Água, ph e tampões

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Universidade Estadual Vale do Acaraú 
Água, pH e tampões 
 Bioquímica Geral 
Água 
Principal  Componente celular 
Reações químicas (organismos vivos)  soluções aquosas 
Funcionais 
Proteínas 
Enzimas Hormônios 
Membranas 
Geometria da molécula da água e suas propriedades como solvente 
 
Papel fundamental na determinação das propriedades dos seres vivos 
Funções biológicas da água 
Transporte (nutrientes); 
 Reações metabólicas; 
 Transferência (energia). 
Meio  ocorre: 
Aspectos da 
estrutura celular e 
de suas funções 
propriedades 
fisico-químicas 
(água) 
Estabilizador  temperatura corpórea 
Transportador  nutrientes / produtos (processos degradativos) 
Reagente e meio  reação 
Estabilizador  conformação de polímeros (biomoléculas) 
Facilitador  comportamento dinâmico (moléculas) 
Origem 
 Água  organismo: 
liberação 
Endógena  reações químicas (metabólicas) H2O 
Ex: 
Exógena  ingestão 
Ex: 
Teor de água nos alimentos 
H2O 
Intracelular 
Extracelular 
Sistemas biológicos: 
Nos organismos vivos... 
Taxa de água (TA) variar (3 fatores): 
 I. Atividade metabólica (tecido)  metabolismo  TA 
 II. Idade   Idade  TA 
 III. Espécie  ser humano (63%); água-viva (98%); sementes (10%) 
 Órgão TA (%) 
Encéfalo do embrião 
Músculos 
Rins 
Ossos 
92,0 
83,0 
60,8 
48,2 
Hidratação corpórea 
Correta  Desenvolvimento & longevidade 
Peso corpóreo humano  ~ 63% H2O 
Equilíbrio 
H2O H2O 
Entra Sai 
Responsáveis 
Renal 
Cardiovascular 
Supra renal (níveis de K+ e Na+ - osmolaridade do plasma sanguíneo) 
 Importância do Processo: 
Proteínas solúveis 
Reações químicas metabólicas 
 Desequilíbrio 
H2O H2O 
Entra Sai 
Perda de água corpórea (%) Efeitos 
2 
4 
> 20 
Sede, desconforto, perda de apetite 
 20 a 30 % capacidade física 
Vertigem, dificuldade respiratória 
 Frequência cardíaca 
 Pressão arterial 
 [Sais] plasma 
 
