Aguá, Ph e solução tampão

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Água, Tampões e pH do sangue
Água 
 Substância mais abundante dos seres vivos (cerca de 70%)
 
Os primeiros organismos vivos surgiram em um ambiente aquoso 
Provável que as primeiras biomoléculas “evoluíram” em ambiente aquoso.
Água 
Apenas um número reduzido de organismos, a maioria bactérias e archea resiste a desidratação de mais de 50% do volume normal de água.
 A quantidade de água no citosol é essencial ao metabolismo celular
Diminuição de 30% inibe totalmente o metabolismo celular 
A água é um reagente em muitos processos bioquímicos, incluindo hidrólise, condensação e reações de oxidação-redução.
Água 
Estrutura da água 
Ligação covalente
A eletronegatividade é a capacidade que um átomo tem de atrair para si o par de elétrons que ele compartilha com outro átomo em uma ligação covalente
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Gelo
H2O líquida
A água forma pontes de hidrogênio com solutos polares
Aceptor de hidrogênio
Doador de hidrogênio
O aceptor de hidrogênio é, geralmente, um oxigênio ou nitrogênio
O hidrogênio doador está sempre ligado a um átomo eletronegativo (O, N, S)
A ligação C—H não é suficientemente polar para formar pontes de hidrogênio
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 Porque o óleo não dissolve em água?
Alguns exemplos de moléculas polares, apolares e anfipáticas
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Moléculas apolares em meio aquoso
As moléculas de água em contato com a cauda apolar de (hidrocarboneto) ficam com sua capacidade de formar pontes de H sub-otimizada.
Isso leva a um aumento da quantidade de pontes de H água—água na região circundante a cauda apolar
Cauda 
Hidrofóbica
(alquila)
Moléculas de água à volta da cauda hidrofóbica
Agregados de moléculas de água
“Cabeça”
hidrofílica
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Lipídeos dispersos em água
Agregados de moléculas lipídicas
(monocamada)
Micela
Agrupando-se em micelas as moléculas de ácido graxo minimizam a exposição de sua cauda apolar à água. 
Comportamento de lipídios em meio aquoso
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A água interage eletrostáticamente com solutos carregados
Ex.: a dissolução do NaCl
Na+ hidratado
(solvatado)
Cl- hidratado
(solvatado)
Cristal de NaCl anidro
Formação de uma camada de solvatação
O oxigênio da água (d-) interage com Na+
O hidrogênio da água (d+) interage com o Cl-
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Osmose e Pressão osmótica
Osmose é o movimento de água através de uma membrana semipermeável causado por diferença na pressão osmótica entre os lados da membrana
Osmose, o movimento da água através de uma membrana
semipermeável ocasionado por diferenças na pressão
osmótica, é um fator importante na vida de grande parte
das células. As membranas plasmáticas são mais permeáveis
à água que a maioria das outras moléculas pequenas,
íons e macromoléculas, porque os canais proteicos (aquaporinas;
ver Figura 11-45) na membrana seletivamente
permitem a passagem de água. Soluções com osmolaridade
igual à do citosol de uma célula são ditas isotônicas em
relação àquela célula. Circundada por uma solução isotônica,
uma célula nunca ganha ou perde água (Figura 2-13).
Em soluções hipertônicas (com maior osmolaridade que
o citosol), a célula encolhe assim que a água se transfere
para fora. Em soluções hipotônicas (com menor osmolaridade
que o citosol), a célula incha assim que a água entra.
Nos seus ambientes naturais, as células geralmente contêm
maior concentração de biomoléculas e íons que nas suas vizinhanças,
logo a pressão osmótica tende a enviar a água
para dentro das células. Se não estiver de alguma forma
contrabalançada, essa invasão de água para dentro das células
pode distender a membrana plasmática e no final causar
o rompimento celular (osmólise).
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Efeito da osmolaridade
Solutos extracelulares
Solutos intracelulares
Meio hipertônico – a água sai, a célula crena
Meio isotônico - a quantidade de água que entra é igual a que sai
Meio hipotônico – a água entra, a célula incha até arrebentar
A membrana celular é mais permeável a água do que aos seus solutos
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Ionização ????
É quando uma molécula adquire uma característica carregada, sejam cargas positivas ou negativas
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Ionização da água
A ionização da água é um processo reversível sendo crucial para o seu papel na função celular
A escala de pH (Potencial Hidrogeniônico) 
Essa escala foi desenvolvida por um bioquímico dinamarquês conhecido como Sörensen. 
 Ele definiu o termo pH pela expressão: 
pH = - log [H+] e consequentemente 
[H+] = 10-pH
A escala de pH indica as concentrações de H1 e OH–
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O mesmo vale para pOH: 
 pOH = - log [OH-] e consequentemente 
 [OH-] = 10-pOH 
Relação entre pH e pOH: pH + pOH = 14
Importância do pH
O pH afeta a estrutura e a atividade das macromoléculas biológicas. Ex: enzimas
Medidas do pH do sangue e da urina são comumente empregadas no diagnóstico médico.
O pH de pessoas com diabetes grave, é frequentemente menor que o valor normal (7,4); condição chamada de acidose.
Sistemas tampão
Um ácido ou uma base fraca possui um comportamento específico quando adicionado ácido ou base ao meio. 
Por mais que se adicione ácido ou base em um meio contendo tampão, o pH sempre tenderá a se manter estável por decorrência de equilíbrio...
