Importância da água nos principios físicos e quimicos da célula

Importância da água nos principios físicos e quimicos da célula

UNIVERSIDADE SEVERINO SOMBRA

Disciplina: Biofísica

Profo.: Ulisses Rodrigues Dias

Aluna: Natália Fonseca de Medeiros, regularmente matriculada no 40Per. de Farmácia, cursando Biofísica no 20Per de Farmácia.

ÁGUA

SUA IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA NOS PRINCÍPIOS FÍSICOS E QUÍMICOS DA CÉLULA

A água compõe a maior parte da massa corporal do ser humano e de todos os seres vivos, logo na composição química celular prevalece à presença de água. Sendo 70% do peso da célula é determinado pela água presente no meio celular, garantindo que a maioria das reações químicas da célula ocorre em meio aquoso.

Componente

Porcentagem do peso total

Bactéria (E. Coli)

Célula de mamífero

H2O

70

70

Íons inorgânicos (Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Cl-, etc.)

1

1

Proteínas

15

18

RNA

6

1,1

DNA

1

0,25

Fosfolipídeos

2

3

Polissacarídeos

2

2

Volume total da célula

2 × 10-12 cm3

4 × 10-9 cm3

Volume celular relativo

1

2000

A capacidade solvente atua sobre os íons, açucares e muitos aminoácidos. Sua incapacidade para dissolver algumas substancias como lipídios e alguns aminoácidos, permite a formação de estruturas supra moleculares, como as menbranas celulares, e numerosos processos bioquímicos, como por exemplo o desdobramento protéico.

Na água está dissolvido ou suspenso os compostos ou partículas necessários para o funcionamento celular. Reagentes e produtos de reação metabólica, nutrientes, assim como produtos de descartes, dependem da água para o transporte dentro e entre as células.

A atuação da água nas reações bioquímicas está relacionada as suas propriedades físicas e químicas, sendo as mais comuns:

  • Ponto de fusão: 0°C;

  • Ponto de ebulição: 100°C;

  • Calor de vaporização: 2260Jg-1 (quantidade de energia calórica necessária para alterar 1g da substancia do estado liquido para o gasoso);

  • Constante Dielétrica :78,5 (capacidade de armazenar energia potencial elétrica em um campo elétrico)

ESTRUTURA DA ÁGUA

A água é uma estrutura dipolar formada por dois átomos de hidrogênio ligados a um átomo de oxigênio. Este último, mais eletronegativo, exerce forte atração sobre os elétrons do hidrogênio. Assim o compartilhamento dos eletros entre H e O é desigual, o que acarreta o surgimento de dois dipolos elétricos na molécula de água; um para cada ligação H-O. Cada hidrogênio exibe carga positiva parcial enquanto o átomo de oxigênio, carga negativa parcial.

O ângulo de ligação entre H e O é de 104,3°, tornando a molécula eletricamente assimétrica e produzindo dipolos elétricos. Ao se aproximarem, as moléculas de água interagem, pois a carga elétrica positiva parcial do hidrogênio de uma molécula atrai a carga negativa parcial do oxigênio da outra molécula de água adjacente, resultando em uma atração eletrostática denominado como pontes de hidrogênio. Quatro moléculas de água podem interagir formando uma estrutura tetraédrica estabilizada por pontes de hidrogênio.

PROPRIEDADES E FUNÇÕES DA ÁGUA

A água é imprescindível à vida dos indivíduos, independendo da espécie, idade, metabolismo e/ou grupo celular.

A água exerce função de transporte de nutrientes para as células, forma as secreções digestivas, elimina as impurezas e mantém os rins saudáveis, entre outras aplicações. Torna possível o funcionamento de órgãos ricos em líquidos como a pele, olhos, boca e nariz. Lubrifica as articulações, regula a temperatura do corpo e seu metabolismo, entre outras funções, tratadas adiante.

  • Solvente Universal:Grande número de substâncias se dissolve na água, formando, soluções. É a propriedade fundamental da água, pois permite que diversas substâncias presentes no interior da célula, tornem – se soluções constituintes do citoplasma e cariolinfa.

  • Alto calor específico (termorregulação):A água impede mudanças de temperatura bruscas dentro da célula, que iria afetar o metabolismo celular, em razão do alto calor especifico.

Além disso, a água participa do mecanismo termo-regulador (que regula a temperatura do corpo) ao ser lançada na superfície cutânea sob a forma de suor e que, pela evaporação, retira do corpo e excesso de calor. O centro termo regulador presente em animais homeotérmicos que é localizado no hipotálamo que é responsável por realizar o controle da água no corpo do indivíduo (sede), pressão sangüínea, produção de suor e controle do frio. Além do suor, a temperatura pode ser controlada com a umidade da pele em animais que apresentam extremo contato com a água.

  • Transporte e poder de coesão: A água tem poder de coesão entre si e de diversas substâncias. Nos seres que não apresentam vasos condutores (avasculares), ela é transportada célula a célula pelo processo de difusão; nos vasculares, ou seja, nos que apresentam vasos condutores de seiva ou aqueles que apresentam vasos sangüíneos e linfáticos a água é transporta as diversas substâncias por diferença de pressão poder de coesão entre as moléculas de água. As moléculas de uma gota de água são mantidas juntas por forças coesivas, e as forças coesivas especialmente fortes na superfície constitui a tensão superficial. Devido a essa propriedade, é que pequenos insetos tais como um mosquito pode caminhar sobre as águas devido ao seu peso não ser suficiente para penetrar na superfície. (anexo1 – artigo que acrescenta informações interessantes ao tema)

  • Lubrificação: A água está presente em várias partes do nosso corpo, como exemplos pode-se citar, o líquido sinovial que é encontrado nas cartilagens, o líquido amniótico, etc. que são responsáveis por reduzir o atrito das estruturas, evitando um desgaste da estrutura corporal.

