Aula pHmetria tampoes homeostase ácido-base

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Bioquímica
pH, 
tampões 
homeostase ácido­base
 Outubro/2013
Profa Dra Luciana Lopes Silva Pereira
Organizado pela Profa Dra Luciana 
Lopes Silva Pereira
Os organismos vivos são estruturalmente 
complexos e diversificados. Todavia, 
muitas características são comuns a todos 
eles. Todos fazem uso das mesmas 
espécies de moléculas e extraem a 
energia do meio ambiente para as suas 
funções. Quando as moléculas que 
compõem os seres vivos são isoladas, 
estão sujeitas a todas as leis da química e 
da física que regem o universo não vivo.
IntroduçãoIntrodução
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Lopes Silva Pereira
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Composição Química dos Seres Vivos
• Principais átomos : C, H, O, N, P, S.
• Principais Moléculas/Substâncias:
Substância Representatividade 
Água 70% a 80%
Proteínas 10% a 15%
Lipídios 2% a 3%
Carboidratos 1%
Ácidos nucléicos 1%
Sais Minerais 1%
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A quase totalidade das reações 
químicas que ocorre nos seres 
vivos são catalisadas por 
enzimas – proteínas com 
funções catalíticas.
As reações celulares, 
conhecidas coletivamente como 
metabolismometabolismo, resultam de 
atividades altamente 
coordenadas.
IntroduçãoIntrodução
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As funções básicas do metabolismo 
celular são:
(1)obtenção e utilização de energia
(1)síntese de moléculas estruturais 
e funcionais, 
(3) crescimento e desenvolvimento 
celular 
(4) remoção de produtos de 
excreção.
MetabolismoMetabolismo
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�
 Proteínas aminoácidos
�
 Carboidratos monossacarídeos
�
 Lipídios
�
 Ácidos Nucléicos nucleotídeos
Classes importantes de Classes importantes de 
BiomoléculasBiomoléculas
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Grupos funcionais nas Grupos funcionais nas 
biomoléculasbiomoléculas
Proteínas:Proteínas: mais versáteis mais versáteis
São polímeros de aminoácidos
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São poliidroxialdeídos ou poliidroxicetonas ou substâncias que 
liberam estes por hidrólise
Grupos funcionais nas Grupos funcionais nas 
biomoléculasbiomoléculas
Glicídeos:Glicídeos: energéticos e reconhecimento celular energéticos e reconhecimento celular
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Grupos funcionais nas Grupos funcionais nas 
biomoléculasbiomoléculas
Lipídeos: Lipídeos: forma de armazenamento de energia e servem como forma de armazenamento de energia e servem como 
barreirabarreira
�Grupo heterogêneo de compostos
Ex: Triglicerídeo 
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Grupos funcionais nas Grupos funcionais nas 
biomoléculasbiomoléculas
Ácidos Nucléicos: Ácidos Nucléicos: informação das célulasinformação das células
São polímeros de nucleotídeos
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Biomoléculas  polares,  apolares  e Biomoléculas  polares,  apolares  e 
anfipáticas.anfipáticas.
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 Variação da distribuição de água nos Variação da distribuição de água nos 
organismosorganismos
�ESPÉCIE
Água­viva
98% do peso corporal
Sementes
10% do peso corporal 55­65% do peso corporal  
Homem
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 Variação da distribuição de Variação da distribuição de 
água nos organismoságua nos organismos
�IDADE
�SEXO
94% do peso corporal 69% do peso 
corporal
55­65% do peso corporal  
55 a 65% do peso corporal 45 a 55% do peso corporal
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�Taxa metabólica: a quantidade de H20 é diretamente 
proporcional à esta taxa nas ≠ células:
  Variação da distribuição de água Variação da distribuição de água 
nos organismosnos organismos
80% de água 50% de água
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Funções da ÁguaFunções da Água
� Solubilização/Organização de moléculas
�  Transporte de Substâncias
� Participa de reações químicas:
� Termorregulação
� Lubrificante
ATP + H2O ADP + Pi
C6H12O6 + 6 O2 6CO2 + 6 H2O
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� Equilíbrio Osmótico
� Equilíbrio Ácido­Base
Funções da ÁguaFunções da Água
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Ligações Químicas ­ estabilidadeLigações Químicas ­ estabilidade
As biomoléculas (proteínas, carboidratos, lipídeos e ác nucleicos), em sua maioria, 
são ESTÁVEIS porque são construídas com FORTES LIGAÇÕES 
COVALENTES.
