Propriedades da Água BIOQUÍMICA

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Propriedades da

Água

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PROPRIEDADES

DA ÁGUA

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SUMÁRIO

SUMÁRIO_{... 3}

Propriedades da água ... 4

Ponto de Fusão e Ebulição ...4

A estrutura da molécula ...5

Polaridade ...6

Solubilidade ...8

Interação substrato-enzima ...8

Água como reagente ...9

Ionização da Água ... 9

Constante de equilíbrio ... 10

Potencial hidrogeniônico (pH) ... 10

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PROPRIEDADES DA ÁGUA

A água é responsável pela composição de 70% do nosso organismo e é considerada o

solvente universal.

A água pode se encontrar em três fases químicas de acordo com a integração (grau de organização estabelecido pelas ligações de hidrogênio) entre as suas moléculas: fase gasosa, fase líquida e fase sólida.

Na fase gasosa, a água não faz interações por meio de pontes de hidrogênio entre as moléculas, possuindo nesse estágio elevado

grau de entropia (desorganização das mo-léculas). À medida que a água passa para o estado líquido novas pontes de hidrogênio vão se formando tornando-a mais organi-zada. Já na fase sólida a água possui baixo grau de entropia visto sua grande organiza-ção. Nesse momento, caso seja fornecido calor ao sistema, aumentando a entalpia, há tendência de desorganização por aumento da velocidade individual das moléculas de água e, portanto, aumento da entropia.

Imagem 1 – Atuação da água como solvente e a dissolução de sais por hidratação dos íons, acarretando aumento da entropia do sistema. Fonte: Nelson, D.V. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 7ed, 2019.

Ponto de Fusão e Ebulição

Uma importante propriedade da água é o Ponto de Fusão (PF) = 0°C e Ponto de Ebuli-ção (PE) = 100°C desta. Assim, para passar a água do estado sólido para o estado líqui-do é necessário fornecer +5,9 kJ/mol de calor, já para passar a água do estado líqui-do para o gasoso é preciso fornecer +44 kJ/mol.

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5 necessitam de uma temperatura ótima para

atuarem, a qual é garantido pela variação

entre estados diferentes do solvente água.

Imagem 2 – Pontos de fusão, ebulição e o calor de vaporização dos principais solventes. Fonte: Nelson, D.V. Princí-pios de Bioquímica de Lehninger. 7ed, 2019.

Em temperatura ambiente ocorre fusão do gelo e evaporação da água espontaneamen-te.

A estrutura da molécula

Na molécula de água há dois hidrogênio e um oxigênio que garantem a ela comparti-lhamento desigual de elétrons. Por isso, a água é considerada um dipolo elétrico já que possui dois polos, sendo a carga parcial de cada hidrogênio positiva (δ+) e as cargas parciais derivadas dos elétrons do oxigênio negativas (2δ-). O fato de ser um dipolo permite a água ser um solvente mantendo relações com outras biomoléculas.

Imagem 3 – Representação da estrutura dipolar da molécula de água. Fonte: Nelson, D.V. Princípios de

Bioquímica de Lehninger. 7ed, 2019.

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Imagem 4 – Representação da ligação covalente que ocorre entre O-H na molécula de água e a ligação de hidrogênio que ocorre entre O-H de duas diferentes moléculas. Fonte: Nelson, D.V. Princípios de

Bioquí-mica de Lehninger. 7ed, 2019.

A ligação de hidrogênio é uma força entre átomos em que um aceptor de hidrogênio (átomo eletronegativo como Oxigênio e Ni-trogênio) estabelece interação com um do-ador de hidrogênio. São ligações relativa-mente fracas. Átomos de hidrogênio ligados a carbono não fazem ligação de hidrogênio, haja vista que essa ligação é pouco polar. As ligações de hidrogênio ocorrem:

• entre o grupo hidroxila de um álcool e água;

• entre o grupo carbonila de uma ce-tona e água;

• entre grupos peptídicos em polipep-tídeos;

• entre bases complementares de DNA.

Imagem 5 – Ligações de hidrogênio que ocorrem em sistemas biológicos. Fonte: Nelson, D.V. Princípios de

Bioquímica de Lehninger. 7ed, 2019.

Polaridade

A polaridade, conferida pela presença de hidroxilas em uma molécula, permite que a água faça ligações de hidrogênio com essa molécula. Biomoléculas polares podem substituir interações de água por interações mais energéticas entre água e soluto. Nesse sentido, são exemplos de moléculas

pola-res, hidrofílicas, a glicose, a glicina, o

aspar-tato, o lactato e o glicerol. Já as moléculas

apolares são aquelas que possuem longa

cadeia carbônica e, portanto, ao entrarem em contato com a água não são capazes de formar interações água-soluto sendo consi-deradas hidrofóbicas. Essas biomoléculas em soluções aquosas tendem a se agregar. Entretanto, existem moléculas que combi-nam características polares e apolares, as moléculas anfipáticas. No nosso organismo os principais representantes desse último grupo de moléculas são os fosfolipídios de membrana.

