Aula 07 pH e tampões biológicos

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Profa Mariana Lacerda 
PH e Tampões biológicos 
Água 
 Dipolo elétrico permanente 
 Moléculas de água estabelecem ligações de hidrogênio com outras 
moléculas de água ou outras que tenham polos elétricos 
 
Ionização 
 É quando uma molécula adquiri uma característica carregada, 
sejam cargas positivas ou negativas 
 
 
 Moléculas ionizadas – ganham carga 
 
 
 A água pode assumir uma característica ionizada 
A água pura é levemente ionizada 
 As moléculas de água têm a leve tendência de sofrer uma ionização 
reversível - produzindo um íon hidrogênio (próton) e um íon hidróxido, 
gerando o equilíbrio: 
 
 
 Apesar de geralmente se mostrar o produto de dissociação da água 
como H+, os prótons livres não existem em solução 
 
 
 
 
 
 os íons hidrogênio formados em água são imediatamente hidratados 
para formar íons hidrônio (H3O
+) 
 
A água pura é levemente ionizada 
 H+ é uma abreviação para H3O
+ 
 
As ligações de hidrogênio entre as 
moléculas de água fazem com 
que a hidratação dos prótons 
dissociados seja praticamente 
instantânea 
 A ionização da água pode ser medida pela sua condutividade 
elétrica 
 
 
 A água pura carrega corrente elétrica 
 
 
 E os íons hidrônio (H3O
+) e hidróxido (OH–) migram em um campo 
elétrico em direção ao polo oposto numa velocidade muito mais 
rápida que qualquer outro íon 
 O que possibilita essa alta mobilidade iônica? 
 
“salto de prótons” 
 
IONIZAÇÃO DA ÁGUA 
 Para se avaliar a concentração de íons hidrogênio numa 
solução, usa-se a unidade pH 
 
pH 
 Concentração de H+ de uma solução - indicada em unidades de pH 
 
 
 O pH é inversamente proporcional à concentração de H+ 
 
 
 Então, pH = - log [H+] 
 
 
 Isto é, se o valor do pH muda em uma unidade, a concentração de 
H+ aumenta ou diminui em 10 vezes 
Para uma solução neutra a 25ºC a 
concentração de H+ é exatamente 
1,0 x 10–7 M 
pH 
Ex: Água 
- concentração de H+ é de 10-7 
- pH água = 7 (neutro) 
Neutro 
7 0 14 
Soluções 
Ácidas 
Soluções 
Básicas 
ou 
Alcalinas 
pH 
 ARRHENIUS (1880) 
Ácidos: substâncias capazes de doar prótons (H +) 
Bases: substâncias capazes de doar íons hidróxido (OH–) 
 
 
 BRONSTED E LOWRY (1923) 
Ácido: substâncias que podem doar prótons 
Base: substâncias que podem aceitar prótons 
 
 
 LEWIS (1923) 
Ácido: substâncias que podem aceitar um par de elétrons 
Base: substâncias que podem doar um par de elétrons 
 
 ÁCIDO: doadores de prótons (H+) 
 
 BASE: aceptores de prótons (H+) 
NELSON e COX (2014). Princípios de Bioquímica de Lehninger 
pH 
pH 
Por que é importante que os organismos 
mantenham o pH controlado? 
 
 
pH 
Escala de pH 
 Quanto menor o valor 
de pH mais ácida é a 
solução, maior é a [H+] 
 
 Quanto maior o valor 
de pH mais básica é a 
solução, menor é a [H+] 
 
Em nosso organismo... 
pH do sangue 
 abaixo de 7,35 → acidose 
 superior a 7,45 → alcalose 
 
pH INTRACELULAR 
 O interior das células reflete uma realidade metabólica diferente do 
plasma sanguíneo 
 A atividade celular gera subprodutos ácidos 
 pH habitual do líquido intracelular é mais baixo que o pH do plasma 
EXEMPLOS 
 
células musculares pH = 6,9 (6,4 após um exercício extenuante) 
células dos túbulos renais pH = 7,3 
 
 
 Ácido ou base adicionados à água em pequenas quantidades: 
pH da solução altera-se rapidamente 
 
 
 Ácido ou base adicionados ao sangue em pequenas 
quantidades: não há alteração de pH 
 
 
SISTEMA TAMPÃO 
É um sistema de moléculas e íons que atuam para impedir 
alterações de H+ 
 
 
 Há necessidade de uma quantidade muito maior de ácido ou 
base, até que se produzam alterações do pH 
 
 Esta defesa contra variações bruscas ou significativas de pH deve-
se a presença de solução tampão no sangue 
 
 Os líquidos intracelulares e intersticiais também possuem 
sistemas tampão 
 
 Mantém o pH normal do organismo → HOMEOSTASE 
 
 
 
SOLUÇÃO TAMPÃO 
 Solução tampão é capaz de resistir às variações de pH: porque 
ele contém tanto espécies ácidas para neutralizar os íons OH- 
quanto espécies básicas para neutralizar os íons H+ 
 
