Tampoes Biologicos

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Tampões biológicos 2010 
 
 
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Iuri Marques de Oliveira & Renato Moreira Rosa 
 
A função normal das células do organismo depende de uma série de processos 
enzimáticos e metabólicos. Sendo assim, diversos fatores devem ser mantidos dentro de 
estreitos limites para preservar a função celular tais como temperatura, osmolaridade, os 
eletrólitos, as quantidades de nutrientes, de oxigênio, de dióxido de carbono e de íon 
hidrogênio, o qual é expresso sob forma do pH. 
O pH dos fluidos biológicos é mantido sempre constante e dentro de uma faixa 
estreita por algumas razões fundamentais: 
 Alterações na concentração de prótons, íons H+ (que é expressa por alterações no pH) 
podem causar modificações na estrutura das proteínas e assim impedir, temporariamente 
ou definitivamente, o funcionamento normal das atividades celulares, como por 
exemplo a inativação de diversas enzimas atuantes na geração de energia para célula. 
 Muitos processos de absorção e excreção são dependentes de grau de ionização de 
certos compostos, o qual por sua vez é dependente do pH do meio, de forma que as 
mudanças de pH podem bloquear processos absortivos. Além disso, um grande número 
desses processos são mediados por proteínas, que são sensíveis a alterações no pH do 
meio. 
 Alterações no pH podem induzir a degradação de vários componentes celulares, 
como por exemplo, no ácido ribonucléico (RNA),que degrada em pH acima de 8,0. 
Enfim, todas reações químicas do organismo ocorrem em condições 
controladas de pH e um grande número de reações metabólicas conduz à formação de 
ácidos ou bases no organismo. 
O organismo produz naturalmente uma série de ácidos e bases. Os principais 
ácidos produzidos pelo organismo são: 
 Gás carbônico: formado como produto final das oxidações biológicas, dissolve-se no 
plasma e reage com a água formando ácido carbônico, por ação da enzima anidrase 
carbônica, o qual é capaz de dissociar, liberando um próton e um íon bicarbonato. 
Todavia, a capacidade que um próton H
+
 possui em alterar o pH é muito maior 
que a do íon bicarbonato (HCO3
-
 espécie alcalina), e por esse motivo o gás carbônico é 
considerado um ácido. Uma vez que o gás carbônico pode ser eliminado pela ventilação 
pulmonar, esse ácido é classificado como um ácido volátil. Além disso, o gás carbônico 
pode reagir com o grupamento amino dos aminoácidos das proteínas e formar 
compostos que liberam prótons, reforçando assim o seu caráter ácido. 
Os demais ácidos produzidos pelo organismo são considerados ácidos fixos 
pois não podem ser eliminados no ar expirado. Exemplificando, 
ácido betahidroxibutírico e acetoacético: denominados corpos cetônicos e produzidos 
pelo metabolismo de lipídios. Esses ácidos são produzidos em grande quantidade em 
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pacientes com diabete tipo I (dependente de insulina) não controlado, durante um 
quadro clínico grave conhecido como cetoacidose diabética. 
ácido sulfúrico: formado a partir do metabolismo de aminoácidos que contém 
grupamentos sulfidrila tais como cisteína e metionina. 
ácido fosfórico: formado pela hidrólise de fosfoésteres de proteínas e ácidos 
nucléicos. 
ácido clorídrico: resultante do metabolismo de aminoácidos catiônicos como lisina, 
arginina e alguns resíduos de histidina. 
ácido láctico: formado na gliconeogênese durante o exercício muscular intenso. 
ácido cítrico: utilizado no ciclo de Krebs e na biossíntese de ácidos graxos. 
ácido úrico: como produto de excreção do nitrogênio protéico. 
íons amônio: formados durante a degradação de aminoácidos e na conversão de 
glutamina em glutamato por uma enzima chamada glutaminase. Lembre que íons 
amônio NH4
+
 são espécies ácidas pois podem dissociar liberando um próton e formando 
amônia NH3. Lembre também que o pKa da dissociação de amônio em amônia e próton 
é 9,25. Isto significa que em pH fisiológico (7,40) a forma predominante é a ácida. 
Embora a maioria dos produtos do metabolismo sejam ácidos, bases também 
são geradas no processo, mas a principal fonte realmente é a alimentação. Entre as 
principais fontes de base estão as frutas e os sais fracos de caráter básico. 
Em síntese, o H
+
 é uma partícula elementar e portanto possui alta reatividade, 
tendendo a se associar a grupos químicos aceptores de prótons, tais como NH2 / NH3
+
, 
em proteínas. Alguns grupos químicos de cadeias laterais de aminoácidos que 
constituem as proteínas tornam-se protonados quando a concentração de H
+
 se eleva, 
enquanto outros tendem a liberar prótons. Ganho ou perda de prótons modificam a carga 
elétrica resultante da molécula e modifica sua conformação e atividade biológica. 
Sabendo que as proteínas celulares funcionam adequadamente em pH próximo de 7,0 e 
as proteínas extracelulares funcionam bem em pH próximo de 7,4, é necessário a 
atuação de sistemas que evitem a alteração do pH. Além disso, o fato da geração de 
espécies ácidas e básicas no metabolismo normal exige a presença de mecanismos que 
evitem variações bruscas no pH fisiológicos. Esses sistemas são os tampões biológicos. 
 
 
1. Tampões biológicos 
 
A manutenção da concentração de íons H
+
 livres nos fluidos corporais é 
mantida dentro da estreita faixa fisiológica de 35 a 45 nanomolar. Portanto, se existe 
uma alta produção fisiológica de ácidos e bases e ao mesmo tempo há a necessidade de 
manter o pH constante, a existência de sistemas-tampões nos fluidos biológicos é vital. 
Além disso, nosso organismo está exposto a diversas variações de pH, seja na dieta ou 
no ambiente. Embora, o metabolismo produza continuamente ácidos, o pH do fluido 
extracelular é normalmente mantido dentro de limites estreitos, entre 7,35 e 7,45 
(Normal = 7,40). Os ácidos produzidos pelo organismo são imediatamente tamponados 
por tampões intra- e extracelulares. Pulmões e rins intervém em seguida (sendo assim 
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denominados órgãos enunctórios de mamíferos). Os rins excretam os ácidos fixos na 
urina enquanto os pulmões excretam o ácido volátil. 
 
 
 
 
 
 
O pH intracelular pode variar entre os tecidos e compartimentos, mas esses 
valores devem estar dispostos em torno de 7,0 devido ao fato das proteínas celulares 
funcionarem adequadamente nessa zona de pH. Variando conforme a atividade 
metabólica da célula, quanto mais ativo for o metabolismo, mais ácido é o interior 
celular, como células musculares que possuem o pH intracelular igual a 6,8, um pouco 
mais ácido do que outras células. Entretanto, algumas organelas intracelulares também 
apresentam pH diferenciados: por exemplo, no lissosomo encontra-se um pH 
extremamente ácido, ao contrário da mitocôndria, do citosol, núcleo. 
As proteínas extracelulares funcionam bem em pH próximo de 7,4 , o qual é o 
valor normal para o pH do fluido extracelular (sangue, linfa e líquido intersticial). Os 
diferentes compartimentos extracelulares possuem pH diferentes, como verificado no 
estômago, no intestino delgado, etc... As proteínas operantes nessas regiões funcionam 
perfeitamente nessas condições de pH. 
O pH da urina varia em função da dieta do indivíduo, apresentando comumente 
valores entre 5,5 e 7,0. A urina dos animais carnívoros mostra-se mais ácida enquanto 
nos herbívoros esse valor de pH está deslocado para faixa alcalina. Em virtude da 
capacidade do rim em eliminar os ácidos fixos, em alguns casos o pH urinário pode 
chegar a 4,5 e em situações patológicas de excesso de bases, pode alcançar 8,5. Dessa 
forma, além do pH plasmático (medido através de um procedimento denominado 
gasometria arterial ou venosa), o pH urinário apresenta importante valordiagnóstico na 
clínica. 
Considerando que os compartimentos do organismos possuem composições 
diferentes e faixas de pH ideal também diferentes não é surpreendente que possuam 
diferentes sistemas de tamponamento (Tabela 1). 
A capacidade tamponante do citosol deve-se à presença de aminoácidos livres 
e também proteínas, mas principalmente do tampão fosfato, o principal tampão do 
compartimento intracelular. 
 
