Água e solução tampão

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Introdução à bioquímica. 
Água e tampões. Regulação do equilíbrio ácido-básico no 
organismo humano. 
Biomoléculas: carboidratos, lipídios, vitaminas, 
aminoácidos, peptídeos, proteínas, enzimas, ácidos nucleicos 
e nucleotídeos. 
Digestão e absorção dos nutrientes, oxidações biológicas, 
fosforilação oxidativa, cadeia respiratória, metabolismo dos 
carboidratos, dos lipídios e das proteínas. 
 
 
Propriedades químicas e 
físicas da água 
→ A água é a substância mais abundante nos sistemas vivos, constituindo mais de 70% do 
peso da maioria dos organismos. O primeiro organismo vivo na Terra sem dúvida nasceu 
em ambiente aquoso, e o curso da evolução tem sido moldado pelas propriedades do meio 
aquoso no qual a vida começou. 
Constituição da matéria viva: 
Matéria: é tudo aquilo que tem massa e volume. 
Massa: é a quantidade de matéria que temos 
em uma determinada amostra. 
Molécula: é o conjunto de átomos. Esse 
agrupamento pode ser formado por átomos de 
elementos iguais ou diferentes. 
Átomo: é a partícula microscópica que é base da 
formação de toda e qualquer substância 
CÉLULA 
Moléculas Orgânicas Moléculas inOrgânicas 
(Água e sais minerais) (Vitaminas, Carboidratos 
Lipídios, Proteínas, ácidos 
nucleicos) 
Elementos químicos 
 
 
Teor de água em alguns 
órgãos humanos adultos 
Cérebro ~90% 
Músculos ~83% 
Pulmões ~70% 
Rins ~61% 
Ossos ~25% 
Dentina ~12% 
Teor de água varia: 
- Entre espécies diferentes: 
medusas (águas-vivas) -> 98% 
minhocas -> 80% 
humano adulto -> ~65% 
- Dentro da mesma espécie: 
idade -> mais jovem, mais água no corpo: 
feto humano -> >90% 
adulto -> ~65% 
idoso -> ~50% 
- Entre os sexos -> mais músculos, mais água 
no corpo. 
- Entre os diversos tecidos de um 
mesmo indivíduo: 
em função da atividade 
metabólica -> maior metabolismo, 
maior teor de água. 
REPRESENTAÇÃO DA MOLÉCULA DA 
ÁGUA 
NATUREZA DIPOLAR 
DA ÁGUA 
Como água é um composto polar, o polo positivo de 
uma molécula atrai o polo negativo de outra, o que 
resulta em uma atração eletrostática. Essa atração é 
chamada ligação de hidrogênio (ou ponte de 
hidrogênio), e ocorre entre átomos de hidrogênio com 
oxigênio, nitrogênio ou flúor. 
 
 
 
Cada átomo de hidrogênio liga-se covalentemente ao átomo 
de oxigênio -> compartilhamento de pares de elétrons: 
molécula adquire forma em V: 
- ângulo de 104,5° 
INTERAÇÕES DA MOLÉCULA DE H2O 
COM OUTRAS MOLÉCULAS POLARES 
Princípio da 
eletrostática 
Cargas de mesmos sinais 
se repelem e cargas de 
sinais opostos de atraem. 
Hidrogênio ligado ao átomo 
eletronegativo 
 
Ponte de Hidrogênio 
Átomo eletronegativo 
Devido à disposição dos átomos e a polaridade, cada molécula de água tende a 
atrair outras moléculas de água -> atração eletrostática: 
- Entre as cargas parciais (+) dos átomos de H de uma molécula e a carga parcial 
(-) do átomo de O de outra molécula; 
- Resulta na formação de ligações denominadas pontes de hidrogênio: estáveis em 
condições normais de 
temperatura e pressão Æ mantêm a água 
 
 
Pontes de hidrogênio são interações intermoleculares 
(Inter = entre); 
-> São ligações fracas (possuem aproximadamente 20 
kJ/mol de energia), As ligações de hidrogênio individuais 
são fracas e facilmente quebradas, mas muitas ligações 
de hidrogênio juntas podem ser muito fortes; 
Propriedades da água 
-> Podem acontecer entre o hidrogênio (H) de uma molécula com o oxigênio (O), 
enxofre (S) ou nitrogênio (N) de outra molécula. 
 
