Quais ligações químicas da água que se rompem quando há aumento de energia?

Índice

• 1 Bioenergética: composição química das células e principais tipos de ligações químicas
• 2 Bioenergética: unidades fundamentais para a célula
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A Bioenergética descreve a transferência e a utilização da energia em sistemas biológicos, sendo o estudo quantitativo das transformações de energia que ocorrem nas células vivas. Nesse sentido, o objeto de análise é a habilidade das células em aproveitar a energia, direcionando-a na forma de trabalho biológico.

O processo citoplasmático relacionado é a glicólise, enquanto que os mitocondriais são a cadeia transportadora de elétrons e o ciclo do ácido cítrico (Ciclo de Krebs).

Bioenergética: composição química das células e principais tipos de ligações químicas

Os organismos vivos são compostos por 92 elementos, sendo que apenas quatro deles – carbono (C), hidrogênio (H), nitrogênio (N) e oxigênio (O) – perfazem 96,5% do peso de um organismo.

A ligação dos átomos desses elementos é feita através de ligações covalentes, formando moléculas. Como os átomos não são separados por excitação térmica, as ligações são rompidas apenas em reações específicas com outros átomos ou moléculas. Existem também as ligações mais fracas entre duas moléculas, conhecidas como ligações não covalentes.

As reações ocorrem no interior das células em um meio aquoso. Em cada molécula de água (H2O), os dois átomos de hidrogênio (H) ligam-se ao átomo de oxigênio (O) por ligações covalentes. As duas ligações são altamente polares porque o átomo de oxigênio atrai fortemente elétrons, enquanto o átomo de hidrogênio os atrai fracamente.

Nesse aspecto, há uma distribuição desigual de elétrons na molécula de água, com predominância de carga positiva nos dois átomos de H e de carga negativa no O. Quando uma região da molécula de água carregada positivamente se aproxima de uma região carregada negativamente de uma segunda molécula de água, a atração elétrica entre elas pode resultar em uma ligação de hidrogênio. Tais ligações são muito mais fracas do que as ligações covalentes e são facilmente rompidas pelo movimento cinético que reflete a energia térmica das moléculas.

SAIBA MAIS: O efeito de um grande número de ligações fracas concomitantemente pode se tornar muito grande. Cada molécula de água pode formar ligações de hidrogênio, através de seus dois átomos de H, com duas outras moléculas de água, formando uma rede na qual ligações de hidrogênio são rompidas e formadas de modo contínuo. A água é um líquido em temperatura ambiente, com alto ponto de ebulição e alta tensão superficial, e não um gás, exatamente porque as moléculas são mantidas unidas devido a ligações de hidrogênio.

Moléculas que possuem ligações covalentes polares e que podem formar ligações de hidrogênio com a água dissolvem-se facilmente em água. Assim, as moléculas que possuem cargas interagem favoravelmente com a água, sendo denominadas hidrofílicas por possuírem afinidade pela água. São exemplos os açúcares, o DNA, o RNA e a maioria das proteínas.

Por outro lado, moléculas hidrofóbicas (moléculas que “não têm afinidade pela água”) não possuem cargas e formam poucas ligações de hidrogênio ou nenhuma. Logo, essas moléculas não têm capacidade de se dissolverem em água. Os hidrocarbonetos, por exemplo, não podem formar ligações polares com outras moléculas, pois todos os átomos de H estão ligados de modo covalente a átomos de C por ligações apolares. Isso faz os hidrocarbonetos serem totalmente hidrofóbicos.

Muitas ligações entre as moléculas ocorrem por três tipos de ligações não covalentes: atrações eletrostáticas (ligações iônicas), ligações de hidrogênio e atrações de van der Waals. Além disso, a força hidrofóbica é um importante fator que promove a atração das moléculas. O conjunto de atrações não covalentes permitem que as superfícies complementares de duas moléculas mantenham essas duas macromoléculas associadas entre si, já que a soma de suas energias, apesar de individualmente serem fracas, pode criar uma força intensa.

Tabela: Tipo de ligações químicas.

A ligação de hidrogênio corresponde a uma forma especial de interação polar na qual um átomo de hidrogênio, que é eletropositivo, é compartilhado por dois átomos com cargas negativas. Ao contrário de uma interação eletrostática típica, essa ligação é altamente direcional, sendo mais intensa quando uma linha reta pode ser desenhada ligando todos os seus três átomos.

Imagem: Ligações de Hidrogênio. Fonte: Biologia molecular da célula 6ª Ed. – Alberts, Bruce. Adaptado.

VOCÊ SABIA? Devido ao seu pequeno tamanho e ao fato de possuir quatro elétrons e quatro vacâncias na última camada, o átomo de carbono pode formar quatro ligações covalentes com outros átomos. Mais importante ainda, um átomo de carbono pode ligar-se com outros átomos de carbono por meio da ligação C–C, que é altamente estável, de modo a formar cadeias e anéis e, assim, formar moléculas grandes e complexas, não havendo mesmo um limite imaginável para o tamanho das moléculas que podem ser formadas. Os compostos de carbono formados pelas células são denominados moléculas orgânicas. Por outro lado, todas as demais moléculas, inclusive a água, são denominadas moléculas inorgânicas.

Bioenergética: unidades fundamentais para a célula

As moléculas orgânicas pequenas das células são compostos baseados no carbono e têm peso molecular na faixa entre 100 e 1.000, contendo cerca de 30 átomos de carbono. Algumas dessas moléculas são utilizadas como subunidades – monômeros – para compor macromoléculas poliméricas — proteínas, ácidos nucleicos e polissacarídeos.

Outras atuam como fonte de energia e são degradadas e transformadas em outras moléculas pequenas por vias metabólicas intracelulares. De modo geral, as células contêm quatro famílias principais de moléculas orgânicas pequenas: os açúcares, os ácidos graxos, os nucleotídeos e os aminoácidos.

Nas células, as macromoléculas são polímeros construídos simplesmente por ligações covalentes entre pequenas moléculas orgânicas (chamadas de monômeros), formando cadeias longas. As proteínas são abundantes e desempenham muitas funções diferentes nas células.

Algumas proteínas funcionam como enzimas que catalisam reações químicas que formam ou rompem as ligações covalentes das células. Outras proteínas são utilizadas para construir componentes estruturais, como os microtúbulos das células. Além disso, outras proteínas atuam como motores moleculares que produzem força e movimento, como é o caso da miosina nos músculos.

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