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Imagem 6 – Biomoléculas polares, apolar e anfipáticas. Fonte: Nelson, D.V. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 7ed, 2019.

Gases como o nitrogênio, oxigênio e dióxido de carbono são apolares e, por isso, não interagem com a água. Essas moléculas en-tão não são dissolvidas no sangue e, por isso, necessitam de proteínas

transportado-ras (como a hemoglobina e a mioglobina) para realizar os processos respiratórios. Já a amônia e o sulfato de hidrogênio são ga-ses polares e fazem ligação com a água.

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Solubilidade

A solubilidade de um composto é determi-nada, também, pela polaridade da molécula e pelo dipolo elétrico. Toda molécula tem seu grau de solubilidade, ou seja, a quanti-dade de gramas de uma molécula ou com-posto que pode ser adicionado na água e solubilizado completamente.

A reação entre as porções apolares e a água formam a membrana plasmática, na qual a porção formada por fosfolipídios é apolar e repele a água, formando a micela. Com isso, a partir da formação da membrana plasmática a água é mantida no ambiente extracelular e na região citoplasmática.

Imagem 8 – A membrana plasmática é o exemplo de composto anfipático e sua presença no ambiente aquoso é semelhante a micela formada pela dispersão de lipídios em água (pelos fosfolipídios). Fonte: Nelson, D.V.

Princí-pios de Bioquímica de Lehninger. 7ed, 2019.

Interação substrato-enzima

A água age também na interação entre substrato e enzima. O substrato é polar e interage com a água assim como a enzima. E

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Imagem 9 – Complexo enzima-substrato. Fonte: Nelson, D.V. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 7ed, 2019.

Água como reagente

Outra propriedade importante da água é sua atuação como reagente promovendo a

hidrólise de outros compostos.

IONIZAÇÃO DA ÁGUA

Trata-se da capacidade que a água possui

de passar da forma molecular (H2O) para a forma iônica (H+ e OH-).

O íons H+ quando é liberado em solução, rapidamente interage com uma molécula de água, formando o íon hidrônio (H3O+). Nes-se Nes-sentido, os íons hidrogênio e hidroxila possuem alta condutância em água, por passarem rapidamente de molécula em mo-lécula de água se combinando a elas.

A ionização da água é fundamental para manutenção de biomoléculas e enzimas, para o transporte de alguns gases e outras

interações bioquímicas importantes ao me-tabolismo biológico.

Além disso, a água possui uma constante

dielétrica maior do que outros compostos

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Constante de equilíbrio

A quantidade de água em forma molecular e ionizada obedece a um equilíbrio, tendendo a sofrer deslocamento à medida em que uma dessas formas está menos ou mais concentrada. A expressão para a constante de equilíbrio:

A concentração de água é dada pela relação do volume de água/peso molecular da água (1000g/L)/(18g/mol). Nesse caso, a con-centração de água pura a 25ºC é 55,5 M por grama em 1L de água.

A constante de água (Kw) é estabelecida então pela seguinte fórmula:

Kw = 55,5 x (K’eq) = [H+][OH-]

A partir da condutividade elétrica da água, conseguimos definir que a K’eq = 1,8𝑥10−16_.

Então, podemos calcular a sequência da fórmula de Kw:

(55,5)( 1,8𝑥10−16_{) = [H+][OH-] = Kw} 1,0𝑥10−14 = [H+][OH-]

Contudo, como a quantidade de hidrogênio é igual a quantidade de hidroxila, temos que:

[H+] = [OH-] = 10−7_M

Potencial hidrogeniônico (pH)

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11 Essa concentração de íons estabelece o pH,

concentração do íon hidrogênio em uma solução, neutro da água.

pH = -log[H+] e pOH = -log[OH-] Então, pH=pOH=7.

Por essa proporção, qualquer alteração na quantidade de hidrogênio em solução altera o pH desta.

No organismo humano, o pH é diferente entre as diversas soluções existentes,

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REFERÊNCIAS

Bioquímica – Água e suas propriedades – Propriedades da Água –

Proprie-dade da água (Professor Rafael Simões). Jaleko Acadêmicos. Disponível em:

<https://www.jaleko.com.br>.

Bioquímica – Água e suas propriedades – Propriedades da Água – Ionização

da água (Professor Rafael Simões). Jaleko Acadêmicos. Disponível em:

<https://www.jaleko.com.br>.

NELSON, David L. Princípios de Bioquímica de Lehninger. 6ed. Porto Ale-gre: Artmed, 2019. 1328p.

RODWELL, Victor W.. Bioquímica Ilustrada de Harper. 31ed. Porto Alegre: AMGH, 2021. 800p.