pH e tampões

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06/01/2013
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pH e tampões
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA - UFBA
INSTITUTO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE - ICS
DEPARTAMENTO DE BIOFUNÇÃO
Disciplina: Bioquímica para Biotecnologia A013
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Dra. Daniele Takahashi
Salvador, novembro de 2012
IONIZAÇÃO DA ÁGUA
 As moléculas de H2O sofrem ionizações reversíveis.
 Equilibrando reações através da liberação de íons H+ e
OH-. Na água não existem íons livres. Assim, os 
íons hidrogênio 
liberados são 
imediatamente 
hidratados em íons 
hidroxônios ou 
hidrônios. 
Devido a formação 
de pontes de 
hidrogênio
A ionização da água pode ser medida pela condutividade 
elétrica.
H+ migram para o cátodo (polo que atrai cátions – com 
carga negativa)
OH- migram para o ânodo (polo que atrai ânions- com 
carga negativa)
Constante de equilíbrio
DISSOCIAÇÃO DA ÁGUA
Formação 
do íon 
hidroxônio
Determina o seu “caráter anfótero”:
Pode reagir tanto como ácido e como base.
Como base: Recebe prótons e aumenta o pH
Como ácido: Doa prótons e diminui o pH
CONSTANTE DE DISSOCIAÇÃO DA ÁGUA (κ)
Equivale as concentrações dos produtos da reação de 
dissociação, divididos pela concentração de água não 
ionizada.
Κ=
[H+] [OH-]
[H2O] 
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Sorensen (1909)
pH ⇒ potencial hidrogeniônico, expressa a acidez em termos da
concentração [H+]
pOH ⇒ potencial hidroxiliônico, expressa a basicidade em termos da 
concentração [OH-]
Introduziu a forma da escala de pH.
 Evita o uso de números muito pequenos ou de notação
exponencial.
pH
O pH de uma solução
logaritmo decimal negativo da 
concentração do íon hidrogênio 
pH = - log [H+]
Onde:
p = - log e H = concentração H+.
O QUE É pH? 
CÁLCULO DO pH
pH = 7 = pOH 
pKw = pH + pOH = 14
ESCALA DE pH
ESCALA DE pHA escala é 
logarítmica
Ou seja
A diferença de 1 
unidade de pH 
significa a 
diferença de 10X 
a concentração 
de H+
VALORES DE pH DE FLUIDOS AQUOSOS
Solução de bicarbonato de sódio
Alvejante doméstico
Água do mar, clara de ovo
Sangue humano, lágrimas
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 Os processos bioquímicos são extremamente sensíveis 
a variações do pH. 
 Faixa de pH compatível com a vida  6,8 - 7,8.
 O pH do sangue nos seres humanos é mantido entre 
7,35 - 7,45.
 ↓pH = acidose e ↑pH = alcalose. 
 Como medir o pH? 
pHmetro ou indicadores de cor.
A importância biológica do pH 
 A medida de pH é um dos procedimentos mais
importantes e mais frequentemente utilizados em
Bioquímica.
 O pH afeta a estrutura e atividade de biomoléculas
como, por exemplo, a atividade catalítica de enzimas que
é dependente do pH.
 A medida de pH do sangue e da urina são parâmetros
importantes no diagnóstico médico.
A importância biológica do pH 
EQUILÍBRIO ÁCIDO-BÁSICO
 Equação Henderson-Hasselbalch -
 É um rearranjo da expressão da constante de equilíbrio Ka para a
dissociação de um ácido.
Ka = constante de dissociação ou de ionização
O pH ÓTIMO DE ALGUMAS ENZIMAS
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A manutenção do pH ideal é conseguida 
pela utilização de sistemas-tampão!
Se..... O pH é tão importante para 
que ocorram as reações................ 
Como manter ou controlar o pH de 
uma solução ?
Tampões, do inglês "buffer" = amortecedor
TAMPÕES
São misturas de ácidos fortes e suas bases conjugadas
ou vice-versa.
Os sistemas tampões são sistemas aquosos que
tendem a resistir a alterações no pH, quando pequenas
quantidades de uma base (OH-) ou um ácido (H+) são
adicionados ao meio.
