Síntese pH e Tampão

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Bioquímica
Síntese: pH e Tampão
Aluna: Mírian Vieira
1ª Semestre – Fisioterapia 
Professor: José Junior Aguiar
Água
A água é uma molécula inorgânica, isso ocorre devido sua propriedade biólogica que é classificada como a mais importante do mundo, classificada como Solvente Universal.
Estrutura Química da Água
Célula qualquer
70% da célula é composta por água
Sendo assim, uma célula composta de 70% de água se torna extremamente importante em qualquer organismo de modo geral. Porque o organismo com essa propriedade faz da água uma mega ferramenta de condução para inúmeras reações biológicas em nosso organismo
A água é composta por uma molécula de oxigênio e duas moléculas de hidrogênio, esses hidrogênios se ligam ao oxigênio por meio de ligações covalentes.
Importância da Água
Se a Água não existisse, seria impossível a interação química das moléculas e biomoléculas dos seres vivos.
Molécula da Água
O oxigênio possui 6 elétrons
O hidrogênio possui 2 elétrons 
Para que eles possam apresentar uma estabilidade, eles compartilham elétrons promovendo uma ligação covalente.
Composto Polar
É aquele que interage com outras moléculas por dipolo permanente ou ligações de hidrogênio e apresenta tendência de dissolver-se em compostos polares.
A molécula de água tende a ser polarizada para o oxigênio, o que faz da água um composto polar. O mais interessante é que a maioria dos compostos químicos são polares
Figura 1 - Exemplos de compostos polares
Ligação Covalente X Não Covalente
Ligação Covalente: A ligação covalente é um tipo de ligação química realizada entre os átomos de hidrogênio, ametais e semimetais que compartilham entre si pares de elétrons. Ou seja, é uma ligação forte que não se rompe com facilidade. Para se romper uma ligação covalente é necessário 470Kj/mol o que equivale a uma descarga elétrica.
Ligação Não Covalente: Uma molécula de água consegue se ligar com outra molécula de água O -> H. No entanto, essa ligação vai ser chamada de não covalente, ou seja, uma ligação fraca que é feita através de Pontes de Hidrogênio. Para se romper uma ligação não covalente é necessário 23Kj/mol equivalente a própria temperatura ambiente. Sendo assim, as pontes de hidrogênio formadas por ligações não covalentes se rompem e se ligam constantemente, numa velocidade de 1 segundo:1000.
Figura 2 - Ligações Não Covalentes
Interações entre Moléculas
Essa interação entre as moléculas de água são exatamente e extremamente dinâmicas, justamente pela quebra dessas pontes de hidrogênio. Fazendo com que as moléculas de água interajam com outras moléculas polares por meio das pontes de hidrogênio, como também fornecer um meio para a catálise de reações químicas. Assim, a água faz ponte de hidrogênio entre suas moléculas que não são água, mas que são polares. Isso permite que o ambiente fique extremamente agitado, quebrando e formando pontes de hidrogênio o tempo todo.
Água e sua Interação
A água é considerada solvente universal, ou seja, capaz de dissolver muitas outras substâncias. Isso ocorre pela quebra das pontes de hidrogênio não covalentes, fazendo ela interagir com outras moléculas polares. 
Exemplo: Sal de Cozinha (NaCl)
Compostos Apolares
Nos compostos apolares, como eles não interagem com as moléculas de água, se agregam para formar uma estrutura energética favorável. Assim, compostos apolares interagem apenas com compostos apolares. E compostos polares, não conseguem interagir com compostos apolares. 
Qualquer um desses tipos de ligações será apolar se for entre átomos de carbono ou entre carbonos e hidrogênios, em que não há praticamente diferença de eletronegatividade. Consequentemente, se a molécula for formada apenas por esses tipos de ligações, ela também será apolar.
Exemplo: Água (Polar) X Lipídio (Apolar)
Quando isso acontecer, as moléculas apolares vão adquirir uma conformação de menor gasto energético e expulsará a água em volta de suas ligações até formar uma mistura em que todas as moléculas apolares se interajam entre si. Bem como as polares interajam com polares. Esse processo é chamado de Micela.
Figura 3 - Exemplos de compostos apolares
Micela
Micela é uma estrutura globular formada por um agregado de moléculas anfipáticas, ou seja, compostos que possuem características polares e apolares simultaneamente, dispersos em um líquido constituindo uma das fases de um coloide.
As micelas são geralmente globulares, contudo, estas estruturas podem ser elipsoides, cilíndricas e em camadas. O formato e o tamanho destas é função da geometria molecular dos surfactantes bem como das condições da solução, tais como: concentração, temperatura, pH e força iônica.
Ionização da Água
O fenômeno da ionização é uma reação química que ocorre quando a água atua como reagente, formando íons que não existiam antes em substâncias moleculares. Ou seja, é quando uma molécula adquire uma característica carregada, sejam elas com cargas positivas ou negativas. 
No entanto, um átomo ou um grupo de átomos pode perder ou ganhar elétrons; quando isso ocorre, eles perdem a neutralidade e se tornam íons. 
Dissociação da Água: A dissociação da água é a separação das moléculas de água. Assim, a molécula da água H2O, quando se dissocia apresenta a seguinte conformação:
Figura 4 - Dissociação da Água
Nessa dissociação, ocorre o processo onde gera-se íons ou separa-se íons. Na ionização, nós temos a formação de íons que não existiam anteriormente, ou seja, eu tinha uma molécula e essa molécula foi quebrada gerando íons. Isso é característico de substancias de compostos covalentes e que possam ser quebradas, como ácidos por exemplo.
