pH e sistema tampão

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06/03/2016
BIOQUÍMICA: ESTRUTURA DAS BIOMOLÉCULAS E METABOLISMO
Prof. Fernando Zanoni fzanoni@prof.ung.br
Ácidos, Bases e pH; Sistema Tampão
Ácidos e Bases (de Brönsted)
• ÁcidosSão substâncias capazes de doar prótons (H+)Exemplos:HCl → Cl- + H+H2SO4 → HSO4- + H+CH3COOH → CH3COO- + H+• Bases• São substâncias capazes de receber prótons (H+)• O elemento resultante da dissociação de um ácido é chamado de base conjugada, uma vez que consegue receber prótons H+ do meio, convertendo-se novamente num ácido
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Ácidos e Bases (de Brönsted)
Ácido H+ + Base (conjugada)
Algumas poucas moléculas de água se ionizam em solução, liberando prótons (H+) e íons hidroxila (OH-), que se comportam como base (conjugada)
H2O H+ + OH-
Ácidos e Bases
• Ácidos têm diferentes tendências a se ionizar (dissociar)Ácidos fracos se dissociam poucoÁcidos fortes se dissociam bastante• A constante de equilíbrio da dissociação, Ka, mede a força do ácido
HA H+ + A- HA = ácidoH+ = prótonA- = base conjugadaKa = [H+] [A-] / [HA]
Quanto maior Ka mais forte será o ácido
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pH
• Potencial hidrogeniônico• É a forma de se medir a acidez de uma solução aquosa• Reflete a concentração de íons H+ na solução
Søren Peter Lauritz Sørensen1909 ...
pH
• É calculado como: pH = – log [H+]• A escala de pH varia entre 0 a 14Quanto menor o pH, mais ácidoQuanto maior o pH, menos ácido (ou mais básico, alcalino)• A escala é logarítmica, logo, pequenas variações na escala podem significar grandes variações na “acidez” do meio
Cada unidade inteira significa um aumento (ou diminuição) em 10 vezes na concentração de H+ em relação à unidade seguinte (ou anterior)
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010-0(1)1410-14 110
-11310-13 210
-21210-12 310
-31110-11 410
-41010-10 510
-5910-9 610
-6810-8 710
-7710-7 810
-8610-6 910
-9510-5 1010
-10410-4 1110
-11310-3 1210
-12210-2 1310
-13110-1 1410
-140100(1) pOH[OH
-]pH[H+]
pH “neutro”
• Associado ao valor de pH 7,0• Reflete o pH da água pura a 25ºC
Lembrando que a água também se dissocia, com baixíssima intensidade...
H2O H+ + OH-
Keq = [H+] [OH-] / [H2O]
10-7 M
Logo, pH = 7,0
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7
NEUTRO
1M HCl
Suco gástrico
Suco de limão
Coca-cola
Suco de tomate
Vinho tinto
Cerveja
Café forte
Leite, saliva
0 1 2 3 4 5 6
Crescentemente ácido
Sangue humano, lágrima
Água do mar, clara de ovo
NaHCO3
Solução de amônia
Alvejante doméstico
1M NaOH
8 9 10 11 12 13 14
Crescentemente básico
Importância do pH nos sistemas biológicos
• Uma grande variedade de processos biológicos, como o bom funcionamento das enzimas, são dependentes de pH
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Importância do pH nos sistemas biológicos
• Variações do pH ideal podem afetar a estrutura de biomoléculas, como proteínas e DNA
Importância do pH nos sistemas biológicos
• Alguns fluidos biológicos tem seu pH relativamente constante, como ocorre com o citoplasma das células (pH ~ 7,0) e com o sangue (pH ~ 7,4)• A determinação do pH é frequente na rotina laboratorial de bioquímica (clínica, diagnóstica e experimental)
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Controle do pH em sistemas biológicos
• Pequenas variações na concentração do hidrogênio (pH) podem produzir grandes alterações na velocidade das reações químicas celulares.• Isto pode inibir certas funções, e alterações extremas podem determinar a morte celular.