COESÃO 
Decorrente da atração das moléculas de água entre si 
pelas pontes de hidrogênio: 
alta tensão superficial: 
-> resulta da formação de uma película de moléculas 
de água fortemente aderidas entre si na zona de 
contato com o ar. 
-> para que algum objeto afunde na água, primeiro 
ele precisa romper a superfície - alta coesão (tensão) 
entre as moléculas torna a superfície da água mais 
resistente. 
ADESÃO 
Em função da polaridade, as moléculas de água 
tendem a se unir também a outras moléculas 
polares: é por isso que a água molha. 
A água não adere a moléculas apolares, como óleos, 
gorduras e ceras: 
 
 
 
-> não molha superfícies oleosas ou engorduradas: forma gotículas sobre elas. 
 
CAPILARIDADE 
Subida de um líquido em um tubo fino, 
de extremidade aberta: 
é o resultado da adesão entre a água e o 
vidro, combinada com a coesão das 
moléculas de água entre si: 
 
como essas forças são maiores que a força da gravidade que atua sobre a superfície da 
água dentro dos capilares, o líquido sobe. 
ALTO PODER DE 
DISSOLUÇÃO 
Quando moléculas polares ou substâncias 
iônicas são misturadas à água, ela tende a 
envolver estas moléculas, separando-as e 
impedindo que elas voltem a se unir -> 
solvente universal. 
Substâncias que se dissolvem na água 
- Hidrofílicas são sempre polares, por isso se dissolvem na água. 
Substâncias que não se dissolvem na água 
- Hidrofóbicas: são sempre apolares, por isso não se dissolvem 
na água. 
 
 
Alto calor especifico - é necessário muito calor para elevar em 1°C a temperatura 
de 1g de água: 
- Consequência das pontes de hidrogênio -> mantêm moléculas de água unidas e 
são responsáveis por sua grande coesão; 
- Em função dessa propriedade, a temperatura dentro das células se mantém 
estável e sem variações bruscas, não afetando o metabolismo celular. 
Alto calor vaporização - há necessidade de uma grande quantidade de calor 
para que cada molécula se desprenda das demais e passe do estado líquido 
para o gasoso. 
consequência das pontes de hidrogênio -> mantêm as moléculas de água unidas 
e são responsáveis por sua grande coesão: 
 - Ao evaporar, a H2O absorve calor das superfícies com as quais está em contato, 
fazendo com que elas se resfriem -> alto calor latente de vaporização. 
Por causa do alto calor 
latente de vaporização da 
água, a evaporação do suor 
resfria nossas superfícies 
corporais. 
Solidificação abaixo de 0°C -> para que a água passe 
do estado líquido para o estado sólido há necessidade 
de grande liberação de calor: 
- Evita o congelamento das células e a formação de 
cristais de gelo que poderiam romper as estruturas 
celulares. 
 
 
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FUNÇÕES DA 
ÁGUA 
 
 
SOLUÇÃO TAMPÃO 
Definição: São soluções que resistem às modificações de pH quando a elas é adicionada 
uma pequena quantidade de um ácido forte ou de uma base forte ou ainda quando 
sofrem uma diluição. 
As variações de pH ocorridas nas soluções tamponadas são insignificantes quando 
comparadas às variações nas soluções não tamponadas. Por este motivo, estas soluções 
são utilizadas para manter constante o pH de um sistema e para preparar soluções 
de pH. 
definido. 
pH é definido como potencial 
hidrogeniônico, que é uma 
escala logarítmica que 
indica com valores de 0 a 14 
se a solução é ácida, neutra 
ou básica (alcalina). 
pOH é o potencial hidroxiliônico 
das soluções. Tratam-se de 
escalas logarítmicas utilizadas 
para medir o caráter ácido e 
básico de uma amostra. 
 
 
Um exemplo de solução tampão é o sangue humano. O sangue humano é um 
sistema-tampão ligeiramente básico, ou seja, é um líquido tamponado: seu pH 
permanece constante entre 7,35 e 7,45. Um dos tampões mais interessantes e 
importantes no sangue é formado pelo ácido carbônico (H2CO3) e pelo sal desse 
ácido, o bicarbonato de sódio (NaHCO3). 
Características da Solução 
Tampão 
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 
 
A solução tampão é uma solução formada por um ácido e um sal ou por uma base e um sal. 
TAMPÃO ÁCIDO 
ÁCIDO FRACO + SAL (que contém o mesmo ânion) 
HCN ⇌ H+ CN- 
NaCN ⇌ Na+ CN- 
(Ácido) 
(Sal) 
Ânion 
Ânion 
Ioniza 
Dissocia 
HCN = Ácido 
cianídrico 
NaCN = Cianeto 
de sódio 
 
 
 
