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UNIDADE 1 COMPOSIÇÃO QUÍMICA DAS CÉLULAS – BIOMOLÉCULAS 1. – CONCEITOS E ORIGENS Há três posições “filosóficas” em relação à origem da vida. A primeira relaciona-se aos mitos da “criação”, que afirmam que a vida foi criada por uma força suprema ou ser superior; essa hipótese, evidentemente, foge ao campo de ação do raciocínio científico, não podendo ser testada e nem refutada pelos métodos usados pela ciência.

Uma segunda posição se refere à possibilidade de a vida ter sua origem fora do planeta Terra e ter sido “semeada” Swip nent page por pedaços de roch esporos” ou outras f e teriam trazido 5 a. Esses teriam evoluído nas condiçõ favor diversidade de seres Um dado interes té originar a anos, à superfície da Terra, ao redor de mil toneladas de meteoritos. Em algumas dessas rochas, foram encontradas substâncias orgânicas, como aminoácidos e bases nitrogenadas.

Ficou bastante claro, a partir da década de 70, que a matéria orgânica é muito mais freqüente no universo do que se acreditava antigamente. Um eminente astrônomo inglês, sir Fred Hoyle, defende a idéia de que material biológico, como vírus, poderia ter chegado do espaço; Hoyle hega a aceitar que isso aconteceria ainda hoje e que de alguma forma esse material “genético” novo poderia ser incorporado aos organismos existentes, modificando assim sua evolução!

De qualquer forma, essas idéias não são seriamente consideradas pela maioria dos cientistas; para começo de conversa, o aquecimento de qualquer corpo que entrasse na atmosfer atmosfera terrestre seria de tal ordem, que destruiria qualquer forma de vida semelhante às que conhecemos hoje. por outro lado, aceitar que a vida apareceu “fora” da Terra somente “empurraria” o problema para diante, já que nao esclareceria omo a Vida teria surgido fora daqui.

A terceira posição, a mais em voga hoje, aceita que a vida pode ter surgido espontaneamente sobre o planeta Terra, através da evolução química de substâncias não vivas. Não é fácil ou seguro verificar eventos que ocorreram há bilhões de anos, quando nosso planeta era muito diferente do que é hoje; no entanto, os cientistas conseguiram reproduzir algumas das condições originais em laboratório e descobriram muitas evidências geológicas, químicas e biológicas que reforçam essa hipótese. Composição Química Centesimal Constituintes das células Água I Sais minerais

Carboidratos Lipídios Proteínas Outros I Animais (%) 60,0 111,0 17,0 2,0 As substâncias inorgânicas são formadas por moléculas pequenas e encontradas facilmente no meio. As substâncias orgânicas são mais complexas compostas de cadeias de carbono, geralmente se encontram associadas a organismos vivos. • Componente de maior quantidade 20F encontram associadas a organismos vivos. • Componente de maior quantidade na célula. • É um solvente natural (dissolve ions e substâncias orgânicas) • Transporta substâncias (dentro da célula e entre a célula e o meio) • Favorece as reações químicas. ??? Hidrólise (quebra através da adição de água • Ajuda na manutenção da temperatura de animais e plantas. Sais minerais • Existem nos seres vivos de duas formas: dissolvidos em água; imobilizados como componentes do esqueleto Carboldratos • Constituídos de C (carbono), H (hidrogênio) e O (oxigênio). • São produzidos durante a fotossíntese. • São insolúveis em água (hidrófobas). • São solúveis em solventes orgânicos (ex. : éter, álcool e clorofórmio). • Entram na constituição de estruturas celulares como as membranas. ?? Podem ser encontrados livres nas células como reserva nergética (ex. : gorduras, óleos) • São formadas por vários aminoácidos ligados entre si. • Podem ser: estruturais; catalisadoras ou substâncias de defesa. 1. 2 – Estudo da Água A água (“hidróxido de hidrogênio” ou “monóxido de di- hidrogénio” ou ainda “protóxido de hidrogênio”) é uma substância líquida que parece incolor a olho nu em pequenas quantidades, inodora e insípida, essencial a todas as formas de vida, composta por hidrogênio e oxigênio. ? uma substância abundante na Terra, cobrindo cerca de três quartos da superfície do planeta, encontrando-se principalmente nos oceanos e calota polares, as também em outros I a de nuvens, água de 3 OF IS fórmula química da água é H20 (alguma vezes se apresenta = Importância da água A água é o constituinte mais característico e predominante da Terra e é o ingrediente essencial da vida. Ilustrando esta essencialidade da água: “Um certo indivíduo está num deserto e necessita de água.