Tais variações podem ser de apenas 0,5 unidade de pH
Metabolismo aeróbico da glicose Metabolismo anaeróbico da glicose 
Oxidação incompleta de ácidos graxos
Ácido carbônico Ácido lático
Corpos cetônicosácidos
Oxidação de aminoácidos que contém enxofre
Ácido sulfúrico
Hidrólise de fosfoproteínase nucleoproteínas
Ácido fosfórico
H+
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• O que acontece com o pH da água quandoadicionamos ácidos ou bases, mesmo empequenas quantidades?
pH
Controle do pH em sistemas biológicos
R: o pH varia, para mais ou menos, proporcionalmente à quantidade de ácidos ou bases que venham a ser adicionados à agua
• O que acontece com o pH sanguíneo quandoadicionamos ácidos ou bases, mesmo empequenas quantidades?
pH
Controle do pH em sistemas biológicos
R: o pH varia, para mais ou menos, proporcionalmente à quantidade de ácidos ou bases que venham a ser adicionados ao sangue, porém com menor intensidade do que se fossem adicionados à água
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Controle do pH em sistemas biológicos
• A atenuação das variações do pH em fluidos biológicos se deve ao fato destas soluções serem tamponadas.Solução Tampão: é a solução que sofre POUCA VARIAÇÃO DE pHExemplos de soluções tampão naturais: sangue e líquido intracelular.• O que permite uma solução tampão sofrer pouca variação de pH é a presença de um sistema tampão nestas soluções
SISTEMA TAMPÃO  SOLUÇÃO TAMPÃO
Sistema Tampão
• Sistemas tampão são misturas de ácidos fracos e suas respectivas bases conjugadas• Tal mistura reage com ácidos e bases que venham a ser adicionadas na solução• Mecanismo de tamponamento:Ácidos fortes reagem com a base conjugada do sistema e haverá produção de um ácido fracoBases fortes reagem com o ácido fraco do sistema e haverá produção da base conjugada (base fraca)Ácidos ou bases fracos contribuem menos para a variação de pH do meio
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Ácido Fraco(HA) Base Conjugada(A-)
Base Forte(NaOH)
OH-
Na+
Ácido Forte(HCl)H+
Cl-
H2O
Eficiência de um sistema tampão
• A eficiência do sistema tampão é restrita a uma determinada faixa de pH• A eficiência do sistema tampão está relacionada à sua concentração no meio
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0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00
0 50 100%Percentual da titulação
pH
OH- adicionado
CH3COOH
CH3COO-
[CH3COOH] = [CH3COO-] 
4,75pKa = +1
-1
5,75
3,75
Faixa de tamponamento
[NH4+] = [NH3]; pKa = 9,25
[H2PO4-] = [HPO42-]; pKa = 6,86
[CH3COOH] = [CH3COO-]; pKa = 4,76
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Equação de Henderson-Hasselbach
• Permite, num meio, definir a razão entre as formas ácidas e básicas de uma substância
• Lembrando que:pKa = pH da constante de equilíbrio entre as formas desprotonadas e protonadas[A–] = concentração da forma desprotonada (base conjugada)[HA] = concentração da forma protonada (ácido)
pH = pKa + log ([A– ]/[HA])
A–:HA = 10pH-pKa
Equação de Henderson-Hasselbach
• Exemplo no sistema tampão do ácido acético
pKa para o sistema tampão ácido acético / acetato = 4,75Numa solução com pH = 4,75, a razão entre a forma desprotonada [A-]e a protonada [HA] é de 1:1Entretanto numa solução com pH = 9,0, a razão entre a forma desprotonada e a protonada é de aproximadamente 18.000:1
A–:HA = 10pH-pKa
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Solução tampão de importância biológica
• Tampão Fosfato
É o sistema tampão natural do citoplasma de todas as célulasTambém tampona o plasma sanguíneo
H2PO4 HPO42– + H+
Ácido fosfórico Fosfato
Solução tampão de importância biológica
• Tampão Bicarbonato
É o sistema tampão mais importante no plasma sanguíneo
CO2 + H2O H2CO3 HCO3– + H+Anidrasecarbônica
Ácido carbônico Bicarbonato