Aula+1

INTRODUÇÃO À BIOQUÍMICA AMBIENTE CELULAR, ÁGUA E SOLUTOS

PROFESSORA FRANCIELY GROSE COLODI

UNICENTRO-PR

POR QUE ESTUDAR BIOQUÍMICA?

Interdisciplinaridade

Bioquímica

Fisiologia

Patologia

Farmacologia

Microbiologia

Imunologia

Genética

entre outras...

IMPORTÂNCIA DA BIOQUÍMICA

Entender o metabolismo das moléculas orgânicas, transformação dos constituintes alimentares em energia,

moléculas de armazenamento, renovação de estruturas, etc.

Funções

Substâncias celulares

Estruturas químicas

• Identificar a homeostasia do organismo e os seus fatores de regulação

• Compreender a dieta e suas relações com a saúde em geral

• Entender a utilização de exames laboratoriais realizados pela Bioquímica Clínica para evidenciar e avaliar as alterações do metabolismo


• Como um organismo mantém a sua identidade através das gerações?


• A Bioquímica procura explicar a vida em termos químicos



• Como podemos estudar no laboratório uma proteína que está na membrana mitocondrial interna?

CENTRIFUGAÇÃO DIFERENCIAL

Organelas com diferentes tamanhos sedimentam a

velocidades diferentes

FRACIONAMENTO GROSSEIRO


CENTRIFUGAÇÃO ISOPÍCNICA (mesma densidade)

Densidade de flutuação de cada organela coincide com a

densidade do gradiente

MAIOR PURIFICAÇÃO


ELEMENTOS ESSENCIAIS PARA A VIDA E PARA A MANUTENÇÃO DA SAÚDE ANIMAL

• Elementos de construção: componentes estruturais das células e tecidos (↑ quantidade)

• Elementos traço (↓ quantidade)

GRUPOS FUNCIONAIS COMUNS EM BIOMOLÉCULAS

MUITAS BIOMOLÉCULAS SÃO POLIFUNCIONAIS

ACETIL-COA

“PERSONALIDADE” QUÍMICA DE CADA COMPOSTO

Determinada pela:

• natureza química de seus grupos funcionais

• disposição destes grupos no espaço tridimensional

PESO MOLECULAR ou MASSA MOLECULAR RELATIVA (Mr)

• Conceito: relação da massa de uma molécula da substância a 1/12 da massa do 12C

• Portanto não tem unidade

MASSA MOLECULAR (M)

• Conceito: é simplesmente a massa de uma molécula ou a massa molecular dividida pelo nº de Avogadro (6,02 × 1023)

• É expressa em daltons (Da)

• 1 kDa = 1000 Da

CONCEITOS DE MASSA

• É o componente principal da matéria viva

• Constitui de 50 a 90% da massa dos organismos vivos

• Quanto maior a atividade metabólica de um tecido, maior é a taxa de água que nele se encontra

ÁGUA

Órgão % água

Encéfalo de embrião 92

Músculos 83

Pulmões 70

Rins 61

Ossos 48

Dentina 12

FLUIDOS: COMPARTIMENTOS

Volumes intra e extracelular VIC ~ 62% dos fluidos corporais são intracelulares VEC ~ 30% dos fluidos corporais são intersticiais ~ 8% dos fluidos corporais constitui-se no plasma

A TAXA DE ÁGUA DIMINUI COM O AUMENTO DA IDADE

Correlação entre o crescimento e os fluidos orgânicos

Pré-termo RN 1 ano Adulto

Peso corpóreo (kg) 1,5 3 10 70

Área corporal (m²) 0,15 0,2 0,5 1,7

Área corpórea/peso 0,1 0,07 0,05 0,02

% água do peso 80 75 65 60

VEC (%peso) 50 45 25 20

VIC (%peso) 30 33 40 40 FONTE: PIVA et al. (1997)

• CALOR ESPECÍFICO

• TENSÃO SUPERFICIAL

• PODER DE DISSOLUÇÃO

ÁGUA: PROPRIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS


CALOR ESPECÍFICO muito alto

Atua no equilíbrio da temperatura dentro da célula, impedindo mudanças bruscas de temperatura, que afetam o metabolismo celular

