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Ana Luiza Azevedo de Paula – Odontologia Água, Ph e Sistema Tampão Aula de biomorfofuncional 1 A água é o principal componente na maioria das células. Cerca de 70 % do nosso organismo é água, e em alguns animais, como por exemplo a água- viva, cerca de 90 % do organismo é composto por água . Sendo assim, para que exista vida, a água é fundamental principalmente no seu estado líquido e a geometria da molécula de água e suas propriedades como solvente tem um papel fundamental na determinação das propriedades dos seres vivos. A molécula de água é formada pelo grupamento de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio. A organização destes átomos no espaço, de forma não linear das ligações (pontes de hidrogênio) estabelece zonas positivas e negativas na molécula que assim forma um ângulo de 104,5°, garantindo suas propriedades intrínsecas e fundamentais a vida, como dito anteriormente. Devido esta polaridade, as moléculas de água se organizam através da atração mantida entre polos opostos (+ com –) entre moléculas distintas. Isso permite uma forte atração, denominada coesão molecular, que no estado líquido desta substância promove alta tensão superficial. Polaridade da molécula de água A natureza polar de água é o que determina suas propriedades como solvente. Essa polaridade se deve a distribuição desigual de cargas. O átomo de oxigênio é mais eletronegativo que o de hidrogênio, ou seja, o núcleo do oxigênio atrai os elétrons envolvidos na ligação O - H mais fortemente que o núcleo do hidrogênio. Essa propriedade é decisiva na polaridade da molécula de água, uma vez que torna o oxigênio mais negativo (com os elétrons mais próximos) e o hidrogênio mais positivo (com os elétrons mais afastados). Ou seja, a molécula de água é polar, sendo o oxigênio seu pólo negativo (2δ-, já que são dois elétrons a mais) e os hidrogênios seus pólos positivos (δ+, um elétron a menos para cada átomo). Ana Luiza Azevedo de Paula – Odontologia A polaridade também garante à molécula de água, desempenhar importantes reações extra e intra- celular, como: a solubilidade de outros compostos (proteínas, carboidratos, lipídios) na presença de água, sendo denominadas hidrofílicas, as que se dissolvem na água e hidrofóbicas, as que não se dissolvem na água. Também age participando de reações metabólicas (catabólicas ou anabólicas), que podem ser sínteses por desidratação (ligação peptídica entre dois aminoácidos gerando uma molécula de água) ou quebra por hidrólise (hidrólise da Adenosina Trifosfato – ATP, para geração de “energia” Celular). ü Compostos icônicos ou polares serão solúveis em água. ü Compostos apolares serão insolúveis em água ou pouco solúveis em água. Ligações A ligação que prende os átomos dentro de uma molécula é a ligação covalente. Ligações covalentes são ligações fortes em que os átomos dos elementos químicos compartilham seus elétrons a fim de ficarem estáveis. É um tipo de ligação química que ocorre entre átomos de hidrogênio, ametais e semimetais, com a finalidade de ficarem estáveis. As forças de atração entre as moléculas são de natureza elétrica. Forças gravitacionais também existem, mas podemos desprezá-las por serem muito menores do que as forças elétricas. As ligações são as forças exercidas para manter unidas duas ou mais moléculas. Elas correspondem a ligações químicas que tem a função de unir ou repelir as moléculas de um composto. As forças intermoleculares provocam estados físicos diferentes nos compostos químicos. Essas forças podem ser divididas em dois tipos: forças de Van der Waals e Ligação de Hidrogênio. Ligação de hidrogênio ou ponte de hidrogênio Como água é um composto polar, o pólo positivo de uma molécula atrai o pólo negativo de outra, o que resulta em uma atração eletrostática. Essa atração é Ana Luiza Azevedo de Paula – Odontologia chamada ligação de hidrogênio (ou ponte de hidrogênio), e ocorre entre átomos de hidrogênio com oxigênio, nitrogênio ou flúor. As ligações de hidrogênio, apesar de serem as mais fortes entre as forças consideradas fracas, são bem menos estáveis que as ligações covalentes, prova disso é que a energia de dissociação de uma ligação de hidrogênio entre moléculas de água é cerca de 23 kJ/mol, enquanto que a da ligação O - H (covalente) da água é de 470 kJ/mol. Figura 32. Ligação de hidrogênio entre duas moléculas de água Outra característica das ligações de hidrogênio é a rapidez com que elas se formam e são quebradas. A todo instante moléculas de água estão interagindo entre si, formando ligações de hidrogênio que duram de um a vinte picossegundos (1 ps = 10-12 s). Quando uma ligação se quebra, imediatamente outra se forma. Uma molécula de água pode fazer