Água, pH e tampões

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Yahanna Estrela 
Medicina – UFCG 
BIOQUÍMICA 
 
 
ÁGUA, PH E TAMPÕES 
 
 
ÁGUA: ESTRUTURA E PROPRIEDADES 
FÍSICO-QUÍMICAS 
 
✓ Permeia todas as porções de todas as células 
(dinamicidade). 
✓ Importância: transporte de nutrientes e reações 
metabólicas; fornece meio para movimentos de 
solutos; participa das reações químicas; excreção 
de substancias através da urina; regulação térmica 
através do suor, etc. 
✓ Todos os aspectos de estrutura celular e suas 
funções são adaptadas às propriedades físico-
químicas da água. 
✓ É o principal constituinte do corpo humano, sendo 
60-70% do corpo humano, sendo 75% em crianças. 
✓ 40% intracelular e 60% extracelular. 
✓ A quantidade de água vai diminuindo de acordo 
com a idade. Também pode variar de acordo com 
o sexo e o peso. 
• Obesos, idosos e mulheres têm menor teor de 
água. 
 
 
PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS 
 
✓ Ponto de Fusão: 0ºC; 
✓ Ponto de Ebulição: 100ºC; 
✓ Elevado calor específico e calor de vaporização → 
maior que os líquidos comuns; 
✓ Solvente universal; 
✓ Temperatura varia pouco dentro da célula devido 
ao calor específico e calor de vaporização. Isso é 
importante para que haja estabilidade para 
reações. 
 
 
Estrutura e propriedades da água permitem que 
resista a mudanças de temperaturas. Exemplo: 
quando está muito quente, nós suamos e o suor é 
responsável por roubar calor da pele e evaporar. 
Isso é uma forma de regulação térmica. 
 
 
INTERAÇÕES ENTRE AS MOLÉCULAS 
 
✓ Átomo de Hidrogênio compartilha um par de 
elétrons com o oxigênio – Geometria próxima do 
tetraedro (109,5°); 
✓ Pares de elétrons não compartilhados geram uma 
carga parcial (-) 
✓ A força de atração eletrônica do Oxigênio origina 
uma carga parcial (+) 
✓ Caráter dipolar/eletricamente neutro 
✓ Forma pontes de hidrogênio. 
 
 
PONTES DE HIDROGÊNIO 
 
✓ Atração eletrostática resultante entre o átomo de 
oxigênio de uma molécula de água e o átomo de 
hidrogênio de outra molécula de água 
✓ São mais fracas que ligações covalentes: permite 
que a água seja um meio dinâmico. Caráter de 
solvente universal. 
✓ Cada molécula de água se une mediante pontes de 
hidrogênio a 3 ou 4 moléculas: gera fluidez. 
✓ A fluidez da água se deve a meia-vida curta das 
ligações (10-9s). Se quebram e se refazem 
rapidamente - meio extremamente dinâmico. 
✓ Não é uma interação restrita a H2O 
✓ Podem ser formadas entre um átomo 
eletronegativo (O, N, F) e um átomo de hidrogênio 
ligado a um átomo eletronegativo 
✓ Cria coesão, adesão e tensão superficial e permite 
interação com outras moléculas polares. 
 
 
A água responde ao aumento de calor com a 
diminuição da quantidade de pontes de 
hidrogênio e ao resfriamento com o aumento da 
formação de pontes de hidrogênio entre as suas 
moléculas. 
 
 
SOLIBULIDADE 
 
✓ A interação com solutos ocorre porque a água é 
um líquido polar; 
✓ A água pode dissolver, pois forma pontes de H; 
✓ Sais inorgânicos e moléculas orgânicas polares; 
✓ Sais cristalinos: interatua com íons que unem os 
átomos do sal; 
✓ Compostos orgânicos polares (açúcares, álcoois, 
aldeídos, cetonas, ácidos): formação de pontes de 
hidrogênio com os grupos hidroxila ou carbonila; 
✓ Substâncias anfipáticas (fosfolipídeos, proteínas, 
ácidos nucléicos): a água forma micelas, 
interatuando com a porção hidrofílica e repelindo 
a porção hidrofóbica. 
 
