Ligações Químicas

            Todas as substâncias são feitas de matéria, e a unidade fundamental da matéria é o átomo, que constitui a menor partícula de um elemento. O átomo é composto de um núcleo central contendo prótons (carga positiva), nêutrons (sem carga) e os elétrons (carga negativa) que ficam em torno do núcleo, em diferentes trajetórias imaginárias chamadas de orbitais. O elemento é uma substância feita de átomos de um tipo. Existem cerca de 82 elementos que encontramos naturalmente, e cerca de outros 31 elementos criados artificialmente em laboratórios de pesquisa. Uma molécula é formada quando átomos do mesmo tipo ou diferentes elementos se combinam. A molécula é a menor partícula de uma substância que pode normalmente existir de maneira independente.

            O último modelo atômico que ganhou espaço na química e física moderna, foi o do físico dinamarquês Niels Bohr (1885-1962), que propôs a estrutura do átomo com as suas partículas, que lembram o Sistema Solar. Segundo Niels, no átomo tem-se o núcleo, onde fica os prótons e os nêutrons (como se fossem o Sol), a eletrosfera onde ficam os elétrons (como se fosse os Planetas) que teria sete camadas. (BOHR, 1913)

Mas observou-se que era preciso algo para unir os átomos e em seguida criar moléculas, que dariam forma e existência aos elementos encontrados na natureza. Pois através desta observação foram descritas as ligações químicas com o objetivo de explicar como ocorre a junção destas partículas tão pequenas.

            As ligações químicas entre dois átomos se estabelecem quando a força de união entre eles é suficiente para dar origem a um agregado estável, que pode ser considerado como espécie molecular independente. Apenas os gases nobres ou inertes (hélio, argônio, neônio, criptônio e xenônio) e os metais em estado gasoso apresentam estrutura interna configurada por átomos isolados. A quantidade de ligações que o átomo de um elemento pode efetuar simultaneamente expressa sua capacidade de se combinar, também chamada valência (LEWIS, 1916). Cada elemento apresenta, normalmente, um número fixo e limitado de valências.

            Basicamente, duas forças de naturezas distintas atuam no interior da matéria: são as forças intermoleculares, isto é, entre moléculas, e as forças intramoleculares, que agem no interior dessas moléculas, entre dois ou mais átomos. As forças intermoleculares podem ser descritas, sucintamente, como Pontes de Hidrogênio ou Forças de Van der Waals. As forças intramoleculares são as famosas ligações químicas, que podem ser do tipo iônico, covalente ou metálico.

            O propósito deste texto é abordar os aspectos referentes às ligações químicas. Ainda hoje as forças que atuam entre átomos representam um dos aspectos mais intrigantes de todo o estudo da química. Destas forças, as mais fortes são as ligações químicas, responsáveis pela união estável de átomos, resultando na formação de moléculas, sendo estas as bases constituintes de toda matéria que conhecemos. Essas ligações representam interações entre dois ou mais átomos, interações essas que podem ocorrer por doação de elétrons, compartilhamento de elétrons ou ainda deslocamento de elétrons (PAULING, 1954). Cada um desses processos é caracterizado por uma denominação de ligação química.

            De modo geral, como fora mencionado, pode ocorrer à doação e o recebimento de elétrons entre dois átomos, caracterizando uma ligação denominada de ligação iônica. Nessa ligação, predominam as forças eletrostáticas que atraem os íons de cargas opostas. Esta ligação é a responsável pela formação de compostos iônicos, e ocorre entre um átomo metálico e um átomo não metálico, com doação de elétrons por parte do primeiro e recebimento de elétrons por parte do segundo. A ligação iônica ocorre quando um elemento metálico reage com um a metálico. Os metais doam seus elétrons de última camada, esse serão recebido pelos ametais.

            Metais que possuem um, dois, ou três elétrons na última camada se ligam com ametais que possuem cinco, seis ou sete elétrons. Para formar a ligação iônica é necessário que um dos átomos possua uma tendência de ceder elétrons, enquanto outro tenha a tendência de receber elétrons. Os átomos com tendência a ceder elétrons são os metais das famílias IA, IIA, IIIA, e os átomos que recebem elétrons são os ametais que apresentam quatro, cinco, seis e sete elétrons na camada de valência. Os sais e outros grupos de minerais possuem íons que formam compostos iônicos e, consequentemente, substâncias iônicas. Um exemplo é a formação do sal de cozinha (cloreto de sódio) a partir de átomos de sódio (Na) e de cloro (Cl) é o que mais representa uma ligação iônica. O átomo de sódio consegue a estabilidade eletrônica quando perde um elétron, originando o íon Na+. O átomo de cloro atinge a estabilidade quando recebe um elétron, originando o íon Cl-. Os compostos constituídos pelos íons (Na+ e Cl-) são designados compostos iônicos, por serem eletronicamente estáveis, ou seja, ocorre uma interação eletrostática entre eles (cargas com sinal contrário se atraem). Quando se combinam dois átomos que possuem uma mesma tendência de ganhar e perder elétrons, ocorre então a formação de uma ligação covalente. Sob essas condições, não ocorre uma transferência total de elétrons.