Segundo a teoria ácido-base de 
Brønsted-Lowry, um ácido 
conjugado é a parte ácida de um 
par de espécies químicas que se 
formam em consequência da 
ionização de um ácido que perde 
um próton. A parte básica que se 
forma após a transferência é 
chamada base conjugada 
TAMPÃO básico 
CátionCátion 
(Sal) NH4Cl ⇌ NH4+ + Cl- Ao dissociar libera muitos 
íons. 
Dissocia pouco (Ácido) NH4OH ⇌ NH4+ + OH- 
BASE FRACA + SAL 
NH4OH = Hidróxido de amônio 
NH4Cl = Cloreto de amônia 
Pares conjugados 
ácido-base PRÓTON 
H+ 
Ácido de Brønsted-Lowry 
é toda espécie química doadora de prótons H+ 
Base de Brønsted-Lowry 
é toda espécie química receptora de prótons H+ 
“Ácidos e bases fracas têm 
constantes de dissociação 
ácidas características” 
 
 
Pares conjugados ácido-base consistem em um doador de prótons e um receptor 
de prótons. Alguns compostos como o ácido acético e íons amônio são monopróticos; 
eles só podem doar um próton. Outros são dipróticos (ácido carbônico e glicina) 
ou tripróticos (ácido fosfórico). As reações de dissociação de cada par são 
mostradas onde elas ocorrem ao longo de um gradiente de pH. A constante de 
equilíbrio ou dissociação (Ka) e seu logaritmo negativo, o pKa, são mostrados para 
cada reação. 
As constantes de equilíbrio para as reações de ionização são comumente 
chamadas de constantes de ionização ou constantes de dissociação ácidas, 
frequentemente designadas por Ka. As constantes de dissociação de alguns 
ácidos são fornecidas na Figura 2-16. Ácidos mais fortes, como os ácidos fosfórico 
e carbônico, têm constantes de ionização maiores; ácidos mais fracos, como o 
fosfato mono-hidrogenado (HPO42–), têm constantes de ionização menores. 
Também presentes na acima estão os valores de pKa, que é análogo ao pH e é 
definido pela equação: 
 
 
Quanto mais forte a tendência de dissociar um próton, mais forte será o 
ácido e mais baixo será o seu pKa 
As curvas de titulação revelam o pKa de 
ácidos fracos 
A titulação é usada para determinar a 
quantidade de um ácido em certa solução. 
Um dado volume do ácido é titulado com uma 
solução de base forte, geralmente hidróxido 
de sódio (NaOH), de concentração conhecida. 
O NaOH é adicionado em pequenos 
incrementos até o ácido ser consumido 
(neutralizado), como determinado com um 
indicador ou um pH-metro. A concentração 
do ácido na solução original pode ser 
calculada a partir do volume e da 
concentração de NaOH adicionado. A 
quantidade de ácido e base na titulação são 
comumente expressas em termo de 
equivalentes, onde um equivalente é a 
quantidade de substância que irá reagir com, 
ou suprir, um mol de íons de hidrogênio em 
uma reação ácido-base 
Comparação das curvas de 
titulação de três ácidos fracos 
Aqui estão mostradas as curvas de titulação para 
CH3COOH, H2PO4– e NH41. As formas iônicas 
predominantes nos pontos designados da titulação 
estão destacadas nos retângulos. As regiões da 
capacidade tamponante estão indicadas à esquerda. 
Os pares conjugados ácido-base são tampões efetivos 
entre aproximadamente 10 e 90% da neutralização 
das espécies doadoras de prótons. 
 
 
Tamponamento contra mudanças no pH 
em sistemas biológicos 
•
+
•
O plasma sanguíneo é tamponado em parte pelo sistema 
tampão do bicarbonato 
 
 
Diabetes não tratado produz acidose que ameaça a vida O plasma sanguíneo humano 
normalmente tem um pH de 7,35 a 7,45, e muitas das enzimas que funcionam no sangue 
evoluíram para ter máxima atividade nesse intervalo de pH. Enzimas mostram máxima 
atividade catalítica em um pH característico, chamado de pH ótimo. Para ambos os lados 
desse pH ótimo, a atividade catalítica com frequência declina rapidamente. Portanto, 
uma pequena mudança no pH pode fazer uma grande diferença na taxa de algumas 
reações cruciais catalisadas por enzimas. O controle biológico do pH das células e dos 
fluidos corpóreos é de importância central em todos os aspectos do metabolismo e 
atividades celulares, e mudanças no pH sanguíneo têm consequências fisiológicas 
marcantes. 
O pH ótimo de algumas enzimas. A 
pepsina é uma enzima digestiva 
secretada no suco gástrico, que tem 
pH 1,5, o que permite à enzima 
funcionar de forma ótima. A 
tripsina, uma enzima digestiva que 
age no intestino delgado, tem um pH 
ótimo que se assemelha ao pH neutro 
do lúmen do intestino delgado. A 
fosfatase alcalina do tecido ósseo é 
uma enzima hidrolítica que 
presumivelmente auxilia na 
mineralização dos ossos.