 
 
 
 
Três sistemas são importantes para regulação do pH do fluido extracelular: os tampões 
biológicos e os órgãos enunctórios: pulmões (que atuam na excreção ou captação de 
dióxido de carbono – ácido volátil) e rins (que agem na excreção de prótons de ácidos 
fixos e na regulação da espécies alcalina íon bicarbonato) 
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Tabela 1 – Tabela mostrando os principais sistemas de tamponamento e órgãos 
envolvidos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2. Tampões intracelulares 
 
 
2.1 Tampão fosfato 
 
O tampão fosfato possui uma característica distintas em relação aos tampões 
vistos até aqui, pois ele possui mais de um próton na sua constituição. As substâncias 
que podem perder mais de um próton, ou passar por mais de uma ionização, como 
H3PO4 ou como o H2CO3, são conhecidas como ácidos polipróticos. As curvas de 
titulação de tais moléculas, como a ilustrada na Figura 3 para o H3PO4, são mais 
complicadas do que as curvas de titulação de ácidos monopróticos, como o ácido 
acético (Figura 1). Um ácido poliprótico possui pKs múltiplos (lembrando que o pK = -
log K, K é a constante de dissociação, então o pK reflete essa constante de dissociação 
apenas utilizando números maiores sem exponencial e quando o pH = pK há as mesmas 
concentrações de espécies doadoras e aceptoras de prótons, como veremos melhor mais 
adiante) um para cada etapa de ionização. O H3PO4, por exemplo, apresenta três 
constantes de dissociação, pois a carga iônica resultante de uma dissociação de prótons 
inibe eletrostaticamente dissociações de prótons subseqüentes, aumentando, portanto, os 
valores dos pKs correspondentes. De modo parecido, uma molécula com mais de um 
grupo ionizável tem um pK específico para cada grupo. Consequentemente, pode ser um 
eficiente tampão em pHs distintos pois em cada pK que corresponder ao pH do meio, 
existirá a mesma concentração de espécies doadoras e aceptoras de prótons, estando 
então na sua capacidade tamponante. 
 
 
 
Fatores 
Reguladores 
Tempo para os 
ajustes das 
alterações ácido-
básicas 
Regulam o pH 
através da 
captação ou 
liberação do: 
Potência Atuam através do: 
Sistema Tampão Ação imediata H
+
 3
o
 Tampão bicarbonato 
Tampão hemoglobina 
Tampão fosfato 
Tampão proteína 
Regulação 
Respiratória 
Atua em minutos CO2 2
o
 Centro respiratório: 
Estimula ou inibe a ventilação 
pulmonar 
Regulação 
Renal 
De horas a vários 
dias 
HCO3
-
 1
o
 Reabsorção ou excreção do 
bicarbonato. 
Secreção do H
+
 
 
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H3PO4 H2PO4
-
 HPO4
-2
 PO4
-3
 
 pK = 2,1 pK = 6,7 pK = 12,3 
 
 
 
 
 
 
Do ponto de vista do equilíbrio ácido-base em líquidos biológicos, interessa 
apenas a dissociação do fosfato monobásico, o qual possui um pK = 6,7 (muito próximo 
do pH fisiológico, que é em torno de 7,0). O tampão fosfato é constituído pelo par 
H2PO4
-
 / HPO4
-2
 e pode funcionar como um tampão razoável no meio intracelular, 
devido a sua alta concentração nesse compartimento e pelo fato do interior da célula ter 
um pH de aproximadamente 7,0, ou seja, bem próximo do pK do tampão. Atua também 
como um bom tampão na urina (urina tem pH em torno de 6,0). Isso porque em um pH 
de 6,8 (que corresponde ao pK do sistema), 50% destas moléculas estarão na forma de 
H2PO4
-
 (doadora de prótons, já que doa quem tem mais) e 50% na forma de HPO4
-2
 
(aceptora de prótons, já que recebe quem tem menos), ou seja, a proteção é máxima; se 
surgirem prótons no meio, esses serão capturados pela forma aceptora de prótons 
enquanto que a falta de protóns será contornada pela dissociação da forma doadora. 
 
 
 
 
Figura 1: Curva de titulação de um ácido poliprótico. O primeiro e o segundo pontos para 
a titulação de H3PO4 ocorrem nas partes mais íngremes da curva. O pH no ponto médio de 
cada etapa fornece o valor de pK para a ionização correspondente. 
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Portanto, se o pH variar acima de 6,7 , a espécie H2PO4
- 
(doadora de prótons, 
doa quem tem mais) se dissocia fornecendo H
+
 para o meio repondo a perda de protons, 
mantendo desa maneira o pH; se variar abaixo de 6,7 a espécie HPO4
-
 (aceptora de 
prótons, recebe quem tem menos) irão se associar ao H
+
, impedindo que aumente a 
concentração de H
+
 no meio.
 
O tampão fosfato é um importante tampão nos túbulos renais, por duas razões: 
em primeiro lugar, o fosfato fica geralmente muito concentrado nos túbulos, 
aumentando sobremaneira a capacidade de tamponamento do sistema fosfato. Em 
segundo lugar, o líquido tubular geralmente é mais ácido do que o líquido extracelular, 
trazendo a faixa de operação do tampão mais próximo ao pK do sistema. 
O tampão fosfato é mais importante no compartimento intracelular do que 
extracelular, pois sua concentração é bem mais alta dentro da célula do que no 
exterior, tendo fora da célula uma participação muito pouco significativa. 
 
 
2.2 Tampão aminoácido (tampão proteína) 
 
 
As proteínas são cadeias polipeptídicas formadas por aminoácidos, os quais 
contém um grupamento amino e um grupamento carboxila (Figura 2). 
 
Figura 2: Figura mostrando a estrutura básica de um aminoácido. 
H3PO4 H2PO4
-
 HPO4
-2
 PO4
-3
 
