Bioquímica - ÁGUA E SISTEMA TAMPÃO

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Água 
*No estado líquido, encontra-se parcialmente ionizada, o 
que permite que ela atue como aceptor ou doador de 
prótons 
→ essas propriedades de ionização influenciam na 
estrutura, na automontagem e nas propriedades 
de todos os componentes celulares, como 
proteínas, ácidos nucléicos e lipídios 
*Funções 
→ banhar as células 
→ transportar compostos (ex: hormônios, 
vitaminas) no sangue 
→ movimento de moléculas (íons) para dentro e 
através dos compartimentos celulares 
→ separação de moléculas carregadas e dissipação 
de calor 
→ participação em reações químicas 
→ propiciação de ambiente adequado para as 
reações químicas 
*Devido ao fato de a gordura ter relativamente pouca 
água associada a ela, pessoas obesas têm uma 
porcentagem mais baixa de água corporal do que pessoas 
magras, mulheres tendem a ter uma porcentagem mais 
baixa do que homens, e pessoas mais velhas têm uma 
porcentagem mais baixa do que pessoas mais jovens 
*Cerca de 40% da água corporal total é intracelular, e 
60%, extracelular 
→ a água EXTRACELULAR inclui o líquido no 
plasma (sangue após as células sanguíneas 
serem removidas) e a água intersticial (o líquido 
nos espaços teciduais, que fica entre as células) 
→ água TRANSCELULAR: porção pequena e 
especializada da água extracelular que inclui 
secreção gastrintestinal, urina, suor e líquidos 
que escapam através das paredes capilares 
devido ao excesso de pressão hidrostática ou 
inflamação 
Importância das pontes de hidrogênio 
*Diferença de eletronegatividades/cargas entre o 
hidrogênio e oxigênio faz com que a água seja uma 
molécula polarizada 
*A molécula de água como dipolo gera as uniões pontes 
de hidrogênio entre as moléculas de água, o que favorece 
o ordenamento das moléculas 
PONTES DE HIDROGÊNIO 
→ para que se estabeleçam as pontes de hidrogênio 
são necessários: 
 átomo eletronegativo (por exemplo, N e 
O) 
 H ligado covalentemente a um átomo 
eletronegativo 
→ não são restritas somente à molécula de água; 
são fundamentais para estabilizar algumas 
moléculas 
→ possibilitam que a água seja um excelente 
solvente 
O movimento da água nos compartimentos celulares 
*É distribuída de forma a manter uma HOMEOSTASIA 
na OSMOLARIDADE entre os compartimentos celulares 
(intra, extra e interstício) 
→ há equilíbrio entre os compartimentos 
→ a PRESSÃO OSMÓTICA é responsável por 
manter a mesma quantidade de água em ambos 
lados da membrana 
EXEMPLO CLÍNICO: 
Hiperglicemia → diurese osmótica 
* ↑ glicose no sangue (alta concentração da molécula) → 
passa do sangue para os rins (no glomérulo) e para a 
urina (requerendo alta quantidade de água) → 
aumentando a osmolaridade do filtrado glomerular 
*Consequência: ↑ volume de água excretada na urina 
(poliúria) → DESIDRATAÇÃO INTRACELULAR 
→ perda de água nos outros compartimentos 
→ algumas células, mais sensíveis à desidratação, 
como as células do sistema nervoso, não 
resistem durante muito tempo a essa perda de 
água 
→ esse quadro pode levar o indivíduo ao coma 
Potencial hidrogeniônico da água 
*Água se dissocia parcialmente em íons H+ e OH- 
*Dissociação pode ser quantificada por meio do produto 
iônico da água (forma matemática de identificar a 
concentração dos íons numa amostra de água) 
→ Kw pode ser medido experimentalmente 
medindo-se a [H+] na água pura 
 
 
Água e Sistema Tampão 
 
[H+].[OH-]= Kw (produto iônico) = 10-14 M2 (Constante) 
 [H+] = 10 -7M consequentemente [OH-] = 10-7M 
se [H+] então [OH-] 
 
