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22/03/2019
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pH e Tampões Biológicos
PhD Diego Viana Gomes
Objetivos
• Descrever as características da molécula da água, suas interações e 
importância.
• Descrever conceitos de polaridade.
• Descrever conceitos pH.
• Descrever conceitos ligações e interações químicas.
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Tipos celulares
Procariótica (bactérias) Eucariótica (animal x vegetal)
Tipos celulares
• Procariótica (bactérias)
• 2um
• Envelope celular
• Membrana externa e membrana plasmática
• Peptidioglicanos (camada medial composta por 
polímeros)
• Nucleóide contem molécula de DNA e o 
citoplasma
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Tipos celulares
• Eucariótica (animal x vegetal)
• Possui núcleo e outras organelas envoltas por membranas com funções 
específicas:
• Mitocôndrias; retículo endoplasmático; complexo de Golgi; lisossomos
• Animal
• 5 a 30um
• Vegetal
• 10 a 100um
• Vacúolos e cloroplastos
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Ponte de hidrogênio
• Atração entre um átomo eletronegativo 
(receptor de H: Oxigênio, Nitrogênio) e um 
átomo de Hidrogênio ligado covalentemente 
a outro átomo eletronegativo (O, N).
• Atração eletrostática entre o átomo de 
oxigênio de uma molécula de água e o 
hidrogênio de outra.
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Por que o gelo flutua na água?
FIGURA 2‐2 Ligações de hidrogênio no gelo. 
Água como solvente x NaCl
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Polaridade
Átomo central
Possui par de e 
livre
polar
N possui par de e 
livre
No Ligações = No de 
Atomos iguais
Apolar
No Ligações ≠ No de 
Atomos iguais
Polar
Água
Amônia
Metano
Interação eletrostática da Água com solutos 
carregados (Hidrofílico x Hidrofóbico)
• H2O é um solvente polar
• Compostos carregados e polares são dissolvidos pela água
• Hidrofílicos (gosta de água)
• Solventes não polares (clorofórmio/benzeno) são pobres para 
biomoléculas polares, mas dissolvem fácil moléculas não polares 
(lipídios e graxas)
• Hidrofóbicos (não gosta de água – medo)
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Hidrofílico
• NaCl + H2O
• Substitui Soluto-Soluto por Soluto-Água
Hidrofóbico
• Gases não polares são pouco solúveis:
• O2, N2, CO2
• Hemoglobina e Mioglobina
• Compostos anfipáticos (sabão)
• Parte hidrofílica + Parte hidrofílica
• Micelas – interações hidrofóbicas
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Compostos anfipáticos em solução aquosa
Salto de prótons. 
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A água pura é levemente ionizada
Apesar de geralmente se mostrar o produto de dissociação da água
como H+, os prótons livres não existem em solução; os íons
hidrogênio formados em água são imediatamente hidratados para
formar íons hidrônio (H3O
+).
Constante de equilíbrio, Keq
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Keq da água
A escala de pH indica as concentrações de H+
e OH-
O produto iônico da água (Kw) é base da escala de pH. É um meio de 
designar a concentração de H+ e OH- de qualquer solução aquosa.
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pH – Concentração de hidrogênio iônica total
• Meio ácido: quantidade de hidrônios > (maior) que a de hidróxidos;
• pH < 7, o meio será ácido (indica [H+] > [OH-])
• Meio neutro: quantidade de hidrônios = (igual) a de hidróxidos;
• pH = 7, o meio será neutro (indica [H+] = [OH-]);
• Meio básico: quantidade de hidrônios < (menor) que a de hidróxidos
• pH > 7, o meio será básico (indica [H+] < [OH-]);
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O pH afeta a estrutura e a atividade de
macromoléculas biológicas; por exemplo, a
atividade catalítica das enzimas é
extremamente dependente do pH
“Eu queria descobrir o que aconteceria com um homem se ele fosse mais ácido ou mais 
alcalino[...] Poder-se-ia, claro, primeiro fazer experimentos em um coelho. Na realidade, 
foram feitos alguns trabalhos nesse sentido, mas é difícil, de qualquer forma, ter certeza de 
como um coelho se sente. Na verdade, alguns coelhos não levavam a sério a possibilidade 
de cooperar comigo.”
Eles se alcalinizaram por meio de hiperventilação e ingestão de bicarbonato de sódio, o 
que os deixou com dificuldade respiratória e uma cefaleia muito forte. Haldane chegou à 
conclusão de que se comesse cloreto de amônio, ele seria degradado no organismo, 
liberando ácido clorídrico e amônia. No fígado, a amônia poderia ser convertida em ureia, 
um produto inócuo. O ácido clorídrico se combinaria com o bicarbonato de sódio, que 
existe em todos os tecidos, produzindo cloreto de sódio e dióxido de carbono. Esse 
experimento levaria a uma respiração ofegante que mimetizaria a acidose diabética e o 
estágio final da doença renal.