 pK = 2,1 pK = 6,7 pK = 12,3 
H
+
 + HPO4
2- 
 H2PO4
- 
 
 Espécie Espécie 
 Aceptora Doadora 
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O grupamento carboxila pode dissociar e liberar um próton (doador de prótons) 
enquanto o grupo amino pode receber um próton (aceptor de prótons) em função do pH 
do meio. Quando dissolvemos um aminoácido em meio aquoso, ele prontamente 
apresenta-se em sua forma de íon híbrido, com os dois grupamentos ionizados. A 
ionização dos grupamentos é então modificada pelo pH do meio. Quando o pH do meio 
é igual ao pK de um grupamento, encontramos 50% do grupamento na forma ionizada e 
50% na forma não ionizada; quando o pH do meio é menor que o pK, o grupamento não 
mostra-se ionizado e a medida que o pH aumenta em relação ao pK, a extensão da 
ionização aumenta. Dessa maneira, em relação a ionização de seus grupamentos, os 
aminoácidos apresentam-se sob diferentes formas (Figura 3). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 3: Figura mostrando a dissociação dos grupos constituintes dos aminoácidos. 
Figura 4: Figura mostrando a titulação de um aminoácido, no caso a glicina. 
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Portanto, na titulação de aminoácidos (Figura 4), quando o pH do meio está 
muito ácido, ou seja, com grande disponibilidade de prótons, o aminoácido encontra-se 
na sua forma totalmente protonada (grupamentos amino na forma de NH3
+
 e 
grupamento carboxila na forma COOH). Quando o pH vai aumentando menos prótons 
estarão disponíveis e os aminoácidos vão começar aperder H
+
 dos seus grupamentos, 
normalmente ficando na forma parcialmente desprotonada (grupamentos amino na 
forma de NH3
+
 e grupamento carboxila na forma COO
-
), de maneira a doar esses 
prótons para a solução. Se aumentar mais o pH então o aminoácido irá perder mais 
prótons até ficar totalmente desprotonado (grupamentos amino na forma de NH2 e 
grupamento carboxílico na forma COO
-
). Importante ressaltar que as dissociações vão 
ocorrendo em etapas, de maneira que neste caso também os aminoácidos vão perdendo 
seus prótons até que acontecem pontos em que co-existem a mesma concentração de 
espécies doadoras e aceptoras, quando o pK de cada grupamento for igual ao pH do 
meio. 
Podemos observar, portanto, que os aminoácidos podem doar prótons quando 
estes diminuem sua concentração no meio e também podem receber prótons quando 
estes aumentam sua concentração. Conclui-se então, que os aminoácidos possuem um 
comportamento de ácido (doando prótons) e de bases (recebendo prótons) dependendo 
da disponibilidade de H
+
 no meio, ou seja, dependendo do pH da solução. Esse 
comportamento duplo é chamado de anfótero (características de ácidos e bases), 
podendo conseqüentemente servir como tampões, já que podem doar ou receber prótons 
do meio. 
Deve-se ressaltar que os grupos amino e 
carboxila que podem atuar no tamponamento estão 
localizados nas porções terminais da proteína pois 
não estão envolvidos na ligação peptídica (ligação 
covalente entre os aminoácidos). Além desses 
grupos terminais, aminoácidos do interior da 
cadeia polipeptídica que possuam grupos 
orgânicos carregados na cadeia lateral poderão 
atuar como tampão, tais como os grupamentos 
imidazólicos dos resíduos do aminoácido 
histidina, como mostrado na Figura 5. 
Enfim, dependendo da concentração de H
+
 do meio, os aminoácidos captam ou 
liberam prótons com a finalidade de regular o pH. É importante lembrar que as 
proteínas e aminoácidos estão presentes em bem maior concentração no meio 
intracelular, já que são sintetizadas no interior da célula e são responsáveis por inúmeros 
processos metabólicos, tendo importância fundamental no interior celular. Sendo assim, 
fica lógico deduzir que tamponam principalmente no meio intracelular tendo uma 
participação muito pouco significativa no meio extracelular. 
 
 
 
 
 
Figura 5: Figura mostrando a 
porção terminal de uma proteína. 
Apesar dos aminoácidos e proteínas participarem do tamponamento no interior da 
célula, o principal tampão intracelular é o tampão fosfato, que existe em grande 
concentração dentro da célula e seu pK é muito próximo ao pH do citosol, estando na 
sua eficiência máxima. No meio extracelula possui uma participação muito pouco 
significativa já que sua concentração é muito baixa. 
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3. Tampões extracelulares 
 
A regulação do equilíbrio ácido-base no organismo, depende da atuação dos 
sistemas tampão existentes no sangue (líquido intravascular), nos tecidos (líquido 
intersticial) e no interior das células (líquido intracelular). Para impedir o 
desenvolvimento de acidose ou de alcalose, o organismo dispõe de diversos sistemas 
especiais de controle, como sistemas tampões ácido-básicos que imediatamente se 
combinam com qualquer ácido ou base, impedindo assim a ocorrência. No meio 
extracelular o tampão bicarbonato é o principal sistema e mais abundante do organismo. 
 
3.1 Tampão bicarbonato 
 
O tampão bicarbonato é o principal sistema tampão do fluido extracelular 
(plasma, linfa e interstício) e baseia-se no equilíbrio entre a quantidade de dióxido de 
carbono dissolvido no plasma e o íon bicarbonato proveniente da dissociação do ácido 
carbônico. O gás carbônico dissolvido reage com a água formando o ácido carbônico 
em uma reação catalisada pela enzima anidrase carbônica (AC),existente em baixas 
concentrações nos líquidos extracelulares, mas em concentrações significativas nos 
eritrócitos, células renais e células parietais do estômago. Este ácido carbônico é 
instável e pode dissociar-se instantaneamente em íon bicarbonato é próton. 
 
 
 
 
 
Podemos agora fazer a seguinte pergunta: Como o tampão bicarbonato atua na 
manutenção do pH? Quando o pH plasmático tende a reduzir, em função do aumento da 
concentração de prótons causado pela dissociação de ácidos fixos na circulação, o íon 
bicarbonato presente no plasma é capaz de aceitar os prótons liberados e formar ácido 
carbônico. Embora forme-se um ácido, o ácido carbônico é extremamente fraco, fato 
que impede a alteração do pH plasmático. No entanto o ácido carbônico é instável e 
tende a se desdobrar em gás carbônico e água. Assim sendo, o gás carbônico e a água, 
os quais podem viajar com segurança no plasma pois não alteram o pH na mesma 
extensão que o próprio próton faria. 
 
 H
+
 + HCO3
-
 H2CO3 H2O + CO2 
 anidrase 
 carbônica 
 
H
+
 + HCO3
-
 H2CO3 H2O + CO2 
 anidrase 
 carbônica 
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Se o pH aumenta, ou seja, reduzindo a concentração de prótons, o equilíbrio se 
desloca na formação de H
+
, para repor os prótons perdidos no sistema e manter, então, o 
pH. Portanto, o gás carbônico vai reagir com água formando ácido carbônico e 
posteriormente irá se dissociar em próton e bicarbonato, desta maneira, repondo a 
concentração de prótons no sistema, mantendo, assim, o pH. 
 
 H
+
 + HCO3
-
 H2CO3 H2O + CO2 
 anidrase 
 carbônica 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
O gráfico da Figura 6 mostra a "curva de titulação" do tampão bicarbonato. As 
alterações do pH dos líquidos corporais quando a relação entre o íon bicarbonato e o 
dióxido de carbono se modifica. Quando as concentrações dos dois elementos do 
Figura 6: Figuras mostrando que o pH normal do sangue está distante do pK = 6,1 do tampão 
bicarbonato, havendo uma concetração bem maior de bicarbonato do que de gás carbônico. 
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tampão são iguais, verificamos que o pH da solução é de 6,1, ou seja, o pK do sistema 
tampão bicarbonato é 6,1. Quando se acrescenta uma base ao tampão, grande propor-
ção do dióxido de carbono dissolvido é convertida em íons bicarbonato, com a 
conseqüente alteração da relação. Como resultado, o pH aumenta, conforme indicado 
pela inclinação.da curva para adiante. Por outro lado, quando se acrescenta ácido, 
grande proporção do íon bicarbonato é convertida em dióxido de carbono dissolvido, de 
modo que o pH cai, conforme ilustrado pela inclinação da curva para baixo. 
Outra questão importante é em relação à eficiência do tampão bicarbonato. 
Sabe-se da química geral que um tampão é eficiente numa faixa de pH que varia uma 
unidade acima e abaixo do seu pK. O pK do sistema ácido carbônico /bicarbonato é 6,1 
e o pH plasmático é 7,4 (Figura 6), podendo este tampão ser eficiente em uma faixa de 
pH de 5,1 a 7,1 logo há uma diferença importante entre eles, conseqüentemente as 
concentração de bicarbonato e gás carbônico não são iguais, como é exigido para um 
tampão estar em sua eficiência máxima, e realmente o íon bicarbonato no plasma é 20 
vezes maior que a concentração de dióxido de carbono (cálculo realizado pela equação 
de Handerson-Hasselbach). Por esse motivo, o sistema opera em trecho de sua curva de 
tamponamento onde a capacidadede tamponamento é baixa. Em segundo lugar, as 
concentrações dos dois elementos do sistema bicarbonato, CO2 e HCO3
-
, não são 
grandes (Figura 6). Por que então, esse é o melhor tampão extracelular? Não seria mais 
lógico pensar no tampão fosfato como um tampão extracelular mais indicado (pK = 6,7, 
próximo a 7,4)? 
O sistema tampão fosfato possui pK de 6,7, valor que não se afasta muito do 
pH normal de 7,4 nos líquidos corporais. Isso permite ao sistema fosfato operar próximo 
de sua capacidade máxima de tamponamento. Todavia, apesar de o sistema tampão 
operar em faixa razoavelmente boa da curva tampão, sua concentração no líquido 
extracelular é de apenas 1/12 daquela do tampão bicarbonato. Por conseguinte, sua 
capacidade de tamponamento total no líquido extracelular é bem menor que a do 
sistema bicarbonato. 
Contudo, apesar do fato do sistema tampão bicarbonato não ser 
especialmente eficiente, ele é realmente mais importante do que todos os outros no 
organismo, visto que a concentração de cada um dos dois componentes do sistema 
bicarbonato pode ser muito eficientemente regulada: o dióxido de carbono, pelo 
sistema respiratório, e o íon bicarbonato, pelos rins. Como conseqüência, o pH do 
sangue pode ser deslocado para cima ou para baixo pelos sistemas de regulação 
respiratório e renal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Portanto, o organismo controla as alterações de pH através de mecanismos químicos e 
biológicos que atuam em íntima relação. O bicarbonato é o principal tampão do fluido 
extracelular pois seus componentes, gás carbônico e íon bicarbonato, podem ter 
facilmente suas concentrações alteradas pelo organismo: o gás carbônico pode ser 
retido ou eliminado mais rapidamente por alterações no ritmo ventilatório (função do 
pulmão na manutenção do pH plasmático) enquanto as taxas de reabsorção ou 
eliminação do bicarbonato podem ser reguladas pelo rim (função renal). Além disso, 
note que pulmões e rins atuam em substâncias que estão em membros opostos da 
reação, o que permite o deslocamento do equilíbrio químico e consequente consumo 
ou produção de prótons para restaurar o pH normal. No pH do fluido extracelular, a 
maior parte do ácido carbônico encontra-se dissociada em bicarbonato e próton, o 
que confere alta capacidade tamponante a esse sistema. 
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Agora chegou o momento de ver como essa regulação do tampão bicarbonato é 
realizada pelo sistema renal e pulmonar. Como já foi dito, o sistema é regulado em dois 
pontos opostos, na concentração de gás carbônico pelo sistema pulmonar e pelo sistema 
renal na concentração de bicarbonato (Figura 7). Mas vamos ver separaradamente em 
mais detalhe a participação de cada um desses sistemas reguladores. 
 