[H+] = 10-13 [OH-] = 10-
1 
 
 
→ Kw – base da escala de pH - meio de designar a 
[H+] em qualquer solução aquosa entre 1M de 
H+ e 1M de OH- 
pH = -log10 [H+] 
 
 
 
 
 
Escala de pH 
*A escala de pH é logarítmica, logo, um aumento em uma 
unidade de pH significa uma concentração 10x maior de 
H+ 
 
 
 
 
 
 
*Todas as moléculas do organismo necessitam de 
condições determinadas (como temperatura e pH) para 
funcionarem corretamente 
→ qualquer alteração no pH tem consequências 
drásticas – manter o pH constante é 
fundamental para a sobrevivência 
ex: alterações nas atividades enzimáticas 
OBS: 
• pH sangue e urina: emprego no diagnóstico de 
muitas doenças (ex: diabetes – acidose 
sanguínea) 
Importância e funcionamento dos sistemas 
tampões 
Ácidos e Bases 
*ÁCIDOS: compostos que DOAM hidrogênios 
*BASES: compostos que RECEBEM hidrogênios 
*Força de um ácido/base → relacionada com a sua 
dissociação 
↑ quanto mais forte; mais dissociado 
*SISTEMAS BIOLÓGICOS: predominância de ácidos e 
bases fracos (não completamente ionizáveis em água) 
porque desempenham papéis importantes no 
metabolismo e sua regulação 
*Um doador e seu respectivo receptor formam um par 
ácido-base conjugado 
 
 
*Cada ácido tem uma tendência característica para doar 
prótons em solução aquosa 
Ácidos e Bases fracas 
*SISTEMAS TAMPÃO: responsáveis por manter o pH 
constante independentemente da situação em que o 
organismo se encontra 
*A constante de dissociação (Ka) representa a tendência 
de um ácido conjugado (HA) a se dissociar e a doar íon 
hidrogênio para a solução 
→ valor alto: ácido forte Ka 
→ valor baixo: ácido fraco Ka 
HA ⇌ H+ + A- (par ácido-base conjugado) 
Ka = 
[H+] [A−]
[𝐻𝐴]
 
*Outra forma de identificar a força de um ácido é por 
meio de seu pKa 
pKa = - log Ka 
→ valor alto: ácido fraco pKa 
→ valor baixo: ácido forte pKa 
O que são os sistemas tampões? 
*Mistura de um ácido fraco e sua base conjugada; tendem 
a resistir as mudanças de pH mediante a pequenos 
acréscimos de ácido ou base 
Equação de Henderson-Hasselbalch: relaciona 
pH, pKa e concentração do tampão 
pH = pKa + log10 
[A−]
[𝐻𝐴]
 
 
 
 
Equilíbrio 
[H+] = [OH-] 
Neutralidade 
pH = 7,0 
 
 Ácido acético Acetato 
CH3COOH  H+ + CH3COO- 
ÁCIDO 50% DISSOCIADO: 
pKa = pH 
permite saber em qual pH ocorre 50% da 
dissociação 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
*Cada tampão tem um pKa 
*Na figura: ácido acético tem pH = 4,76; podendo atuar 
como tampão num pH=3,76 a pH=5,76 
Manutenção do pH corpóreo: tampões biológicos 
*Moléculas que podem receber ou doar prótons também 
podem ser consideradas como um tampão 
*Exemplos de tampões biológicos 
→ fosfato (maioria das células) 
→ bicarbonato (extracelular) tampão sanguíneo 
→ hemoglobina (eritrócitos) 
→ algumas proteínas (células e plasma) 
*Função: manter o pH corpóreo praticamente constante 
Sangue: 7,36-7,44 
Intracelular: 7,1 (6,8-7,8) 
MORTE CELULAR: pH ≤ 6,4 e pH ≥ 8,4 
 