            A ligação covalente, sempre entre dois átomos não metálicos, forma os compostos de natureza molecular, de modo a constituir uma molécula de natureza polar (ligação entre dois átomos diferentes) ou apolar (entre dois átomos iguais). Segundo a teoria ou regra do octeto, os átomos dos elementos ficam estáveis quando atingem a configuração eletrônica de um gás nobre, ou seja, quando eles possuem oito elétrons em sua camada de valência (camada mais externa) ou dois elétrons no caso de possuírem somente a camada eletrônica K (LEWIS, 1916).

            Assim, seguindo essa regra, os átomos dos elementos mencionados possuem a tendência de ganhar elétrons para alcançarem a estabilidade. O hidrogênio no estado fundamental possui somente um elétron na sua camada eletrônica; assim, para ficar estável, ele precisar receber mais um elétron de outro átomo. Com base nisso, consideremos agora a molécula de dióxido de carbono (CO2). O carbono, que pertence à família 14, possui quatro elétrons na última camada, e precisa fazer quatro ligações covalentes para ficar estável. O oxigênio é da família 16, possui seis elétrons na camada de valência e precisa realizar duas ligações. Desse modo, o carbono compartilha dois pares de elétrons ou faz duas ligações duplas com cada átomo de oxigênio.

            A ligação metálica traz um processo distinto. Os elétrons distribuem-se sobre núcleos positivos de átomos metálicos, formando uma nuvem eletrônica sobre toda estrutura da matéria formada, sendo esta a responsável pelas propriedades metálicas da matéria constituída. As propriedades de uma ligação são diferentes das propriedades dos seus elementos constituintes. Observou se que o ouro (Au) na forma como é encontrado na natureza não fabrica nenhum objeto consistente, pois ele é mais maleável que a grande maioria dos metais. Mas quando é adicionado à prata (Ag) e o cobre (Cu) formará uma ligação metálica, aumentando a dureza e permitindo sua utilização para fabricar joias, como anéis, pulseiras e relógios. A obturação dental também utiliza ligação metálica, a amálgama dental, que tem liga de mercúrio prata e estanho.

            Para fabricar materiais que tenham maior resistência ao manuseio, é preciso recorrer à ligação entre os metais. O aço, por exemplo, é formado por ferro (Fe) e carbono (C). Essa ligação fica tão resistente que é usada na fabricação de peças metálicas que sofrem tração elevada. Aumentando assim a resistência mecânica. O aço cirúrgico é usado para a obtenção de instrumentos cirúrgicos, por apresentar alta resistência à oxidação.

Referências:

PERUZZO, Francisco Miragaia (Tito); CANTO, Eduardo Leite; Química na Abordagem do Cotidiano, Ed. Moderna, vol.1, São Paulo/SP- 1998.

SARDELLA, Antônio; MATEUS, Edegar; Curso de Química: química geral, Ed. Ática, São Paulo/SP – 1995.

Mundo Educação, Ligações Químicas. Disponível em: http://www.mundoeducacao.com/quimica/ligacoes-quimicas.htm > Acesso em 27 de out. de 2014.

Genoma Mitocondrial e Nuclear

          Genoma é um código genético, que possui toda a informação hereditária de um ser e é codificada no DNA. É o conjunto de todos os diferentes genes que se encontram em cada núcleo de uma determinada espécie. Na dotação cromossômica haploide, um núcleo possui só um genoma. O termo foi criado em 1920, por Hans Winkler, um professor da  Universidade de Hamburgo. O gene humano dispõe das informações básicas e necessárias para o desenvolvimento físico de um ser humano, e é formado pela sequência de 23 pares de cromossomos. O genoma é a soma de genes que define como vai se desenvolver e funcionar um ser vivente, é transmitido de geração em geração e determina a espécie do ser vivo. No material encontram-se gravadas características hereditárias encarregadas de dirigir o desenvolvimento biológico de cada indivíduo. As doenças hereditárias também estão escritas no genoma. Todos os seres vivos, desde os maiores, como o elefante, até os minúsculos, como as bactérias, têm uma sequência genética.