 
 São misturas de ácidos fracos e suas bases conjugadas 
 
 
SOLUÇÃO TAMPÃO 
 
Ácidos e bases fracos e fortes 
 Ácidos fortes: são completamente ionizados em soluções 
aquosas diluídas 
 (Ex. ácidos clorídrico, sulfúrico e nítrico) 
 
 
 Bases fortes: são também completamente ionizadas 
(Ex. NaOH e KOH) 
 
Ácidos e bases fracos e fortes 
 
 O que mais interessa em bioquímica é o comportamento de 
ácidos e bases não completamente ionizados quando dissolvidos 
em água 
 
 
 Eles estão presentes em sistemas biológicos e desempenham 
papéis importantes no metabolismo e na sua regulação 
Ácidos e bases fracos e fortes 
 
Ácidos e bases fracas têm constantes de dissociação ácidas 
características 
 A tendência de qualquer ácido fraco (HA) de perder um 
próton e formar sua base conjugada (A–) é definida pela 
constante de equilíbrio (Keq) para a reação reversível: 
 
 
 
Para qual: 
 
Constante de 
dissociação 
Constantes de dissociação 
Por mais que se adicione ácido ou base em um meio contendo 
tampão, o pH sempre tenderá a se manter estável por 
decorrência da constante de equilíbrio 
Lembrando... 
 
Tampão é toda solução que impede que ocorram 
variações bruscas de pH em uma determinada faixa 
quando é adicionado ácido ou base ao meio 
pKa 
 Como o valor de Ka é muito pequeno, convencionou-se 
transformá-lo em logaritmo negativo (pKa) 
Constante de 
dissociação colocada 
em notação logarítmica 
Ácido/base forte 
 
Ácido/base fraca 
 
 
Solução tampão - Equação de Henderson -
Hasselbalch 
 Descreve a curva de titulação para qualquer ácido/base fracos 
 
 
 É importante para o entendimento das ações do tampão e do 
equilíbrio acidobásico no sangue e nos tecidos dos vertebrados 
 
 
 Uma forma útil de reescrever a expressão para a constante de 
ionização de um ácido 
SOLUÇÃO TAMPÃO - EQUAÇÃO DE HENDERSON-HASSELBALCH 
 Para a ionização de um ácido fraco HA: 
pH pKa 
EQUAÇÃO DE HENDERSON-HASSELBALCH 
][
]conjugada base[
log
ácido
pKpH a 
]conjugado ácido[
][
log14
base
pKpH b 
Tampões biológicos 
 O pH deve ser finamente regulado no organismo pois é 
em uma faixa específica que há o funcionamento ótimo 
das proteínas e outras macromoléculas do organismo 
 
 
 Organismo possui ferramentas eficientes para manter o 
pH sanguíneo e intracelular 
Tampões biológicos 
 Controlam o pH nas células de todos os seres vivos 
 
 São mecanismos reguladores que estabelecem a proteção 
das células vivas contra as possíveis variações bruscas de 
pH 
 
 Mantém o valor do pH intracelular entre 6,9 e 7,4 
Causas de distúrbios no pH 
 Infecções graves 
 Distúrbios homeostático (líquidos - sangue). Ex. Acidentes com 
comprometimento de líquidos (grande perda de sangue) 
 Alterações respiratórias (pneumonias, asma grave, acidentes) 
 Distúrbios renais 
 Intoxicações 
 Doenças pulmonares 
 Alterações enzimáticas (Erros Inatos de metabolismo) 
 Doenças cardíaca que comprometam a oxigenação 
Tampões biológicos 
 
Tampões biológicos – compensação pH 
 Bicarbonato: o mais importante na saliva e sangue 
 Fosfato: no citoplasma das células Proteínas 
 MECANISMOS REGULADORES: 
 
Três mecanismos regulam o pH dos líquidos 
orgânicos 
1. mecanismo químico: sistemas tampão, 
capazes de neutralizar ácidos e bases em 
excesso, dificultando as alterações do pH 
2. mecanismo respiratório: elimina ou retém 
o CO2 do sangue 
3. mecanismo renal: a eliminação do H+ 
conforme as necessidades 
 
ATIVIDADES FISIOLÓGICAS SÃO AFETADAS PELA 
CONCENTRAÇÃO DOS ÍONS HIDROGÊNIO (H+) 
Variações do pH podem produzir alterações significativas no 
funcionamento do organismo: 
 
 Aumento da resistência vascular pulmonar 
 Redução da resistência vascular sistêmica 
 Alterações da atividade elétrica do miocárdio 
 Alterações da contratilidade do miocárdio 
 Alterações da atividade elétrica do sistema nervoso central 
 Alterações da afinidade da hemoglobina pelo oxigênio 
 Modificação da resposta a certos agentes químicos, endógenos e 
exógenos, como por exemplo, hormônios e drogas vasoativas 
 
 
Estudo dirigido 
1. Diferencie moléculas hidrofílicas, hidrofóbicas e anfipáticas 
2. O que você entende por pH? Qual a importância do mesmo para 
os organismos? 
3. Porque ácidos fracos são importantes para os sistemas biológicos? 
4. O que é solução tampão e como funciona? 
5. Qual a importância dos sistemas tamponantes em nosso 
organismo?