Água e Tampao Ana Paula

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BIOQUÍMICA ESTRUTURAL
Bioquímica da Água 
Profa. Dra. Ana Paula Landi Librandi
UNIP – Biomedicina e Farmácia 
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ÁGUA
“Hidróxido de hidrogênio" ou "monóxido de hidrogênio" ou ainda "protóxido de hidrogênio“.
Substância mais abundante nos seres vivos.
70% ou mais do peso corporal das formas de vida.
Permeia todas as porções de todas as células:
Transporte de nutrientes
Reações do metabolismo catalisadas por enzimas
Quimicamente estável porém com propriedades incomuns.
Líquido inerte, incolor, inodoro e insípido.
Todos os aspectos de estrutura celular e suas funções são adaptadas às propriedades físico-químicas da água
Taxas de água – varia de acordo com a espécie, idade e ação metabólica.
Vias de eliminação: pele, pulmões, rins e intestino
ESPÉCIE
Água-viva - 98% de água
Sementes - 10% de água
Espécie humana - 70% de água 
VARIAÇÕES NA TAXA DE ÁGUA
Corpo Humano 75% Água 
 
Perdas diárias: 
Respiração - 0,4 litros 
Urina - 1,2 litros 
Transpiração - 0,6 litros 
Evacuação - 0,1 a 0,3 litros 
TOTAL - 2,5 litros 
Quanta água precisa repor por dia: 
Beber água - 1,5 litros. Ingerir alimentos - 1,0 litro 
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VARIAÇÕES NA TAXA DE ÁGUA
IDADE
Feto humano – 94% de água
Recém-nascido – 69% de água
Adulto – 60% de água
METABOLISMO
A quantidade de água é diretamente proporcional à atividade metabólica da célula.
Neurônio – 80% de água
Célula óssea – 50% de água
Propriedades de solvente da água
Melhor solvente do que maioria dos líquidos comuns (UNIVERSAL).
A interação com solutos ocorre porque a água é um líquido polar.
Sais cristalinos: Interatua com íons que unem os átomos do sal
Propriedades de solvente da água
Compostos orgânicos: grupos carboxila e amino
Compostos orgânicos neutros: açúcares, álcoois, aldeídos e cetonas
Propriedades de solvente da água
Compostos anfipáticos: grupos hidrofóbicos e grupos hidrofílicos
Ex.: oleato de sódio (sabão)
Cadeia apolar
Dispersão em água
Micelas
Outros compostos anfipáticos:
Fosfolipídeos, proteínas, ácidos nucléicos
3. FUNÇÕES DA ÁGUA
TRANSPORTE DE SUBSTÂNCIAS
FACILITA REAÇÕES QUÍMICAS
TERMORREGULAÇÃO
LUBRIFICANTE
REAÇÕES DE HIDRÓLISE
EQUILÍBRIO OSMÓTICO
EQUILÍBRIO ÁCIDO BASE
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TRANSPORTE DE SUBSTÂNCIAS
A presença de água permite a difusão nos seres mais primitivos.
Organismos mais evoluídos apresentam sistemas circulatórios (hemolinfa, sangue e seiva vegetal).
A urina é uma maneira de eliminar toxinas.
As células apresentam-se em estado coloidal (rico em água) o que facilita transporte de substâncias.
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FACILITA REAÇÕES QUÍMICAS
Reações químicas ocorrem mais facilmente com os reagentes em estado de solução.
Em algumas reações químicas a união entre moléculas ocorre com formação de água como produto (síntese por desidratação).
Reações de quebra de moléculas em que a água participa como reagente são denominadas reações de hidrólise.
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TERMORREGULAÇÃO
Seres vivos só podem existir em uma estreita faixa de temperatura.
A água evita variações bruscas de temperatura dos organismos.
A transpiração diminui a temperatura corporal de mamíferos.
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LUBRIFICANTE
Nas articulações e entre os órgãos a água exerce um papel lubrificante para diminuir o atrito entre essas regiões.
A lágrima diminui o atrito das pálpebras sobre o globo ocular.
A saliva facilita a deglutição dos alimentos.
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BIOQUÍMICA ESTRUTURAL
SISTEMA-TAMPÃO 
Profa. Dra. Ana Paula L. Librandi 
UNIP- Biomedicina e Farmácia - 2016 
Introdução
Estruturas moleculares e processos biológicos – pH
Ser humano: pH sangue ~ 7.4
Intracelular: atividade enzimática
Reações que liberam ou captam H+ do meio aquoso
Manutenção do pH sangue ou celular – SISTEMA TAMPÃO
Ácidos e bases de bronsted
Ácidos: doadores de prótons (H+ )
HCl, H2SO4, NH4+
HCl + H2O  H3O+ + Cl-
Bases: receptores de prótons (H+ )
NaOH, KOH, NH3
Ex.: NH3 + H2O  NH4+ + OH-
Dissociação de um ácido: HA ↔ H+ + A-
 ácido base conjugada
Ácidos e bases de bronsted
Ácidos fortes: dissociação completa em soluções diluídas
HCl, H2SO4
Ácidos fracos: ionizam-se muito pouco – constante de dissociação
Dissociação de um ácido: HA ↔ H+ + A-
 ácido base conjugada
K’ = [H+ ] x [A -]
 [HA]
Ácidos e bases de Bronsted
Constante de dissociação aparente e pKa de alguns ácidos (25º C).
	Ácidos 	 Ka ( mol / L) 	 pKa
	HCOOH (ácido fórmico)	 	1,78 X 10-4 	 	3,75
CH 3COOH(ácido acético)	 1,74 x 10-5 	 4,76
CH 3CH 2COOH (ácido propiônico) 1,35 x 10-5 4,87
CH 3CH0HCO0H (ácido tático)	 1,38 x 10-4 	 3,86
H 3P04 (ácido fosfórico)	 	7,25 x 10-3 	 2,14
H 2PO4 (íon fosfato monobásico) 6,31 x 10 –8 	 7,20
H 2CO3 (ácido carbônico)	 1,70x10-4	 	3,77
HCO3- (íon bicarbonato)	 	6,31 x 10-11 10,20 NH4+ (íon amônio)		 5,62 x 10-10 	 9,25
Sistemas tampão
Constituídos por ácido fraco e sua base conjugada.
Soluções tampão, solução tamponada ou simplesmente tampão, são soluções que atenuam a variação dos valores de pH (ácido ou básico), mantendo-o aproximadamente constante, mesmo com adição de pequenas quantidades de ácidos ou bases.
Dois aspectos importantes
Menos prótons livres  pH não diminui
Tampão = equilíbrio químico - Keq
Sistemas tampão
Nem todos H+ adicionados associam-se à base – alteração da Keq
Valor é mantido!
Keq = [H+ ] x [A -]  [H+ ] x [A -] 
 [HA] [HA]
 