 
OSMOLALIDADE 
 
✓ A osmolalidade mede a concentração de um 
determinado soluto. Quanto maior a 
concentração, maior a osmolalidade. 
✓ A água se move do compartimento com menor 
concentração para o de maior concentração, em 
busca do equilíbrio. 
✓ Hiperglicemia: alta osmolalidade e desidratação, 
as células perdem água. 
 
 
Importância clínica: em situação com paciente 
com diabetes descompensado, em que se tem 
hiperglicemia, o açúcar no sangue faz com que 
o sangue fique com elevada osmolalidade. A 
água de dentro das células vai sair em direção 
ao sangue e o organismo elimina essa água 
junto com a urina, a chamada diurese 
osmótica. Por isso o paciente diabético fica 
desidratado. Tratamento: soro fisiológico, 
visto que sua osmolalidade é semelhante à dos 
compartimentos sanguíneos. 
 
 
 
ÁGUA E PH 
 
✓ A dissociação da água é muito leve e a 
concentração de H+ é de 10-7 mol/L → H2O pode 
se dissociar em H+ e OH-. 
✓ As moléculas de água tendem a ionizar-se. É um 
processo reversível. 
✓ O pH é a concentração de H+ em uma mistura. É o 
log negativo da concentração de íons de 
hidrogênio. 
✓ Portanto, o pH da água é de 7,0 
✓ O pH sanguíneo é 7,4, podendo variar de 7,35 
(sangue venoso) e 7,45 (sangue arterial). 
 
 
IMPORTÂNCIA DO PH 
 
✓ Atividade catalítica das enzimas 
✓ Diagnóstico de doenças (sangue e urina) 
✓ Exemplo: plasma sanguíneo do animal com 
diabetes é menor que 7,4 (acidose). 
 
O pH de pacientes diabéticos tende a ser menor 
(mais ácido). Isso ocorre devido à produção de 
compostos cetônicos, que ocorre no diabetes 
descompensado. 
 
 
ÍON HIDROGÊNIO 
 
✓ É um dos solutos mais importantes do corpo; 
✓ Pode interferir com as pontes de hidrogênio e nas 
forças de van der Waals; 
✓ Provenientes da separação da água; 
✓ Moléculas ionizadas que liberam íons H+; 
✓ Somente H+ livre é que afeta a concentração de 
H+; 
✓ Esse íon de hidrogênio é produzido a partir do 
metabolismo de várias substâncias: 
• Metabolismo da glicose; 
• Oxidação de aminoácidos que contém 
enxofre; 
• Hidrólise das fosfoproteínas e 
nucleoproteínas; 
• Oxidação incompleta de ácidos graxos. 
✓ O metabolismo celular produz determinados 
ácidos doadores de H+. 
 
O nosso pH sanguíneo é 7,4 mesmo com as 
reações metabólicas produzindo ácidos doadores 
de H+. Isso ocorre devido aos sistemas tampões 
que existem no nosso organismo, fazendo com 
que haja eliminação do H+. 
 
 
 
KA OU KD 
 
✓ A tendência que um determinado ácido tem de se 
dissociar e doar um íon hidrogênio para a solução 
é representada por seu Ka 
✓ Quanto maior o Ka, maior a tendência de desse 
ácido se dissociar/maior sua capacidade de doar 
H+. 
✓ Na equação de Henderson-Hasselbalch, a fórmula 
para a constante de dissociação de um ácido fraco 
é convertida em uma equação logarítmica 
conveniente. 
✓ A partir dessa equação, pode-se ver que um ácido 
fraco está 50% dissociado em um pH igual ao seu 
pKa. 
✓ Quanto maior o Ka, mais forte é o ácido e maior a 
sua dissociação. Quanto menor o Ka, mais fraco é 
o ácido. 
✓ pH 7 é neutro, pois (H) = (OH). 
 
 
A constante de dissociação Ka é uma constante 
que descreve a relação das atividades 
(aproximadamente, concentrações) de reagentes 
e produtos no equilíbrio de forma: 
 
A constante de dissociação é o produto das 
atividades de A e B dividida pela atividade dos 
produtos, AB, e tem dimensões de concentrações. 
 
 
 
 
 
A constante de dissociação da água é Kw. 
 
