Química Orgânica - Estudo Dirigido sobre Quiralidade e Silício

Estudo dirigido 1 1 As diferenças quantitativas na atividade biológica entre dois enantiômeros de um composto algumas vezes são significativas Por exemplo o isômero D do fármaco isoproterenol usado no tratamento da asma é de 50 a 80 vezes mais efetivo como broncodilatador do que o isômero L Identifique o centro quiral no isoproterenol Por que os dois enantiômeros têm bioatividades tão diferentes Os dois enantiômeros de uma molécula quiral como o isoproterenol têm estruturas idênticas exceto pela orientação espacial dos átomos em torno do carbono quiral No entanto as propriedades físicas e químicas desses enantiômeros podem ser diferentes e por sua vez afetar suas interações com os sistemas biológicos As moléculas biológicas como receptores e enzimas geralmente são quiralmente seletivas ou seja reconhecem e interagem de maneira diferente com enantiômeros diferentes Isso ocorre porque a forma e a orientação dos grupos funcionais nos enantiômeros são diferentes o que pode afetar a interação com os grupos funcionais complementares no receptor ou na enzima Assim cada enantiômero pode ter uma bioatividade diferente o que significa que eles podem ter efeitos biológicos distintos 2 O silício está no mesmo grupo do carbono na tabela periódica e tal como o carbono pode formar até quatro ligações simples Muitas histórias de ficção científica têm se baseado na premissa da vida baseada em silício Quais características do silício o tornam menos adaptado que o carbono como elemento central de organização da vida Para responder considere o que você conhece a respeito da versatilidade de ligação do carbono e pesquise sobre as propriedades de ligação do silício Tamanho atômico o silício é um átomo maior do que o carbono Isso faz com que os compostos de silício sejam mais volumosos e menos flexíveis do que os compostos de carbono Isso pode afetar negativamente a capacidade de os compostos de silício formarem ligações estáveis com outros átomos limitando assim a complexidade estrutural de moléculas orgânicas baseadas em silício Eletronegatividade o silício é menos eletronegativo do que o carbono Isso significa que o silício tem menos tendência a formar ligações covalentes com outros átomos especialmente com átomos eletronegativos como oxigênio nitrogênio e enxofre As ligações mais fracas podem afetar negativamente a estabilidade estrutural e a reatividade química de moléculas orgânicas baseadas em silício Solubilidade muitos compostos de silício são insolúveis em água o que é um requisito importante para a vida A água é um solvente universal e muitas das reações químicas importantes que ocorrem em organismos vivos dependem da solubilidade em água das moléculas envolvidas Compostos de silício geralmente não são solúveis em água o que limita sua utilidade como base para moléculas orgânicas na vida Reatividade o silício é menos reativo do que o carbono As moléculas orgânicas baseadas em carbono são altamente reativas e podem participar de uma ampla variedade de reações químicas o que é fundamental para a vida No entanto a baixa reatividade do silício pode limitar a capacidade de moléculas orgânicas baseadas em silício de interagir com outras moléculas de maneira eficaz o que pode limitar sua utilidade na vida 3 A figura abaixo mostra duas reações reações 1 e 2 que em conjunto levam à fosforilação da glicose uma etapa essencial para o aproveitamento da energia química deste carboidrato Com base nos princípios da Termodinâmica e em seu conhecimento acerca de reações endergônicas e exergônicas explique por que a fosforilação da glicose é uma reação espontânea apesar da reação 1 não ser termodinamicamente favorável A fosforilação da glicose é a adição de um grupo fosfato à molécula de glicose resultando na formação de glicose6fosfato Essa reação é catalisada pela enzima hexoquinase que utiliza uma molécula de ATP para fornecer o grupo fosfato Embora a reação de fosforilação da glicose exija o fornecimento de energia na forma de ATP a reação é termodinamicamente favorável e portanto espontânea Isso ocorre porque a adição do grupo fosfato à glicose aumenta a energia livre da molécula tornandoa menos estável O grupo fosfato adicionado contém ligações covalentes de alta energia que são mais reativas e menos estáveis do que as ligações covalentes na glicose Além disso a formação de glicose6fosfato é acompanhada pela liberação de água o que ajuda a impulsionar a reação adiante A hidrólise da molécula de ATP pela hexoquinase fornece energia suficiente para superar a barreira energética da reação e tornar a formação de glicose6fosfato espontânea Em resumo a fosforilação da glicose é uma reação espontânea porque a adição de um grupo fosfato à glicose aumenta a energia livre da molécula tornandoa menos estável e porque a hidrólise de ATP pela hexoquinase fornece energia suficiente para superar a barreira energética da reação De um ponto de vista termodinâmico a fosforilação da glicose é uma reação endergônica ou seja requer a entrada de energia para ocorrer No entanto a reação global que ocorre na glicólise é exergônica o que significa que a reação libera energia Isso ocorre porque a energia liberada na quebra da glicose é maior do que a energia necessária para fosforilála Em outras palavras a reação global é termodinamicamente favorável mesmo que a fosforilação da glicose em si seja endergônica 4 Responda e justifique as seguintes questões a Um ácido forte tem Ka maior ou menor que um ácido fraco Maior b Um ácido forte tem pKa maior ou menor que um ácido fraco Menor 5 A aspirina é um ácido fraco com pKa de 35 o H ionizável é aquele presente no grupo funcional carboxila Ela é absorvida pelas células que revestem o estômago e o intestino delgado A absorção requer a passagem através da membrana plasmática cuja velocidade é determinada pela polaridade da molécula moléculas carregadas e altamente polares passam lentamente enquanto que moléculas hidrofóbicas neutras são absorvidas rapidamente O pH do conteúdo estomacal é de cerca de 15 e o pH do intestino delgado é de aproximadamente 6 A maior quantidade de aspirina é absorvida no estômago ou no intestino delgado Justifique sua resposta A aspirina é um fármaco ácido fraco e sua absorção depende do pH do ambiente em que se encontra Quando a aspirina é ingerida ela dissolvese no fluido gástrico ácido e se difunde através da mucosa do estômago e do intestino delgado A absorção da aspirina é mais eficiente no intestino delgado do que no estômago Isso ocorre porque o pH do conteúdo intestinal é mais alcalino entre 70 e 80 enquanto o pH do conteúdo gástrico é mais ácido cerca de 15 a 35 Como a aspirina é um ácido fraco ela se ioniza parcialmente em solução ácida o que diminui a solubilidade e dificulta a sua absorção Por outro lado no intestino delgado o pH mais alcalino favorece a solubilidade da aspirina e aumenta sua absorção através da mucosa intestinal A absorção da aspirina é afetada pelo pH do ambiente em que ela se encontra devido ao fato de que sua forma ionizada é mais polar e menos permeável através da membrana plasmática do que a forma nãoionizada O pKa da aspirina é de 35 o que significa que em solução ácida como o conteúdo estomacal a maioria das moléculas de aspirina estará na forma nãoionizada uma vez que a acidez irá favorecer a protonação do grupo carboxila Já em solução mais neutra como no intestino delgado a aspirina estará principalmente na forma ionizada Dessa forma a absorção da aspirina será mais eficiente no estômago onde a maioria das moléculas estará na forma nãoionizada que é mais hidrofóbica e passa mais facilmente através da membrana plasmática do que no intestino delgado onde a maioria das moléculas estará na forma ionizada que é mais polar e menos permeável Portanto a maior quantidade de aspirina será absorvida no estômago É importante destacar no entanto que a absorção da aspirina também pode ser afetada por outros fatores como a presença de alimentos no trato gastrointestinal e a velocidade do trânsito intestinal