Sistema tampão
Ácido fraco – Doador de prótons
Base conjugada – Receptor de prótons
TAMPÃO
São as substâncias que limitam as variações do pH 
tanto do sangue quanto dos demais líquidos 
orgânicos, pois se combinam com os ácidos ou as 
bases os quais entram em contato. 
TAMPÕES DE IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA
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TAMPÃO BICARBONATO-ÁCIDO CARBÔNICO
Corresponde a cerca de 64% do total de tampões do 
organismo humano. 
Sistema essencial à regulação do equilíbrio ácido-base.

Porque o metabolismo celular gera muito ácido como 
produto final, sob a forma de ácido carbônico.
O ácido fraco do sistema é o 
ácido carbônico e a base 
forte é o bicarbonato. 
A relação constante desse 
sistema tampão é de 20:1.
 O plasma sanguíneo é tamponado pelo sistema tampão
bicarbonato.
 A manutenção do pH do fluído extracelular é de 7,35 e 7,45.
As células do corpo humano mantêm pH interno de 6,9 a 7,3
 A concentração de H2CO3 depende da concentração do CO2 (d).
 Distúrbios no equilíbrio ácido-base são diagnosticados pela medida
do pH do sangue arterial e do conteúdo de CO2 no sangue venoso.
Equilíbrio
Ácido carbônico 
(doador de prótons)
Bicarbonato
(receptor de prótons)
TAMPÃO BICARBONATO-ÁCIDO CARBÔNICO
TAMPÃO BICARBONATO-ÁCIDO CARBÔNICO
Ácido carbônico:(H2CO3)
É um ácido fraco Formado quando se dilui CO2 em água.
Se dissocia em íons hidrogênio e íons bicarbonato
Bicarbonato: (HCO3)
É uma base forte
Quando um ácido é adicionado ao sangue:
 O bicarbonato do tampão prontamente reage com 
ele; a reação produz um sal, formado com o sódio do 
bicarbonato e ácido carbônico (NaHCO3). 
Essa reação diminui a quantidade de bases e altera 
a relação entre o bicarbonato e o ácido carbônico. 
TAMPÃO BICARBONATO-ÁCIDO CARBÔNICO
CO2 é eliminado nos
pulmões, recompondo a
relação de 20:1 do
sistema protetor
O ácido carbônico 
produzido pela reação do 
bicarbonato do tampão, se 
dissocia em CO2 e água.
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REAÇÃO DE FORMAÇÃO DO ÁCIDO CARBÔNICO
A reação é acelerada in vivo pela Anidrase carbônica.
Enzima presente em todos os tecidos (pp nas
hemácias)
Quando uma base invade o organismo:
O ácido carbônico prontamente reage com ela,
produzindo bicarbonato e água. A concentração de ácido
carbônico diminui.
TAMPÃO BICARBONATO-ÁCIDO CARBÔNICO
Resposta do Organismo:
Os rins aumentam a eliminação de bicarbonato ao 
invés do íon hidrogênio, reduzindo a quantidade de 
bicarbonato no organismo, para preservar a relação do 
sistema tampão.
TAMPÃO BICARBONATO-ÁCIDO CARBÔNICO
CONDIÇÕES NORMAIS
H+ + HCO3 H2CO3 H2O+ CO2
EXCESSO DE ÁCIDO
H+ + HCO3 H2CO3 H2O+ CO2
H+ + HCO3 H2CO3 H2O+ CO2
H+ + HCO3 H2CO3 H2O+ CO2
INSUFICIÊNCIA DE ÁCIDO
H+ + HCO3 H2CO3 H2O+ CO2
H+ + HCO3 H2CO3 H2O+ CO2
H+ + HCO3 H2CO3 H2O+ CO2
O ORGANISMO SE AJUSTA LIBERANDO OU RETENDOMAIS CO2
PARA MANTER A CONSTANTE 20:1
Liberação de mais 
CO2 pelos pulmões
Liberação de mais 
H+ pelos rins
INSUFICIÊNCIA DE ÁCIDO
H+ + HCO3 H2CO3 H2O+ CO2
H+ + HCO3 H2CO3 H2O+ CO2
 Todos os sistemas tampão do organismo atuam da mesma forma que o 
sistema bicarbonato/ácido carbônico. 