 
 
 
 
ÁCIDOS FORTES X ÁCIDOS FRACOS 
 
✓ Ácidos fortes: se dissociam completamente em 
solução (HCl e H2SO4). Possuem elevado Kd. 
✓ Ácidos fracos: um ácido que não ioniza 
significativamente numa solução; ou seja, se o 
ácido, representado pela fórmula geral HA, 
quando dissolvido numa solução aquosa ainda 
restará uma quantidade significativa de HA não 
dissociado. 
✓ As concentrações de equilíbrio de reagentes e 
produtos são relacionadas pela expressão da 
Constante de acidez, (Ka): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
EQUAÇÃO DE HENDERSON-HASSELBALCH 
 
✓ Utilizada para calcular o pH de uma solução 
tampão, a partir do pKa (a constante de 
dissociação do ácido) e de concentrações do 
equilíbrio ácido-base, do ácido ou base conjugada. 
✓ Serve para calcular a concentração de base 
conjugada/espécie ionizada e de espécie não 
ionizada em qualquer pH. 
✓ Verificar o grau de ionização da substância e 
determinar seu movimento entre as membranas 
celulares. 
✓ Os principais compartimentos biológicos têm pH 
definidos, tais como a mucosa intestinal (pH~5), o 
plasma (pH~7,4) e a mucosa gástrica (pH~1). 
✓ Assim sendo, é possível obter fármacos de 
comportamentofarmacocinético (absorção, 
distribuição e excreção), com propriedades 
melhoradas. 
✓ O ponto de tamponamento máximo é quando o 
ácido fraco está dissociado em 50% (pH = Pka), 
pois 50% base conjugada e 50% de ácido. 
 
 
 
 
 
 
IMPORTÂNCIA CLÍNICA 
 
✓ O pH e a ionização de algumas substâncias 
influencia na absorção de fármacos. 
✓ A forma não ionizada do fármaco (não 
protonada/forma molecular do fármaco) é mais 
absorvida e menos excretada. Isso ocorre porque 
a forma não ionizada é mais lipossolúvel. 
✓ Da mesma forma, a forma ionizada do fármaco é 
menos absorvida e mais excretada. 
✓ Um fármaco ácido, como é o caso do piroxicam, 
tem sua absorção no trato gastrointestinal sob 
forma não-ionizada (HA). 
 
 
O piroxicam (AINES), é um ácido fraco, portanto 
ele será melhor absorvido no estômago que no 
intestino. Isso ocorre porque no estômago o meio 
é ácido, não sendo necessário que ele se dissocie. 
De forma geral, fármacos que são ácidos fracos 
são melhores absorvidos no estômago, visto que o 
meio é ácido, não necessitando de dissociação. Já 
fármacos que são bases fracas, são melhores 
absorvidos no intestino, visto que é um meio 
básico. 
 
 
✓ Já no sangue (pH~7,4), é fortemente ionizado, 
sendo que nos locais de inflamação (pH~5) 
encontra-se na forma não-ionizada. 
✓ Já os anestésicos locais (bases) em tecido 
inflamado ficam mais ionizados, 
consequentemente diminui a absorção. Lembrar 
do uso de substancias vasoconstritoras nesses 
casos. 
 
 
Qual melhor tampão? Ácido que possui pKa=pH da 
solução, pois estará 50% na forma de ácido e 50% 
na forma de base conjugada. 
 
 
 
PH 
 
✓ A escala de pH é logarítmica; 
✓ Logo, se o valor do pH muda em uma unidade, a 
concentração de H+ aumenta ou diminui 10x. 
 
 
PH SANGUÍNEO 
 
✓ O pH sanguíneo é em média: 7,4. 
✓ Pode variar entre 7,35 e 7,45 
✓ Geralmente quando o sangue é venoso → pH 7,35. 
✓ Geralmente quando o sangue é arterial → pH 7,45. 
✓ Alterações fora desse intervalo → pode ter quadro 
de acidose ou alcalose, que podem gerar morte 
celular. 
 
ALTERAÇÕES DE PH 
 
✓ Oxidação da glicose: ATP/CO2/H2O → pH mais 
ácido; 
✓ Quebra de Aa: NH4+/ATP/ SO4- → pH da urina 
mais básico; 
✓ Respiração anaeróbica: ácido láctico → pH mais 
ácido; 
✓ Enzimas são sensíveis à variação pH: 
o Pode alterar sua conformação nativa 
(estrutura tridimensional). 
 