Na ionização ocorre um aumento de H+ e a concentração de OH- diminui, e vice-versa. Acontece que esse fator causa uma alteração do pH da água.
pH da Água
A sigla pH significa potencial (ou potência) hidrogeniônico e indica o teor de íons hidrônio (H3O+(aq)) livres por unidade de volume da solução. Quanto mais hidrônios houver no meio, mais ácida será a solução. Ou seja, é o aumento ou diminuição de H+ em uma solução.
Sendo assim, para se ter uma água considerada neutra, ela tem que ter um pH=7. Assim, quando o pH cai a concentração de H+ sobe e a de OH- diminui. E quando o pH sobe, a concentração de H+ diminui e a de OH- aumenta.
Escala de pH
Legenda
pH igual a 7 (Neutro)
pH acima de 7 (Alcalino ou Básico)
pH abaixo de 7 (Ácido)
Importância do pH
O pH serve como determinante do perfil de funcionamento de uma série de proteínas. Portanto, quaisquer alterações no pH pode afetar no funcionamento dessas proteínas e enzimas de um modo geral. Assim, o pH precisa ser constantemente regulado no nosso sistema biológico, para que ocorre sempre o bom funcionamento das proteínas e enzimas do nosso corpo, o pH do nosso organismo é controlado com o que chamamos de Sistema Tampão. Na química, o pH é o número que indica se uma solução é ácida, o pH é uma característica de todas as substâncias, determinado pela concentração de íons de hidrogênio (H+)
pH no Sangue Humano
O pH do sangue humano tem que estar em seu limite ideal de 7,4 para absorver os minerais necessários a saúde do indivíduo. Qualquer alimento sólido ou liquido que prejudique o equilíbrio do pH ideal estará comprometendo a saúde. Uma pequena variação do pH dá oportunidade a uma redução do seu sistema imunológico, dando oportunidade para que seres vivos prejudiciais a nossa saúde como: vírus, bactérias e fungos (que vivem em meios ácidos), com o pH abaixo de 7, se proliferem e encontrem ambiente propicio para sobreviver.
Exemplo:
Escala de pH Sanguíneo
Legenda
7,35 a 7,45 (Neutro)
Abaixo de 7,35 (Ácido)
Acima de 7,45 (Alcalino)
Entre 6,85 e 8,0 (Tóxico)
Sistema Tampão
É uma propriedade que o organismo possui, capaz de resistir a uma variação de pH causada quando há excesso de Ácido ou base. 
Solução-tampão: É uma mistura que tem a capacidade de evitar que o pH da solução sofra grandes variações. É formada por um ácido ou base fraco,e um sal desse ácido ou base. A solução-tampão é geralmente uma mistura de um ácido fraco com o sal desse ácido, ou uma base fraca com o sal dessa base. Essa solução tem por finalidade evitar que ocorram variações muito grandes no pH ou no pOH de uma solução.
Exemplo: 
Ou seja, sua função é manter o pH sanguíneo em equilíbrio.
Acidose X Alcalose
Acidose: Se o pH estiver ácido, ou seja, abaixo de 7,35, ocorrerá acidose.
Alcalose: Se o pH estiver alcalino(básico), acima de 7,45, ocorrerá alcalose.
Tampão Bicarbonato
É o tampão responsável por manter o pH sanguíneo equilibrado, além de ser considerado o tampão mais potente do organismo. 
Ácido Carbônico que é um ácido fraco, todo ácido fraco ele dissocia parcialmente.
H2CO3 H+ HCO3-
 Só que o ácido carbônico tem uma característica diferenciada, ele também pode se dissociar em dióxido de carbono. Como por exemplo, quando estamos em uma atividade física, o nosso organismo libera muito CO2 + H2O, na tentativa de conter a perca dessas substâncias, o organismo tenta controlar a formação de ácido carbônico, mantendo ele na forma de H+ HCO3- isso torna o sangue um pouco ácido, que para tentar tamponar o pH, nosso organismo quebra a gordura armazenada em: Oxigênio, Hidrogênio e Carbono. Essa dissociação e associação não ocorre de forma espontânea, para ocorrer é necessário a participação de uma enzima chamada de Anidrase Carbônica.
Anidrase Carbônica
A Anidrase Carbônica é quem vai regular a quantidade de ácido carbônico, dióxido de carbono e água, dependendo da necessidade do meio. Então, se o organismo tiver muito ácido carbônico, a anidrase vai quebrar esse ácido, dióxido de carbono, e água. Se o Ácido carbônico diminuir a anidrase carbônica vai fazer o caminho contrário, pegando CO2 e H2O e convertendo em Ácido carbônico.
O ácido carbônico então poderá ser catalisado pela anidrase carbônica e quebra-lo em CO2 + Água, e aumentar o pH. No mesmo modo, se o pH estiver alto (Íons H+ em baixa), o organismo pode aumentar a produção de CO2, a anidrase carbônica vai catalisar a formação de ácido carbônico e o Ácido Carbônico vai se dissociar para aumentar a quantidade de H+.
Tampão Fosfato
É o principal liquido intracelular e das células renais, isso por que a concentração do fosfato é bem maior no meio intracelular do que no extracelular. E ele atua a nível renal por que as células se acumulam nos túbulos renais. Ou seja, ele é bem melhor nas células do que no pH sanguíneo.