Contudo, a estrutura e a função da célula são 
ESTABILIZADAS por INTERAÇÕES FRACAS.
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Interações não­covalentesInterações não­covalentes
As interações não-covalentes são geralmente eletrostáticas; elas 
ocorrem entre o núcleo positivo de um átomo e a nuvem eletrônica de 
outro átomo adjacente. De modo diferente das ligações covalentes, 
as interações não-covalentes são individualmente fracas e facilmente 
rompidas.
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Interações não­covalentesInterações não­covalentes
Nos organismos vivos, as interações não covalentes mais importantes são: 
pontes de hidrogênio, interações iônicas, interações hidrofóbicas e interações 
de Van der Waals.
Os grupamentos não-polares das biomoléculas são insolúveis em água, pois as 
interações entre as moléculas de água são mais fortes que as interações da 
água com compostos não−polares. Os compostos não−polares tendem a se 
aglomerar em água (efeito hidrofóbico, do grego “que teme a água”). As 
interações hidrofóbicas são as principais forças propulsoras no enovelamento 
de macromoléculas (exemplo, proteínas).
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�
 O íon hidrogênio (H+) é o íon + importante nos sistemas biológicos. 
�A [H+] nas células e líquidos biológicos influencia a velocidade das 
reações químicas, a forma e função das enzimas, assim como, de outras 
proteínas celulares e a integridade das células. 
�A [H+] nas células e líquidos biológicos corresponde a um pH em torno de 
7,35-7,45 →45 nEq/L – 35nEq/L
�
 [H+] = 80mM são ingeridos ou produzidos pelo metabolismo por dia.
Íon hidrogênioÍon hidrogênio
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Potencial hidrogeniônico (pH)Potencial hidrogeniônico (pH)
 A [H+] de uma solução é quantificada em unidades de pH.
O pH é definido como o logarítmo negativo da [H+] .
pH = -log [HpH = -log [H++]]
Pela lei da ação das massas da equação de ionização da água, sabemos 
que: pH + pOH = 14
 A escala de pH varia de 1 até 14, uma vez que qualquer [H+] está 
compreendida na faixa de 100 a 10-14.
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Modificação do pH da águaModificação do pH da água
devido a adição de devido a adição de ácidoácido e e basebase fortes fortes
HCl NaOH
H2O H2OOrganizado pela Profa Dra Luciana 
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�
 Método Eletrométrico Uso de peagâmetro
�Método Colorimétrico Uso de indicadores
Indicador-H
 H+ + Indicador(Cor Ácida) (Cor Básica)
Medidas de pHMedidas de pH
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Existem substâncias que alteram Existem substâncias que alteram 
a quantidade de íons Ha quantidade de íons H++??
Ácidos e 
bases
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Ácidos e 
bases
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Conceito de ArrheniusConceito de Arrhenius:
Ácido é toda substância que em solução aquosa libera como cátion 
o íon hidrônio (H+). 
 Ex.: HCl + H2O ↔ H3O+ + Cl-
Base é toda substância que em solução aquosa se dissocia 
liberando ânion hidroxila (OH-). 
Ex.: NaOH + H2O ↔ Na+ + OH-
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Conceito de  Lewis:Conceito de  Lewis:
Ácido é quem recebe um par de elétrons.