  • Controle de reações:Elimina substâncias desnecessárias e veicula substâncias importantes para a manutenção da vitalidade.

O seu funcionamento nas plantas é como se fosse um reagente que atua em conjunto com CO2, para que se possa ter o processo fotossintético (1% da água consumida).

CONCLUSÃO

As propriedade físicas e químicas das substancias da água são os fatores determinantes para o funcionamento celular, uma vez que, na maioria das vezes, é através deste solvente que compostos e/ou partículas são incorporadas ou eliminadas do meio celular.

O conhecimento desta propriedade em especial, torna claro o estudo farmacocinético de fármacos, partindo desta consideração concluo que o entendimento das propriedades da água no meio celular é base importante para aplicação de tecnologias de fabricação, administração e manipulação de medicamentos.

Anexo 1

Materiais superoleofóbicos

Já todos apreciámos magníficas fotos ou filmes (recordo um recente na National Geographic) com grandes planos de insectos que andam na superfície da água como se esta tivesse uma «pele» elástica. Esta «pele» na realidade é (mais) uma das propriedades anómalas apresentada pela água: a sua elevada tensão superficial de que já falei a propósito dos vulcões de Mentos e Coca-Cola.A tensão superficial resulta do desequilíbrio das forças intermoleculares estabelecidas pelas moléculas na superfície do líquido. Assim, a tensão superficial é uma medida da intensidade das forças intermoleculares mas reflecte muito fortemente as dimensões da molécula, nomeadamente a área que esta ocupa na interface líquido-gás, a sua área superficial.Para além da «pele», a tensão superficial, que se pode medir calculando o trabalho necessário para aumentar a superfície de um dado líquido, explica fenómenos como a capilaridade, a forma das gotas desse líquido e outra propriedade muito importante a que chamamos molhabilidade.Assim, quanto menor a tensão superficial de um líquido maior é a sua molhabilidade ou a facilidade com que se espalha. As implicações deste fenómeno são várias, não só em muitas situações industriais - processos de fermentação, formação de gelo em alimentos congelados, estabilidade de emulsões e espumas, etc. -, como em muitas situações biológicas, por exemplo a nível dos pulmões. Neste exemplo, os pulmões recorrem a surfactantes pulmonares, os fosfolipídos, que baixam a tensão superficial da água nas paredes dos alvéolos e facilitam a difusão do oxigénio.Os hidrocarbonetos, especialmente os de baixo peso molecular como os constituintes da gasolina, apresentam tensões superficiais muito baixas o que faz com que se espalhem facilmente. E se a Natureza é fértil emsoluções hidrofóbicas (que repelem a água) - como as que recobrem as penas de aves e impedem que estas sejam molhadas pela água - não produziu materiais oleofóbicos que, por exemplo, ajudem a minorar as consequências de derrames como o do Prestige ou o mais recente no MarNegro.Na revista Science de 7 de Dezembro, são apresentados no artigo «Designing Superoleophobic Surfaces» os primeiros materiais oleofóbicos, desenhados por cientistas do MIT. Na figura seguinte, é representada uma folha de lótus em contacto com água (a azul) e octano (a vermelho) antes (imagens superiores) e depois de revestida com um destes materiais.A equipa do MIT resolveu o problema da baixa tensão superficial dos hidrocarbonetos desenhando um material compósito, microfibras que essencialmente «almofadam» gotas destes líquidos e impedem que estas se espalhem na superfície do material.As microfibras são uma mistura de polímeros vulgares e moléculas denominadas fluoroPOSS - POSS, polyhedral oligomeric silsesquioxanes, ou seja, silsesquioxanos poliédricos oligoméricos, compostos de silício que têm gerado muito interesse nos últimos tempos pelas suas potencialidades no desenho de compósitos híbridos orgânicos-inorgânicos para aplicações em electrónica e fotónica, entre outras. Os silsesquioxanos, igualmente denominados esferosiloxanos por apresentarem estruturas poliédricas/cúbicas que são topologicamente equivalentes a uma esfera, exibem uma energia de superfície extremamente baixa.Os compósitos desenvolvidos pelo MIT podem ser depositados em praticamente todas as superfícies, incluindo metal, vidro, plástico e mesmo superfícies biológicas como sejam as folhas de plantas. Ajustando os parâmetros de que dependem as propriedades destes materiais, os cientistas podem desenhar fibras que repelem diferentes tipos de hidrocarbonetos, e conseguiram mesmo produzir um material que permite a separação de água e octano (jet fuel).A Força Aérea norte-americana, que financiou o projecto, está interessada em utilizar estes materiais para proteger do combustível os componentes de aviões e foguetões que podem sofrer danos estruturais depois de embebidos em hidrocarbonetos mas diria que as suas aplicações possíveis não se esgotam na oleofobicidade, como é exemplo o filtro de jet fuel representado.

POSTED BY PALMIRA F. DA SILVA AT 8:06 3 COMMENTS  

LABELS: QUÍMICATECNOLOGIA

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