2.8: Revisão do capítulo

2.1 Elementos e átomos: os blocos de construção da matéria

O corpo humano é composto por elementos, dos quais os mais abundantes são oxigênio (O), carbono (C), hidrogênio (H) e nitrogênio (N). Você obtém esses elementos dos alimentos que ingere e do ar que respira. A menor unidade de um elemento que retém todas as propriedades desse elemento é um átomo. Mas os próprios átomos contêm muitas partículas subatômicas, das quais as três mais importantes são prótons, nêutrons e elétrons. Essas partículas não variam em qualidade de um elemento para outro; ao contrário, o que dá a um elemento sua identificação distinta é a quantidade de seus prótons, chamada de número atômico. Prótons e nêutrons contribuem com quase toda a massa de um átomo; o número de prótons e nêutrons é o número de massa de um elemento. Versões mais pesadas e leves do mesmo elemento podem ocorrer na natureza porque essas versões têm números diferentes de nêutrons. Diferentes versões de um elemento são chamadas de isótopos.

A tendência de um átomo ser estável ou reagir prontamente com outros átomos se deve em grande parte ao comportamento dos elétrons dentro da camada de elétrons mais externa do átomo, chamada camada de valência. É improvável que o hélio, assim como átomos maiores com oito elétrons em sua camada de valência, participe de reações químicas porque são estáveis. Todos os outros átomos tendem a aceitar, doar ou compartilhar elétrons em um processo que leva os elétrons em sua camada de valência a oito (ou, no caso do hidrogênio, a dois).

2.2 Ligações químicas

A cada momento da vida, átomos de oxigênio, carbono, hidrogênio e outros elementos do corpo humano estão criando e quebrando ligações químicas. Os íons são átomos carregados que se formam quando um átomo doa ou aceita um ou mais elétrons carregados negativamente. Os cátions (íons com carga positiva) são atraídos por ânions (íons com carga negativa). Essa atração é chamada de ligação iônica. Em ligações covalentes, os átomos participantes não perdem nem ganham elétrons, mas os compartilham. As moléculas com ligações covalentes não polares são eletricamente balanceadas e têm uma forma linear tridimensional. Moléculas com ligações polares covalentes têm “pólos” — regiões de carga fracamente positiva e negativa — e têm uma forma triangular tridimensional. Um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio formam moléculas de água por meio de ligações polares covalentes. Ligações de hidrogênio ligam átomos de hidrogênio que já participam de ligações polares covalentes a ânions ou regiões eletronegativas de outras moléculas polares. As ligações de hidrogênio ligam as moléculas de água, resultando nas propriedades da água que são importantes para os seres vivos.

2.3 Reações químicas

As reações químicas, nas quais as ligações químicas são quebradas e formadas, exigem um investimento inicial de energia. A energia cinética, a energia da matéria em movimento, alimenta as colisões de átomos, íons e moléculas que são necessárias para que suas antigas ligações se quebrem e novas se formem. Todas as moléculas armazenam energia potencial, que é liberada quando suas ligações são quebradas.

Quatro formas de energia essenciais ao funcionamento humano são: energia química, que é armazenada e liberada à medida que as ligações químicas são formadas e quebradas; energia mecânica, que alimenta diretamente a atividade física; energia radiante, emitida como ondas, como na luz solar; e energia elétrica, o poder de mover elétrons.

As reações químicas começam com os reagentes e terminam com os produtos. As reações de síntese unem os reagentes, um processo que requer energia, enquanto as reações de decomposição quebram as ligações dentro de um reagente e, assim, liberam energia. Nas reações de troca, as ligações são quebradas e formadas e a energia é trocada.

A taxa na qual as reações químicas ocorrem é influenciada por várias propriedades dos reagentes: temperatura, concentração e pressão e a presença ou ausência de um catalisador. Uma enzima é uma proteína catalítica que acelera as reações químicas no corpo humano.