Desidratação corpórea 
 respiração 
Atividades físicas ↑ Transpiração 
H2O e Eletrólitos (Na, K, Mg, Cl) 
Desidratação 
[Plasma] 
Mobilização (H2O) 
 Frequência cardíaca Pressão Bombeamento 
(sangue) 
 Desempenho 
físico 
 Força 
aeróbica 
Como evitar? 
Perdas de água corpórea 
Curiosidade: Bebidas isotônicas 
Função  Reposição (H2O e sais) 
H2O, carboidratos e sais (concentração similares)→fluídos corpóreos Definição  
Característica   [carboidratos]: 6- 8% 
Mitos: 
Uso diário  Problemas renais 500 mL  1/10 quantidade diária 
Complemento energético   [carboidratos]: 6 - 8%  hipoglicemia 
Propriedades físico-químicas da água 
Estrutura molecular da água 
Solvente  Polar: 
Tipos de ligações Espaço cheio Natureza dípolar 
Pontes de hidrogênio 
H (ligado)  elemento ↑eletronegativo (O, N, F) 
Ponto de 
fusão (oC) 
Ponto de 
Ebulição (oC) 
Calor de 
vaporização(J/g) 
Temperaturas de fusão, ebulição e calor de vaporização da H2O 
Ligação eletrostática  + fraca  Ligação covalente 
Pontes H  ↑Valor propriedades físicas (H2O) 
 Viscosidade 
 Tensão superficial 
 Calor específico 
Orientação das pontes de hidrogênio 
(O-H-O) 
Alinhados 
Atração →cargas elétricas > 
(O-H-O) 
Desalinhados 
Atração →cargas elétricas < 
Comparação entre as pontes de hidrogênio lineares e não-lineares  As pontes não-
lineares são mais fracas do que aquelas em que os três átomos se encontram alinhados 
Pontes de hidrogênio e estados da água 
Pontes de hidrogênio com solutos polares 
Não restritas  moléculas H2O 
Tipos comuns  Pontes H: 
Aceptor de 
Hidrogenio 
Doador de 
hidrogênio 
“Átomos de hidrogênio ligados covalentemente a carbono (não 
eletronegativo) não participam de pontes de hidrogênio” 
Formadas  átomo eletronegativo (aceptor de elétrons  O, N) 
 átomo eletronegativo ← H ligado 
Essa diferença explica... 
Butanol (CH3CH2 CH2 CH2 OH)  ↑ponto de ebulição (117 
oC) 
Butano (CH3 CH2 CH2 CH3)  ↓ponto de ebulição (-0,5 
oC) 
Grupo hidroxila polar 
(formação pontes H 
intramoleculares) 
Pontes de hidrogênio de importância biológica 
Outras interações fracas em sistemas aquosos 
Pontes de hidrogênio 
Interações hidrofóbicas 
Interações iônicas 
 Influenciam  estrutura tridimensional das biomoléculas 
Estrutura cristalina da hemoglobina com (a) e 
sem (b) moléculas de água ligadas 
Revisando: Interações hidrofóbicas 
Interação molecular  compostos apolares sofrem consequencias: 
Ações dinâmicas → Compostos polares 
Ex: água (polar) e óleos (apolar) 
Revisando: Interações iônicas 
Interações eletrostáticas  diferenças elétricas ( compostos) 
Interações fortes  íons (cátions / ânions) 
Caracterizadas → atração / repulsão (espécies iônicas) 
Exemplo → NaCl 
NaCl 
íon Na+ íon Cl- átomo Cl átomo Na 
NaCl → H2O 
Interações não-covalentes entre grupos funcionais de 
biomoléculas contribuem para a sua estrutura e função 
Interações de van der Waals 
Ocorre entre dois átomos não carregados próximos, suas nuvens eletrônicas influenciam 
uma à outra e variações aleatórias na posição dos elétrons ao redor de cada núcleo 
podem criam um dipolo elétrico transiente. Os dois dipolos, então, se atraem 
(fracamente) fazendo os dois núcleos se aproximarem. 
 
A medida de que os núcleos são aproximados, suas nuvens eletrônicas começam a se 
repelir. 
 
O ponto no qual as forças atrativas se balanceiam com as forças repelentes é 
conhecido como o ponto de contato van der Waals. Cada átomo tem um raio de 
van der Walls característico, que indica o quão perto o átomo “permite” que 
outro se coloque. 
Interações intermoleculares não covalentes 
em biologia viral 
Ligações da água com os 
sólidos 
Capacidade de interação com a água 
Moléculas  3 grupos: 
Hidrofílicas  afinidade (H2O) 
Polares (carregadas) 
Estabelecer → ligações iônicas, pontes H, ligações covalentes (H2O) 
Anfipáticas  afinidade parcial (H2O) 
Polares / apolares 
Fosfolipídios, proteínas, ácidos nucléicos, aminoácidos 
Hidrofóbicas  aversão (H2O) 
Não polares (apolares) 
Não solúveis / Difícil dissolução 
Hidrocarbonetos, ácidos graxos, triglicerídeos e proteínas 
2 tipos estruturais (adição de hidrofóbicos→ H2O): Hidratos claratos e micelas 
Biomoléculas polares, apolares e anfipáticas 
Processos de solubilização e hidratação 
Propriedade mais importante (H2O)  dissolver substâncias (iônicas & polares): 
Interações  Solventes (H2O) + Solutos  Solubilização 
Hidratação 
Solubilidade de alguns gases em água 
Gases não polares  ↓ solubilidade (N2, O2, CO2) 
Compostos anfipáticos em solução aquosa 
Moléculas biológicas (anfipáticas)  regiões polares e apolares 
Ácidos graxos  cadeia longa 
Proteínas 
Pigmentos 
Vitaminas 
Fosfolipídios 
 