 O sistema neutraliza o excesso de ácidos ou de bases e em seguida o 
organismo tenta recompor a relação normal do tampão. 
 O princípio fundamental da regulação do equilíbrio ácido-base é a manutenção 
da relação constante entre o numerador e o denominador do sistema tampão.
 Nas alcaloses - o organismo tolera a redução dos íons hidrogênio em cerca da 
metade do seu valor normal, até alcançar o pH incompatível com a vida 
celular.
 Nas acidoses - o organismo tolera a elevação dos íons hidrogênio 3 vezes acima 
do normal, até alcançar o pH incompatível com a vida
TAMPÕES DE IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA
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DOENÇAS ASSOCIADAS AOS TAMPÕES DE IMPORTÂNCIA 
BIOLÓGICA
ACIDOSE METABÓLICA
Pode ocorrer pela superprodução ou retenção de H+
Baixando o pH do sangue para valores inferiores a 7,35
SINTOMAS:
Respiração rápida e profunda (o aumento da respiração ajuda a 
compensar a acidose, pois elimina-se CO2 pela respiração);
OBS: Esse mecanismo interfere na captação de O2
Em acidoses crônicas o componente mineral dos ossos, acaba 
servindo como tampão, levando a perda de Ca, Mg e fosfato 

osteoporose e fraturas
COMO TRATAR:
Pela administração de bicarbonato (HCO3)
ALCALOSE METABÓLICA
Geralmente é resultado de uma concentração diminuída de H+, 
levando a concentrações aumentadas de bicarbonato.
Aumento o pH do sangue para valores superiores a 7,45
SINTOMAS:
HipoventilaçãoA compensação respiratória ocorre principalmente nos pulmões, 
pela retenção de CO2 através de respiração lenta ou hipoventilação.
A compensação renal (menos efetiva que a compensação 
respiratória), consiste na excreção aumentada de HCO3-
(bicarbonato).
DOENÇAS ASSOCIADAS AOS TAMPÕES DE IMPORTÂNCIA 
BIOLÓGICA
ALCALOSE METABÓLICA
4 Causas principais:
1) Perda de ions hidrogênio - Ocorre via vômito ou via renal
 Via vômito  O ato de vomitar resulta na perda de ácido
clorídrico do conteúdo estomacal, o que consome íons
hidrogênio, elevando o pH do sangue.
Via renal  As perdas renais de H+ ocorrem quando a
aldosterona em excesso induz a retenção de sódio e
consequentemente a excreção de hidrogênio.
2) Perda por alcalose de contração  Resulta da perda de água no
espaço extracelular (que é pobre em bicarbonato), através do uso de
diuréticos. Já que a água é perdida enquanto o bicarbonato é retido, a
concentração de bicarbonato aumenta o pH sanguíneo.
DOENÇAS ASSOCIADAS AOS TAMPÕES DE IMPORTÂNCIA 
BIOLÓGICA
ALCALOSE METABÓLICA
3) Retenção de bicarbonato  Ocorre devido a passagem dos ions
hidrogênio para o espaço intracelular, devido à concentração baixa de
potássio extracelular, o potássio sai das células.
Para manter a neutralidade elétrica, o hidrogênio entra nas células,
aumentando o pH sanguíneo.
4) Agentes alcalóticos - Agentes alcalóticos, como o bicarbonato
(administrado em casos de úlcera péptica ou hiperacidez) ou
antiácidos, administrados em excesso podem levar a uma alcalose.
Pois podem aumentar os níveis de bicarbonato no sangue
DOENÇAS ASSOCIADAS AOS TAMPÕES DE IMPORTÂNCIA 
BIOLÓGICA
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SOLUÇÕES TAMPÃO
Podem ser formadas por:
Um ácido fraco + um sal 
Formado pela reação desse ácido com uma base forte, 
ou
Uma base fraca + um sal 
Formado pela reação dessa base com um ácido forte. 
As soluções tampão são usadas sempre que se 
necessita de um meio com pH aproximadamente 
constante. 
São preparadas dissolvendo-se os solutos em água.