Keq = [H+ ] x [A -] = [H+ ] x [A -] 
 [HA] [HA]
 
Sistemas tampão
Adição de base
Keq = [H+ ] x [A -]  [H+ ] x [A -] 
 [HA] [HA]
 
Keq = [H+ ] x [A -] = [H+ ] x [A -] 
 [HA] [HA]
 
Valor é mantido!
Sistemas tampão
Eles são preparados dissolvendo-se os solutos em água.
Exemplos: ácido acético-acetato (tampão acetato), ácido carbônico-bicarbonato (tampão bicarbonato), fosfato biácido-fosfato monoácido (tampão fosfato)
Sistemas tampão
Ação tamponante – faixa de pH – concentrações de ácido e base suficientes para compensar adição de base ou de ácido.
Máxima eficiência – maiores concentrações de ácido e base
pH = pKa
Tamponamento ocorre uma unidade acima e uma abaixo do valor de pKa
H3PO4 – pKa = 2.14 tampona 1.14 a 3.14
H2CO3 – pka = 6.37 tampona 5.37 a 7.37
pH de máximo tamponamento - TITULAÇÃO
Sistemas tampão
Titulação do ácido acético
Sistemas tampão
Suponhamos dois ácidos fracos: HA e HB
Ka HA > Ka HB
Base conjugada de HA tem menor afinidade pelo próton que a base de HB
Em água: HA irá dissociar-se mais pois a sua base retém pouco H+
HA é um ácido fraco mais forte que HB
Quanto maior o pKa, mais fraco o ácido.
pKa = -log Ka
Característico para um ácido
Equação de Henderson-Hasselbach
pH, consante de dissociação e concentrações do ácido e sua base conjugada
Ka = [H+ ] x [A -]
 [HA]
[H+ ] = Ka x [A -]
 [HA]
log[H+ ] = log Ka + log [HA]
 [A -]
 
log[H+ ] = log Ka - log [A -]
 [HA]
 