“Grupo-cabeça” 
Hidrofílico 
“Aglomerados oscilantes” de 
moléculas de H2O na fase 
aquosa 
Moléculas de H2O altamente organizadas formam 
“gaiolas” ao redor das cadeias alquilas hidrofóbicas” 
Formação de micelas 
Molécula de lipídio força a 
organização das moléculas de 
H2O 
Dispersão 
dos lipídeos 
em H2O 
Aglomerados 
de lipídeos 
Todos os grupos 
hidrofóbicos são 
escondidos da água 
formando uma 
estrutura 
denominada de 
micela 
Hidratos clatratos 
Estruturas cristalinas: substituto do petróleo 
Moléculas presas ↓peso molecular 
Forma / Tamanho adequados 
Ex: CO2, SO2, C2H4O, CH3CH2OH 
Hidrato de metano 
Composto cristalino de água e gás leve, devido as suas condições de formação 
as moléculas de água formam uma cápsula, denominado de clatrato, que 
aprisiona moléculas de gás, como metano, etano, propano e dióxido de carbono. 
Remoção da água e formação do complexo enzima-substrato 
Age  favorecendo 
H2O organizada 
interagindo: S / E 
Moléculas H2O 
deslocados pela 
interação: E↔S 
Interação E↔S 
estabilizada pelas 
pontes H, interação 
iônicas e 
hidrofóbicas 
Osmose 
Movimento (H2O)  meios: 
Membrana semipermeável 
 [Solutos] 
Efeito da osmolaridade celular no movimento de H2O 
Solutos 
extracelulares Solutos 
intracelulares 
Células em solução 
isotônica : 
S/movimento (H2O) 
Células em solução 
hipertônica: 
H2O→Fora 
Células em solução 
hipotônica : 
H2O→Dentro 
Criando ↑P interna 
Membrana Plasmática 
Osmolaridade: 
Nº. Partículas (soluto) osmoticamente ativas 
1 L (solução) 
Exemplo: 
Ionização da Água 
& 
pH 
A água é um dipolo elétrico permanente 
Ionização 
Processo químico  produção de íons 
Espécies 
eletricamente 
carregadas: Ganho de 
elétrons 
Perda de 
elétrons 
Água  ionizar reversivelmente: H+ e OH- (anfótero) 
H2O H
+ + OH- 
 
Íon hidrônio 
H +  H3O+ 
Prótons livres não existem em solução eles 
são imediatamente hidratados até hidrônio 
H – O  H – O 
 
