Aula 1 agua e tampoes

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UNISC

Júlia Weber

23.05.2018

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Bioquímica I

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Fundamentos Químicos e Biológicos da Bioquímica
 
Bioquímica Médica Básica de Marks: Uma Abordagem Clínica
Cap. 4
Água, Ácidos, Bases e Tampões
≈ 60% do corpo humano é composto por água → solvente é importante para o transporte de moléculas de calor. 
Muitos dos componentes produzidos no corpo e dissolvidos em água contém grupos químicos que agem como ácidos ou bases, liberando ou recebendo íons hidrogênio. 
O conteúdo do íon hidrogênio e a quantidade de água do corpo são controlados para manter um ambiente constante para as células, chamado de homeostase 
Desvios significativos de um estado constante, tal como acidose ou desidratação, podem causar risco à vida.
Manutenção do pH corporal. O corpo produz cerca de 13 a 22 moles de ácido por dia a partir do metabolismo normal. Ele se protege dessa acidez com tampões que mantém um pH neutro e pela expiração de CO2 através dos pulmões e da excreção de NH+ e outros íons pelos rins.
Água
Banha as células,
Dissolve e transporta compostos no sangue
Meio para movimento de moléculas 
Separa moléculas carregadas
Dissipa calor
Participa de reações químicas. 
A maioria dos compostos do corpo interage com o meio aquoso. 
O corpo mantém uma quantidade quase constante de água, que corresponde a cerca de 60% do peso corporal
Compartimentos líquidos do corpo 
≈ 50 a 60% (adultos) e 75% (crianças). 
Pessoas obesas têm uma porcentagem mais baixa de água corporal do que pessoas magras, mulheres tendem a ter uma porcentagem mais baixa do que homens, e pessoas mais velhas têm uma porcentagem mais baixa do que pessoas mais jovens.
≈ 40% (intracelular) e 60% (extracelular)
A água extracelular inclui o liquido no plasma e a água intersticial (o líquido nos espaços teciduais, que fica entre as células). A água transcelular é uma porção pequena e especializada da água extracelular que inclui secreção gastrintestinal, urina, suor e líquidos que escapam através das paredes capilares devido ao excesso de pressão hidrostática ou inflamação.
Pontes de Hidrogênio
A natureza dipolar → pontes de hidrogênio → solvente.
Os átomos de hidrogênio e oxigênio → formam pontes de hidrogênio e participam de camadas de hidratação. 
O oxigênio da água pode formar pontes de hidrogênio com outras duas moléculas de agua, aproximadamente quatro moléculas de água vizinhas em uma rede líquida tridimensional 
Água como solvente
Moléculas orgânicas polares e sais inorgânicos → forma pontes de H e interações eletrostaticas
Moléculas orgânicas contendo uma alta proporção de átomos eletronegativos (geralmente O ou H) são solúveis porque esses átomos participam de pontes de H com moléculas de água.
Íons são circundados por uma camada de hidratação arranjadas com seus átomos mais próximos.
Pontes de hidrogênio → fortes o suficiente para dissolver moleculas polares e para separar cargas, mas são fracas para permitir movimento de água e solutos. 
Pontes de H se dissociam e se formam novamente de modo contínuo, permitindo que solutos se movam através da água e ela passe através de canais nas membranas celulares (água livre)
Água e regulação térmica
A estrutura da água permite que ela resista a mudanças de temperatura. 
Seu calor de fusão é alto, de tal modo que é necessária uma grande queda na temperatura para converter água líquida ao estado sólido (gelo). 
A condutividade térmica da água também é alta, facilitando, assim, a dissipação de calor de áreas de alto uso de energia para o sangue e para o pool de água corporal. Sua capacidade de calor e seu calor de vaporização são bastante elevados; quando água líquida é convertida em um gás e evapora da pele, o efeito de resfriamento é sentido. 
↑ calor = ↓ pontes de H
↓calor = ↑ pontes de H
Eletrólitos
Osmolaidade e movimento da água
Distribuída entre os diferentes compartimentos líquidos de acordo com a concentração de solutos (osmolalidade).
A osmolalidade de um líquido é proporcional à concentração total de suas moléculas dissolvidas, incluindo íons, metabólitos orgânicos e proteínas
A membrana celular semipermeável contém um número de canais de íons através dos quais a água pode se mover livremente
A água pode se mover livremente através de capilares que separam o líquido intersticial e o plasma. 
