Ligações Iônicas, Covalentes, de Hidrogênio, van der Waals - Ligações Químicas na Biologia

Existem quatro tipos de ligações químicas essenciais para a existência da vida: Ligações Iônicas, Ligações Covalentes, Ligações de Hidrogênio e interações de van der Waals. Nós precisamos de todas elas para diferentes funções nas interações bioquímicas.

Essas ligações variam em sua força. Na Química, nós temos intervalos de força sobrepostos para as Ligações Iônicas e as Ligações Covalentes. Mas lembre-se, na bioquímica, tudo acontece no contexto da água. Isto significa que as Ligações Iônicas tendem a se dissociar. Portanto, nós apresentamos essas ligações na seguinte ordem (da mais forte para mais fraca): Covalente, Iônica, Hidrogênio e van der Waals. Note também que na Química, as ligações mais fracas são mais comumente citadas como "forças de dispersão".

Vídeo de Química mencionado:
Ionic Bonds vs Covalent Bonds
http://bit.ly/2cUG6C8

Existem quatro tipos de ligações químicas
essenciais para existência da vida:

Ligações Iônicas, Ligações Covalentes,
Ligações de Hidrogênio e Interações de van der Waals.

Todas essas ligações são propriedades
emergentes da interação dos átomos.

Nós podemos estudar individualmente
como os átomos são constituídos.

A quantidade de prótons,
nêutrons e elétrons que eles têm.

Mas quando os átomos se aproximam uns dos
outros, uma nova característica aparece.

Socratica apresenta:
As quatro ligações da vida

Se um átomo não possui uma camada
de valência totalmente preenchida,

ele pode compartilhar seus elétrons
com um outro átomo, ou mesmo cedê-los.

Deste modo, um átomo pode ganhar elétrons
para preencher sua camada mais externa,

ou mesmo perder elétrons suficientes para
esvaziar sua camada mais externa,

expondo uma camada de valência completa
em um nível de energia mais baixo.

As interações entre os átomos que acontecem
em decorrência disso são chamadas de ligações químicas.

Esse é um exemplo de propriedade emergente.

Você não sabe nada sobre o comportamento químico
de um átomo antes dele se aproximar de um outro átomo.

É aí que o comportamento químico emerge.

Um dos determinantes do tipo de ligação que
um átomo pode realizar é a sua Eletronegatividade.

Entenda a eletronegatividade como a capacidade
de um átomo "puxar" um elétron e mantê-lo próximo.

Se dois átomos se aproximarem e tiverem
mais ou menos a mesma eletronegatividade,

eles compartilharão um elétron.

Isso faz todo o sentido quando
dois átomos são idênticos.

Por exemplo, dois átomos de hidrogênio compartilham
um elétron e se tornam uma molécula de H2.

Ou então, vejamos dois átomos de oxigênio.

Nenhum deles tem uma camada de
valência preenchida por elétrons.

A camada mais externa do oxigênio
tem apenas seis elétrons.

Então ele precisa de dois elétrons para
preenchê-la e se tornar mais estável.

Quando dois átomos de oxigênio se aproximam,
eles podem compartilhar dois elétrons,

formando assim, uma ligação dupla,
e se tornando uma molécula de O2.

Eles têm a mesma eletronegatividade,
já que são idênticos.

Então os elétrons são igualmente
compartilhados entre os átomos.

Isso recebe o nome de Ligação Covalente Apolar.

Agora, se houver diferença entre a
eletronegatividade de dois átomos,

os elétrons passarão a maior parte do tempo
próximos ao átomo de maior eletronegatividade.

Lembre-se de que os elétrons
se mexem o tempo todo,

movendo-se em regiões delimitadas
que chamamos de orbitais.

Por exemplo, em uma molécula de água (H20),

o oxigênio tem uma eletronegatividade
maior do que a do hidrogênio.

Assim, nas duas ligações desta molécula,
os elétrons passarão a maior parte do tempo

próximos ao átomo de oxigênio se comparado com
o tempo que passam próximos ao átomo de hidrogênio.

Isso resulta em uma molécula
de água parcialmente carregada,

com uma porção negativa
próxima ao átomo de oxigênio,

e uma porção positiva nas regiões que
se localizam os átomos de hidrogênio.

Damos a este tipo de ligação química
o nome de Ligação Covalente Polar.

Ademais, se as eletronegatividades
forem muito diferentes,

um átomo poderá doar um ou mais
elétrons para o átomo mais eletronegativo.

Isso resulta em duas espécies carregadas: íons.

O átomo que doa um ou mais
elétrons é denominado Cátion.

Ele se torna positivamente carregado.

O átomo que ganha elétrons,
torna-se negativamente carregado.

E por sua vez é denominado ânion.

Como consequência de
possuírem cargas opostas,

esses íons agora se atraem
por meio de atração eletrostática.

Esta atração que mantém os dois íons
juntos é chamada de Ligação Iônica.

Existe algo esquisito a respeito
ligações iônicas na biologia.