Neste caso, a água é tão importante que este individuo deixa qualquer riqueza que possua e passa a querer a água antes de qualquer outra coisa”. Este conceito é chamado pelos economistas pelo nome de utilidade marginal. Algumas curiosidades sobre a importância da água ?? A utilização média diária de água em Portugal é de cerca de 100 litros por habitante. • Todos os anos 1,5 milhões de pessoas morrem por falta de água, 90% das quais crianças com menos de 5 anos de idade. ?? Todos os anos 10 milhões de pessoas morrem, metade com menos de 18 anos, com doenças que não existiriam se a égua fosse tratada. • Prevê-se que muito em breve, a falta de água seja motivo de inúmeros conflitos e guerras entre nações. Existem várias medidas de poupança de água que todos nós devíamos adquirir: • Tomar duchas rápidas em vez de demorados ou de banhos de mersão. • Manter a torneira fechada enquanto se lava os dentes, o corpo, o cabelo, ou a louça. ?? Não poluir os rios, protegendo assim este recurso essencial á vida. 40F água, incluindo óleos e outras substâncias hidrofóbicas. Membranas celulares, compostas de lipídios e proteínas, levam vantagem destas propriedades para controlar as interações entre os seus conteúdos e químicos externos. Isto é facilitado pela tensão da superficie da água. Propriedades fisicas e químicas Ponto de fusão: OOC Ponto de ebulição: 100,00C Cerca de dois terços da superfície da Terra está coberta por ?gua, 97,2% dos quais contêm os cinco oceanos.

O aglomerado de gelo do Antártico contém cerca de 90% de toda a água potável existente no planeta (em baixo). A agua em forma de vapor pode ser vista nas nuvens, contribuindo para o albedo da Terra. Outra caracter[stica incomum da água é a sua dilatação anômala. Ela se contrai com a queda de temperatura, mas a partir de 4 graus Celsius ela começa a se expandir, voltando a se contrair após sua solidificação.

Isso explica porque a água congela, primeiramente, na superfície, pois a água que atinge os O(zero) graus Celsius se torna menos densa que a água a 0C, conseqüentemente ficando na superfície. Esse fenômeno também é importante para a manutenção da vida nas águas frias, pois faz com que a água a 40C fique no fundo e mantenha mais aquecidas as criaturas que ali vivem. Os estados físicos da água A água encontra-se e OF IS ados físicos. Na atmosfera doce) e também no subsolo, constituindo os chamados lençóis freáticos em estado liquido. ara finalizar, também encontramos a água no estado sólido, nas regiões frias do planeta. Do estado gasoso, presente na atmosfera, a água se precipita em estado liquido, como chuva, orvalho ou nevoeiro, ou em estado sólido, omo neve ou granlzo. Produto Iônico da Água (kW) A água pura apresenta uma condutividade elétrica definida, ainda que multo baixa como consequência da sua habilidade de sofrer uma auto dissociação, que pode ser escrita como: H20(I) + H20(l) + OH-(aq) A condiçao do equilíbrio é dada por / [H20]2.

No entanto, como a concentração de moléculas de água é essencialmente constante, podemos simplificar a expressão, escrevendo apenas que é conhecida como Kw (constante de dissociação da água ou produto iônico da água). O valor dessa expressão é constante, e pode ser calculado experimentalmente. À temperatura de 25 oc, ndependentemente de a água ser destilada ou suja e lamacenta, o produto das concentrações de do íon e do íon OH- é sempre constante e vale x 10-14. A soma [H+] + [OH-], portanto, deve sempre resultar 1,0 x 10-14 mol/L. Kw x 10-14 mol/l 1. – PH, Sistema Tampão e Equilíbrio Ácido-Base O metabolismo celular produz ácidos que são lançados, continuamente, no líquido intracelular e extracelular, e tendem a modificar a concentração dos (ons hidrogênio. A manutenção da concentração dos íons hidrogênio dentro da faixa ótima para o metabolismo celular depende da eliminação do ácido carbônico os pulmões, da eliminação de íons hidrogênio pelos rins e da ação dos sistemas tampão carbônico nos pulmões, da eliminação de (ons hidrogênio pelos rins e da ação dos sistemas tampão intra e extracelular.

O modo como o organismo regula a concentração dos íons hidrogênio (H+) é de fundamental importância para a compreensão e a avaliação das alterações do equilibrio entre os ácidos e as bases no interior das células, no meio líquido que as cerca (líquido intersticial) e no sangue (líquido intravascular). Ácido e Base Os elementos importantes para a função celular estão issolvidos nos líquidos intra e extracelulares.

Sob o ponto de vista químico, uma solução é um líquido formado pela mistura de duas ou mais substâncias, homogeneamente dispersas entre sí. A mistura homogênea apresenta as mesmas propriedades em qualquer ponto do seu interior e não existe uma superfície de separação entre os seus componentes. A solução, portanto, consiste de um solvente, o composto principal, e um ou mais solutos. Nos líquidos do organismo a água é o solvente universal; as demais substâncias em solução constituem os solutos.

Em uma solução, um soluto pode estar no estado ionizado u no estado não ionizado. Nos líquidos do organismo, os solutos existem em ambas as formas, em um tipo especial de equilibrio químico Quando um soluto está ionizado, os elementos ou radicais químicos que o compõem, estão dissociados uns dos outros; a porção da substância que existe no estado ionizado é chamada íon. O soro fisiológico, por exemplo, é uma solução de água (solvente) contendo o cloreto de sódio (soluto).

