Água e Tampões

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Água e Tampões
Bioquímica Molecular
Profa. Dra. Francisca Marta Machado Casado de Araújo
Departamento de Ciências Biológicas - UERN
Mossoró-RN
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INTRODUÇÃO
Água: 
Substância mais abundante nos sistemas vivos
Está em todas as porções da célula
Seus produtos de ionização (H+ e OH-) influenciam nas propriedades dos componentes celulares
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 Estrutura da molécula de água
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Água: propriedades incomuns
Ponto de fusão, ponto de ebulição e calor de vaporização maiores que os líquidos comuns.
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Pontes de Hidrogênio
Atração eletrostática resultante entre o átomo de oxigênio de uma molécula de água e o átomo de hidrogênio de outra molécula de água;
As pontes de hidrogênio são mais fracas que ligações covalentes (Energia de ligação: 20kj/mol)
Cada molécula de água se une mediante pontes de Hidrogênio a 3 ou 4 moléculas 
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Água e Solutos
Pontes de hidrogênio não são restritas à água. Podem ser formadas entre um átomo eletronegativo (O, N) e um átomo de hidrogênio ligado covalentemente a um outro átomo eletronegativo;
Átomos de hidrogênio ligados a carbonos não formam pontes de hidrogênio. Ex.: Butano
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Pontes de hidrogênio comuns nos sistemas biológicos
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Pontes de hidrogênio biologicamente importantes
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Solubilidade de compostos em água
A água é um solvente polar; dissolve a maioria das biomoléculas.
A habilidade dos íons e de certas moléculas de se dissolver na água é devida à polaridade de ambos.
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A água dissolve muitos sais cristalinos hidratando seus íons
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Compostos anfipáticos em solução aquosa
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Complexo enzima-substrato
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Interações fracas entre biomoléculas
Pontes de hidrogênio
Interações iônicas
Interações de van der Waals
Interações hidrofóbicas
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IONIZAÇÃO DA ÁGUA, ÁCIDOS E BASES FRACAS
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IONIZAÇÃO DA ÁGUA
Pequeno grau de ionização da água: 
 H2O  H+ + OH-
Ionização da água pode ser descrita por uma keq: keq = [H+] [OH-]
 [H2O]
Produto iônico da água:
 Kw = [H+][OH-] = 1,0 x 10-14 M2
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Ionização da Água
Em um litro: 55,5 moles de água (concentração molar = 55,5M) 
Keq = 1,8 x 10-6 1,8x10-6 = [H+] [OH-]
 		 				 55,5
[H+] [OH-] = 1x10-14 M2
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Ionização da Água
Produto iônico da água
Kw = [H+] [OH-] = 1,0 x 10-14 M2
pH neutro
Kw = [H+][OH-] = [H+]2
[H+] = √1,0 x 10-14 M2
[H+] = [OH-] = 10-7 M
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Ionização da Água
pH: Concentração de íons hidrogênios 
pH = log _1__ = - log [H+]
[H+]
Para uma solução precisamente neutra:
pH = log _1__ = log (1 x 107) = 7,0
 1 x 10-7
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pH
A escala de pH é logarítima
Determinação do pH 
Medidas de pH  práticas bioquímicas
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IONIZAÇÃO DE ÁCIDOS E BASES FRACOS
Não estão completamente ionizados quando dissolvidos na água  ácidos e bases fortes
São comuns em sistemas biológicos
Definição (ácidos e bases)
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Ionização de ácidos e bases fracos
Ácido  forte  tendência de perder prótons
Constante de equilíbrio
Constantes de dissociação – Ka 
pKa 
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Ionização de ácidos e bases fracos
Constante de equilíbrio
Constantes de dissociação – Ka 
pKa 
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Ácido
Ka (M)
pKa
HCOOH (ácido fórmico)
1,78 ( 10(4
3,75
CH3COOH (ácido acético)
1,74 ( 10(5
4,76
CH3CH2COOH (ácido propiônico)
1,35 ( 10(5
4,87
CH3CH(OH)COOH (ácido lático)
1,38 ( 10(4
3,86
H3PO4 (ácido fosfórico)
7,25 ( 10(3
2,14
H2PO4( (dihidrogênio fosfato)
1,38 ( 10(7
6,86
HPO42( (monohidrogênio fosfato)
3,98 ( 10(13
12,4
H2CO3 (ácido carbônico)
1,70 ( 10(4
3,77
HCO3( (bicarbonato)
6,31 ( 10(11
10,2
NH4+ (amônio)
5,62 ( 10(10
9,25
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CURVAS DE TITULAÇÃO
Titulação  determina a concentração de um ácido em uma dada solução
Curva de titulação do ácido acético
Comparação das curvas de titulação de três ácidos fracos
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TAMPÕES
Sistema capaz de resistir às mudanças no pH, consistindo de um par conjugado ácido-base:
 Ex.: CH3COOH / CH3COO-
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Equação de Henderson-Hasselbalch 
Relação quantitativa: pH, pK e tampão
pH = pKa + log [ A- ]
 [ HA]
Porque o pKa de um ácido fraco é igual ao pH no ponto médio da titulação?
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Ação tamponante – sistemas biológicos
Organismos e células – mantêm um pH constante
Constância do pH – existência de tampões biológicos
Ácidos fracos e bases fracas tamponam as células
Tampões biologicamente importantes:
Fosfato H2PO4-  H+ + HPO42-
Bicarbonato H2CO3  H+ + HCO3-
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