Água, pH e Tampões Biológicos

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Água, pH e tampões 
biológicos
Prof. Dr. Marcelo Gomes Granja
Fundamentos de Bioquímica
Situação problema
A água é a substância mais abundante, 
constituindo 70% do corpo humano. O meio no qual 
ocorre a maioria das reações nos seres vivos é 
aquoso, sendo a água o veículo de assimilação e 
eliminação de muitas substâncias. Além disso, os 
aspectos estruturais e funcionais das células, e 
portanto da vida, são adaptados às propriedades 
físicas e químicas da água.
Como a polaridade da água influencia em sua 
ação como solvente universal?
ÁGUA
• Virtualmente todas as reações químicas envolvem água;
• A vida evoluiu em torno das propriedades fisico-químicas da 
água;
• A água é o principal componente de todas as células.
PROPRIEDADES BÁSICAS DAS LIGACÕES 
QUÍMICAS
• Em uma ligação química, quando elétrons são compartilhados 
entre átomos, esse compartilhamento não se dá 
necessariamente da mesma maneira, podendo ser: 
• Ligações que compartilham elétrons de forma desigual são 
chamadas ligações polares. 
• Ligações onde o compartilhamento de elétrons é similar são 
chamadas ligações apolares. 
• A tendência de um átomo em atrair elétrons em uma ligação 
química é chamada eletronegatividade. 
ELETRONEGATIVIDADE DE DIFERENTES 
ELEMENTOS
Átomos de um mesmo elemento compartilham 
elétrons igualmente em uma ligação química, mas 
elementos diferentes possuem diferentes níveis de 
eletronegatividade. 
Diferenças de eletronegatividade grande, 
podem determinar maior polaridade de 
substâncias. 
Entretanto... 
Ligações polares em um composto 
apolar. A geometria da molécula pode 
neutralizar a polaridade de suas ligações. 
FORÇAS DE LIGAÇÃO ENCONTRADAS 
NA BIOQUÍMICA
Se as ligações iônicas são muito fortes, 
por que um cristal de NaCl se dissolveria 
em água? 
Se as ligações formadas entre os íons 
dissolvendo-se com a água são mais 
favoráveis que as ligações que mantém o 
sólido unido, ele se dissolverá. 
PONTES DE HIDROGÊNIO
É um tipo de interação covalente que tem origem 
eletrostática. Pode ser considerada, inclusive, um caso especial 
de interação dipolo-dipolo. 
Quando o hidrogênio se liga covalentemente a um átomo 
eletronegativo como o oxigênio, ele passa a ter uma carga 
parcial positiva em razão da ligação polar. Essa carga parcial 
positiva do hidrogênio pode interagir com um par de elétrons 
não compartilhado de outro átomo eletronegativo. 
Isso não ocorre quando o hidrogênio se liga covalentemente 
ao carbono. 
PONTES DE HIDROGÊNIO
O grupo composto pelo átomo eletronegativo ligado 
de forma covalente ao hidrogênio é chamado de 
doador da ponte de hidrogênio. 
O átomo eletronegativo que contribui com o par não 
compartilhado de elétrons para a interação é o aceptor 
da ponte de hidrogênio. 
NÚMERO DE PONTES DE HIDROGÊNIO EM 
DIFERENTES COMPOSTOS ORGÂNICOS
Fluoreto de hidrogênio (Ácido Fluorídrico) 
- 1 hidrogênio para formar ponte de 
hidrogênio; 
- 3 pares de elétrons não compartilhados 
no fluor; 
Água 
- 2 hidrogênios para formar pontes de 
hidrogênio; 
- 2 pares de elétrons não compartilhados 
no oxigênio; 
Amônia 
- 3 hidrogênios para formar pontes de 
hidrogênio;
- 1 par de elétrons não compartilhado no 
nitrogênio; 
- A água constitui situação ideal em termos de número de pontes de hidrogênio que 
uma molecula pode formar. 
PONTES DE HIDROGÊNIO DA ÁGUA 
DETERMINAM SUAS PROPRIEDADES 
FÍSICO-QUÍMICAS
Os tipos de interação 
química determinam 
pontos de fusão e 
ebulição de diferentes 
compostos. 
Por ter condições 
"ideais" para fazer pontes 
de hidrogênio, é 
necessário fornecer mais 
energia à água para 
atingir o ponto de 
ebulição em relação a 
outros compostos de peso 
molecular semelhante. 
ÁGUA – SUBSTÂNCIA POLAR
• A diferença de eletronegatividade entre 
oxigênio e hidrogênio cria uma carga parcial 
positiva e negativa na molécula da água. 