 
CONTROLE DA VARIAÇÃO DE PH 
 
✓ O controle da variação de pH ocorre através dos 
sistemas atuantes para manutenção do pH: 
 
1. Sistema tampão/tampões plasmáticos: 
diminui o efeito de ácidos ou bases 
adicionados nos líquidos corporais. Possui 
atuação imediata. 
2. Sistema pulmonar: elimina ou retém CO2 
(que pode se complexar com H2O e formar 
H2CO3, que é um doador de H+ → quanto 
mais CO2, mais H+ e quanto menos CO2, 
menos H+). Atuação de minutos a horas. 
3. Sistema renal: excreção de urina ácida ou 
básica. Atuação em horas a dias. É mais 
demorado, mas é mais prolongado. 
 
 
SISTEMA TAMPÃO 
 
✓ É uma solução que atenua a variação dos valores 
de pH, mantendo-o aproximadamente constante; 
✓ Resiste a mudanças de pH quando forem 
adicionadas pequenas quantidades de ácido ou 
bases; 
✓ São formadas por um ácido fraco e um sal desse 
ácido ou por uma base fraca e um sal dessa base; 
✓ Químicos utilizam tampões toda vez que 
necessitam manter o pH de uma solução em nível 
constante e pré-determinado. 
✓ No corpo humano, as soluções tamponantes são 
responsáveis pelo funcionamento biológico que 
depende criticamente do pH. Em destaque, o 
sistema tamponante mais importante é o sangue. 
✓ A importância do tampão: diariamente o corpo 
produz cerca de 22000mEq de ácido (H+). Caso 
não existissem os tampões, o pH sanguíneo seria 
menor que 1 e nós não sobreviveríamos. Os 
sistemas tampões atuam em conjunto com a 
respiração e com o sistema renal para 
manutenção do pH sanguíneo. 
 
✓ Exemplos: 
▪ Tampão bicarbonato (principal) → está no 
sangue. É fisiológico. Importante na saliva 
e no sangue. 
CO2 + H2O→H2CO3→H+ + HCO-3 
A reação pode ocorrer para direita ou para 
esquerda, depende da necessidade fisiológica. 
 
▪ Tampão fosfato (todos os tipos de células 
→ citoplasma). 
▪ Tampão hemoglobina (eritrócitos em 
conjunto com bicarbonato). 
▪ Tampão proteínas (células/plasma). 
 
 
 
 
 
 
 
Sem solução tampão, as variações de H+ ou OH- 
seriam bruscas, tendo acidose ou alcalose. Com a 
solução tampão, as variações são mínimas. 
 
✓ Região de tamponamento: é a região que o 
sistema tampão trabalha para diminuir essas 
variações de pH. Ao adicionar +1 ou -1 ao pKa do 
sistema, descobre-se a região de tamponamento. 
Por exemplo, se for pKa = 5, a região de 
tamponamento será de 4 a 6. 
✓ Ao adicionar H+ ou OH- ocorre consumo de HA e 
da A-, até atingir um platô. Ou seja, até o sistema 
ficar sobrecarregado. 
✓ Dependendo da quantidade de H+ ou OH- 
adicionada na solução, pode ocorrer sobrecarga 
do tampão. 
✓ A capacidade de tamponamento máximo ocorre 
quando o pH = pKa, pois assim teremos 50% de HA 
e 50% de A-. 
✓ pH abaixo do pKa: forma protonada predominante 
(CH3-COOH) 
✓ pH acima do pKa: forma básica não protonada 
(CH3-COO-) 
✓ O melhor sistema tampão é aquele que o pH 
estará igual ao pKa. 
 
 
SISTEMA TAMPÃO BICARBONATO 
 
✓ É um sistema tampão fisiológico efetivo principal, 
possui ação imediata; 
✓ Principal tampão do espaço extracelular: ácido 
carbônico/bicarbonato; 
✓ Atua no plasma sanguíneo; 
✓ Componentes: Ácido- CO2 e Básico- íon 
bicarbonato (HCO3-); 
✓ Resistente próximo de 7,4; 
✓ O ácido carbônico é formado a partir de CO2 e H2O 
e está em equilíbrio com o reservatório de CO2 
localizado nos pulmões. 
 
