente e um sólido cristalino em temperaturas mais baixas - GELO
  3. Elas podem substituir interações entre as moléculas de água (água-água) por INTERAÇÕES ENERGETICAMENTE MAIS FAVORÁVEIS
  4. Biomoléculas APOLARES são muito pouco solúveis em água porque elas interferem nas interações do tipo água-água - HIDROFÓBICAS
  5. A polaridade da molécula orgânica é definida pela DIFERENÇA DE ELETRONEGATIVIDADE QUE SE ESTABELECE ENTRE OS ÁTOMOS DOS ELEMENTOS QUÍMICOS. Eletronegatividade é a capacidade que um átomo tem de atrair para si o par eletrônico que ele compartilha com outro átomo em uma ligação covalente.
  6. COMPOSTOS ANFIPÁTICOS - contêm regiões POLARES (ou carregadas) e regiões APOLARES
  7. Quando um composto anfipático é misturado com água, a região polar HIDROFÍLICA interage FAVORAVELMENTE com a água
  8. Tende a se dissolver, mas a região apolar HIDROFÓBICA tende a EVITAR CONTATO COM A ÁGUA
  9. As regiões APOLARES das moléculas se aglomeram para apresentar A MENOR ÁREA HIDROFÓBICA possível ao solvente aquoso
  10. As regiões POLARES são arranjadas de forma a maximizar suas interações com o solvente
  11. MICELAS - Estruturas ESTÁVEIS de compostos ANFIPÁTICOS em água
  12. As ligações de hidrogênio não são exclusivas para a molécula de água. Elas se formam prontamente entre um átomo eletronegativo e um átomo de hidrogênio. Como ocorre com medicamentos após reações de fase 1 e fase 2. METABOLIZAÇÃO
  13. ÁGUA - Soluto de todos os tipos, modificam algumas propriedades físicas do solvente
  14. OSMOSE - Movimento da água através de uma membrana semipermeável ocasionado por diferenças na pressão osmótica. As moléculas de água tendem a se mover de uma região de MAIOR CONCENTRAÇÃO de água para uma de MENOR CONCENTRAÇÃO
  15. SOLUÇÕES ISOTÔNICAS Soluções com osmolaridade (concentração de soluto) igual ao do citosol
  16. SOLUÇÕES HIPERTÔNICAS Soluções com osmolaridade maior que o citosol. A CÉLULA ENCOLHE
  17. SOLUÇÕES HIPOTÔNICAS Soluções com osmolaridade menor que o citosol. A CÉLULA INCHA
pH
1. Ionização da água e de ácidos e bases fracas
  1. As moléculas de água tem a leve tendência de sofrer uma IONIZAÇÃO REVERSÍVEL, produzindo um íon de hidrogênio (próton) e um íon hidróxido, gerando o equilíbrio. A posição de equilíbrio de qualquer reação química é dada por sua constante de equilíbrio - pka. O produto iônico da água (pka) é a base para a ESCALA DE pH)
  2. Soluções com pH maior que 7 são ALCALINAS ou BÁSICAS. A concentração de OH- é maior que H+
  3. Soluções com pH menor que 7 são ÁCIDAS. A concentração de H+ é maior que de OH-
  4. Ácidos e Bases fracas tem pK diferentes
    1. A tendência de qualquer ácido (HA) de perder um próton e formar sua base conjugada (A-) é definida pela constante de equilíbrio (pK) para a reação reversível
    2. Células e organismos mantêm um pH citosólico específico e constante, em geral perto de pH 7, mantendo biomoléculas em seu estado iônico otimizado. Em organismos multicelulares, o pH dos fluidos extracelulares também é rigorosamente regulado. A constância do pH é atingida principalmente por TAMPÕES BIOLÓGICOS: misturas de ácidos fracos e suas bases conjugadas
  5. O pH afeta a estrutura e a atividade de macromoléculas biológicas. A atividade catalítica das enzimas é extremamente dependente do pH.
  6. As medidas do pH do sangue e da urina são comumente usadas em diagnósticos médicos. Diversos distúrbios podem levar a um pH sanguíneo abaixo de 7.4, condição chamada ACIDOSE. Em outras doenças, o pH sanguíneo é mais alto que o normal, conhecida como ALCALOSE.
TAMPÃO
1. São sistemas aquosos que tendem a resistir a mudanças de pH, quando pequenas quantidades de ÁCIDO (H+) ou BASE (OH-) são adicionadas.
2. Um sistema tampão consiste em um ÁCIDO FRACO (DOADOR de PRÓTONS) e sua BASE CONJUGADA (o ACEPTOR de PRÓTONS). Ex.: Uma mistura de concentrações iguais de ACIDO ACÉTICO e ÍONS DE ACETATO
3. O tamponamento resulta do EQUILÍBRIO entre duas reações reversíveis, ocorrendo em uma solução de CONCENTRAÇÕES QUASE IGUAIS de doador de prótons e de seu aceptor de prótons conjugado.
4. Sempre que H+ ou OH- é adicionado em um tampão, o resultado é uma pequena mudança na razão das concentrações relativas dos ÁCIDOS e seus ÂNIONS. Portanto, uma pequena mudança no pH.
5. O decréscimo na concentração de um componente do sistema é equilibrado exatamente pelo aumento do outro. A soma dos componentes do tampão não muda, somente a sua razão.
6. ÁCIDOS E BASES DE BRONSTED
  1. DEFINIÇÃO: Ácidos - substâncias capazes de doar prótons. Bases - substâncias capazes de receber prótons.
  2. São classificados como ácidos: HCl, H2SO4, H3C-,COOH
  3. Equação de Dissociação de um ácido (HA)
  4. Constante de equilíbrio
7. SISTEMA TAMPÃO
  1. Os ácidos fracos tem para a Bioquímica um interesse particular, pois junto às suas bases conjugadas, constituem os sistemas-tampão. São CAPAZES DE IMPEDIR GRANDES VARIAÇÕES DE pH quando da adição de ácidos ou álcalis.
  2. Um sistema-tampão é denominado pela sua BASE CONJUGADA: tampão ACETATO, tampão FOSFATO etc.
  3. A adição do álcali corresponde, portanto, a retirada de prótons do meio. Nesse caso, o equilíbrio químico que constitui o tampão reagirá por DISSOCIAÇÃO DO ÁCIDO HA

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