A força para manter a mesma quantidade de água em ambos os lados da membrana = pressão osmótica.
Ácidos e Bases
Ácidos são compostos que doam um íon hidrogênio (H+) para uma solução
Bases são compostos que captam íons hidrogênio. 
Grande parte dos íons hidrogênio estão hidratados na água, formando espécies como H3O+, entretanto são usualmente representados apenas como H+. 
O pH da água
A fração de dissociação das moléculas de água em H+ e OH– é muito leve, onde [H] → 0,0000001 M (10–7 mol/L). 
[H] → indicada pelo termo pH, (log10 negativo da [H]). 
A Kd da água expressa a relação entre a [H+], [OH-] e a [H2O] no equilíbrio 
Como a água se dissocia fracamente, uma diminuição da [H+] deve ser acompanhada por um aumento proporcional de [OH-].
Um pH de 7 é considerado neutro, porque [H+] e [OH-] são iguais. 
As soluções ácidas têm uma maior e uma menor [OH-] (pH < 7,0), 
As soluções básicas têm uma ̧menor [H+] e uma maior [OH-(pH > 7,0).
Ácidos Fortes e Fracos
A tendência de HA de se dissociar e doar H+ para a solução é representada por seu Ka, (constante de equilíbrio para dissociação de um acido fraco). 
Quanto maior o Ka, maior a tendência de dissociar um próton.
A equação de Henderson-Hasselbalch, é utilizada para calcular a razão entre a forma não-protonada e a protonada em qualquer pH. A partir dessa equação, pode-se ver que um ácido fraco está 50% dissociado em um pH igual ao seu pKa.
Tampões
Os tampões consistem em um ácido fraco e sua base conjugada e fazem com que uma solução resista a alterações no pH quando íons hidrogênio ou íons hidróxido são adicionados.
Um tampão pode compensar uma entrada ou remoção de íons hidrogênio apenas em aproximadamente 1 unidade de pH do seu pKa. 
Como o pH de uma solução tamponada altera o pKa para uma unidade de pH abaixo do pKa, a razão entre [A–] e HA se altera de 1:1 para 1:10. Se mais íons hidrogênio fossem adicionados, o pH diminuiria com rapidez, porque resta relativamente pouca base conjugada. Da mesma forma, a 1 unidade de pH acima do pKa do tampão resta relativamente pouco ácido não-dissociado. Tampões mais concentrados são mais efetivos, pois contêm um número maior de moléculas por unidade de volume que se dissociam ou se recombinam com íon hidrogênio.
Ácidos metabólicos e tampões 
Uma taxa média de atividade metabólica produz cerca de 22.000 mEq de acido por dia. 
Se todo esse ácido fosse dissolvido de uma vez nos líquidos corporais não-tamponados, o pH seria menor do que 1. 
pH do sangue é mantido entre 7,36 e 7,44, e o pH intracelular entre 6,9 e 7,4. 
Até que o ácido produzido pelo metabolismo possa ser excretado como CO2 no ar expirado e como íons na urina, ele precisa ser tamponado nos líquidos corporais. 
Os maiores sistemas tamponantes: (I) o sistema-tampão bicarbonato-ácido carbônico; (II) o sistema-tampão da hemoglobina nos eritrócitos; (III) o sistema-tampão fosfato em todos os tipos de células, e o sistema-tampão de proteínas das células e do plasma.
O Sistema-Tampão do Bicarbonato
A maior fonte de ácido metabólico no corpo é o gás CO2.
O CO2 se dissolve na água e reage com ela para produzir ácido carbônico, (anidrase carbônica).
Bicarbonato e Hemoglobina nos Eritrócitos
Bicarbonato e Hemoglobina nos Eritrócitos
pH intracelular
Ânions fosfato e proteínas são os principais tampões envolvidos na manutenção de um pH constante nos líquidos intracelulares. O ânion fostato inorgânico H2PO4 – se dissocia para gerar H+ e a base conjugada H2PO4–2 
Ânions fosfato orgânicos, como glicose-6-fosfato e ATP, tambémagem como tampões.
O líquido intracelular tem um alto conteúdo de proteínas que contém histidina e outros aminoácidos que podem aceitar prótons
pH intracelular
Hidrogênio, Amônia e Íons Fosfato Urinários
O ácido não-volátil produzido pelo metabolismo corporal não pode ser excretado pela respiração e é excretado na urina. 
A maioria dos íons hidrogênio de ácidos não-voláteis é excretada como ácido não-dissociado
Uma das maiores fontes de ácidos não-voláteis no corpo é o ácido sulfúrico (H2SO4), que é gerado a partir de compostos que contêm sulfato ingeridos nos alimentos e do metabolismo de aminoácidos que contêm enxofre
A excreção urinária de H2PO4– auxilia na remoção de ácidos. 
Para manter a homeostase metabólica, deve ser excretada na urina a mesma quantidade de fosfato que é obtida dos alimentos na forma de ânions fosfato ou fosfatos inorgânicos, como fosfolipídeos. 
Íons amônio são os principais contribuintes para o tamponamento do pH urinário, mas não do pH sangüíneo