Base é quem doa um par de elétrons
• NH3 + H + → NH4+
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Equação de Henderson­HasselbalchEquação de Henderson­Hasselbalch
Equilíbrio de ionização:
HA H+ + A-
Constante de Equilíbrio:
Ka= [H+] [A-]/[HA] (Lei da  ação das massas)
Se, - log [H+] = pH e – log Ka = pKa, temos:
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Esta equação apresenta um modo 
conveniente para o estudo do inter-
relacionamento do pH de uma solução, o 
pKa do ácido fraco e as quantidades 
relativas de ácido conjugado e base 
conjugada presentes. 
Nos casos onde a concentração molar de 
ácido conjugado é igual a da base 
conjugada ([HA] = [A−]), a relação [A−]/
[HA] é igual 1. 
Como o logaritmo de 1 é zero:
pH da solução é igual ao valor do pKa do 
ácido fraco.
Equação de Hendersen­Equação de Hendersen­
HasselbalchHasselbalch
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Vamos aplicar a Equação de Vamos aplicar a Equação de 
Hendersen­Hasselbalch?Hendersen­Hasselbalch?
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Homeostasia é a constância do meio interno 
pH x homeostasiapH x homeostasia
� equilíbrio entre a entrada ou produção de íons hidrogênio e a livre 
remoção desses íons do organismo.
� o organismo dispõe de mecanismos para manter a [H+] e, 
conseqüentemente o pH sangüíneo, dentro da normalidade, ou seja 
manter a homeostasia .
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pH x homeostasiapH x homeostasia
���� pH do sangue humano é 7,4. Um desvio de +/- 0,5 unidade pode 
resultar em coma ou morte.
pH do Sangue Arterial
7,47,0 7,8
Faixa de sobrevida
Acidose Alcalose
pH normal
Por que é tão vital manter o pH apropriado???
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pH dos Líquidos CorporaispH dos Líquidos Corporais
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TampõesTampões
Soluções formadas por um ácido fraco e sua base conjugada ou por 
uma base fraca e seu ácido conjugado
 
Tampão + H+ H+Tampão
Tampão H+ + OH- H2O + Tampão
Um tampão resiste às variações no pH por conter tanto ácidos 
para neutralizar os íons OH- quanto bases para neutralizar os íons 
H+. PAR ÁCIDO-BASE CONJUGADO
CH3COOH / CH3COO- NH4+ / NH3ou
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Preparo
Mistura de um ácido fraco ou uma base fraca com um sal do ácido ou da base.
Composição e ação das soluções­tampãoComposição e ação das soluções­tampão
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HX (aq) H+ (aq) + X- (aq)
Ka =
[H+] [X-]
[HX]
Composição e ação das soluções-tampãoComposição e ação das soluções-tampão
Considerando-se um ácido fraco:
Ka
[HX]
[X-]
[H+]
=
Adição de bases ao tampão - Íons OHAdição de bases ao tampão - Íons OH--
HX (aq) H2O (l) + X- (aq)OH- (aq) +
[HX]
[X-]
Quantidades de HX e X- no tampão são grandes 
comparadas com a quantidade de OH- adicionada, por 
isso a razão [HX] / [X-] não varia muito, tornando a 
variação no pH pequena.
E para adição de ácidos ao tampão - Íons H+???E para adição de ácidos ao tampão - Íons H+???
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Os tampões resistem melhor às variações de pH em qualquer sentido 
quando as concentrações de ácido fraco e base conjugada são 
aproximadamente as mesmas.
Quando as concentrações de ácido fraco e base conjugada são iguais, 
[H+] = Ka.
Geralmente tentamos selecionar um tampão cuja forma ácida tem pKa 
próximo do pH desejado.