Pulmões e Rins: controle do equilíbrio 
ácido-básico e distúrbio clínicos 
Produção de ácidos metabólicos no corpo 
*Por que são necessárias tantas moléculas atuando como 
tampões? Porque o corpo humano é um grande produtor 
de ácidos e bases 
→ respiração celular: formação de CO2 (contato 
com a água forma o H2CO3 – caráter ácido) 
→ H2CO3 se dissocia em HCO3-, que tem caráter 
básico 
*Até que o ácido produzido pelo metabolismo possa ser 
excretado como CO2 no ar expirado e como íons na 
urina, ele precisa ser tamponado nos líquidos corporais 
*Exemplos de tampões no corpo: sistema-tampão 
bicarbonato-ácido carbônico (atua no líquido 
extracelular), sistema-tampão da hemoglobina nos 
eritrócitos, sistema-tampão fosfato em todos os tipos de 
células e sistema-tampão de proteínas das células e do 
plasma 
 
EXEMPLO CLÍNICO: 
ingestão de altas quantidades de aspirina 
*o ácido acetilsalicílico é rapidamente convertido em 
ácido salicílico no corpo 
ácido salicílico  salicilato- + H+, pKa = ~3,5 
*o efeito inicial da Aspirina® é produzir uma alcalose 
respiratória por uma estimulação da área de controle 
“metabólico” central da respiração no hipotálamo 
→ aumenta a frequência respiratória e a expiração 
de CO2 
→ seguido por uma complexa acidose metabólica 
causada, em parte, pela dissociação do ácido 
salicílico 
*O salicilato tambéminterfere na produção mitocondrial 
de ATP, o que resulta em aumento da produção de CO2 
e acumulação de lactato e outros ácidos orgânicos no 
sangue 
→ pode diminuir a função renal e, portanto, 
provocar a acumulação de ácidos fortes de 
origem metabólica, como ácido sulfúrico e ácido 
fosfórico 
Sistema- tampão bicarbonato 
 *O sistema tampão faz a regulação do pH sanguíneo 
(sangue tem tendência a se acidificar devido à presença 
de CO2 proveniente da respiração celular) 
*Na corrente sanguínea, o CO2 reage com água e forma 
ácido carbônico (reação catalisada pela enzima 
ANIDRASE CARBÔNICA) 
 
uma pessoa com deficiência de zinco pode ter 
problemas em seu sistema de tamponamento 
pelo mau funcionamento da anidrase carbônica 
→ ácido carbônico tem tendência em se dissociar 
parcialmente em bicarbonato e hidrogênio (pKa 
= 7,4) ácido 50% dissociado num pH fisiológico 
é um tampão 
 
 
 zinco-dependente (sem zinco, ela não 
funciona; presente na maior parte das células) 
 
 
*CO2 está em estado gasoso nos pulmões e dissolvido no 
sangue (tendência é estar em equilíbrio) 
*Possíveis alterações e consequências: 
→ adição de ácido no sangue 
ácido se conjuga com o HCO3- e forma H2CO3, 
que se dissocia em CO2 e H2O 
CO2 é enviado para o pulmão e eliminado 
EXPIRAÇÃO CO2 → ELEVA O pH 
→ adição de base no sangue 
H+ se liga à base para neutralizá-la 
eleva-se o nível de HCO3- e o pH tende a subir 
(indesejado) 
H2CO3 se dissocia para liberar H+ e manter a 
homeostasia, reduzindo a quantidade de ácido e 
demandando mais formação 
necessidade de acumular mais CO2 por meio da 
respiração para formar mais H2CO3 
ACÚMULO DE CO2 → DIMINUI O pH 
*Processo é regulado por quimiorreceptores que 
monitoram os valores de pH, estimulando o centro 
respiratório 
Bicarbonato e Hemoglobina nos Eritrócitos 
*O CO2 produzido pelo metabolismo celular é 
convertido em bicarbonato e H+ nos eritrócitos 
→ no interior desses, o H+ é tamponado pela 
hemoglobina (Hb) e pelo fosfato (HPO42-). 
→ o bicarbonato é transportado para dentro do 
sangue para tamponar o H+ gerado pela 
produção de outros ácidos metabólicos, como o 
corpo cetônico ácido acetoacético 
→ outras proteínas (Pr) também servem como 
tampões intracelulares 
 
