bioquimica água ph e tampões

Prévia do material em texto

ÁGUA, pH e tampõesÁGUA, pH e tampões
Fundamentos de Bioquímica 
Profa: Gislainy Karla Barbosa
• A vida que nós conhecemos, ocorre em 
soluções aquosas. A vida na terra, 
aparentemente, surgiu em um mar primitivo.
• É a substância mais abundante nos sistemas 
vivos, perfazendo 70% ou mais do peso da 
maioria dos organismos.
A água é fundamental para os seres vivos, atua como solvente
orgânico para reações bioquímicas e determina as estruturas das
macromoléculas que realizam estas reações.
Por isso, as propriedades da água têm grande significado biológico: 
 
(a) As estruturas das moléculas nas quais a vida se baseia, PROTEÍNAS,
ÁCIDOS NUCLÉICOS, MEMBRANAS LIPÍDICAS e CARBOIDRATOS COMPLEXOS,
resultam diretamente de suas interações com o ambiente aquoso. 
 
(b) A combinação das propriedades de um solvente responsável pelas 
associações intra- e intermoleculares dessas substâncias é peculiar à 
água; nenhum outro solvente assemelha-se à água. 
 
Estruturas e processos biológicos somente podem ser entendidos em 
termos das propriedades físicas e químicas da água. 
•A água é uma molécula altamente POLAR, um fenômeno que tem
enormes implicações para os seres vivos.
•As atrações eletrostáticas entre os dipolos de duas moléculas de água
resultam em uma associação das moléculas por meio de Ligações de
Hidrogênio.
Pontes de 
Hidrogênio
+ +
-
A água é muitas vezes chamada de SOLVENTE UNIVERSAL. O
que não significa que a água seja capaz de dissolver toda e 
qualquer substância, entretanto, dissolve um número maior de 
substâncias e em maior quantidade do que qualquer outro 
solvente. 
O caráter polar da água faz com que ela seja um excelente 
solvente para as SUBSTÂNCIAS POLARES E IÔNICAS, também 
chamadas hidrofílicas. 
Substâncias apolares são praticamente insolúveis em água, e 
são chamadas de hidrofóbicas. 
Há substâncias com parte apolar e outra polar: são chamadas 
de anfipáticas: sua solubilidade em água depende de vários 
fatores. 
O cristal de NaCl 
desfaz-se à medida que
as moléculas de
água se amontoam
ao redor dos íons 
cloreto e sódio
As cargas 
iônicas são 
parcialmente
neutralizadas
e as atrações 
eletrostáticas 
entre os íons de
cargas opostas
são
enfraquecidas
A solubilidade de substâncias polares e iônicas é aumentada caso elas tenham grupos 
funcionais: hidroxila (-OH), carbonila (C=O), carboxila (-COOH) ou amino (-NH2), que 
formam pontes de hidrogênio com a água. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Biomoléculas hidrossolúveis, como proteínas, ácidos nucléicos e carboidratos são ricas 
nesses grupos funcionais. 
A dissolução de substâncias polares sem carga elétrica segue um esquema semelhante; 
neste caso a água enfraquece as interações não-iônicas entre as moléculas do soluto (pontes 
de hidrogênio, por exemplo). 
Substâncias apolares são deficientes em ligações de hidrogênio. 
A água tende a hidratar a porção polar (hidrofílica);
ao mesmo tempo tende a excluir a porção apolar
(hidrofóbica).
A porção apolar força as moléculas de água
circundantes a assumir um estado altamente
ordenado.
De um modo geral, no entanto, as estruturas
lipídicas tendem a agrupar-se, reduzindo a
superfície em contato com a água.
A maioria das moléculas biológicas possui tanto porções polares como
porções apolares, de modo que são simultaneamente hidrofílicas e
hidrofóbicas (Anfipáticas). Então, como elas interagem com a água?
As porções apolares são estabilizadas por
interações hidrofóbicas que resultam da
tendência de excluir a água.
As micelas são um bom exemplo de estruturas
que expõem apenas os grupos hidrofílicos
(polares) à água e escondem completamente
os grupos hidrofóbicos (apolares).
Micela Bicamada lipídica
As micelas não são as associações de moléculas anfipáticas mais importantes 
na célula viva.
As associações mais importantes são os agregados planares em bicamada ou 
vesículas, os quais constituem a base da estrutura das membranas biológicas. 
A REPULSÃO DA ÁGUA POR PARTE DAS ESTRUTURAS 
APOLARES É UM FATOR INDISPENSÁVEL PARA A 
ESTRUTURA DAS MEMBRANAS TAL COMO ELAS SE 
APRESENTAM NA CÉLULA VIVA 
HA + H2O H3O + + A -
Uma forma abreviada da reação acima seria:
Considera-se um ácido a substância que pode doar prótons.
Considera-se uma base a substância que pode aceitar prótons.
HA  ácido
H2O  base
A-  base conjugada do ácido HA
H3O+  ácido conjugado da base H2O
HA H + A+ -
Nos líquidos biológicos o valor de [H+] costuma estar próximo de 
107 M (neutro); por exemplo, o sangue ligeiramente básico, com 
[H+] = 4,0  108 M 
 