            A diferença entre o genoma mitocondrial e o nuclear são suas respectivas estruturas. Os genes do núcleo da célula possuem longas fitas, formadas por dupla hélice e que codificam cerca de 100.000 genes. O genoma da mitocôndria (mtDNA) representa 1 a 2% do DNA celular, em duplo filamento circular, codificando apenas 37 genes. Acredita-se na hipótese endossimbiótica, devido a existência do mtDNA. Esta teoria sugere que o surgimento das células eucarióticas se deu com o englobamento das células procarióticas sem ocorrer à digestão, e estas duas desenvolveram uma relação simbiótica.

            Não possui diferença na sua composição química, em relação ao DNA nuclear, mas possui um código genético apenas seu. Tem genoma haploide, por ser apenas de origem materna, não havendo recombinação, pois se acredita que as mitocôndrias dos espermatozoides são destruídas pelo gameta feminino (óvulo) após a fecundação. Existe uma região não codificada que, aparentemente, controla a replicação e transcrição do mtDNA. Quando comparada com o genoma nuclear, possui uma alta taxa evolutiva. Sendo assim, tem sido muito usado em estudos evolutivos para a investigação de linhagens antigas.

            As doenças mitocondriais ocorrem quando há uma mudança, mutação ou a falta de algum gene. Quando há falta ou transformação de um cromossomo, ocorre um tipo de anomalia no individuo. O genoma nuclear contém informações do pai e da mãe, mas o genoma mitocondrial apresenta informações só da mãe. Outra característica das doenças mitocondriais é o fato de que essas organelas presumiram do óvulo que tem suas origens maternas. O papel das mitocôndrias se relaciona com a liberação de energia indispensável para o trabalho celular. Para o seu funcionamento, utiliza se oxigênio e substâncias orgânicas, que lhe serve de combustível. As moléculas de açucares, por exemplo, são oxidadas e liberam energia. A esse processo chamamos de respiração celular.

            A mitocôndria pode ser sede de diversas patologias. As anomalias podem ser estruturais ou simplesmente funcionais. Algumas das anomalias são genéticas, enquanto outras são secundárias. As anomalias com herança genética são passadas de mãe para filho, afetando ambos os sexos igualmente. Os efeitos sistêmicos mais notáveis são os neurodegenerativos, musculares (principalmente fraqueza) ou decorrentes de disfunções metabólicas por excesso de ácido láctico.

            Portanto, a presença de material genético na mitocôndria fez emergir teorias sobre sua origem. Muitos biólogos argumentam que a mitocôndria um dia teria sido um organismo bacteriano fagocitado por uma célula eucariota, passando a partir daí a viver em simbiose com seu hospedeiro. Seja qual for sua origem, sua função é vital para a célula, sem a qual há morte celular e morte da própria mitocôndria. Sendo assim, as mitocôndrias foram selecionadas como entidades com baixo índice de mutações. Geneticistas aproveitam essas propriedades para examinar, através do DNA mitocondrial, as relações de parentesco entre os grandes grupos de seres vivos. Tendo-se como função a liberação de energia, a mitocôndria se faz excessivamente presente em células do sistema nervoso e no coração, uma vez que estes apresentam uma demanda maior de energia.

            Pode se concluir que o entendimento do funcionamento do genoma mitocondrial e nuclear aumentou consideravelmente, auxiliando a compreensão de inúmeras doenças aparentemente tão distintas, unificando-as sob um prisma genético e fisiopatológico comum. Apesar de, até o momento, não existir tratamento específico efetivo para as doenças mitocondriais, seu entendimento genotípico tem sido de fundamental importância para podermos avaliar o prognóstico. O sequenciamento do DNA humano, bem como o desenvolvimento de modelos experimentais para as doenças mitocondriais, permite prever que um grande avanço nas pesquisas da fisiopatologia dessas anomalias ocorrerá nos próximos anos.

REFERÊNCIAS:

 NASSEH. Ibrahim E, TENGAN. Célia H, KIYOMOTO.Beatriz H, GABBAI. Alberto Alain. Doenças Mitocondriais, Unifesp, São Paulo, p. 09.