3.1.1 Qual a função dos rins na manutenção do pH dos líquidos biológicos? 
 
O néfron é a unidade morfofuncional do rim (Figura 8). O sangue chega ao rim 
por uma arteríola que se ramifica em um tufo de capilares, a região do glomérulo, os 
quais estão dentro da porção dilatada do néfron, a cápsula de Bowmam. Nesse ponto, as 
células (hemácias, leucócitos e plaquetas - vestígios celulares) e as proteínas do plasma 
(como a albumina, as globulinas, o fibrinogênio) ficam retidas e somente a fração 
líquida do sangue tem acesso aos túbulos renais. A partir de agora, essa fração líquida é 
chamada de filtrado glomerular. Nas diversas regiões do tubo renal: tubo convolto 
proximal, ramo descendente da alça de Henle, ramo ascendente da alça de henle e tubo 
convolto distal, uma série de substâncias serão reabsorvidas do filtrado glomerular e 
devolvidas ao sangue. Algumas substâncias permanecerão no filtrado glomerular, que 
ao final do processo vai resultar em urina e sairá pelo tubo coletor. Ao longo de todo 
néfron existem três segmentos paralelos: um vaso capilar que vai recebendo as 
Figura 7: Figura mostrando os pontos de regulação do tampão bicarbonato exercidos pelo 
sistema pulmonar na regulação da concentração de gás carbônico e pelo sistema renal na 
concentração de bicarbonato 
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substâncias que são devolvidas para circulação, as células da parede do tubo renal, que 
realizam as trocas de substâncias e o interior do tubo (luz do túbulo, espaço localizado 
no interior do túbulo renal, por onde o filtrado glomerular passa), por onde circula o 
filtrado glomerular, que originou-se do plasma no acesso ao néfron. 
 
 
Figura 8: Figura mostrando o néfron 
Figura 9: Figura mostrando as trocas realizadas entre o capilar sangüíneo, as células do epitélio 
renal e a luz do túbulo renal (espaço existente no túbulo renal onde passa o filtrado glomerular 
que é a urina em formação. 
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Na Figura 9 podemos observar que há a difusão de gás carbônico (oriundo da 
neutralização dos prótons originados da dissociação dos ácidos fixos derivados do 
metabolismo das células, pelo bicarbonato formando écido carbônico que se 
decompõem em gás carbônico e água) para o interior da célula da parede do tubo 
proximal renal, nestas a enzima anidrase carbônica (existente em concentrações 
significativas nessas células) catalisa a reação contrária, levando à formação de ácido 
carbônico, o qual se dissocia em ânion bicarbonato e próton. O fato interessante desse 
mecanismo é que o próton não é excretado diretamente do sangue para o filtrado 
glomerular (que é a urina em formação), primeiro é neutralizado no sangue pelo tampão 
bicarbonato, formando gás carbõnico e água e estes sim difundem-se para célula tubular 
renal e daí sim o próton surge novamente em um local onde não causará problemas, 
pois íon H
+
 logo será lançado na luz do túbulo renal, sendo então excretado ativamente 
no filtrado glomerular, preferencialmente por uma proteína trocadora Na
+ 
/ H
+
 nos 
túbulos proximais, usando a energia proveniente de transporte ativo secundário e será 
secretado por uma H
+
-ATPase (transporte ativo primário) no ramo ascendente da alça 
de Henle e no túbulo distal. 
Todavia o destino do próton não termina com sua secreção direta ao filtrado 
glomerular. Na luz do túbulo renal, o próton secretado reage com ânions bicarbonato 
existentes no filtrado glomerular (em quantidades semelhantes a do plasma, já que veio 
do sangue quando este foi filtrado no glomérulo formando o filtrado glomerular) 
formando novamente o ácido carbônico, que retornam ao interior da célula por difusão. 
Esse gás carbônico e água difundem-se para célula, onde novamente forma-se próton e 
bicarbonato por ação da anidrase carbônica. Essa reação de próton com bicarbonato no 
filtrado glomerular é importante por duas razões: (ii) manter o baixo gradiente de H
+
, 
facilitando a sua secreção ativa e (ii) permitir a recaptação de bicarbonato. 
 No interior celular, o próton é novamente secretado para o filtrado glomerular e 
o bicarbonato é doado ao plasma, que encontra-se em uma situação de acidificação. O 
destino do íon bicarbonato é ser devolvido para a circulação. Perceba que o 
bicarbonato original, que tamponou o próton no plasma, foi devolvido no primeiro 
momento e a reciclagem do processo acaba lançando mais um íon bicarbonato no 
plasma. Caso não houvesse a secreção de próton para o filtrado glomerular, onde o esse 
próton teve a oportunidade de reagir com um íon bicarbonato, não existiria 
possibilidade de remover bicarbonato do filtrado glomerular para o plasma. Dessa forma 
podemos dizer que a secreção tubular de prótons está vinculada a reabsorção tubular de 
bicarbonato. E quando ocorre reduçãodo pH, os rins aumentam a secreção de 
prótons na urina e portanto aumentam a recaptação de bicarbonato do filtrado 
glomerular para o plasma. É importantíssimo entender que os íons bicarbonato do 
filtrado glomerular seriam perdidos na urina se não reagissem com o próton formando o 
gás carbônico e água, pois a forma de gás carbônico é a única maneira desses íons 
retornarem para o interior da célula da parede do túbulo renal; o transportador de 
bicarbonato existe somente na face da célula que faz vizinhança com o sangue e os íons 
não podem passar a membrana plasmática por simples difusão. Esse ciclo aumenta a 
reabsorção de bicarbonato pelo sistema renal. 
A quantidade máxima de próton no filtrado glomerular que ainda posibilita a 
secreção dessa partícula corresponde a um pH urinário 4,5. Assim, podemos dizer que o 
pH urinário 4,5 é limitante, não sendo possível transportar mais nenhum próton para 
urina quando esse pH é atingido. Isso por que existe uma saturação do mecanismo de 
secreção de H
+.
 Então, o destino do H
+
 na urina deve cumprir dois objetivos: (i) não 
Tampões biológicos 2010 
 