Calor específico de uma substância é a quantidade de calor necessária para elevar de um grau a temperatura da unidade de peso dessa substância


TENSÃO SUPERFICIAL grande

Moléculas com cargas aderem fortemente às moléculas de água, o que permite a manutenção da estabilidade coloidal

ÁGUA E PONTES DE HIDROGÊNIO

• As pontes de hidrogênio são consideradas ligações fracas

• Se uma ponte de hidrogênio se desfaz, logo outra é formada, mantendo as moléculas de água fortemente unidas - a este comportamento damos o nome de coesão


PODER DE DISSOLUÇÃO muito grande

Por isso, a água é considerada o solvente universal

ÁGUA E SOLUTOS

• O que ocorre na DISSOLUÇÃO dos cristais de sal?

NaCl (cloreto de sódio) em água → Na+ + Cl-

Um soluto é uma substância que pode ser dissolvida em um solvente, para

formar uma solução. A solução salina, por exemplo, tem o cloreto de sódio

como soluto e a água como o solvente

• Para se avaliar a concentração de íons hidrogênio numa solução, usa-se a unidade pH

• O pH é inversamente proporcional à concentração de H+

• Então, pH = - log [H+]

• Isto é, se o valor do pH muda em uma unidade, a concentração de H+ aumenta ou diminui em 10 vezes

IONIZAÇÃO DA ÁGUA

+ -

ÍONS H+

• Somente H+ livres é que afetam a concentração de H+

Exemplo

CO2 + H2O → H2CO3 → H+ + HCO3-

ESCALA DE PH

• Quanto menor o valor de pH mais ácida é a solução, maior é a [H+]

• Quanto maior o valor de pH mais básica é a solução, menor é a [H+]

[H+] = 0,001 = 10-3

pH = 3 → ácido

[H+] = 0,0000000001 = 10-10

pH = 10 → básico

• pH do sangue abaixo de 7,35 → acidose

superior a 7,45 → alcalose

EM NOSSO ORGANISMO...

acidose severa

pH alcança valores abaixo de 6,85

alcaloses severas

valores de pH são superiores a 7,95

• O interior das células reflete uma realidade metabólica diferente do plasma sanguíneo

• A atividade celular gera subprodutos ácidos

• pH habitual do líquido intracelular é mais baixo que o pH do plasma

PH INTRACELULAR

EXEMPLOS

células musculares pH = 6,9 (6,4 após um exercício extenuante)

células dos túbulos renais pH = 7,3

As células dos tecidos com maior atividade metabólica têm um pH levemente ácido, em

relação ao pH do sangue

Ácido ou base adicionados à água em pequenas quantidades: pH da solução altera- se rapidamente

Ácido ou base adicionados ao sangue em pequenas quantidades: não há alteração de pH

• Há necessidade de uma quantidade muito maior de ácido ou base, até que se produzam alterações do pH

• Esta defesa contra variações bruscas ou significativas de pH deve-se a presença de solução tampão no sangue

• Os líquidos intracelulares e intersticiais também possuem sistemas tampão

SISTEMA TAMPÃO

• Mantém o pH normal do organismo → HOMEOSTASE

• Solução tampão é capaz de resistir às variações de pH

• São misturas de ácidos fracos e suas bases conjugadas

SOLUÇÃO TAMPÃO

CH3COOH → H+ + CH3COO- o ácido acético é um

ácido fraco

o íon acetato é a base conjugada do

ácido acético íon

hidrogênio

ÁCIDOS E BASES

Ácidos fracos são aqueles que não se ionizam completamente quando dissolvidos em água

CH3COOH → H+ + CH3COO- ácido fraco: CH3COOH (doador de prótons) base conjugada: CH3COO- (receptor de prótons)

Ácido: toda substância que doa (ou libera) H+ Base: toda substância que é capaz de receber H+

HCl → H+ + Cl-

H+ + Cl- → HCl

REGIÃO DE TAMPONAMENTO

SOLUÇÃO TAMPÃO

SOLUÇÃO TAMPÃO: EQUAÇÃO DE HENDERSON-HASSELBACH

SOLUÇÃO TAMPÃO: EQUAÇÃO DE HENDERSON-HASSELBACH

Equação de Henderson-Hasselbach

SE PRECISAMOS FAZER UMA SOLUÇÃO TAMPÃO...