• A ligação entre O-H é, portanto, polar. 
• Por sua vez, ligações entre elementos de 
eletronegatividade semelhante são 
chamadas apolares. 
• É o caso das ligações entre C-H, por 
exemplo. 
• Ligações com extremidades positivas e 
negativas são chamadas dipolos. METANO
PROPRIEDADES SOLVENTES DA ÁGUA
• A natureza polar da água 
determina suas propriedades 
como o principal solvente da 
natureza. 
• Compostos iônicos com cargas 
totais (Na+Cl-) e compostos 
polares com cargas parciais 
(etanol) tendem a se dissolver 
em água. 
• Moléculas apolares como 
hidrocarbonetos tendem a 
não se dissolverem em água. 
PROPRIEDADES SOLVENTES DA ÁGUA
As interações íon-dipolo e dipolo-dipolo ajudam os 
compostos iônicos e polares a se dissolverem em água 
SUBSTÂNCIAS HIDROFÓBICAS E HIDROFÍLICAS
Para as moléculas de água, é termodinamicamente 
menos favorável se associar com moléculas apolares do 
que com outras moléculas de água. Como resultado, as 
moléculas apolares não se dissolvem em água e são 
chamadas hidrofóbicas. 
MOLÉCULAS ANFIPÁTICAS
Moléculas que possuem 
porções polares e apolares 
são chamadas anfipáticas. 
Ácidos graxos de cadeia 
longa que possuem um 
grupo ácido carboxílico 
polar e uma longa porção 
de hidrocarbonetos apolar. 
FORMAÇÃO DE MICELAS
Moléculas anfipáticas tendem a formar micelas na água.
ÁCIDOS E BASES
• Podemos definir ácidos como moléculas que agem como 
doadores de prótons (H+). 
• Uma Base, por sua vez, é um aceptor de prótons. 
• A força de um ácido é a quantidade de íons hidrogênio 
liberada por ele quando dissolvido em água. 
 Constante de dissociação de ácido (Ka)
• Ka - Medida numérica para definir a ”força de um ácido” 
ou a capacidade de liberação de íons hidrogênio. 
DISSOCIAÇÃO DA ÁGUA
• A reação ácido-básica é uma reação de transferência de prótons, no qual a água 
atua como base e também como solvente. 
Dissociação da água em íons hidroxila Hidratação do íon hidrogênio em água 
 
 Ionização da Água 
• O grau de dissociação da água em íon de hidrogênio e hidroxila é pequeno mas o 
fato de ela ocorrer determina importantes propriedades de vários solutos. 
pH
• Há uma vasta gama de possíveis concentrações de íons 
hidrogênio e íons hidroxila em uma solução aquosa. 
• pH é um valor para expressar essas concentrações de 
forma mais conveniente. 
• O valor de pH é definido como um logaritmo de base 
10. Então a diferença de uma unidade de pH significa 
10 vezes mais concentrações de íons hidrogênio.
O bioquímico dinamarquês Søren Peter 
Lauritz Sørensen foi o responsável por 
cunhar o termo pH. O objetivo era o 
controle de qualidade de cervejas. 
PROPRIEDADES ÁCIDO E BASE
ESCALA DE pH
VALORES DE pH DE ALGUMAS 
SUBSTÂNCIAS
EQUAÇÃO DE HENDERSON-HASSELBALCH 
• É a equação que relaciona a ”força do ácido” (valor de 
pKa) de qualquer ácido fraco ao pH da solução que 
contenha tal ácido e sua base conjugada. 
• É útil para prever as proriedades de soluções-tampão 
utilizadas para controlar o pH. 
• O objetivo é prever as propriedades de solução-tampão 
utilizadas para controlar o pH de misturas de reações. 
• Quando uma solução contém concentrações iguais de 
um ácido fraco e sua base conjugada, o seu pH é igual ao 
valor pKa do ácido fraco. 
CONSTANTES DE DISSOCIAÇÃO DOS ÁCIDOS
Quanto menor o valor de pKa, maior será a força do ácido. 
ATIVIDADE ENZIMÁTICA EM DIFERENTES FAIXAS DE PH
• Muitas reações biológicas não ocorrem se o pH não 
estiver em um valor ideal. 
• A atividade de várias enzimas é fortemente regulada 
pelo pH. 
CURVA DE TITULAÇÃO
• A titulação é uma atividade 
experimental na qual medidas de 
base (ou ácido) são adicionados a 
uma quantia específica de ácido 
(ou base) em um processo 
monitorado por aparelhos de 
medição (pHmetro); 
• O ponto da titulação no qual o 
ácido está neutralizado chama-se 
ponto de equivalência. 