ligações de hidrogênio com até outras quatro moléculas, mas isso só ocorre quando a água está solidificada. Interação de Van de Waals A força de Van der Waals ou interação de Van der Waals, é a soma de todas forças atrativas ou repulsivas, que não sejam forças devidas a ligações covalentes entre moléculas (ou entre partes da mesma molécula) ou forças devido à interação eletrostática de ions. Existem três interações distintas: ü força entre dois dipolos permanentes (Força de Keesom) ü força entre um dipolo permanente e um polo induzido (Força de Debye) ü força entre dois dipolos instantaneament e induzidos (Força de dispersão London) As forças de van der Waals diferenciam-se das ligações de hidrogênio e das interações dipolo- dipolo por serem mais fracas em comparação a estas. Interações hidrofóbicas Interações hidrofóbicas são um tipo de interação intermolecular no qual compostos apolares sofrem consequências das ações dinâmicas dos compostos polares. Isso significa que os compostos polares interagem entre si e, como os apolares não tem Ana Luiza Azevedo de Paula – Odontologia qualquer tipo de interação, eles são forçados a ficar numa condição que "atrapalhe menos" a interação dos compostos polares. Como exemplo de compostos polares temos a água. Já os apolares temos como exemplo os compostos orgânicos em geral, como os óleos. Moléculas apolares não apresentam regiões carregadas capazes de induzir atração às moléculas de água (polares) e, portanto, são insolúveis. Compostos hidrofílicos tem afinidade com a água e são considerados solúveis. Todas essas ligações químicas se relacionam com propriedades biológicas. Essas forças determinam dobramentos de proteínas , participam da formação da membrana de células , tudo depende dessas propriedades que são bem específica de moléculas de agua Dissociação de água e escala de pH Através dessa propriedade de ionização da agua que nos temos a definição de pH e da escala da escala do pH. Conceitualmente, o pH é uma medida que expõe a concentração de íons de hidrogênio em uma solução. Se a gente aumentar uma unidade de pH, significa que você vai ter 10 vezes mais a concentração de hidrogênio e se a gente diminuir uma unidade de pH, significa que você vai diminuir 10 vezes. Isso ocorre por que na química, os logaritmos são usados para calcular o pH, sendo assim uma função logarítmica. Essa escala de pH oscila de 0 até 14, onde 7 é considerado neutro, onde abaixo de 7 são as soluções ácidas, e acima de 7 vão para alcalinidade. Assim, o pH servepara nos indicar se uma solução é ácida, neutra ou básica. Esses valores podem ser medidos de forma precisa por meio de um aparelho chamado peagômetro. Ácidos e bases O comportamento bioquímico de compostos naturais depende de suas propriedades acido- básicas Arrhenius (1884), Bronsted- Lowry (1923) e Lewis (1923) foram os principais estudiosos que desenvolveram teorias acerca dos ácidos e bases. Eles tentaram explicar as características e os Ana Luiza Azevedo de Paula – Odontologia principais comportamentos dessas funções. De acordo com Arrhenius, ácidos são substâncias que em solução aquosa liberam íons positivos de hidrogênio (H+) através do processo de ionização. As bases, na mesma condição, liberam íons negativos (OH-) por meio da dissociação iônica. ü Ácido são substâncias capazes de doar prótons.São subdividido em ácido forte onde há uma completa desassociação e ácido fraco onde a desassociação é parcial. ü Base são substâncias capazes de receber prótons. Ácidos e bases são considerados inversos quimicamente. Por exemplo, eles formam íons opostos e quando passam pela reação de neutralização, o pH do meio é estabilizado. Além dessa, outras características podem ser mencionadas: ü Estrutura : Ácidos são moleculares, pois são formados a partir de uma ligação covalente. Já as bases, além de moleculares podem ser iônicas, ou seja, formadas por ligação iônica. ü Solubilidade: Os ácidos se dissolvem facilmente na água, contudo a maioria das bases são insolúveis. Há alguns casos específicos, como as bases de metais alcalinos (solúveis), metais alcalinoterrosos (pouco solúveis) e hidróxido de amônio (solúvel). ü Condutividade elétrica : Os ácidos são capazes de conduzir energia elétrica quando estão dissolvidos em água, assim como as bases moleculares. ü Indicadores : Quando um indicar tem sua cor modificada em função do contato com um ácido, a base é capaz de fazer a substância indicativa retornar a sua cor original e vice-versa. A manutenção da concentração de íons H+ livres nos fluidos corporais é mantida dentro da estreita faixa fisiológica de 35 a 45 nanomolar. Portanto, se existe uma alta produção fisiológica de ácidos e bases e ao mesmo tempo há a necessidade de manter o pH