Equação de Henderson-Hasselbach

A equação que correlaciona valores de pH com as concentrações de base conjugada e ácido

CH3COOH → H+ + CH3COO-

Supondo que precisamos cultivar uma bactéria acidófila: . precisamos de pH = 5 . qual ácido utilizamos? pKa = 4,75 → ácido acético Quanto de ácido acético e de acatato precisamos?

pH = pKa + log [A-] / [HA] pH = 4,75 + log [CH3COO-] / [CH3COOH] 5 = 4,75 + log [CH3COO-] / [CH3COOH] log [CH3COO-] / [CH3COOH] = 5 – 4,75 log [CH3COO-] / [CH3COOH] = 0,25 [CH3COO-] / [CH3COOH] = 100,25 = 1,8

A concentração da base CH3COO- deve ser 1,8 vezes maior que a concentração do ácido CH3COOH

• Bicarbonato: o mais importante na saliva e sangue

• Fosfato: no citoplasma das células

• Proteínas

TAMPÕES BIOLÓGICOS

MECANISMOS REGULADORES: três mecanismos regulam o pH dos líquidos orgânicos mecanismo químico . sistemas tampão, capazes de neutralizar ácidos e bases em excesso, dificultando as alterações do pH mecanismo respiratório . elimina ou retém o CO2 do sangue mecanismo renal . a eliminação do H+ , conforme as necessidades

TAMPÕES BIOLÓGICOS: CONTROLE RESPIRATÓRIO

CO2 + H2O → H2CO3 → H+ + HCO3-

H2O

HCO3- + H+

H2CO3

CO2

CO2

sangue

alvéolo

H2O

ATIVIDADES FISIOLÓGICAS SÃO AFETADAS PELA CONCENTRAÇÃO DOS ÍONS HIDROGÊNIO (H+)

Variações do pH podem produzir alterações significativas no funcionamento do organismo:

Aumento da resistência vascular pulmonar

Redução da resistência vascular sistêmica

Alterações da atividade elétrica do miocárdio

Alterações da contratilidade do miocárdio

Alterações da atividade elétrica do sistema nervoso central

Alterações da afinidade da hemoglobina pelo oxigênio

Modificação da resposta a certos agentes químicos, endógenos e exógenos, como por exemplo, hormônios e drogas vasoativas

AVALIAÇÃO DO EQUILÍBRIO ÁCIDO-BASE

BICARBONATO

EXCESSO DE BASE

DEFICIT DE BASE

RESULTADOS DA GASOMETRIA ARTERIAL EM ACIDOSES METABÓLICAS

pH baixo, inferior a 7,35

pCO2 normal

bicarbonato real baixo, inferior a 22mEq/L

déficit das bases disponíveis. O déficit de bases (BD) calculado é sempre superior a -2mEq/L, freqüentemente ultrapassando o valor de -5mEq/L, conforme a figura


RESULTADOS DA GASOMETRIA ARTERIAL EM ALCALOSES METABÓLICAS

pH está elevado, superior a 7,45

pCO2 normal; não há interferência respiratória na produção do distúrbio

bicarbonato real elevado, acima de 28mM/L

excesso de bases (BE), superior a +2mEq/L


TABELA-3 MANIFESTAÇÕES CLÍNICAS COMFORME GRAU DE DESIDRATAÇÃO. 1

o grau (leve)

Intersticial 2

o grau (moderada) Intersticial +IV

3o grau (choque

hipovolêmico) Intersticial+IV +intracelular

Perda de peso Até 5% Até 10% Acima de 10% Perda de líq. <50 ml/Kg 50-100 ml/Kg >100 ml/Kg Tipo de choque Compensado Descompensado Turgor cutâneo diminuído pastoso Prega persistente Mucosas Levemente seca seca Ressecada Diurese diminuída oligúria oligoanúria Pressão card. normal Discreta diminuição hipotensão pH 7,4-7,22 7,30-6,92 7,10-6,8