 
 15 
 
 
deve bloquear o mecanismo de secreção pois em uma emergência pode ser necessário 
eliminar o H
+
, mas (ii) deve eliminar o H
+
 do organismo. Para cumprir esses requisitos, 
o próton é encaminhado para formação da urina conjugado com a amônia sob forma de 
íons amônio. Existe a possibilidade da formação de amônio ocorrer já dentro da célula 
ou somente na luz do túbulo a partir da amônia que difundiu da célula. Outra 
possibilidade para o próton é associar aos íons fosfatos existente no filtrado glomerular, 
gerando um valor clínico conhecido como acidez titulavel. 
Como o bicarbonato propriamente dito desparece da circulação enquanto 
tampona os ácidos fixos ( pois se transforma em gás carbônico + água) e só reaparece 
depois da eliminação do próton pelo rim, sua quantidade no plasma é um bom índice da 
quantidade de ácidos não-voláteis no organismo. Dessa forma, é comum nas rotinas de 
emergência a solicitação de uma gasometria arterial, a qual informa não apenas o pH 
plasmático, mas também a concentração de íons bicarbonato e a pressão parcial de gás 
carbônico dissolvido no plasma. 
- Muito ácido não-volátil (fixo)  bicarbonato plasmático baixo 
- Pouco ácido não-volátil (fixo)  bicarbonato plasmático alto. 
A presença da anidrase carbônica é fundamental para permitir a excreção de 
ácidos fixos pelos rins, pois é a anidrase carbônica que permite que o próton seja 
regenerado no local exato de sua eliminação, ou seja, dentro das células do epitélio 
renal. Essa enzima é a mais abundante em mamíferos. 
Quando uma base é lançada na circulação, o próton é consumido na 
neutralização, alcalinizando o plasma. Nessa situação, o bicarbonato excedente é 
eliminado na urina e não existe excreção de prótons adicionais que permitam a sua 
recaptação. Portanto em situações que o plasma está alcalino, os rins reduzem a 
reabsorção e aumentam a eliminação urinária de bicarbonato, bem como há uma 
redução da eliminação de prótons. 
O mecanismo renal para a regulação do equilíbrio ácido-básico é incapaz de 
reajustar o pH dentro de segundos, como o fazem os sistemas tampões do líquido 
extracelular, nem dentro de minutos, como ocorre com o mecanismo respiratório 
compensador; entretanto, difere desses dois outros mecanismos por sua capacidade de 
continuar funcionando durante horas ou dias até trazer o pH quase exatamente a seu 
valor normal. Em outras palavras, sua capacidade final de regular o pH dos líquidos 
corporais, apesar de ser de ação lenta, é infinitamente mais potente que a dos outros dois 
mecanismos reguladores. 
 
 
 Outros tampões presentes na urina 
 
Na verdade,pelo tampão bicarbonato o próton não é efetivamente excretado, 
pois sempre está envolvido no ciclo de reabsorção do bicarbonato, é na verdade apenas 
retirado da circulação sangüínea. Os íons H
+
 na urina são eliminados 50% na forma de 
H2PO4
-
 (denominado acidez titulável) e 50% na forma de íon amônio – NH4
+
. O total de 
H
+
 eliminado na urina nestas duas formas é de 70 milimoles/dia – ou seja, igual à 
quantidade de ácidos fixos gerada diariamente. 
Tampões biológicos 2010 
 
 
 16 
 
 
O tampão fosfato é constituído por mistura de HPO4
-2
 e H2PO4
-
. Ambos estão 
muito concentrados no líquido tubular, devido à sua reabsorção relativamente pequena e 
à remoção de água do líquido tubular. Por conseguinte, apesar de o tampão fosfato ser 
muito fraco no sangue, trata-se de um tampão muito mais potente no líquido tubular. 
Outro fator que aumenta a importância do tampão fosfato nos líquidos 
tubulares durante a acidose é o pK desse tampão, que é de 6,8. Quando são secretados 
íons H
+
 em excesso, o líquido tubular começa normalmente com pH próximo a 7,4 na 
parte inicial dos túbulos proximais, que, a seguir, cai para cerca de 6,0 nos túbulos 
distais e dutos coletores. Por conseguinte, nesses túbulos, o tampão fosfato funciona em 
sua faixa mais eficaz, muito perto de seu valor de pK, conforme explicado antes neste 
capítulo. 
 
 
 
A
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 8 ilustra a maneira pela qual os íons H
+
 são removidos do líquido 
tubular pelo sistema tampão fosfato, bem como isso funciona no processo total de 
controle ácido-básico renal. Observe que, para cada íon H
+
 ligado pelo tampão fosfato, é 
formado um novo íon bicarbonato pela célula epitelial e transportado no sangue. Isso 
contribui ainda mais para a correção da acidose quando são secretados íons H
+
 em 
excesso. 
Portanto, quando o próton é excretado no filtrado glomerular se associa com o 
íon HPO4
-
 formando H2PO4
-2
 que então é aliminado na urina. 
 
 
 
Outro sistema tampão do líquido tubular ainda mais importante e mais 
complexo para os íons H
+
 é composto por amônia (NH3) e íon amônio (NH4). As células 
epiteliais de todos os túbulos, à exceção das encontradas no segmento delgado da alça 
H
+
 + HPO4
-2
 H2PO4
- 
(excretado) 
Figura 8: Figura mostrando a ação do tampão fosfato no filtrado glomerular 
Tampões biológicos 2010 
 
 
 17 
 
 
de Henle, sintetizam amônia continuamente, a qual se difunde para o interior dos 
túbulos. A seguir, a amônia reage com íons H
+
, como é ilustrado na Figura 9, formando 
íons amônio. Estes últimos são, então, excretados na urina em combinação com íons 
cloreto e outros ânions tubulares. Observe, na figura, que o efeito final dessas reações 
consiste, mais uma vez, em aumentar a concentração de bicarbonato no líquido 
extracelular. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Esse mecanismo do íon amônio para o transporte do excesso de íons H
+
 nos 
túbulos é especialmente importante por duas razões: (1) Toda vez que uma molécula de 
amônia se combina com um íon H
+
 para formar um íon amônio, a concentração de 
amônia no líquido tubular diminui, o que provoca maior difusão de amônia das células 
epiteliais para o líquido tubular. Por conseguinte, a velocidade da secreção de amônia 
no líquido tubular é realmente controlada pela quantidade de íons H
+
 em excesso a 
serem transportados. (2) A maior parte dos íons negativos do líquido tubular consiste 
em íons cloreto. Apenas alguns íons H
+
 poderiam ser transportados na urina em 
combinação direta com o cloreto, visto que o ácido clorídrico é um ácido muito forte e 
considerando-se o fato de que o pH tubular cairia rapidamente além do valor crítico de 
4,5, abaixo do qual cessa a secreçãoadicional dos íons H
+
. Todavia, quando os íons H
+
 
se combinam com amônia e os íons amônios resultantes se combinam a seguir com 
H
+
 + NH3 NH4
+ 
(excretado) 
Figura 9: Figura mostrando a reação da amônia com íons hidrogênio nos túbulos e a secreção do 
íon amônio. 
Tampões biológicos 2010 
 