constante, a existência de sistemas- tampões nos fluidos biológicos é vital. Além disso, nosso organismo está exposto a diversas variações de pH, Ana Luiza Azevedo de Paula – Odontologia seja na dieta ou no ambiente. Embora, o metabolismo produza continuamente ácidos, o pH do fluido extracelular é normalmente mantido dentro de limites estreitos, entre 7,35 e 7,45 (Normal = 7,40). Os ácidos produzidos pelo organismo são imediatamente tamponados por tampões intra- e extracelulares. Sistema Tampão Uma solução tampão consiste na mistura de um acido fraco e sua base conjugada. Ela resiste a mudanças de pH quando se adiciona pequenas quantidades de ácidos ou bases fortes. A solução tampão é considerada mantederas de pH, lembrando que ela tem o limite de ação que é o limite de concentração para aquela solução. O principal sistema tampão no organismo o mano é o sistema tampão de bicarbonato. Sistema tampão de bicarbonato O sistema tampão constituído pelo bicarbonato (HCO3-) e pelo ácido carbônico (H2CO3) tem características especiais nos líquidos do organismo. O ácido carbônico (H2CO3) é um ácido bastante fraco e a sua dissociação em íons hidrogênio (H+) e íons bicarbonato é mínima, em comparação com outros ácidos. Quando um ácido é adicionado ao sangue, o bicarbonato do tampão reage com ele produzindo um sal, formado com o sódio do bicarbonato e ácido carbônico. O ácido carbônico produzido pela reação do bicarbonato do tampão, se dissocia em CO2 e água e é eliminado nos pulmões. Quando uma base invade o organismo, o ácido carbônico (H2CO3) reage com ela, produzindo bicarbonato e água. O ácido carbônico diminui. Os rins aumentam a eliminação de bicarbonato ao invés do íon hidrogênio, reduzindo a quantidade de bicarbonato no organismo, para preservar a relação do sistema tampão. Além disso, é responsável por controlar o pH do sangue no plasma que tem que ta em torno da neutralidade, 7.35 qate 745. Se há um aumento de pH acima ou baixo desses níveis, pode ocorrer acidose ou alcalose que são incompatíveis com a vida. ü Acidose: sangue com excesso de ácido ou pouca base, resultando em ph sanguíneo baixo ü Alcalose: O sangue com excesso de base ou pouco ácido, resultando em um ph sanguíneo alto. Essas anormalidades causam alguns efeitos no corpo, como por exemplo náuseas e fadiga. Ana Luiza Azevedo de Paula – Odontologia Sistema de tamponamento salivar As glândulas salivares se localizam na região da face, e são responsáveis pela produção e secreção da saliva na cavidade oral. A saliva é uma secreção formada 90% por muco e 10% por uma solução de ptialina. ü Função do muco: A secreção mucosa é rica em uma proteína denominada mucina, que também vai auxiliar no controle de pH dos ductos salivares. ü Ptialina: A secreção seroso é rica em ptialina, que é uma enzima produzida pelas glândulas salivares e que vai atuar na cavidade oral, onde vai se iniciar o processo de digestão química de carboidratos e amidos. A princípio, quando secretada, a saliva é inicialmente formada pelas secreções serosa e mucosa, ricas em ptialina e mucina, respectivamente. Porém, os ductos salivares tem papel importante na composição iônica da saliva e consequente manutenção do pH salivar que varia entre 6.8 até 7.3 o que gira em torno da neutralidade. Durante a passagem da saliva pelo canal salivar, o epitélio do canal salivar vai controlar a composição iônica da saliva, permitindo a saída de cloreto (Cl-) e de sódio (Na*) e liberando a entrada de bicarbonato (HCO3-) e de potássio (K*). Desta forma, as glândulas salivares são responsáveis pelas secreções enquanto os ductos salivares são responsáveis pelo controle das composições iônicas salivares. Através da constante do valor pk a gente consegue estabelecer a força de ácidos e o grau de atuação do sistema de tamponamento. Nesse caso do sistema de bicarbonato, acima 6.1 temos mais atuação do bicarbonato, e acima de 6.8 temos a atuação maior do fosfato. No sistema de tamponamento da saliva tem o sistema fosfato, bicarbonato e as mínimas que são glicoproteínas salivares agentes protetores de mucosas e potenciais moléculas de adesão para microrganismos. No caso da saliva, o tampão bicarbonato é mais atuante durante o dia, ou seja, está mais presente na salivação estimulada. Já o tampão fosfato é mais atuante durante a noite, de repouso. É importante a escovação durante a noite, por que o tampão fosfato é menos efetivo. Referências: http://www.if.ufrgs.br/fis01038/biofisica/agua/agua.htm https://www.educamaisbrasil.com.br/enem/quimica/acidos-e-bases https://www.ufrgs.br/leo/site_ph/bicarbonato.htm https://professor.ufrgs.br/sites/default/files/lucasalvares/files/poligrafo _3_-_tampoes_biologicos_-.pdf
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