Ka
[HX]
[X-]
[H+]
=
Composição e ação das soluções-tampãoComposição e ação das soluções-tampão
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Exemplos de Mecanismos de Exemplos de Mecanismos de 
Ação dos TampõesAção dos Tampões
 Adição de ácido
CH3­COOH + CH3­COONa+HCl 2CH3­COOH   + NaCl
CH3­COOH + CH3­COONa
Adição de base
NaOH 2CH3­COONa   + H2O+
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Capacidade tamponante do par Capacidade tamponante do par 
ácido fraco e sua base conjugadaácido fraco e sua base conjugada
O sistema é capaz de absorver tanto H+ como OH− por meio da reversibilidade da 
dissociação do ácido. O doador de prótons (ácido fraco), contém uma reserva de H+ 
ligado que pode ser liberada para neutralizar a adição de OH− ao sistema resultando na 
formação de água. De forma semelhante, a base conjugada (A−-), pode reagir com os 
íons H+ adicionados ao sistema. Assim, o par ácido−base conjugado resiste às 
variações de pH quando quantidades relativamente pequenas de ácido ou base são 
adicionadas à solução.
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CAPACIDADE DE TAMPÃO E pHCAPACIDADE DE TAMPÃO E pH
CAPACIDADE: É a quantidade de ácido ou base que um tampão pode 
neutralizar antes que o pH comece a variar a um grau apreciável. Está 
relacionada à quantidade de ácido e base da qual o tampão é feito.
pH: Depende do Ka do ácido e das concentrações relativas de ácido e base.
Para o par ácido acético/acetato (pKa = 4,76) o tamponamento efetivo situa-se 
entre pH 3,76 e 5,76.
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Tampões FisiológicosTampões Fisiológicos
Os três tampões mais importantes no corpo humano são: tampão 
bicarbonato, o tampão fosfato e o tampão de proteínas e hemoglobina. 
Cada um está adaptado para solucionar problemas fisiológicos 
específicos do organismo.
Assim, os principais sistemas tampões presentes no organismo, 
que permitem a manutenção da homeostasia, são:
�
 sistema bicarbonato
�
 sistema fosfato
�
 proteínas 
�
 hemoglobina
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Tampão BicarbonatoTampão Bicarbonato
O dióxido de carbono é ajustado por alterações na velocidade da respiração. 
Enquanto, o teor de bicarbonato é regulado pelos rins.
bicarbonato/ácido carbônicobicarbonato/ácido carbônico
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Tampão FosfatoTampão Fosfato
Consiste de um ácido fraco/base conjugada HConsiste de um ácido fraco/base conjugada H22POPO44−−/HPO/HPO44 2−2− 
As proteínas apresentam uma grande capacidade tamponante. Compostas de 
aminoácidos ligados entre si por ligações peptídicas, as proteínas contêm vários 
grupos ionizáveis nas cadeias laterais que podem doar ou aceitar prótons. 
Tampão de ProteínasTampão de Proteínas
Tampão de HemoglobinaTampão de Hemoglobina
H2O + CO2 H2CO3 H+ + HCO3-
(Anidrase carbônica)
HbO2 + H+ HHb+ + O2
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Equilíbrio Ácido ­BásicoEquilíbrio Ácido ­Básico
O equilíbrio ácido-básico é um estado de equilíbrio dinâmico entre fluidos 
biológicos e tecidos.
A redução do pH é denominada ACIDOSE e o aumento ALCALOSE
RIM: eliminação de H+
PULMÃO: eliminação de CO2
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SANGUE COMO UMA SOLUÇÃO-TAMPÃOSANGUE COMO UMA SOLUÇÃO-TAMPÃO
�
 Sistema tampão usado para controlar o pH no sangue.
SISTEMA TAMPÃO 
ÁCIDO CARBÔNICO-BICARBONATO
�
 H2CO3 / HCO3- : são um par ácido fraco/base conjugado.Organizado pela Profa Dra Luciana 
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Regulação do pH sanguíneoRegulação do pH sanguíneo
Sistema Tampão: ácido carbônico - bicarbonato
H2CO3 / HCO3-
H+(aq) + HCO3-(aq) H2CO3(aq) H2O(l) + CO2(g)
A remoção de CO2(expiração) desloca o equilíbrio para a direita, consumindo íons 
H+. Assim, o tampão tem alta capacidade para neutralizar a adição de ácido.