 
 
 
 
Tamponamento intracelular 
*Sangue em acidose 
→ células permitem a entrada de H+ e sua ligação 
com proteínas (atuam como aceptor de prótons) 
ou com PO43-, que unido ao H+ forma o H3PO4 
→ proteínas e fosfato têm a capacidade de doar e 
receber elétrons, podendo auxiliar no 
tamponamento 
→ ACIDEMIA: pH plasmático baixo 
→ como a carga do próton que entra é positiva, 
para não haver desequilíbrio a célula envia um 
K+, de mesma carga, para fora 
→ aumento do nível de K+ extracelular provoca 
HIPERCALEMIA (tamponamento tecidual na 
acidose pode levar a um aumento na 
concentração sanguínea de potássio) 
*Sangue em alcalose: 
→ células liberam prótons (que estavam associados 
a proteínas ou ao H3PO4) 
→ hidrogênio exportado para fora da célula 
contribui para diminuir o pH sanguíneo 
→ baixa concentração de hidrogênio no plasma: 
ALCALENEMIA (pH plasmático baixo) 
→ como a carga do próton que sai é positiva, para 
não haver desequilíbrio a célula absorve um K+, 
de mesma carga 
→ redução do nível de K+ extracelular provoca 
HIPOCALEMIA no sangue 
Classificação dos distúrbios ácido-básicos 
*Pulmões são o componente respiratório do sistema 
tampão de bicarbonato (podem aumentar ou diminuir a 
frequência respiratória, influenciando na pressão de CO2 
*Rins são o componente metabólico do sistema tampão 
de bicarbonato (responsáveis por lidar com os níveis de 
HCO3- aumentar a reabsorção quando for necessário 
→ também realizam a eliminação de hidrogênio e 
de outros ácidos não voláteis 
→ regulação metabólica do pH é um processo mais 
demorado 
*Distúrbios no pH podem ter tanto origem metabólica 
como respiratória 
→ acidose respiratória (pCO2) 
→ acidose metabólica ( HCO3-) 
→ alcalose respiratória ( pCO2) 
→ alcalose metabólica (HCO3-) 
 
Avaliação sanguínea para detectar alterações ácido-
base 
*GASOMETRIA: permite avaliar quantitativamente os 
gases sanguíneos sempre que houver suspeita de 
desequilíbrios no sistema ácido-base 
 
 
→ avaliar o valor do pH 
Os rins no controle do bicarbonato 
*Situação normal: bicarbonato é totalmente absorvido 
no túbulo contorcido proximal (praticamente 
inexistente na urina) 
*Células tubulares proximais são impermeáveis ao 
bicarbonato 
→ hidrogênio proveniente da dissociação do 
H2CO3 dentro da célula tubular se junta ao 
HCO3- presente no filtrado, formando H2CO3 
→ anidrase carbônica catalisa a quebra em CO2 e 
H2O 
→ CO2 se difunde para a célula tubular e, na 
presença da anidrase carbônica e de água, forma 
novamente o ácido carbônico 
→ H2CO3 se dissocia em HCO3- e H+ 
→ HCO3- volta para o sangue, concluindo a 
reabsorção e o H+ é novamente enviado para o 
lúmen, a fim de reiniciar o processo no filtrado 
(NÃO HÁ PERDA DE H+) 
*As células tubulares distais também são impermeáveis 
ao bicarbonato 
→ entrada de CO2 que se combina com a H2O por 
meio da anidrase carbônica para formar H2CO3 
→ dissociação em HCO3- e H+ 
→ HCO3- é reabsorvido pela corrente sanguínea e o 
H+ é eliminado através da urina 
→ como o H+ tem caráter ácido, deve ser 
tamponado antes de ser excretado (pH urinário 
mínimo = 5) 
tamponamento pode ocorrer a partir dos 
grupamentos amina, liberados a partir do 
metabolismo de aminoácidos (ex: glutamina), 
formando amônia, ou a partir de HPO42-, 
formando H3PO4 
OBS: 
• nem sempre o sistema de tamponamento é 
eficiente, às vezes, por patologias por exemplo, o 
pH se altera 
• o organismo tem MECANISMOS DE 
COMPENSAÇÃO: se a alteração de pH for de 
origem respiratória, a compensação será 
metabólica (e vice versa) 
• alcaloses são mais raras de acontecer 
• acidoses são comuns em pacientes com 
problemas respiratórios 
• a ocorrência de problemas respiratórios pode 
sobrecarregar os rins no processo de 
tamponamento, o que pode, a longo prazo, 
ocasionar problemas renais 
 