H H 
H – O+ – H + OH- 
 
H 
Importante... 
 [H+] total  Mensurável: “pH da solução” 
  [H +]   [OH -]   Acidez 
  [OH -]   [H+]   Basicidade 
Quando ácidos / bases (fracas)  Dissolvidos (H2O): 
Produzir H+ → ácidos 
Consumir H+ → bases 
Governados → Constante de equilíbrio (Keq) 
Dissociação da água e constante de equilíbrio 
 Posição de Equilíbrio  Reação química 
 Constante de Equilíbrio (Keq) 
  [Reagentes] 
  [Produto] 
 Constante de equilíbrio: ionização reversível da água 
Produto iônico da água (Kw) 
Constante  [H+] e [OH-] → soluções aquosas 
Kw é constante 
1000 g/L 
18,015 g/mol 
g H2O/ 1L 
Massa molecular 
Condutividade elétrica (H2O pura) 
Exemplos: 
pH 
 Fórmula: 
 Acidez, neutralidade ou alcalinidade  Meio 
  Sorensen, 1909 – conceito de pH 
  “p” = potenz e “H” = íon H+ 
  “p” = logarítmo negativo 
pH neutro 
pH Neutro  [H+] = [OH-] 
 [H+] = [OH-]  pH neutro  7 
 [H+]  [OH-]  pH básico  > 7 
 [H+]  [OH-]  pH ácido  < 7 
Escala de pH 
Variação  0-14 
Água sanitária 
Amoníaco 
Solução de bicarbonato de 
sódio 
Água do mar, clara do ovo 
Sangue humano, lágrima 
Leite, saliva 
Café 
Cerveja 
Suco de tomate 
Vinho tinto 
Coca-cola e 
vinagre 
Suco de limão 
Suco gástrico 
 Indicadores  Ácidos e bases  Mudam de cor 
 Papeis indicadores de pH  pH-metro 
 potenciômetro 
Método de determinação pH 
O transporte de elétrons mitocondrial gera um gradiente de prótons 
através da membrana que é usado para sintetizar ATP 
Dinitrofenol “rompe” o gradiente de prótons através da membrana mitocondrial 
Efeitos do pH 
Efeitos do pH 
Afeta: 
Estrutura / atividade  macromoléculas biológicas 
Ex: atividade catalítica → enzimas 
Efeitos do pH 
Afeta: 
Plasma sanguíneo: 
Ex: Diabetes graves → pH < 7,4 (acidose) 
Ex: Estados patológicos → pH > 7,4 (alcalose) 
Solução tampão 
 Solução  resiste variação pH  adição (H+ e OH-) 
 [ácido] = [base] 
 Eficiência  Manter um meio constante [H+] 
 Alimentos: 
Evitar  variações (pH) 
Crescimento → microrganismos 
Reações enzimáticas → degradativas 
Características organolépticas 
Ka = constante de dissociação 
Ácidos fracos têm constantes de dissociação características 
pI (PONTO ISOELÉTRICO) 
 
Definição: pH no qual a carga 
liquida da molécula é zero 
São sistemas aquosos que resistem à variação 
do pH quando quantidades relativamente 
pequenas de ácido (H+) ou base (OH-) são 
adicionadas à solução. 
 
pH = pKa 
(Ponto de tamponamento) 
 
 
Solução tampão 
Solução tampão – tamponamento do sangue 
O equilíbrio entre o CO2 dissolvido e gasoso, nos pulmões, proporciona 
a esse sistema alta capacidade tamponante. 
Consequências fisiológicas do tamponamento do sangue 
Controle do pH do sangue pela velocidade da respiração 
 A pressão parcial do CO2 nos pulmões pode variar 
rapidamente por meio da velocidade e da profundidade da 
respiração. Por exemplo, uma providência comum para 
aliviar soluços é aumentar a concentração de CO2 nos 
pulmões. Isso pode ser conseguido pela suspensão da 
respiração ou por meio de uma respiração muito vagarosa e 
superficial (hipoventilação) ou respirando dentro de um saco 
de papel. Em tais condições, a pressão parcial do CO2 no 
espaço aéreo dos pulmões aumenta acima do normal. 
Explique qualitativamente o efeito desses procedimentos no 
pH sanguíneo. 
Controle do pH do sangue pela velocidade da respiração 
 Uma prática comum dos atletas especialistas em 
corridas de curta distância é respirar rápida e 
profundamente (hiperventilação) por cerca de meio minuto 
para remover o CO2 dos pulmões, imediatamente antes de 
uma arremetida de 100m. O pH do sangue pode subir até 
7,6. Explique porque o pH do sangue sobe. 
Controle do pH do sangue pela velocidade da respiração 
 Durante uma corrida de curta distância, os músculos 
produzem uma grande quantidade de ácido láctico 
(CH3CH(OH)COOH, Ka = 1,38 X 10
-4) a partir de seus 
estoques de glicose. Em vista desse fato, por que uma 
hiperventilação pode ser útil antes da corrida?