 
O pulmão pode aumentar ou diminuir a frequência 
respiratória, ou seja, aumentar ou diminuir a 
eliminação do CO2. O tampão bicarbonato atua em 
conjunto com sistema renal e pulmões para 
manter o equilíbrio do pH. A remoção de H+ pode 
ser representada também pela adição de um OH- 
(base); a adição de H+ pode ser representada pela 
adição de um ácido na corrente sanguínea. Se for 
adicionado H+, desloca para esquerda (aumento da 
eliminação de CO2). Se for adicionado OH- ou 
removido H+, a reação desloca para a direita. O 
HCO3- pode ser eliminado ou retido pelos rins. 
Pacientes com problemas pulmonares ou renais 
são mais susceptíveis a desenvolverem distúrbios 
Ácido-base. 
 
 
 
Taquipneia: ocorre quando há diminuição do pH 
(adição de H+). Ocorre eliminação de CO2 
(aumento da frequência respiratória) para que haja 
aumento do pH. 
Bradipneia: ocorre quando há aumento de pH 
(remoção de H+). Ocorre retenção de CO2 (diminui 
a frequência respiratória) para que haja diminuição 
do pH. 
 
 
 
RESUMO DO FUNCIONAMENTO DO 
TAMPÃO BICARBONATO: 
 
✓ Quando H+ é adicionado no sangue, a 
concentração de H2CO3 aumenta, aumentando a 
concentração de CO2 no sangue, aumentando a 
pressão deles nos espaços aéreos e o CO2 é 
expirado. 
✓ Quando a OH- é adicionado ocorrem eventos 
opostos. 
✓ A finalidade do tampão é manter o pH do sangue 
praticamente constante. 
✓ Os componentes do sistema-tampão do 
bicarbonato são produzidos metabolicamente em 
grande quantidade. Portanto, o corpo não 
depende da ingestão de compostos exógenos ou 
de sínteses complexas para a manutenção desse 
sistema-tampão. 
 
 
TAMPÃO FOSFATO 
 
✓ Sistema muito eficiente; 
✓ Atua no citoplasma e consiste dos íons H2PO4- e 
HPO42-; 
✓ Mantém o pH intracelular ideal; 
✓ Resistente entre 5,9 – 7,9; 
✓ Também auxilia no controle do pH plasmático. 
 
 
TAMPÃO HEMOGLOBINA 
 
✓ É importante na realização do transporte de gases 
respiratórios 
✓ Evita que a concentração de íons H+ varie de 
forma brusca, provocando variações de acidez 
prejudiciais ao organismo. 
✓ Esse efeito assegura que o pH do sangue venoso 
seja ligeiramente mais baixo que o do sangue 
arterial. 
HbH → H+ + Hb- (reversível) 
 
 
TAMPÃO DE PROTEÍNA 
 
✓ Representa ¾ da capacidade tampão do 
organismo, pois há uma concentração elevada dasproteínas intracelulares e plasmáticas que formam 
um abundante grupo de moléculas protéicas. 
✓ É a existência de grupos funcionais nos 
aminoácidos que constituem as proteínas que lhes 
conferem a capacidade tampão e esses grupos 
funcionais podem agir como ácidos ou bases 
fracas, permitindo o controle da concentração de 
H+. 
 
 
ALTERAÇÕES DE EQUILÍBRIO ÁCIDO-
BÁSICO 
 
 
Quando, por algum motivo, o sistema tampão, o 
sistema pulmonar e o sistema renal não conseguem 
manter o pH dentro da faixa normal, o paciente pode 
entrar em quadro de desequilíbrio ácido-básico. 
 
