Soluções tampão

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Soluções tampão
Os sistemas biológicos, ao nível intra e extracelular, necessitam manter o pH (bem como outros parâmetros) dentro de valores adequados para garantir o seu bom desempenho. O meio deve, por isso, ser tamponado, ou seja, não sofrer grandes alterações de pH.
SOLUÇÃO TAMPÃO - É uma solução aquosa que não sofre alteração significativa de pH com a adição de pequenas quantidades de ácido ou base.
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Soluções tampão (cont.)
O sistemas biológicos (células individuais, fluidos orgânicos e sistemas de órgãos) regulam o seu funcionamento, relativamente ao pH, num processo denominado homeostase ácido-base.
O pH do sangue (±7,4) é o pH fisiológico.
Exemplo da importância da manutenção do pH:
	Enzimas e outras proteínas podem ser inactivadas ou mesmo destruídas se colocadas num meio com pH≠pH óptimo.
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Soluções tampão (cont.)
Os sistemas biológicos têm diversas estratégias para contrariar alterações de pH. Entre estas estratégias incluem-se os diversos sistemas tampão.
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Soluções tampão (cont.)
 Os sistemas tampão, constituídos geralmente pelo par ácido-base conjugado, têm eficiência máxima para um pH=pKa, ou seja, quando a concentração do ácido é igual à concentração da sua base conjugada.
 A escolha da solução tampão em ensaios bioquímicos no laboratório deve ter em conta o pH a que se pretende manter o meio.
	? – Poderia usar o ácido acetilsalicílico 	(pKa=3,5) para tamponar uma solução a 	pH fisiológico?
?
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Soluções tampão (cont.)
Os critérios que devem presidir à escolha de um sistema tampão:
Impermeável relativamente às membranas celulares;
Não interferência nos processos biológicos;
Não deve absorver radiação visível ou UV;
Não formação de compostos insolúveis (precipitação);
Contribuição mínima para a composição iónica (força iónica do meio influencia processos biológicos);
Limitada influência da temperatura na alteração do pH;
O pKa não deve distar do pH mais do que 1 unidade.
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Preparar uma solução tampão
Para a preparação de uma solução tampão utiliza-se o ácido e um sal da sua base conjugada (de sódio ou potássio-mto. solúveis):
HA – ácido
NaA – sal sódico
	As espécies presentes em solução serão HA e A- (e o Na+ ou o K+ mas estes não interferem no processo).
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Preparar uma solução tampão (cont.)
Exemplo – solução tampão de ácido acético (CH3COOH) 0,2M.
pKa = 4,76
Como um tampão exerce o seu efeito de forma mais eficiente qundo pH=pKa apenas podemos pretender tamponar um meio a um pH próximo do pKa. Neste exemplo digamos que pretendemos tamponar a pH = 5.
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Preparar uma solução tampão (cont.)
Podemos então, para pH = 5, utilizando a eq. de Henderson-Hasselbalch, calcular a relação entre as concentrações da forma ácida (CH3COOH)=HA e da sua base conjugada (CH3COO-)=A-:
pH = pKa + log([A-]/[HA])
5 = 4,76 + log([A-]/[HA])
log([A-]/[HA]) = 0,24 
[A-]/[HA] = 1,74/1
[A-]
[HA]
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Preparar uma solução tampão (cont.)
O total das conc. relativas do ácido e base conjugada, a pH=5, é 1,74+1=2,74. 
	