Uma parte do cloreto de sódio está dissociada, constituída pelos íons Cl- (cloro) e Na+ (sódio), enquanto uma outra parte está no estado não dissociado, como NaCI (cloreto de sódio); ambas nquanto uma outra parte está no estado não dissociado, como NaCl (cloreto de sódio); ambas as partes estão em equilíbrio químico. Existem substâncias, como os ácidos fortes, as bases fortes e os sais, que permanecem em solução, quase completamente no estado ionizado.

Outras substâncias, como os acidos e as bases fracas, ao contrário, permanecem em solução em graus diversos de ionização. A água tem sempre um pequeno número de moléculas no estado ionizado. Os íons combinam-se entre si conforme a sua carga elétrica. Os cátions são os íons com carga elétrica positiva, como o hidrogênio (H+) e o sódio (Na*). Os ânions são os íons com carga elétrica negativa, como o hidróxido ou hidroxila (OH-) e o cloreto (CI-). ara ser um ácido, é necessário que a molécula da substância tenha, pelo menos, um hidrogênio ligado ionicamente. Um ácido é uma substância que, em solução, é capaz de doar íons de Hidrogênio (H+). Uma base é uma substância que, em solução, é capaz de receber ions de Hidrogênio. Um ácido forte pode doar muitos rons hidrogênio para a solução, porque uma grande parte das suas moléculas se encontra no estado dissociado (estado iônico). Do mesmo modo, uma base forte pode captar muitos íons hidrogênio de uma olução.

Conceito de pH IA atividade dos íons hidrogênio em uma solução qualquer depende da quantidade de hidrogênio livre na solução. Para a avaliação I do hidrogênio livre nas soluções, usa-se a unidade chamada PH. O termo pH significa potência de hidrogênio e foi criado para I simplificar a medida da concentração de ions h 80F hidrogênio e foi criado para I Isimplificar a medida da concentração de íons hidrogênio (H+) na água e nas soluções. A água é a substância usada como referência (tampão), para expressar o grau de acidez ou de alcalinidade das demais substâncias.

A água se dissocia em pequenas uantidades em [ons hidrogênio (H+) e hidroxila (OH-). A água é considerada um líquido neutro por ser o que menos se dissocia ou Ioniza. A quantidade de moléculas dissociadas ou ionizadas na água é muito pequena, em relação ao total de moléculas, bem como são pequenas as quantidades de íons H+ e OH-, em solução. Para cada 1 molécula de água dissociada em H+ e OH-, há 10. 000. 000 de moléculas não dissociadas. A concentração do H+ na água, portanto, é de 1/10. 00. 000 ou seja 0,0000001. Para facilitar a comparação dessas pequenas quantidades de íons, foi adotada a fração exponencial, ao invés da fração ecimal. Assim, pela fração exponencial o valor de 0,0000001 é expresso como 10-7, chamado “potência sete do hidrogênio”, e significa a sua concentração na água. Para evitar a utilização de frações exponenciais negativas, foi criada a denominação PH, que representa o logaritmo negativo, ou seja, o inverso do logaritmo, da atividade do íon hidrogênio.

O pH de uma solução, portanto, representa o inverso da sua concentração de íons hidrogênio. Esta forma de representação permite que os valores da atividade do hidrogênio nas soluções, sejam expressos com numeros positivos. Como as quantidades dos íons nas soluções e equivalem, a água tem partes iguais do cátion (H+) e do ânion (OH-), ou seja, a conc equivalem, a água tem partes iguais do cátion (H+) e do ânion (OH-), ou seja, a concentração de (H+) é de 10-7 e a concentração de (OH-) também é de 10-7. A água, portanto, tem o pH=7.

Expresso por H. OH = [1-0+ (10-7) [OH]- (10-7). A água é considerada uma substância neutra. Isto equivale a dizer que água não é acido nem base e serve de comparação para as demais soluções. Um ácido forte, em solução, libera uma quantidade de íons hidrogênio (H+), muito maior que a água. O seu PH, portanto erá inferior ao da água. Ao contrário, uma base forte, por aceitar muitos prótons ou íons hidrogênio da solução, permitirá que apenas uma pequena parte dos íons fique livre, em comparação ? água.

O pH da base forte, portanto, será superior ao pH da água. O pH é expresso por uma escala numérica simples que vai de 0 (zero) a 14. O ponto 7,0 da escala é o ponto de neutralidade e representa o pH da água. As soluções cujo pH está entre 0 e 7 são denominadas ácidas; as que têm o pH entre 7 e 14 são denominadas básicas ou alcalinas. Quanto maior a concentração de hidrogênio livre em uma olução mais baixo será o seu PH.

Podemos então classificar as soluções em três tipos, em relação à sua força ácido-básica: • Soluções ácidas – A concentração de íons H+ é superior a de íons OH- (PH < 7) • Soluções básicas - A concentração de (ons H+ é inferior a de íons OH- (pH >7) • Soluções neutras – A concentração de íons H+ é igual a de íons Regulação do pH no Organismo – Tampão Biológico Quando se adiciona ácido à água, mesmo em pequenas quantidades, o pH da solução se altera rapidamente. O mesmo fenômeno ocorre com a adição de bases. Pequenas quantidades de ácido 0 DF