Distúrbios ácido-básicos mistos 
*Exemplo: acidose relacionada tanto ao sistema 
respiratório como ao metabólico 
→ alto nível de CO2 (acidose respiratória) 
→ baixo nível plasmático de HCO3- (acidose 
metabólica) 
→ pH muito baixo 
*Exemplo: alcalose relacionada tanto ao sistema 
respiratório como ao metabólico 
→ baixo nível de CO2 (alcalose respiratória) 
→ alto nível plasmático de HCO3- (alcalose 
metabólica) 
→ pH muito alto 
Distúrbios clínicos 
* Acidose metabólica 
→ diabetes mellitus (cetoacidose) 
→ acidose lática 
→ insuficiência renal (ácidos não voláteis) 
→ diarreia grave (perda de bicarbonato) 
* Acidose respiratória 
→ doenças obstrutivas crônicas das vias aéreas 
→ asma grave 
→ depressão do centro respiratório (drogas) 
→ fraqueza nos músculos respiratórios 
* Alcalose metabólica 
→ vômitos (perda de hidrogênio) 
→ após aspiração nasogástrica após cirurgias 
→ administração de bicarbonato durante 
ressuscitação (após parada cardíaca) 
* Alcalose respiratória 
→ hiperventilação (ansiedade, febre, durante 
exercícios físicos, gestação) 
→ doenças pulmonares associadas à 
hiperventilação 
 
 
 
 
 
EXTRA: HEMOGLOBINA KANSAS E HEMOGLOBINA 
HELSINKI 
• A Hb Kansas tem uma mutação de AAC para 
ACC no códon 102 do gene β-globina, que resulta 
em uma substituição de asparagina por treonina, 
ocasionando baixa afinidade da Hb Kansas pelo 
oxigênio e baixo cooperativismo, cenário que 
dificulta a ligação do oxigênio ao grupo heme 
para ser transportado até as células 
• na Hb Helsinki, diferentemente, há a 
substituição da lisina beta 82 (EF6) por 
metionina, ocasionando maior afinidade da HB 
Helsinki pelo oxigênio e afetando a ação do 2,3 
bifosfoglicerato, que deixa de facilitar a liberação 
de oxigênio nos tecidos 
• consequênciaspara os pacientes 
- a hemoglobinopatia da HB Helsinki terá 
maiores consequências, pois resulta na redução 
do efeito Bohr, o que induz o processo de hipóxia 
tecidual; como mecanismo compensatório, há a 
eritrocitose (produção de hemácias em excesso), 
que pode aumentar o risco de coágulos 
sanguíneos, ataques cardíacos e derrames, o que 
pode levar o paciente a óbito 
- o quadro ocasionado pela HB Kansas resulta 
em cianose (coloração azulada da pele e/ou 
mucosas provocada pela escassez de oxigênio 
no sangue), contudo, os pacientes são 
assintomáticos e não requerem nenhum 
tratamento específico