 
Equação de Henderson-Hasselbach
log[H+ ] = log Ka - log [A -]
 [HA]-log[H+ ] = -log Ka + log [A -]
 [HA]
 
 
Equação de Henderson-Hasselbach
Cálculo das concentrações do ácido e da base em certo pH para um ácido fraco com pKa característico
Ex.: ácido acético pKa = 4.7
 acetato pH = 5.7
Qual relação da [base] / [ácido]?
5.7 = 4.7 + log [A-]
 [HA]
5.7 – 4.7 = log [A-] 
 [HA]
 log [A-] = 1
 [HA]
 [A-] = 10
 [HA]
No pH= 5.7, teremos 10 x mais acetato que ác. acético
pKa = 4.7
Tamponamento= 3.7 a 5.7
pH < pKa – forma protonada
pH > pKa – forma desprotonada
Eficiência do tampão
Depende da sua concentração
[tampão] = [ácido] + [base]
Quanto maior a [tampão], maior sua capacidade tamponante
Solução de tampão 0,1 M é 10x mais eficiente que solução tampão 0,01M
RESUMO:
EFICIÊNCIA DO TAMPÃO É PROPORCIONAL À SUA CONCENTRAÇÃO
EFICIÊNCIA MÁXIMA QUANDO pH = pKa
 Preparo de soluções tampão
1) Preparar 50mL de tampão fosfato de sódio 0,4 mol/L pH 7,4.
2) Preparar 50 mL de tampão fosfato de sódio 0,4 mol/L pH 6,9. 
Você tem a sua disposição:
Na2HPO4 MR : 141,96 
NaH2PO4 . H2O MR : 138,0 
Os valores de pka do H3PO4 (pka1 = 2,12 / pka2 = 6,9 / pka3 = 12,67
 Tampões biológicos
Seres vivos – pH interno constante
pH sangue = 7.4
Não são muito os ácidos fracos que satisfazem esse requisito
Principais tampões: fosfato, proteínas, bicarbonato
Composição do sistema
Percentual / %
Bicarbonato/gás carbônico
64
Hemoglobina/Oxihemoglobina
28
Proteínas ácidas/Proteínas básicas
7
Fosfato monoácido/fosfato diácido
1
 Tampões biológicos
pH do Sangue Arterial
7,4
7,0
7,8
Faixa de sobrevida
Acidose
Alcalose
pH normal
Aumento da [H+]
7,4
Acidose
Alcalose
Queda do pH
Acúmulo de ácidos
Acúmulo de bases
Perda de ácidos
Perda de bases
Diminuição da [H+]
Escala de pH
Aumento do pH
 tampões biológicos
FOSFATO : H2PO4- /HPO4- + H+ pka = 6.8
Região de tamponamento = 5.8 a 7.8
Concentração baixa no plasma – pouco eficiente
Concentração intracelular maior – mais eficiente 
PROTEÍNAS: grupos ionizáveis dos aminoácidos (-COO-, -NH3+, etc)
 Ácidos fracos – pKa distante de 7.4
Plasma – efeito tamponante discreto
Histidina pka = 6.0
 tampões biológicos
HEMOGLOBINA + BICARBONATO
 Sistema tampão usado para controlar o pH no sangue.
SISTEMA TAMPÃO ÁCIDO CARBÔNICO-BICARBONATO
 H2CO3 / HCO3- : são um par ácido base conjugado.
pKa = 3.8
 tampões biológicos
HEMOGLOBINA + BICARBONATO
HEMÁCIAS - anidrase carbônica – acelera 100x a reação
Velocidade incompatível
CO2 + H2O ↔H2CO3 ↔HCO3- + H+ 
CO2 + H2O ↔HCO3- + H+ 
[H2CO3] é baixa
CO2 ↔HCO3- + H+ 
 pKa= 6.1
[H2O] é constante
De forma geral, quando um indivíduo tem o pH sangüíneo abaixado para níveis inferiores a 7,35 diz-se que ele está com acidose.
Quando o pH sangüíneo é aumentado a níveis superiores a 7,45 diz-se que o mesmo está com alcalose.
Quando a alcalose ou acidose são obtidas por alteração da freqüência respiratória, diz-se que são de origem respiratória: Acidose respiratória e alcalose respiratória.
A acidose e alcalose podem ainda ocorrer por meios metabólicos. Ex:devido ao metabolismo em um dado animal, uma grande quantidade de ácido não volátil seja jogado na corrente sangüínea. 
Alterações para valores ácidos (i.e., abaixo de 7,35) são particularmente prováveis, tendo em vista a variação na produção, pelo metabolismo, de ácidos como o láctico, o pirúvico, o acético, etc. 
Durante o exercício físico intenso o pH do sangue periférico pode ir a valores inferiores a 7,0 (pois forma-se ácido láctico).
Acidose
Exemplo:
O que acontece na Acidose?
Pulmão
pH <
 