Quando você aprende sobre as
ligações iônicas na química,

vamos dizer, imaginamos que as ligações
que mantém NaCl (sal) ligados sejam fortes.

Mas na biologia/bioquímica,
você deve lembrar que tudo,

todas essas interações químicas,
ocorrem no contexto da água.

Na água, ligações iônicas se
dissociam rapidamente.

Por este motivo, na bioquímica,

nós consideramos que as ligações iônicas são
em geral mais fracas do que as ligações covalentes.

Na química, nós sempre discutimos
a extensão da força dessas ligações.

Você pode aprender mais em um vídeo que
chamamos de "Ligações Iônicas vs Ligações Covalentes"

da nossa série sobre química.

Você pode se surpreender com isso,
mas é realmente importante que possamos

ter a capacidade de realizar
ligações com diferentes forças.

Existem alguns casos nos quais
queremos ligações super fortes.

Digamos, quando estamos
construindo estruturas.

Mas também há casos onde faz
mais sentido ter ligações fracas.

Ligações que podem ser usadas
para interações reversíveis.

Por exemplo:

Suponha que temos um receptor, e uma
molécula sinalizadora que se liga a ele.

Um hormônio ou neurotransmissor.

Nós não queremos que essa molécula
se ligue ao receptor e não "desgrude" mais,

bloqueando o receptor.

Nós queremos que ela se ligue reversivelmente.
Que se ligue, envie o sinal e então saia dali.

A propósito, existem alguns venenos
que agem desta forma.

Eles se ligam permanentemente a
um receptor e não se desacoplam,

bagunçando o processo de
sinalização no seu corpo.

A próxima ligação fraca é a
Ligação de Hidrogênio.

As pessoas frequentemente ficam confusas
sobre as ligações de hidrogênio,

pois o seu exemplo mais comum é o
das ligações de hidrogênio na água.

Nós usamos este exemplo porque é
incrivelmente relevante para explicar

o porquê da água ser essencial para a vida.
Mas este é um tópico para um outro vídeo.

Voltando ao assunto, a confusão se dá

porque acabamos de dizer que há
ligações covalentes polares na água.

Sim...

Em moléculas individuais de água,
essas ligações são covalentes polares.

Mas existem ligações de hidrogênio que promovem
a união de diversas moléculas de água.

Isso é o que faz com o que
a água seja tão coesa.

É por isso que ela se "amontoa" em gotas,
em vez de se espalhar completamente.

A ligação de hidrogênio é uma atração
muita fraca entre um átomo de hidrogênio

que já está covalentemente ligado a alguma coisa
- e portanto já possui uma carga positiva parcial -

e alguma outra coisa que é
parcialmente carregada negativamente.

Esta segunda parte, frequentemente, consiste em
um átomo de oxigênio, nitrogênio ou flúor que já

esteja ligado a alguma outra coisa.

Então no caso da água, temos o
hidrogênio de uma molécula de água

sendo atraído pelo oxigênio
de uma outra molécula de água.

Note que essas ligações são representadas
de maneira diferente das ligações covalentes.

Em vez de usar uma linha contínua entre
dois átomos, usa-se uma linha pontilhada.

Isto é para te lembrar de que
esta é uma interação muito fraca.

Essas ligações meio que "ligam e desligam".

Falemos agora do tipo mais fraco de ligação:
as interações de van der Waals.

Para entender essas interações,

você deve ter em mente a ideia de que
os elétrons estão em constante movimento.

Eles ocupam um orbital, que é uma região, como
se fosse uma nuvem, em torno do núcleo de um átomo.

Você não tem como saber exatamente onde
um elétron está em dado momento,

mas você pode ter uma ideia da região
mais provável na qual ele deve estar.

Agora imagine duas moléculas
"gordinhas" se encontrando.

Aquele receptor e a molécula sinalizadora
que mencionamos anteriormente.

Em sua superfície, bem na superfície, existe
uma nuvem de elétrons se movimentando.

Em parte do tempo, existirá uma
distribuição desigual de elétrons,

a qual resulta em regiões parcialmente
positivas e regiões parcialmente negativas.

As regiões de carga oposta do receptor
e da molécula sinalizadora se acoplarão,

e estarão ligadas umas às
outras por apenas um instante.

Logo após esse evento,
elas se deprenderão.

Mais uma vez, assim como
nas ligações de hidrogênio,

imagine essas ligações "ligando e desligando"
como luzes do Natal, só que agora mais rapidamente.

Lanço um desafio para você:

Para cada um desses tipos de ligações,

dê um exemplo de sua participação
em um processo biológico.

Escreva sua resposta nos comentários!

Esta é uma boa estratégia a se adotar
conforme você for avançando na bioquímica.

Se puder manter uma molécula
de exemplo no seu pensamento,

isto o ajudará a deixar os conceitos
abstratos mais fáceis de se entender.

Então, "uma ligação de hidrogênio se parece com isto..."

"um ácido graxo se parece com aquilo..."

Você não se confundirá
facilmente dessa forma.

Obrigado por assistir o Socratica.