 
✓ Acidose respiratória – possíveis causas: apnéia, 
asma, insuficiência respiratória (paciente com Covid-
19 → síndrome da angústia respiratória → 
intubação é realizada para que o paciente consiga 
respirar e eliminar o CO2), embolia, etc., com 
acúmulo de CO2 nos pulmões. Quanto mais CO2, 
mais H+. 
✓ Acidose metabólica – possíveis causas: ingestão de 
ácido, produção de cetoácidos no diabetes 
descompensado ou disfunção renal. Há um acúmulo 
de H+ não decorrente de um excesso de CO2. 
✓ Alcalose respiratória – possíveis causas: 
hiperventilação, produzindo diminuição do CO2 no 
sangue. Quanto mais o paciente elimina CO2, mais 
diminui o H+. 
✓ Alcalose metabólica – possíveis causas: ingestão de 
base, vômitos prolongados (perda de HCl) ou 
desidratação extrema levando a retenção de 
bicarbonato pelos rins. O aspecto comum é a perda 
de H+ não decorrente de uma baixa do CO2 
sanguíneo. 
✓ É possível que haja um problema de ação mista: 
metabólica + respiratória; 
✓ Desequilíbrios ácidos-básicos são mais comuns em 
pacientes com problemas pulmonares e/ou renais. 
 
 
CAUSAS DE ACIDOSE METABÓLICA 
 
✓ Insuficiência renal; 
✓ Acidose tubular renal (uma forma de malformação 
renal); 
✓ Cetoacidose diabética → diabetes descompensado; 
✓ Acidose lática (acúmulo de ácido lático); 
✓ Substâncias tóxicas como o etileno glicol, o salicilato, 
o metanol, o paraldeído, a Acetazolamida ou o 
cloreto de amônia: 
o Intoxicação por AAS. Nesse caso, também pode 
haver depressão do bulbo (acidose 
respiratória). 
o Ingestão de ácido muriático. 
✓ Perda de bases (exemplo: bicarbonato) através do 
trato gastrointestinal, (diarréia, ileostomia ou 
colostomia). 
 
 
CAUSAS DE ACIDOSE RESPIRATÓRIA 
 
✓ Intoxicação por benzodiazepínicos: depressor do 
SNC → depressão do bulbo, responsável pelo 
controle da respiração. O indivíduo não respira e, 
consequentemente, não elimina CO2, acumulando 
H+; 
✓ Paciente com asma, DPOC, apneia, asfixiado, etc. → 
não elimina CO2. 
 
 
CAUSAS DE ALCALOSE METABÓLICA 
 
✓ Sangue alcalino devido a uma concentração 
anormalmente alta de bicarbonato. 
✓ Ocorre quando o corpo perde ácido em excesso. 
✓ Exemplo: Perda de ácido gástrico durante os 
períodos de vômito prolongado ou quando é 
realizada a aspiração do suco gástrico com o auxílio 
de uma sonda gástrica (como é algumas vezes 
realizado em hospitais, sobretudo após cirurgias 
abdominais). 
✓ Paciente com câncer faz uso de morfina em dose 
elevada → alcalose metabólica; 
✓ Em raros casos, a alcalose metabólica ocorre em um 
indivíduo que ingeriu uma quantidade excessiva de 
substâncias alcalinas (p.ex., bicarbonato de sódio). 
✓ Perda excessiva de sódio ou de potássio afeta a 
capacidade dos rins de controlar o equilíbrio ácido- 
básico do sangue. 
 
 
CAUSAS DE ALCALOSE RESPIRATÓRIA 
 
✓ Hiperventilação → ocorre eliminação de muito CO2 
→ aumenta o pH → alcalose. 
 
 
COMPENSAÇÃO 
 
✓ Os distúrbios metabólicos levam a compensações 
respiratórias; 
✓ Os distúrbios respiratórios levam a compensações 
metabólicas; 
✓ A compensação respiratória de um distúrbio 
metabólico é rápida (começa em minutos e está 
completa em horas), enquanto a resposta 
metabólica completa para um distúrbio respiratório 
leva de três a cinco dias. 
 
 
CONDIÇÕES - DESEQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE 
 
✓ Produção de ácido lático durante exercício: acidose 
metabólica 
✓ Produção de corpos cetônicos em pacientes com 
DM: acidose metabólica 
✓ Vômitos repetidos do conteúdo estomacal: alcalose 
metabólica 
✓ Diarreia com perda de ânions bicarbonato intestinal: 
acidose metabólica. 
 
 
Clinicamente, esses distúrbios ácidos-básicos são 
detectados pelo exame de gasometria. Nesse exame é 
detectado pH sanguíneo, pressão de CO2 e outros 
parâmetros que são utilizados para diagnóstico e 
acompanhamento desses pacientes.