CO2 + H2O H2 CO3 H+ + HCO3 -
Com a expiração de CO2 o pH do sangue volta ao normal.
Na acidose metabólica aguda ( ex. por ingestão de grandes quantidades de ácido) a capacidade tamponante do sangue pode não ser suficiente. 
Neste caso pode ser necessário administrar infusão de bicarbonato.  
Acidose aguda
Alcalose 
Ingestão de um álcali 
Episódios de vômitos repetitivos (remoção de ácido do corpo)
Hiperventilação (respirar intensamente)
Aumento do pH do sangue (ex. pH 7,55) 
Um homem de 19 anos chega à sala de emergência com os seguintes valores no sangue: 
Os acompanhantes relatam que ele estava "tentando estabelecer o novo recorde mundial de segurar a respiração embaixo d'água", mas não conseguiu. Aí ele hiperventilou por 15 minutos. 
Alcalose Respiratória 
 
 
 
 
 
Valor no paciente Valor Normal
pH 7,55 7,35-7,45
pCO2 25 mm Hg 35-45 mm Hg 
[HCO3-] 22 mmol/L 24-28 mmol/L 
O que aconteceu ?
CO2 + H2O H2 CO3 H+ + HCO3 -
 
 
 
 
 
Valor no paciente Valor Normal
pH 7,55 7,35-7,45
pCO2 25 mm Hg 35-45 mm Hg 
[HCO3-] 22 mmol/L 24-28 mmol/L 
Qual o tratamento indicado? 
Colocar um saco de papel sobre a cabeça do rapaz para ele ficar respirando dentro do saco.
Pulmão
O rapaz irá inspirar mais CO2 
CO2 + H2O H2 CO3 H+ + HCO3 -
Veja abaixo uma tabela de resumo sobre acidose e alcalose provocada por respiração e metabolismo: 
Condição
Distúrbio
pH
Provocado por
Acidose respiratória
diminui
hipoventilação
Alcalose respiratória
 diminui
aumenta
hiperventilação
Acidose metabólica
diminui
Diarréia, diabetes
Alcalose metabólica
 aumenta
aumenta
Vômito, intoxicação
 aumenta
 diminui
 Falha nos mecanismos reguladores de pH
Atividade enzimática altamente sensível a variações do pH
Atividade ótima (máxima) – pH característico
Variações do pH – reações cruciais do organismo
Controle do pH biológico IMPORTANTE!
PREPARO DE SOLUÇÃO TAMPÃO
 
 Preparar 50,0 mL de tampão fosfato de sódio 0,4 mol/L pH 7,4.
Você tem a sua disposição:
 
 Na2 HPO4 MR : 141,96 
 
 NaH2PO4 . H2O MR : 138,0 
 
Os valores de pka do H3PO4 (pka1 = 2,12 / pka2 = 6,9 / pka3 = 12,67)
Os cálculos de concentração e de pH devem ser efetuados com base nas equações:
 
 a) pH = pKa + log [base conj.] 
 [ác. conj.]
 
b) [tampão] = [ác. conj.] + [base conj.]
RESOLUÇÃO
[tampão] = [ác. conj.] + [base conj.]
 0,4 = [ác. conj.] + [base conj.]
[base conj.] = 0,4 - [ác. conj.]
 