2.4 Compostos inorgânicos essenciais ao funcionamento humano

Os compostos inorgânicos essenciais ao funcionamento humano incluem água, sais, ácidos e bases. Esses compostos são inorgânicos; ou seja, eles não contêm hidrogênio e carbono. A água é um lubrificante e uma almofada, um dissipador de calor, um componente de misturas líquidas, um subproduto das reações de síntese de desidratação e um reagente nas reações de hidrólise. Os sais são compostos que, quando dissolvidos em água, se dissociam em outros íons além de H ⁺ ou OH ^—. Em contraste, os ácidos liberam H ⁺ em solução, tornando-a mais ácida. As bases aceitam H ⁺, tornando a solução mais alcalina (cáustica).

O pH de qualquer solução é sua concentração relativa de H ⁺. Uma solução com pH 7 é neutra. Soluções com pH abaixo de 7 são ácidos e soluções com pH acima de 7 são bases. Uma mudança em um único dígito na escala de pH (por exemplo, de 7 para 8) representa um aumento ou diminuição de dez vezes na concentração de H ⁺. Em um adulto saudável, o pH do sangue varia de 7,35 a 7,45. Os mecanismos de controle homeostático importantes para manter o sangue em uma faixa de pH saudável incluem substâncias químicas chamadas tampões, ácidos fracos e bases fracas liberadas quando o pH do sangue ou de outros fluidos corporais flutua em qualquer direção fora dessa faixa normal.

2.5 Compostos orgânicos essenciais para o funcionamento humano

Os compostos orgânicos essenciais ao funcionamento humano incluem carboidratos, lipídios, proteínas e nucleotídeos. Diz-se que esses compostos são orgânicos porque contêm carbono e hidrogênio. Os átomos de carbono em compostos orgânicos compartilham prontamente elétrons com hidrogênio e outros átomos, geralmente oxigênio e, às vezes, nitrogênio. Os átomos de carbono também podem se ligar a um ou mais grupos funcionais, como carboxilas, hidroxilas, aminoácidos ou fosfatos. Os monômeros são unidades únicas de compostos orgânicos. Eles se ligam por síntese de desidratação para formar polímeros, que por sua vez podem ser quebrados por hidrólise.

Os compostos de carboidratos fornecem combustível corporal essencial. Suas formas estruturais incluem monossacarídeos como glicose, dissacarídeos como lactose e polissacarídeos, incluindo amidos (polímeros de glicose), glicogênio (a forma de armazenamento da glicose) e fibra. Todas as células do corpo podem usar glicose como combustível. É convertido por meio de uma reação de redução de oxidação em ATP.

Os lipídios são compostos hidrofóbicos que fornecem combustível corporal e são componentes importantes de muitos compostos biológicos. Os triglicérides são os lipídios mais abundantes no corpo e são compostos por uma espinha dorsal de glicerol ligada a três cadeias de ácidos graxos. Os fosfolipídios são compostos por um diglicérido com um grupo fosfato ligado à cabeça da molécula. O resultado é uma molécula com regiões polares e não polares. Os esteróides são lipídios formados por quatro anéis de hidrocarbonetos. O mais importante é o colesterol. As prostaglandinas são moléculas sinalizadoras derivadas de ácidos graxos insaturados.

As proteínas são componentes essenciais de todos os tecidos corporais. Eles são compostos por monômeros chamados aminoácidos, que contêm nitrogênio, unidos por ligações peptídicas. O formato da proteína é fundamental para sua função. A maioria das proteínas corporais é globular. Um exemplo são as enzimas, que catalisam reações químicas.

Os nucleotídeos são compostos com três blocos de construção: um ou mais grupos fosfato, um açúcar pentose e uma base contendo nitrogênio. DNA e RNA são ácidos nucléicos que funcionam na síntese de proteínas. O ATP é a molécula fundamental de transferência de energia do corpo. A remoção ou adição de fosfatos libera ou investe energia.