 
 18 
 
 
cloreto, o pH não cai de modo significativo, visto que o cloreto de amônio é apenas 
muito fracamente ácido. 60% da amônia secretada pelo epitélio tubular derivam da 
glutamina, enquanto os 40% restantes provêm de outros aminoácidos ou aminas. 
Se os líquidos celulares permanecerem fortemente ácidos por longo período de 
tempo, a formação de amônia irá aumentar de modo uniforme nos primeiros 2 a 3 dias, 
atingindo um nível 10 vezes maior do que o normal. Por exemplo, logo após o início da 
acidose, a secreção diária de amônia é de apenas 30 mM, mas, depois de vários dias, 
podem ser secretados até 300 a 450 mM, ilustrando o fato de que o mecanismo secretor 
de amônia pode adaptar-se facilmente para mobilizar cargas muito aumentadas de 
eliminação de ácidos. A principal causa da formação crescente de amônia é que a 
acidose local das células tubulares induz a produção de grandes quantidades da enzima 
glutaminase, a responsável pela liberação da amônia a partir da glutamina. 
A importância de outros sistemas de tamponamento na urina, como o fosfato e 
o amônia, além de auxiliar na manutenção do pH urinário, no fato gerar uma molécula 
de bicarbonato “nova”, ou seja, na verdade há um saldo de uma molécula de 
bicarbonato em relação a um próton, pois o próton é efetivamente excretado na urina, e 
uma mólécula de bicarbonato é formada e volta para circulação, diferente no que ocorria 
no tampão bicarbonato que o próton não era excretado e sim envolvido no ciclo p/ 
regeneração do bicarbonato. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Resumindo 1: 
A secreção de prótons na urina está vinculada a reabsorção renal de bicarbonato. 
 O conteúdo de bicarbonato do filtrado glomerular é semelhante ao conteúdo 
plasmático. 
  Destinos do bicarbonato secretado para o filtrado glomerular: 
- Em uma acidose (aumento de H
+
 no plama): 
  Aumento da concentração de H+ no sangue  Reagir com íon bicarbonato  
aumenta a formação de gás carbônico é água  aumenta a difusão para célula da 
parede do túbulo renal  a enzima anidrase carbônica forma ácido carbônico  se 
dissociam em próton e bicarbonato  bicarbonato é reabsorvido sendo lançado 
novamente no plasma e próton é excretado no filtrado glomerular. (se aumenta a 
concetração de H
+
 no plasma então aumenta a formação de CO2 que levará ao aumento 
da reabsorção de bicarbonato e excreção de H
+
 pelo sistema renal) 
 O próton excretado na urina pode ser neutralizado pelo tampão fosfato ou amônia e 
sendo efetivamente excretado, formando uma molécula “nova” de bicarbonato. Ou 
mais provavelmente seja neutralizado pelo bicarbonato presente no filtrado glomerular 
(originário do plasma que foi filtrado), se caso reagir com o bicarbonato  forma 
ácido carbônico  formam gás carbônico é água  aumenta a difusão para célula da 
parede do túbulo renal  a enzima anidrase carbônica forma ácido carbônico  se 
dissociam em próton e bicarbonato  bicarbonato é reabsorvido sendo lançado 
novamente no plasma e próton é excretado no filtrado glomerular (importante 
observar que se mais prótons são excretados maior é a reabsorção de bicarbonato) 
Tampões biológicos 2010 
 
 
 19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.1.2 Qual a função dos pulmões na manutenção do pH dos líquidos biológicos? 
 
Como dito anteriormente, os pulmões regulam a quantidade de ácido volátil, o 
gás carbônico, através da alteração do ritmo de ventilação. A alteração da pressão 
parcial de CO2 (pCO2)é ponto chave no tamponamento do plasma. 
Quando o pH plasmático cai, em função de uma secreção de ácido na 
circulação, a neutralização do próton realizada pelo bicarbonato conduz à formação de 
ácido carbônico que é convertido em água e gás carbônico. Dessa maneira, reduzindo o 
pH, uma maior quantidade de CO2 será formada. Para resolver essa situação e eliminar 
o CO2 em excesso os pulmões aumentam o ritmo ventilatório, ou seja, realizam uma 
hiperventilação. A concentração de íons H
+
 afeta, por sua vez, a ventilação alveolar. 
Isso resulta da ação direta dos íons H
+
 sobre o centro respiratório no bulbo que controla 
a respiração (Figura 10). 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 10: Figura mostrando o centros de regulação respiratória e a relação do pH com a 
frequência respiratória e a eliminação de CO2 
Resumindo 2: 
 
- Em uma alcalose (redução de H
+ 
no plasma): 
  Redução da concentração de H+ no sangue  leva a uma menor formação de gás 
carbônico  reduz a difusão destes para células do epitélio renal  reduz a formação de 
bicarbonato e próton  reduz a reabsorção de bicarbonato (já que sua formação é 
menor) e reduz a excreção de próton no filtrado glomerular  como há mais 
bicarbonato no plasma (já que o equilíbrio foi deslocado na formação de próton e 
bicarbonato) e como há menos excreção de prótons, irá ocorrer menos prótons reagindo 
com o bicarbonato existente no filtrado formando ácido carbônico, logo, o bicarbonato 
ficará nesta forma e será excretado na urina  aumento da excreção de bicarbonato na 
urina. 
Tampões biológicos 2010 
 
 
 20 
 
 
Controle por feedback da concentração de íons H
+
 pelo sistema respiratório. 
Devido à capacidade do centro respiratório de responder à concentração de íons H
+
, e 
considerando-se o fato de que as variações na ventilação alveolar alteram, por sua vez, a 
concentração de íons H
+
 dos líquidos corporais, o sistema respiratório atua como um 
controlador típico da concentração de íons H
+
 por feedback. Isto é, toda vez que a 
concentração de íons H
+
 estiver elevada, o sistema respiratório também fica mais ativo, 
e a ventilação alveolar aumenta. Em conseqüência, a concentração de CO2 nos líquidos 
extracelulares diminui, com a conseqüente redução da concentração de íons H
+
 para seu 
valor normal. Por outro lado, se a concentração de íons H
+
 cair para níveis muito baixos, 
o centro respiratório fica deprimido, e a ventilação alveolar também diminui, com 
elevação da concentração de íons H
+
 até a faixa normal. 
A hiperventilação permite que elimine-se mais CO2 e assim o equilíbrio 
químico do sistema bicarbonato é deslocado no sentido de consumo de prótons, 
resolvendo o problema da acidificação. 
No caso contrário, em uma situação de carência de prótons, pois estes estão 
envolvidos no tamponamento de alguma base lançada na circulação, o pH aumenta. 
Uma maneira de resolver o problema é realizar uma hipoventilação. Assim a eliminação 
de CO2 fica reduzida e a permanência da molécula por um maior tempo na circulação 
permite repor o próton por deslocamento do equilíbrio químico do sistema 
bicarbonato/ácido carbônico no sentido de formação de prótons. 
Alterações induzidas no ritmo de respiração terão portanto consequências a 
nível de pH plasmático. Por exemplo, uma pessoa que ingeriu uma droga que deprime o 
centro respiratório bulbar (como morfina) e está com poucos movimentos ventilatórios 
por minuto estará em hipoventilação. Assim o gás carbônico irá permanecer mais 
tempo na circulação e por delocamento de equilíbrio irá produzir mais prótons. Isso 
acidificará o plasma e o quadro patológico dessa pessoa é definido como uma acidose. 
Um paciente que está em um quadro de hiperventilação estará reduzindo os 
níveis de gás carbônicomuito rapidamente. Assim o pH plasmático se eleva e 
caracteriza um quadro de alcalose. 
 