Portal São Francisco, Mitocôndrias, Disponível em:http://www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/mitocondrias/mitocondrias.php > Acesso em: 07 de out. de 2014

InfoEscola, DNA Mitocondrial. Disponível em:http://www.infoescola.com/genetica/dna-mitocondrial/ Acesso em 07 de out.de 2014

A Teoria da Evolução em Foco

           A criação do universo e de todos os seres vivos é um tema bastante intrigante, que tem suas pesquisas e hipóteses baseadas na teoria da evolução. Charles Darwin (idealizador da teoria) defendia a tese de que “evolução” seria uma espécie de mudança progressiva e gradual. Embora muitos não acreditem nessa teoria pelo fato de cientistas não aceitarem a explicação religiosa sobre o criacionismo. E que isso seria inaceitável no pensamento científico. Alguns documentários abordam de forma detalhada a origem de tudo através de um fenômeno chamado “big bang”. Teoria que diz que tudo evoluiu através de uma explosão com pequenas partículas e que com o passar dos anos, uma molécula se transformaria em outra igual à primeira, ate que determinada matéria orgânica fosse formada. History Chanel (canal americano) lançou em 2011 um documentário que tem como objetivo explicar, como realmente teria acontecido a 15 bilhões de anos atrás. A História do mundo em 2 horas, tendo como título original History of the world in two hours, mostra como aconteceu o big bang e as primeiras civilizações, idade da pedra, a descoberta do metal e como tudo que conhecemos hoje se formou.

            De acordo com Stanley Miller, “os compostos orgânicos que são a base da vida, formaram-se nas condições da suposta atmosfera primitiva” (MILLER 1953), fortalecendo a teoria apresentada na década de 1920 pelo cientista russo Oparin e o inglês Haldane, sugere que a vida pode ter se originado através da evolução dos compostos químicos nos oceanos primitivos. Em 1936 Oparin publicou suas ideias no livro “A Origem da Vida”. De acordo com a atmosfera primitiva, a 15 bilhões de anos atrás a terra era coberta por larva. O vapor de água quente subia para a atmosfera e voltava para a superfície, enchendo e criando os oceanos.

            A partir desta hipótese criou se outra teoria que relatava o acúmulo de componentes químicos nos oceanos. Tal especulação daria a resposta à criação dos primeiros microrganismos da terra. Segundo a hipótese de Aleksander I. Oparin e Haldane, as primeiras moléculas surgiram a aproximadamente quatro bilhões de anos, e as primeiras células somente a um bilhão de anos, mas tarde. Nessa época, a crosta terrestre e principalmente a atmosfera eram bastante diferentes do que temos hoje em dia. A atmosfera primitiva era composta de hidrogênio, amônia, gás metano e vapor de água. A crosta terrestre formada inicialmente de magma deu origem a rochas muito quentes e desta forma as altas temperaturas funcionavam como catalisadores nas reações químicas que se iniciavam a partir dos compostos presentes na atmosfera. Além do mais, a terra era constantemente bombardeada por raios que favoreciam ainda mais os meios reacionais na aurora da vida e se acumulavam entre as rochas formando mares de substancias nutritivas, posteriormente denominadas de sopa pré-biótica.

            Segundo a teoria do polímero primordial (que seria a molécula de RNA), a vida surgiu quando uma macromolécula que tinha a capacidade auto-replicativa, ou seja, ela era capaz de formar uma cópia de si mesma, servindo então de molde para a nova molécula filha. Além do mais, esta molécula possuía atividade enzimática catalisando assim a sua próxima replicação, sendo denominado polímero primordial. A teoria endossimbiótica foi proposta por Lynn Margulis, em 1981, afirmando que algumas organelas (mitocôndria e cloroplasto) existentes nas células eucarióticas e surgiram graças a uma associação simbiótica. Acredita-se que mitocôndrias e cloroplastos são descendentes de organismos procariontes autotróficos que foram capturados e adotados por alguma célula, vivendo, assim, em simbiose.

            Portanto a “evolução” seria uma espécie de mudança progressiva e gradual.  São estes os motivos para se explicar o porquê de tanto tempo para a evolução do universo. As hipóteses de pesquisadores que são levantadas diante da sociedade, confronta o que diz na bíblia. Pode-se perceber de acordo com a teoria da evolução que tudo que se tem, foi evoluindo com o passar do tempo. O criacionismo ainda é uma teoria muito aceita, pelo fato de se ter Deus, como criador do universo e por ele ter motivos descritos na bíblia por ter criado tudo que existe. As hipóteses da evolução e do criacionismo explica o que realmente teria acontecido. Como todas as formas de vida existentes no planeta poderia ter sido criada.

Referências

PURVES, W. et al. Vida, a Ciência da Biologia. 6a edição, Editora ArtMed,

2002.

CAMPBELL, N. A., Biology. Second Edition, The Benjamin/Cuminings Publishing

Company, Inc., Redwood City, C.A, 1993.

Brasil Escola, Teoria endossimbiótica. Disponível em: http://www.brasilescola.com/biologia/teoria-endossimbiotica.htm

Acesso: 30 de set 2014