Curva de titulação do ácido acético 
IMPORTÂNCIA DO TAMPONAMENTO
Soluções tampão resistem a 
mudançasde pH. 
Uma solução tampão consiste 
na mistura de um ácido fraco e 
sua base conjugada (ou base 
fraca e ácido conjugado). 
Soluções tampão tendem a 
resistir a mudanças no pH com 
a adição de pequenas quantias 
de ácidos ou bases fortes. 
RELAÇÃO ENTRE A CURVA DE TITULAÇÃO E 
A AÇÃO DO TAMPONAMENTO 
Tampão Amônia 
importante no metabolismo renal 
Tampão Fosfato 
importante no metabolismo celular 
Tampão Acetato 
SISTEMAS TAMPÃO NO ORGANISMO 
52% no meio intracelular. 
5% nas hemácias 
43% no espaço extracelular 
40% tampão bicarbonato
1.5% aminoácidos (proteínas) . 
1.5% tampão fosfato 
Atividade verificadora 1
A biomolécula água é uma molécula polar, devido a 
isso é possível dissolver moléculas de mesma 
polaridade. Dentre as moléculas apresentadas, qual 
não é capaz de ser dissolvida em água?
A) Glicose
B) Óleo de soja
C) Sacarose
D) Sal
E) Etanol
Atividade verificadora 2
As imagens abaixo representam o comportamento das hemácias em 
soluções de diferentes concentrações.
- No esquema I, a solução é hipotônica, ou seja: tem menor 
concentração de solutos.
- No esquema II, a solução é isotônica, ou seja: as concentrações do 
meio interno e externo são similares.
- No esquema III, a solução é hipertônica, ou seja: tem maior 
concentração de solutos.
1) Estão corretas:
A) Todas as alternativas.
B) Somente a primeira alternativa.
C) Somente a segunda alternativa.
D) Somente a terceira alternativa.
E) Todas as alternativas estão incorretas.
APRENDA +
• Leia o trabalho: Características físicas e químicas da água. 
http://www.repositorio.sead.furg.br/bitstream/123456789/
1685/1/Propriedades%20da%2 0água%20_Novo.pdf Acesso 
em: 07 de julho de 2020.O texto aborda as características 
físicas e químicas da água, ressaltando aspectos 
moleculares, tipo de ligação química e sua importância 
biológica.
• Leia o trabalho: Alterações do Equilíbrio Ácido-base. 
https://ppgbqa.ufsc.br/files/2011/07/material-para-estudo-
de-Equilibrio-acido-base.pdf Acesso em: 07 de julho de 
2020. O texto discute como nosso organismo regula a 
concentração de íons hidrogênio, mostrando sua 
importância para a avaliação das alterações do equilíbrio 
entre os ácidos e as bases no organismo.
http://www.repositorio.sead.furg.br/bitstream/123456789/1685/1/Propriedades%20da%252
http://www.repositorio.sead.furg.br/bitstream/123456789/1685/1/Propriedades%20da%252
https://ppgbqa.ufsc.br/files/2011/07/material-para-estudo-de-Equilibrio-acido-base.pdf
https://ppgbqa.ufsc.br/files/2011/07/material-para-estudo-de-Equilibrio-acido-base.pdf
Atividade Autônoma AURA - 1
As soluções tampões apresentam papel importante no 
controle de pH (potencial hidrogeniônico) das soluções. Um 
tampão biológico muito importante é o tampão responsável 
por manter o pH do sangue em uma "faixa segura" 
compreendida entre 7,35 e 7,45, resistindo às variações de pH 
para cima ou para baixo desses valores. Qual o tampão 
responsável por manter o pH do sangue?
A) Bicarbonato/ácido carbônico
B) Hemoglobina
C) Tampão fosfato
D) Proteínas
E) Tampão amônio
Atividade Autônoma AURA - 2
A água tem características especiais, que são, por 
exemplo, capazes de manter a vida no planeta. Sobre 
as propriedades da água assinale a afirmativa 
INCORRETA.
a) é um solvente universal, visto que pode dissolver uma 
grande quantidade de substâncias.
b) as pontes de hidrogênio são o tipo de ligações que 
deixam as moléculas de água unidas.
c) ao receber calor, a quantidade de 1 g de água eleva 
a sua temperatura em 1º C.
d) a camada superficial da água em um recipiente 
forma uma película superficial com o mesmo arranjo 
das moléculas em toda a extensão do líquido.