As soluções tampão em sistemas biológicos

Uma solução tampão é uma solução aquosa de um ácido e da sua base conjugada que não sofre variações significativas de pH quando se adicionam pequenas quantidades de ácidos ou bases. São portanto soluções cujo pH ideal se encontra no centro da zona tampão do par conjugado ácido/base. Como já referido, muitos processos biológicos dependem do estado de protonação de moléculas como as enzimas, sendo portanto fundamental o controlo rigoroso do pH do meio em que esses processos se desenrolam. Fluidos como o sangue e o citoplasma têm um pH definido, geralmente em torno de 7, e que não muda significativamente graças à presença de diversas substâncias dissolvidas que actuam como tampão.

O citoplasma é rico em proteínas; os grupos laterais ionizáveis de aminoácidos que constituem essas proteínas têm um papel fundamental no tamponamento do meio intracelular. Outras moléculas ionizáveis, como o ATP, ácidos nucleicos e compostos intermediários de vias metabólicas, entre outros, contribuem também para a manutenção de um valor mais ou menos estável de pH no interior da célula.

Dois dos tampões fisiológicos mais importantes, especialmente em fluidos como o sangue, são o tampão de carbonatos e o tampão de fosfatos. O dióxido de carbono (CO2), um gás em condições normais de pressão e temperatura, pode dissolver-se em soluções aquosas formando ácido carbónico, H2CO3. Estabelece-se então o equilíbrio

CO2 (g) + H2O (l) H2CO3 (aq)

Por sua vez, o ácido carbónico dissocia-se em solução aquosa, estabelecendo-se um segundo equilíbrio:

H2CO3 HCO3- + H+

A quantidade de ião hidrogenocarbonato (HCO3-) em solução depende em primeira

instância da pressão parcial do CO2, pois esta determina o equilíbrio entre CO2 dissolvido e não dissolvido em solução. Assim, quanto mais dióxido de carbono for dissolvido, maior será a acidificação da solução aquosa em que este se dissolve.

O tampão de fosfatos, em situação fisiológica, refere-se especificamente ao equilíbrio

H2PO4- HPO4

2- + H+

sendo um tampão natural no citoplasma de todas as células, já que o grupo fosfato está presente em diversas moléculas biológicas.

Em trabalho laboratorial biológico e bioquímico é comum trabalhar-se com soluções tampão para manter o material de estudo (células, enzimas, tecidos, etc.) num meio com pH definido. Diversas soluções tampão podem ser feitas, dependendo do pH a que se pretende manter o material. Para isto. é necessário saber qual o pH óptimo desse material, ou seja, o pH a que se pode detectar um máximo de actividade fisiológica. Esta actividade está relacionada não só com o estado de protonação dos metabolitos envolvidos em reacções bioquímicas, mas também (e principalmente)

com a estabilidade e estado de protonação das enzimas envolvidas nessas reacções. Os tampões de carbonatos e fosfatos são vulgarmente usados, mas outros de origem sintética, como o Tris-HCl (base Tris(hidroxilamina)aminometano, ácido HCl) ou o HEPES (ácido N-(2-hidroxietilo)-piperazina-N'-2-etanesulfónico, uma molécula anfotérica), são também de uso comum.

A importância do tamponamento nos sistemas biológicos

 Íons hidrogênio são constantemente produzidos no corpo, seja através dos alimentos ingeridos na dieta ou pelo metabolismo geral. Podem ser produzidos ácidos voláteis (como o CO2) ou não voláteis (como o ácido lático e os corpos cetônicos), que seriam capazes de alterar o pH do organismo. No entanto, é importante que o pH sanguíneo (e conseqüentemente o pH corpóreo) seja mantido dentro de faixas estreitas que permitam a vida.

O pH influencia diversas funções metabólicas, por exemplo, a carga final das proteínas, a atividade enzimática, as características da membrana celular, a regulação de funções celulares e a pressão osmótica nos vários compartimentos do corpo (em conseqüência da carga final das proteínas fixada no interior das células).

Sendo assim, a presença de sistemas tampões se faz necessária e importante para manter o pH corpóreo constante (Fig. 1), bem como mecanismos fisiológicos de regulação do equilíbrio ácido-base. Os tampões mais importantes encontrados no sangue são os sistemas CO2/HCO3

- e a Hemoglobina. Outras moléculas que também influenciam neste equilíbrio são o fosfato, a amônia e a albumina. Além disso, diversos órgãos (não só os pulmões) também são importantes, regulando a excreção de ácidos ou bases, quando necessário.