	Uma vez que a concentração total da nossa solução tampão é 0,2M, então, nessa situação específica, teremos:
[CH3COO-] = 0,2x1,74/2,74=0,127M
[CH3COOH] = 0,2x1/2,74=0,073M
Resumindo: 
	Um tampão de ácido acético poderia ser usado para tamponar uma solução a pH=5 pq. pH≈pKa (4,76). A esse pH, para uma solução de ác. acético 0,2M, a concentração da forma protonada=0,073M e da sua base conjugada seria 0,127M. Para preparar 1 litro desta solução seria, assim, necessária uma massa de 0,127x82=10,41g de CH3COONa e 0,073x60=4,38g de CH3COOH.
mM(CH3COONa)=82g/mol
mM(CH3COOH)=60g/mol
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Tampão fosfato (HPO42-/H2PO4-)
Útil na tamponização do fluido intracelular a pH fisiológico (pK2 é próximo do pH fisiológico). Graças a este efeito o pH intracelular é mantido entre 6,9 e 7,4. 
O fosfato é um anião abundante nas células, seja na sua forma inorgânica ou como constituinte de um grupo funcional, integrado numa molécula orgânica.
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Outros sistemas tampão
Histidina
	Alguns péptidos ou proteínas contendo o aminoácido histidina são adequados para a tamponização a pH fisiológico. Exº.: A anserina, um dipeptídeo contendo β-alanina e histidina tem um pKa de 7,04, próximo do pH fisiológico.
Grupo Imidazola
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Tampão bicarbonato
Bicarbonato
	Tampão do plasma sanguíneo.
H2CO3		HCO3-+H+
	Neste sistema inclui-se ainda o CO2 produzido nos tecidos e armazenado nos pulmões. Este CO2 é vital pois pKa(H2CO3) = 3,77 !!!!!
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Tampão bicarbonato (cont.)
O CO2 (g), proveniente dos pulmões e tecidos, dissolve-se no plasma sanguíneo - CO2(d) - e é rapidamente hidratado para formar H2CO3:
CO2(g) CO2(d) (1)
CO2(d)+H2O H2CO3 (2) 
H2CO3 HCO3-+H+ (3)
Resumo
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Tampão bicarbonato (cont.)
A [H2CO3] é mantida estável graças à disponibilidade do CO2, apesar da forte tendência para se transformar em HCO3-. A reacção de hidratação do CO2 é catalizada pela enzima anidrase carbónica o que facilita e acelera a formação de H2CO3. Nas condições em que decorre, a reacção (2) tem o seu equilíbrio fortemente deslocado para a esquerda (há muito mais CO2(d) que H2CO3 – 500:1) – este facto favorece a tendência para deslocar o equilíbrio da reacção (3) tb. para a esquerda.
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Tampão bicarbonato (cont.)
O equilíbrio global é dado pelas reacções:
CO2(d)+H2O H2CO3 
H2CO3 HCO3-+H+
	A ionização de H2CO3 pode ser calculada em função de Kh e Ka
Kh
Ka
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Tampão bicarbonato (cont.)
Substituindo no cálculo de Ka
Ka.Kh = Kglobal = 2,69x10-4x3x10-3 (37ºC) = 8,07x10-7
pKglobal = 6,1
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Tampão bicarbonato (cont.)
Resulta a seguinte formulação da equação de Henderon-Hasselbalch:
Apesar do valor de pKglobal (6,1) distar mais que 1 un. do valor de pH do sangue (≈7,4), o sistema tampão bicarbonato funciona perfeitamente.
“base”
“ácido”
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Tampão bicarbonato (cont.)
	Resumindo:
Apesar de [H2CO3] = 0,1.[HCO3-], a pH=7,4, o que poderá supor um efeito tampão pouco eficiente, convém lembrar a contribuição do CO2(d) para a concentração da componente ácida (ver reacção de hidratação de CO2(d)).
O tampão de bicarbonato é um sistema aberto, contando para o seu funcionamento com o CO2 proveniente dos pulmões.
Acidose respiratória (hipoventilação) e alcalose respiratória (hiperventilação).
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Curvas de titulação e efeito tampão
Curva de titulação de um ácido monoprótico (apenas pode libertar um ião H+). Na zona mais plana da curva encontra-se o ponto em que [CH3COOH]=[CH3COO-], correspondente ao pKa do ácido e à região de pH onde o efeito tampão é máximo.
	? – Em que gama de pH poderia usar o ácido acético como tampão?
Ponto em que [CH3COOH]=[CH3COO-]
Zona de pH a que corresponde um maior efeito tampão
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Curvas de titulação e efeito tampão (cont.)
Curva de titulação de um ácido poliprótico (exº. do ácido fosfórico). Notar que existem 3 pontos de equivalência que correspondem à libertação dos 3 iões H+.
Pontos de equivalência
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? – Qual o objectivo da realização de uma titulação? O que se entende por titulante e titulado?
Permitem, através da alteração da sua cor, identificar o ponto de equivalência de uma titulação e calcular a concentração desconhecida.
O ponto de equivalência de uma titulação é o ponto em que o nº de moles do ácido é igual ao nº de moles da base, de acordo com a estequiometria da reacção.
	
Indicadores ácido base
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Indicadores ácido base (cont.)
Os indicadores são ácidos ou bases fracas, parcialmente ionizados, cuja cor varia com o grau de ionização e segundo a equação:
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Força iónica
A força iónica é uma medida da quantidade de electrólitos (espécies químicas com carga positiva ou negativa) presentes em solução. O seu valor é dado por:
I = ½ . ∑ [i] . z2 mol/l
[i]= concentraçãodo electrólito
z= carga iónica
A carga iónica influi, frequentemente em conjunto com o factor pH e outros, no funcionamento de sistemas biológicos, nomeadamente ao nível dos processos de troca em que as membranas celulares estão envolvidas. Valor de força iónica fisiológica ≈ 0,20M.