Preparar 50,0 mL de tampão fosfato de sódio 0,4 mol/L pH 7,4.
Você tem a sua disposição:
  Na2 HPO4 MR : 141,96 
  NaH2PO4 . H2O MR : 138,0 
 Os valores de pkado H3PO4 (pka1 = 2,12 / pka2 = 6,9 / pka3 = 12,67)
pH = pKa + log [base conj.] 
 [ác. conj.]
7,4 = 6,9 + log [base conj.] 	 [ác. conj.]
0,5 = log [base conj.] 	 [ác. conj.]
10 = [base conj.] 	[ác. conj.]
0,5
[base conj.] = 3,16 [ác. conj.]
0,4 - [ác. conj.] = 3,16 [ác. conj.]
0,4 = 4,16 [ác. conj.] 
[ác. conj.] = 0,096 mol/L
[base conj.] = 0,4 - 0,096
[base conj.] = 0,304 mol/L
[ác. conj.] = 0,096 mol/L
M = massa
 MR . V
0,096 = massa
 138 . 0,05
massa = 0,662 g de NaH2PO4 .H2O 
Preparar 50,0 mL de tampão fosfato de sódio 0,4 mol/L pH 7,4.
Você tem a sua disposição:
  Na2 HPO4 MR : 141,96 
  NaH2PO4 . H2O MR : 138,0 
 Os valores de pkado H3PO4 (pka1 = 2,12 / pka2 = 6,9 / pka3 = 12,67)
[base conj.] = 0,304 mol/L
M = massa
 MR . V
0,304 = massa
 141,96 . 0,05
massa = 2,16 g de Na2HPO4 
RESOLUÇÃO
 
PREPARO DE SOLUÇÃO TAMPÃO
 
2) Preparar 50,0 mL de tampão fosfato de sódio 0,4 mol/L pH 6,9.
Você tem a sua disposição:
 
 Na2 HPO4 MR : 141,96 
 
 NaH2PO4 . H2O MR : 138,0 
 
Os valores de pkado H3PO4 (pka1 = 2,12 / pka2 = 6,9 / pka3 = 12,67)
Os cálculos de concentração e de pH devem ser efetuados com base nas equações:
 
 a) pH = pKa + log [base conj.] 
 [ác. conj.]
 
b) [tampão] = [ác. conj.] + [base conj.]
RESOLUÇÃO
[tampão] = [ác. conj.] + [base conj.]
 0,4 = [ác. conj.] + [base conj.]
[base conj.] = 0,4 - [ác. conj.]
 
2) Preparar 50,0 mL de tampão fosfato de sódio 0,4 mol/L pH 6,9.
Você tem a sua disposição:
  Na2 HPO4 MR : 141,96 
  NaH2PO4 . H2O MR : 138,0 
 Os valores de pkado H3PO4 (pka1 = 2,12 / pka2 = 6,9 / pka3 = 12,67)
pH = pKa + log [base conj.] 
 [ác. conj.]
6,9 = 6,9 + log [base conj.] 	 [ác. conj.]
0 = log [base conj.] 	 [ác. conj.]
10 = [base conj.] 	[ác. conj.]
0
[base conj.] = 1 [ác. conj.]
0,4 - [ác. conj.] = 1 [ác. conj.]
0,4 = 2 [ác. conj.] 
[ác. conj.] = 0,2 mol/L
[base conj.] = 0,4 - 0,2
[base conj.] = 0,2 mol/L
[ác. conj.] = 0,2 mol/L
M = massa
 MR . V
0,2 = massa
 138 . 0,05
massa = 1,38 g de NaH2PO4 . H2O 
2) Preparar 50,0 mL de tampão fosfato de sódio 0,4 mol/L pH 6,9.
Você tem a sua disposição:
  Na2 HPO4 MR : 141,96 
  NaH2PO4 . H2O MR : 138,0 
 Os valores de pkado H3PO4 (pka1 = 2,12 / pka2 = 6,9 / pka3 = 12,67)
[base conj.] = 0,2 mol/L
M = massa
 MR . V
0,2 = massa
 141,96 . 0,05
massa = 1,42 g de Na2HPO4 
RESOLUÇÃO