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Lopes Silva Pereira
 
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A interpretação da gasometria arterial, para a identificação de distúrbios 
do equilíbrio ácido-base é feita em etapas sucessivas:
* Verificação do pH;
* Verificação da PCO2;
* Verificação das bases (bicarbonato);
* Verificação da diferença de bases (excesso ou déficit).
Gasometria arterialGasometria arterial
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1 2 3 4
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  Sistema de Sistema de compensaçãocompensação ao desequilíbrio ácido­ ao desequilíbrio ácido­
base:base:
1.Tampões químicos:
2. Mecanismos respiratórios: 
Acidose – estimula a ventilação para eliminar CO2
Alcalose – deprime a ventilação, acumulando CO2
3. Mecanismo renal:
Acidose – estimula a secreção de H+/ reabsorção renal de HCO3- 
Alcalose – ↓ a secreção de H+/ ↑ a liberação HCO3- na urina.
Acidose – ↓ [HCO3-] e ↑ [H2CO3] 
Alcalose – ↑ [HCO3-] e ↓ [H2CO3]
Organizado pela Profa Dra Luciana 
Lopes Silva Pereira
Normal Acidose 
respiratório 
descompensada
Acidose 
respiratório 
parcialmente 
compensada
Bicarbonato 24 mEq/L 24 mEq/L 38 mEq/L
Ác. Carbônico 1,2 mEq/L 2,7 mEq/L 2,7 mEq/L
Bicarbonato/Ác. Carbônico 20:1 8,8:1 14:1
pCO2 40 mmHg 90 mmHg 90 mmHg
pH 7,4 7,2 7,32
Normal Alcalose 
respiratória 
descompensada
Alcalose 
respiratória 
parcialmente 
compensada
Bicarbonato 24 mEq/L 24 mEq/L 20 mEq/L
Ác. Carbônico 1,2 mEq/L 0,6 mEq/L 0,6 mEq/L
Bicarbonato/Ác. Carbônico 20:1 40:1 33,3:1
pCO2 40 mmHg 20 mmHg 20 mmHg
pH 7,4 7,55 7,50Organizado pela Profa Dra Luciana 
Lopes Silva Pereira
Normal Acidose 
metabólica 
descompensada
Acidose 
metabólica  
parcialmente 
compensada
Bicarbonato 24 mEq/L 15 mEq/L 15 mEq/L
Ác. Carbônico 1,2 mEq/L 1,2 mEq/L 0,75 mEq/L
Bicarbonato/Ác. Carbônico 20:1 12,5:1 20:1
pCO2 40 mmHg 40 mmHg 25 mmHg
pH 7,4 7,2 7,3
Normal Alcalose 
metabólica 
descompensada
Alcalose 
metabólica 
parcialmente 
compensada
Bicarbonato 24 mEq/L 38 mEq/L 34,5 mEq/L
Ác. Carbônico 1,2 mEq/L 1,2 mEq/L 1,35 mEq/L
Bicarbonato/Ác. Carbônico 20:1 31,6:1 25,6:1
pCO2 40 mmHg 40 mmHg 45 mmHg
pH 7,4 7,6 7,55Organizado pela Profa Dra Luciana 
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Referências Bibliográficas
KATZUNG, B.G. Farmacologia Básica e 
Clínica. 10ª edição. Rio de Janeiro: 
MacGraw-Hill. 2010, 1003p.
LEHNINGER, A. L.; NELSON, D. L.; COX, M. 
M. Princípios de Bioquímica. 4ª edição. 
São Paulo: Sarvier, 2004, 1119p.
MOTTA, V. T. Bioquímica Básica. EDUCS. 
2005, 374p.
MURRAY, R. K. et al. Harper’s Illustrated 
Biochemistry. 27ª edição. MacGraw-Hill 
Companies, 2006.
STRYER, L. et al. Bioquímica Fundamental, 
2011