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Caso clínico
Em indivíduos com diabetes melito não tratado, a falta de insulina, ou a insensibilidade à insulina (dependendo 
do tipo de diabetes), interrompe a captação de glicose do sangue para dentro dos tecidos e os força a usar os 
ácidos graxos armazenados como principal combustível. Devido a razões que serão descritas em detalhes 
posteriormente (ver Figura 24-31), a dependência de ácidos graxos leva ao acúmulo de altas concentrações de 
dois ácidos carbo-xílicos, o ácido β-hidroxibutírico e o ácido acetoacético (nível de 90 mg/100 mL no plasma 
sanguíneo, comparada com , 3 mg/100 mL nos indivíduos saudáveis; excreção urinária de 5 g/24 h, comparada 
com , 125 mg/24 h nos controles saudáveis). A dissociação desses ácidos diminui o pH do plasma sanguíneo 
para valores menores que 7,35, causando acidose. Acidose grave leva a sintomas como ce-faleia, vômitos e 
diarreia, seguido de estupor, convulsões e coma, provavelmente porque em pH mais baixos algu-mas enzimas 
já não funcionam otimamente. Quando um paciente apresenta glicose alta no sangue, baixo pH plas-mático e 
altos níveis de ácido β-hidroxibutírico e ácido ace-toacético na urina e no sangue, o diagnóstico mais provável é 
diabetes melito. Outras condições também podem produzir acidose. Je-jum e inanição forçam o uso dos 
estoques de ácidos graxos para produção de energia, com as mesmas consequências geradas pelo diabetes. 
Esforço físico exagerado, como cor-rida para atletas ou ciclistas, leva a um acúmulo temporário de ácido láctico 
no sangue. A deficiência renal leva a uma diminuição da capacidade de regular os níveis de bicarbo-nato. 
Doenças do pulmão (como enfisema, pneumonia e asma) reduzem a capacidade de eliminar o CO2 produzido 
por oxidação dos combustíveis nos tecidos, com o resultante acúmulo de H2CO3 . O tratamento da acidose é 
feito de acordo com a condição apresentada – insulina para pessoas com diabetes; esteroides ou antibióticos 
para pessoas com doenças pulmonares. Acidose grave pode ser revertida pela administração intravenosa de 
solução de bicarbonato. 
Acidose diabética
• Falta de insulina diminui a captação de glicose
• Aumenta a captação de ácidos graxos
• Aumenta Ácidos carbônicos (ácido β-hidroxibutírico e o ácido 
acetoacético) Plasma Diabetes=90 mg/100mL; saudável=3 mg/100mL 
• A dissociação desses ácidos diminui o pH do plasma sanguíneo para 
valores menores que 7,35, causando acidose.
• Acidose grave leva a sintomas como cefaleia, vômitos e diarreia, 
seguido de estupor, convulsões e coma, provavelmente porque em 
pH mais baixos algumas enzimas já não funcionam otimamente. 
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Outras condições de acidose
• Jejum / Inanição – ácidos graxos como energia
• Esforço físico exagerado - acúmulo temporário de ácido láctico no 
sangue.
• A deficiência renal leva a uma diminuição da capacidade de regular os 
níveis de bicarbonato. 
• Doenças do pulmão (como enfisema, pneumonia e asma) reduzem a 
capacidade de eliminar o CO2 produzido por oxidação dos 
combustíveis nos tecidos, com o resultante acúmulo de H2CO3 .
Tampões biológicos
• Tamponamento contra alterações de pH nos sistemas biológicos
• Tampões são sistemas aquosos que tendem a resistir às alterações no 
pH quando pequenas quantidades de ácido (H+) ou base (OH-) são 
adicionados.
• Temos um pH constante nas células e tecidos
• Histidina (aminoácido) – pH 6.0
• Amônia – ureia
• Fosfato (H2PO4) – doador; (HPO-24)
• Bicarbonato
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Você acha que as soluções tampão são 
importantes para os sistemas biológicos?
• íon amônio, NH4 (pKa=9,25)• ácido fosfórico, H2PO4 (pKa=6,86)
• ácido acético CH3COOH(pKa=4,76)
Ex: Corrida (Lactato – CO2)
• Bicarbonato (HCO3
-) 
• Ácido carbônico (H2CO3 )