Sistemas tampão
... que se mantém devido a dissociação do denominador (HA) e a associação dos numeradores (H+ e A-)...
Sistemas tampão
...logo, tampão é toda solução que impede que ocorram variações bruscas de pH em uma determinada faixa quando é adicionado ácido ou base ao meio
Sistemas tampão
Solução Tampão
Tampões são sistemas aquosos que tendem a resistir a mudanças de pH quando pequenas quantidades de ácido (H+) ou base (OH– ) são adicionadas;
Um sistema tampão consiste em um ácido fraco (o doador de prótons) e sua base conjugada (o aceptor de prótons).
Sistema tampão
 Ácidos: substâncias capazes de doar prótons
 Bases: substâncias capazes de recebê-los
Sistema tampão
 Conceitos gerais 
Ácido/ base forte
Ácido/ base fraca
HCl
H+ + Cl-
NaOH
Na+ + OH-
Somente um sentido
Dissociação total
HA
H+ + A-
HB +
H+ + B
Ambos os sentidos
Dissociação parcial
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 Um doador de prótons e seu correspondente aceptor de prótons constituem um par conjugado ácido-base 
A tendência de qualquer ácido (HA) de perder um próton e formar sua base conjugada (A–) é definida pela constante de equilíbrio (Keq) para a reação reversível:
Sistema tampão
Equação do equilíbrio
Keq= constante de dissociação ou de ionização = Ka
Quanto maior a acidez de uma solução, mais baixo é o pH. 
Ácidos fracos se ionizam parcialmente para liberar um íon hidrogênio, baixando, portanto, o pH de uma solução aquosa. 
Bases fracas aceitam um íon hidrogênio, aumentando o pH. 
O pKa expressa, em uma escala logarítmica, a força relativa de um ácido ou base fraca.
Quanto mais forte o ácido, menor é o seu valor de pKa; quanto maior a base, maior é o valor do pKa.
Região de tamponamento
No ponto central da região de tamponamento, a concentração do doador de prótons (ácido acético) é exatamente igual à do aceptor de prótons (acetato);
O pH nesse ponto na curva de titulação do ácido acético é igual ao seu pKa. 
Equação de Henderson-Hasselbalch:
A equação de Henderson-Hasselbalch também permite:
calcular o pKa, dado o pH e a razão molar do doador e do aceptor de prótons;
(2) calcular o pH, dado o pKa e a razão molar do doador e do aceptor de prótons; e
(3) calcular a razão molar entre doador e aceptor de prótons, dados o pH e o pKa.
Ácidos ou bases fracas tamponam células e tecidos contra as mudanças de pH
Os fluidos intracelulares ou extracelulares de organismos multicelulares têm como característica um pH quase constante. 
A primeira linha de defesa dos organismos contra mudanças internas de pH é proporcionada por sistemas tampão. 
pH em sistemas biológicos
Dois tampões biológicos especialmenteimportantes são o sistema fosfato e o bicarbonato. 
O tampão fosfato, que age no citoplasma de todas as células, consiste em H2PO4– como doador de prótons e HPO2-4 como aceptor de prótons:
pH do Sangue
O plasma sanguíneo é tamponado em parte pelo sistema tampão do bicarbonato, consistindo em ácido carbônico (H2CO3) como doador de prótons e bicarbonato (HCO3- ) como aceptor de prótons 
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O controle biológico do pH das células e dos fluidos corpóreos é de importância central em todos os aspectos do metabolismo e atividades celulares;
 Mudanças no pH sanguíneo têm consequências fisiológicas marcantes 
pH em sistemas biológicos
Temos uma solução tampão formada por Ácido acético 0,10 M e Acetato de sódio 0,10M. Dado: pKa = 4,76 
a) Calcule o pH desta solução. 
O acetato de sódio se dissocia totalmente em água formando o ânion acetato, que é a base conjugada do ácido acético. Ou seja, para calcular o pH, basta aplicar na equação de Henderson-Hasselbach: 
pH = pKa + log [base conjugada]/[ácido]
 pH = 4,76 + log 0,1/0,1 
pH = 4,76 + log 1 
pH = 4,76 + 0 
pH = 4,76 
Exercício 
(a) Qual é o pH de uma mistura de 0,042 M de NaH2PO4 e 0,058 M de Na2HPO4?
b) Qual é o pH de uma solução que tem [H+ ] de: 
a) 1,75 x 10-5 mol/L 
pH = -log 1,75 x 10-5 
pH = 4,76 
b) 6,5 x 10-10 mol/L 
pH = 9,19 
c) 1,0 x 10-4 mol/L 
pH = 4 
Usa menos (-) depois log depois (abre parenteses elevado^).
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Referências Bibliográficas
Nelson, David L; Cox, Michael M. Princípios de bioquímica de Lehninger.6ª ed.,Porto Alegre : Artmed, 2014.
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BERG, J. M.; TYMOCZKO, J. L.; STRYER, L.. Bioquímica. 7ª ed., Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2014. 
HARVEY, R. A.; FERRIER, D. R. Bioquímica Ilustrada. 5ª ed., Porto Alegre: Artmed, 2012.
COMPRI-NARDY, M. B.; STELLA, M. B.; OLIVEIRA, C. Práticas de Laboratório em Bioquímica e Biofísica. 1ª ed., Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2009.