Há exceções, no entanto, como o suco gástrico, por exemplo. 
Portanto, se em uma solução:
[H+] = 107 M  solução neutra
[H+] > 107 M  solução ácida (neste caso HO- < 107 M)
[H+] < 107 M  solução básica ou alcalina (neste caso HO- > 107 M)
Neutro
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
Progressi-
vamente 
mais 
básico
Progressi-
vamente 
mais ácido
NaOH 1 M
HCl 1 M
Suco de tomate
Alvejante 
doméstico
Detergente 
amoniacal
Suspensão de 
fermento químico
Clara de ovos
Sangue humano 
Lágrimas
Leite, saliva
Café preto
Cerveja
Vinho tinto
Refrigerante 
vinagre
Suco de limão
Suco gástrico
A escala de pH é prática e costuma ser 
usada entre 0 e 14
Na água pura
pH = log[H+] = log(107)= 7
Também na água pura:
pOH = 14 – pH = 14 – 7 = 7
Portanto, o pH da água pura = 7, enquanto 
soluções ácidas tem pH < 7 e básicas tem pH 
> 7.
Os valores de [H+] da maioria das
soluções são inconvenientemente
pequenos e difíceis de comparar. Uma
grandeza mais prática foi proposta em
1909, conhecida como Potencial de
Hidrogênio Iônico (pH).
Importância do pH
O pH pode ser medido usando vários corantes indicadores ou 
utilizando um equipamento chamado pHmetro.
A medida do pH é um dos procedimentos mais importantes e 
frequentemente usados na bioquímica.
A mudança de pH afeta a estrutura e a atividade das macromoléculas 
biológicas.
O pH do plasma sanguíneo das pessoas com diabetes grave está 
frequentemente abaixo do valor normal (acidose). Em certos outros 
estados de doenças o pH do sangue está maior que o normal 
(alcalose). 
O organismo pode permitir 
variações de pH?
Como manter a Homeostase 
ácido/base?
Tampões são sistemas aquosos que tendem a resistir às 
alterações no pH quando pequenas quantidades de ácido 
(H+) ou base (OH-) são adicionadas.
Se adicionarmos uma gota de HCl 1 M a um litro de água pura, o 
pH desce de 7 para 5 
 
Se fizermos a mesma coisa com um litro de sangue, no entanto, a 
variação será mínima 
 
Isto ocorre porque o sangue, assim como o interior das células, 
está TAMPONADO, isto é, possui um sistema de ácidos e bases 
fracas que tende a absorver excessos de prótons ou íons hidroxila 
O controle do pH no interior das células depende de um grande número 
de ácidos e bases conjugadas, tanto orgânicos como inorgânicos. 
 
Entre eles estão incluídos também proteínas, ácidos nucléicos e os 
lipídeos, bem como um grande número de moléculas orgânicas que 
possuem muitos grupos dissociáveis (ácido-básicos) que são efetivos 
como tamponantes na faixa de pH fisiológico. 
Os líquidos biológicos, tanto intracelular quanto extracelulares, são 
altamente tamponados.
O sangue é tamponado, basicamente, pelo sistema H2PO4/HPO4, 
pelos grupos dissociáveis da hemoglobina e outras proteínas, mas 
sobretudo, pelo sistema CO2/HCO3. 
 
O sistema CO2/HCO3 é bastante complexo:
CO2(d) + H2O 
K '
H2CO3
Ka
H + HCO3+ -
Por exemplo: o pH do sangue de pessoas saudáveis é 
estritamente controlado em pH 7,4
Dois tampões biológicos especialmente importantes são os 
sistemas (H2PO4/HPO42 ) dihidrogenofosfato/hidrogenofosfatoe 
(H2CO3 / HCO3 ) ácido fosfórico/bicarbonato.
O SISTEMA FUNCIONA CONFORME ESQUEMATIZADO: 
Fase aquosa
(sangue)
Fase gasosa 
(pulmões e ar) CO2(g)
CO2(d)
H2CO3
H+ + HCO3-
H2OH2O
Caso 1 – a produção de ácido lático no exercício físico aumenta a concentração de 
H2CO3 no sangue (diminui pH), aumentando a concentração de CO2 (d) com 
conseqüente aumento da pressão CO2 (g) nos pulmões, com isso, CO2 exalado.
Caso 2 - quando pH sanguíneo se eleva pela produção de NH3 durante o 
metabolismo protéico, a concentração de H+ está diminuída, forçando o CO2 (g) dos 
pulmões se dissolver no plasma sanguíneo, com conseqüente diminuição da 
pressão CO2 (g) nos pulmões.
Fontes de HFontes de H++ decorrentes dos decorrentes dos 
processos metabólicosprocessos metabólicos
Metabolismo
aeróbico da glicose
Metabolismo
anaeróbico da glicose
Ácido Carbônico Ácido Lático
Ácido Sulfúrico
Ácido Fosfórico
Corpos Cetônicos Ácidos
H+
Oxidação de Aminoácidos
Sulfurados
Oxidação incompleta de 
ácidos graxos
Hidrólise das fosfoproteínas e nucleoproteínas