 
 
 
Infelizmente, o controle respiratório é incapaz de fazer com que a concentração 
de íons H
+
 retorne exata-mente ao valor normal de 7,4 quando alguma anormalidade 
externa ao sistema respiratório altera o pH normal. A razão disso é que, à medida que o 
pH retorna a seu valor normal, o estímulo que causou o aumento ou a diminuição da 
respiração começa a dissipar-se. Em geral, o mecanismo respiratório para regular a 
concentração de íons H
+
 possui eficiência de controle situada entre 50 a 75% (ganho do 
feedback de 1 a 3). Isto é, se a concentração de íons H
+
 fosse subitamente diminuída de 
7,4 para 7,0 por algum fator estranho, o sistema respiratório faria com que o pH 
retornasse, em 3 a 12 minutos, a um valor de cerca de 7,2 a 7,3. 
Com efeito, a regulação respiratória do equilíbrio ácido-básico é um tipo 
fisiológico de sistema tampão que possui quase a mesma importância dos sistemas 
tampões químicos do organismo considerados antes neste capítulo. A "capacidade de 
hipoventilação: [causa  pH (acidose)] [ pode corrigir uma alcalose] 
hiperventilação: [causa  pH (alcalose)] [ pode corrigir uma acidose] 
Tampões biológicos 2010 
 
 
 21 
 
 
tamponamento" global do sistema respiratório é uma a duas vezes maior que a de todos 
os tampões químicos combinados. Isso significa que, normalmente, uma a duas vezes 
mais ácido ou base podem ser tamponados por esse mecanismo em relação aos tampões 
químicos. 
 
 
3.2 Tampão hemoglobina 
 
O gás carbônico, produto final do metabolismo oxidativo nos tecidos é 
transportado e tamponado pela hemoglobina, a principal proteína existente nos 
eritrócitos. Durante esse transporte dos tecidos periféricos aos pulmões é importante que 
ocorra o tamponamento pela molécula de hemoglobina para que não haja alteração do 
pH plasmático pela reação da anidrase carbônica. Além disso, as alterações no pH 
plasmático afetam diretamente a oxigenação tecidual pois ambos processos estão 
interligados. 
A hemoglobina, proteína que dá cor 
aos eritrócitos, é a responsável pelo transporte 
de oxigênio dos pulmões e pelo tamponamento 
do plasma durante esses eventos. 
Estruturalmente é uma proteína formada por 
quatro cadeias polipeptídicas (portanto um 
tetrâmero): duas cadeias alfa e duas cadeias 
beta. Cada cadeia possui um grupamento heme 
na sua estrutura, onde liga-se o oxigênio 
(Figura 11). O grupamento heme é um anel 
porfirínico hidrofóbico complexado com ferro 
e está ligado à cadeia polipeptídica por dois 
resíduos de histidina, aminoácido com grupo 
imidazólico na cadeia lateral. A hemoglobina 
ligada à oxigênio é conhecida como 
oxihemoglobina (HbO2); a hemoglobina sem 
ligantes é conhecida como desoxihemoglobina 
(HbH
+
). O próton também pode ligar na 
molécula de hemoglobina. No entanto, próton 
e oxigênio não ligam no mesmo sítio: enquanto o oxigênio interage com o ferro do 
grupamento heme, os prótons ligam em resíduos de aminoácidos da proteína, em 
especial na histina 146 e aspartato 194 das cadeias. O monóxido de carbono, quando 
existente, tem a propriedade de ligar-se no grupamento heme de forma irreversível, 
impedindo a ligação do oxigênio e matando a pessoa por asfixia. 
Embora oxigênio e próton não liguem-se no mesmo sítio da proteína, 
somente um pode ligar-se por vez em razão das mudanças conformacionais ocorridas 
na molécula quando existe ligação de oxigênio. Quando o oxigênio liga-se à 
hemoglobina, a ligação estabelecida reduz o pK do grupo amino terminal das 
subunidades  e do grupo carboxilíco terminal das histidinas das subunidades . Sem a 
presença do oxigênio esses grupos possuem carga positiva e participam de ligações 
iônicas na estrutura; quando ligados ao oxigênio a interação deixa de existir pois ocorre 
Figura 11: Figura mostrando a estrutura 
de uma molécula de hemoglobina 
Tampões biológicos 2010 
 
 
 22 
 
 
um afastamento muito grande entre esses grupos, acarretado pela mudança 
conformacional gerada pela ligação de oxigênio no grupo heme. Consequentemente a 
ligação de oxigênio causa uma liberação de prótons e da mesma maneira, 
reversivelmente, a remoção dos prótons (aumento do pH) estimula a hemoglobina a 
ligar mais oxigênio. Esse fenômeno conhecido como efeito Bohr e foi descoberto em 
1904 pelo pai do físico francês Niels Bohr, o sr. Christian Bohr. 
A hemoglobina possui uma afinidade muito grande por ligação ao 
oxigênio.Todavia, o próton H
+
 compete com o oxigênio para ligar-se com a 
hemoglobina. 
O efeito Bohr explica a afinidade da molécula de hemoglobina pelo oxigênio 
em função do pH do meio. À medida que a concentração de prótons do meio diminui, 
ou seja, o pH aumenta, a afinidade da hemoglobina pelo oxigênio aumenta, pois existem 
menos prótons competindo pela ligação. Dessa maneira, para uma mesma oferta de 
oxigênio, em termos de pressão parcial, quanto mais alcalino for o pH maior será a 
quantidade de oxigênio que conseguirá ligar na hemoglobina (saturação da 
hemoglobina) (Figura 12). Nesse mesmo sentido, para obter a mesma saturação da 
hemoglobina será necessário aumentar a oferta de oxigênio no sentido em que o pH 
diminuir, pois quanto maior o pH, menor é o número de ligações iônicas realizadas e 
portanto mais fácil para a proteína mudar de conformação e aceitar o oxigênio. Dessa 
forma, a hemoglobina é uma proteína complexa com a propriedade de liberar prótons a 
medida que liga oxigênio e inversamente liberar mais oxigênio em pH ácido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 12: Figura mostrando o efeito Bohr, para uma mesma oferta de oxigênio a 
hemoglobina possui maior afinidade pelo oxigênio a medida que aumenta o pH 
Tampões biológicos 2010 
 
 
 23 
 
 
Considerando que o pH na região pulmonar é levemente alcalino e a pressão 
parcial de oxigênio é alta, facilmente ocorre ligação de oxigênio com liberação de 
prótons pela hemoglobina nos capilares alveolares. Uma vez que o pH na região 
pulmonar e nos tecidos são diferentes, a captação ou liberação de prótons e oxigênio por 
essa proteína ocorre de forma diferente dependendo do pH do tecido. Esse mecanismo 
desempenha funções importantes no transporte de gases. 
O efeito Bohr relaciona a oxigenação e pH tecidual: a hemoglobina só 
consegue liberar o oxigênio ao tecido periférico em função da mudança de pH e também 
só capta oxigênio por mudança de pH. Além disso, permite-se que o gás carbônico seja 
regenerado no local exato de sua eliminação do organismo e que o próton seja capturado 
no momento de sua formação, permitindo a oxigenação. Além disso, o bicarbonato é 
formado em uma região de pH levemente ácido e internalizado na região de pH 
levemente alcalino, onde o próton é gerado. Esses processos auxiliam no balanço do pH 
dessas regiões. 
O gás carbônico gerado no meio intracelular como produto final de 
metabolismo oxidativo difunde-se dos tecidos ao plasma. Como a difusão do CO2 pelas 
membranas biológicas é livre, no plasma, essa molécula consegue difundir-se para o 
interior da hemácia, onde a anidrase carbônica produz ácido carbônico, o qual dissocia-
se em próton e bicarbonato. Esse próton pode alterar bruscamente o pH intracelular e 
plasmático (Figura 13). (Por que o plasmático? Os íons estão hidratados em meio 
fisiológico, fato que impede a sua simples difusão pelas membranas. Entretanto 
devemos considerar que o CO2 na circulação pode formar o próton por reação com a 
anidrase carbônica, que também existe no plasma). Nesse ponto, a hemoglobina exerceseu poder tamponante captanto os prótons formados no interior da hemácea. 
O próton formado dentro do eritrócito é capturado pela hemoglobina para 
formação das ligações iônicas. Devemos lembrar que nos tecidos periféricos a 
hemoglobina chega oxigenada, vinda do pulmão. Nos capilares do sangue venoso, onde 
a pressão parcial de oxigênio é baixa, o próton liga-se a hemogloblina e esta por sua vez 
libera o oxigênio. Assim, o oxigênio é conduzido ao tecido periférico, que necessita da 
molécula para o metabolismo oxidativo e o próton é captado pela hemoglobina, ficando 
preso na molécula e impedido de allterar o pH. Dessa forma, a principal forma de 
transporte do gás carbônico dos tecidos periféricos aos pulmões é sob forma de 
bicarbonato, que foi gerado na reação com a participação da anidrase carbônica. O 
bicarbonato é transportado para fora da célula por uma glicoproteína de membrana 
conhecida como Banda 3. Quando essa proteína expulsa o bicarbonato, ela internaliza 
um íon cloreto. 
Dessa forma, o plasma do sangue venoso possui uma baixa pressão de 
oxigênio, uma alta pressão de gás carbônico (que está sendo recolhido do tecido), uma 
alta concentração de bicarbonato (que é a principal forma de transporte do CO2 no 
plasma) e uma baixa concentração de cloretos (pois são captados pelo eritrócito no 
momento da saída do bicarbonato). Infelizmente nem todo próton produzido a partir do 
gás carbônico consegue ser acomodado pela protonação da desoxihemoglobina. E pelo 
fato do sangue venoso possuir maior pressão de gás carbônico, o plasma do sangue 
venoso é mais ácido que o sangue arterial. 
Nos pulmões a pressão parcial de oxigênio é muito alta (ar inspirado) e esse 
oxigênio consegue deslocar o próton e ligar-se a hemoglobina. O próton que saiu da 
hemoglobina combina-se com o bicarbonato que foi internalizado pela banda 3 em troca 
de um cloreto que foi eliminado da célula no ambiente pulmonar, o qual é levemente 
Tampões biológicos 2010 
 
 
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alcalino. O ácido carbônico formado dissocia em água e gás carbônico que difunde-se 
para o ar expirado, sendo finalmente eliminado pela ventilação. Cerca de 70% do gás 
carbônico eliminado pelo tecido periférico é transportado aos pulmões sob forma de 
bicarbonato; 7% na forma dissolvida no plasma e 23% ligado covalentemente na porção 
aminoterminal de resíduos de valina das cadeias da hemoglobina 
(carbaminohemoglobina). O desligamento do gás carbônico em troca pela ligação do 
oxigênio é explicado por um mecanismo conhecido como efeito Haldane. Cerca de 97% 
do oxigênio é transportado ligado à hemoglobina e 3% dissolvidos no plasma. 
 
 
Figura 13: Esquema resumindo as trocas gasosas e realizadas pelo hemoglobina 
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Resumindo: 
Podemos observar na Figura 13 um resumo dos eventos que ocorrem nas trocas gasosas 
nos tecidos e pulmão. 
 
- No tecido 
 No tecido a concentração de CO2 é bem maior, já que é originário do metabolismo 
celular, portanto, este se difunde para o interior das hemáceas, dentro destas a enzima 
anidrase carbônica catalisa a reação do CO2 com água formando o ácido carbônico que 
se dissocia em H
+
 e bicarbonato. A hemoglobina chega nos tecido na forma de HbO2, 
ou seja ligada ao O2, mas como a hemoglobina possui grande afinidade pelos íons H
+
 e 
estes estão em grande concentração no interior da hemácea, estes são captados pela 
hemoglobina finado na forma de HbH
+
, assim, é reduzida a afinidade pelo O2, sendo 
este então liberado pela hemoblobina e por difusão oxigena os tecidos (importante 
perceber que neste momento a hemoglobina exerce seu poder tamponante na captação 
de H
+
 que foi originário da captação de CO2 pela hemácea, então em última análise a 
hemoglobina está indiretamente tamponando ácidos voláteis, contribuindo para que o 
CO2 não acidifique o sangue pela formação de H
+
, não captanto este diretamente já que 
não pode se difundirpela membrana). Como aumenta também a concentração de 
bicarbonato no interior da hemácea este é liberado para o meio extracelula e é captado 
cloreto. Então o CO2 é transportado na hemácea majoritariamente na forma de 
bicarbonato e outra parte ligado na hemoglobina e diluído no plasma. 
 
- Nos pulmões 
Nos alvéolos pulmonares as hemáceas chegam carregadas com a hemoglobina ligada ao 
H
+
, HbH
+
, mas nos alvéolos há uma grande concentração de O2, pelo ar inspirado, 
sendo o pH mais alcalino também, pela baixa concentração de CO2, então o O2 é 
captado pela hemoglobina, HbO2, liberando desta maneira o H
+
 que reage com o 
bicarbonato no interior da hemácea, formando ácido carbônico que se dissocial em água 
e CO2, sendo este então eliminado pelo pulmão na expiração. Ainda como o 
bicarbonato é consumido, deve haver entrada de bicarbonato em uma troca com o 
cloreto que sai da hemácea. Note que no tecido a hemácea captou CO2 formou H
+
 no 
seu interior que foi captado pela hemoglobina sendo liberado no pulmão e convertido 
após união com bicarbonato em CO2 novamente que é eliminado na respiração, em 
última análise a hemoglobina contribui na eliminação de ácidos voláteis de CO2, de 
maneira indireta, contribui na manutenção da concentração de prótons no sangue. 
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4. Equação de Handerson-Hasselbach 
 
O uso da pressão parcial de gases é a maneira correta de referenciar sua 
concentração quando dissolvidos em meio líquido. Assim , o correto é referir-se à 
pressão parcial de gás carbônico, pressão parcial de oxigênio, etc. 
O gás carbônico dissolvido total do plasma é o somatório da quantidade de gás 
carbônico dissolvido (que é calculada através da pressão parcial de CO2) e da 
concentração de bicarbonato ( que provém da dissociação do CO2). 
 
[CO2] total = [CO2]dissolvido + [HCO3
-
] 
 
Através da equação de Handerson-Hasselbach é possível correlacionar 
concentração de bicarbonato, pressão parcial de gás carbônico dissolvido no plasma 
(com uso da constante de Henry -a-, que informa a solubilidade do gás carbônico em 1 
litro de plasma a 37ºC = 0,0301 mmols) e pH plasmático. Em condições fisiológicas 
temos: pH: 7,40 [HCO3
-
]: 24 mM pCO2: 40 mmHg [CO2] dissolvido no plasma : 1,2 
mmol/L 
 
pH = pKa + log [ HCO3
-
]/[CO2] dissolvido no plasma 
 
[CO2] dissolvido no plasma = a. p CO2 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
No sangue arterial, a [ HCO
3
-
] normal é ~ 24 mM e a pCO
2
 é ~ 40 mm Hg. A solubilidade do CO
2
 
no plasma é 0,0301 mmóis por mm de Hg; então 40 X 0,0301 = 1,2 mM de [CO
2
] . Assim, 
pH = 6,1 + log 24/1,2 
pH = 6,1 + log 20 
pH = 7,4 
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Referências: 
 
MONTGOMERY, R. et al. Biochemistry, a case-oriented approach. Mosby, St Louis, 
Missouri, EUA, 1996. 
VOET, D., VOET, J., PRATT, C.W. Fundamentos de Bioquímica, Artes Médicas Sul, 
Porto Alegre, 2008. (NRB 653812) 
AIRES, Margarida de Mello. Fisiologia. 3ª Edição. Rio de Janeiro, RJ: Guanabara 
Koogan, 2008. (NRB 653521) 
GARCIA, E. A. C. Biofísica. São Paulo, Sarvier, 1998. (NRB 231085) 
GUYTON, A . C. Tratado de Fisiologia Médica. 11
a
 Edição, Rio de Janeiro, Elsevier 
2006. (NRB 546567) 
HENEINE, I. F. Biofísica Básica. 2
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 edição, Atheneu, Rio de Janeiro, 1999. (NRB 
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NELSON, D. L. & COX, M. Lehninger – Princípios de Bioquímica. São Paulo: Sarvier, 
4ª Edição, 2006. (NRB 603380)