FONTE: PIVA et al. (1997)

MANIFESTAÇÕES CLÍNICAS CONFORME GRAU DE DESIDRATAÇÃO

• Ácido lático ruminal 87 mM (valor normal 0,1 – 0,5 mM)

• Lactato sanguíneo 12,5 (valor normal 0,2 – 2 mM)

• pH sangue venoso 7,14

• Bicarbonato 14 mM

• Excesso/déficit base (EB/DB) - 9,5 mM

• pCO2 43 mmHg

• pH urinário 5,0

ORTOLANI, E.L. (2003). Diagnóstico e tratamento de alterações ácido-básicas em ruminantes. In: González, FH.D., Campos, R. (eds.): Anais do I Simpósio de Patologia Clínica Veterinária da Região Sul do Brasil. Porto Alegre: Gráfica da UFRGS. P. 17-29.

CASOS PRÁTICOS DE INTERPRETAÇÃO DE HEMOGASOMETRIA

Nota-se que a acidose metabólica no caso da acidose lática ruminal não tem compensação respiratória, ou seja, não tem maior eliminação de CO2 pois este se encontra dentro dos valores normais no sangue, por outro lado há queda no pH urinário indicando intensa excreção de íons H+.

CASO 1 . Acidose metabólica por formação exógena de ácido lático no rúmen Quadro hemogasométrico de um novilho com acidose lática ruminal, induzida experimentalmente a 24h (Ortolani e Maruta, 2002)

• Lactato sanguíneo 11 (valor normal 0,3 – 0,6 mM)


• Bicarbonato 13,7 mM

• Excesso/déficit base (EB/DB) - 10 mM

• pCO2 46,4 mmHg




CASO 2 . Acidose metabólica por formação endógena de ácido lático Quadro hemogasométrico de um bezerro com diarréia intensa causada por infecção entérica aguda (Rotavirus e Cryptosporudium parvum)

• Corpos cetônicos 5,5 (valor normal 0,2 – 1 mM)

• Ácidos graxos livres 800 (valor normal 50 – 200 μM)


• Bicarbonato 8,2 mM

• Excesso/déficit base (EB/DB) - 17 mM




CASO 3 . Acidose metabólica por formação de corpos cetônicos Quadro hemogasométrico de uma ovelha com toxemia da prenhez tipo 2, superalimentada

• Uréia sérica 50 (valor normal 2 – 6 mM)

• Creatinina 490 (valor normal 70 – 120 μM)

• pH sanguíneo 7,5

• Bicarbonato 36 mM

• Excesso/déficit base (EB/DB) 8,6 mM

• pCO2 48 mmHg



CASO 4 . Alcalose metabólica por menor excreção renal de bicarbonato Quadro hemogasométrico de um ovino com intoxicação acumulativa por cobre, de sangue venoso obtido no 3° dia após o início da hemoglobinúria (Machado e Ortolani, 1998)

ESTUDO DIRIGIDO CASOS CLÍNICOS:

ACIDOSE E ALCALOSE

CASO 1. Paciente de 30 anos chega ao Setor de Emergência em estado de coma, apenas

respondendo aos estímulos dolorosos. Sua respiração é superficial e com freqüência normal.

Familiares encontraram próximo a ela diversas caixas de tranqüilizantes vazias. Gasometria arterial:

pH= 7,20; PaCO2= 80mmHg; BR= 23 mM/L; BE= -1,2. Qual o distúrbio ácido-básico apresentado?

CASO 2. Após 24 horas de tratamento no CTI, a paciente do caso 1 ainda se encontra torporosa e

submetida a ventilação artificial. Gasometria arterial: pH= 7,52; PaCO2= 26 mmHg; BR= 25,6 mM/L;

BE= +1,2. Qual o distúrbio ácido-básico apresentado?

CASO 3. Paciente de 50 anos chega ao Setor de Emergência torporoso, desidratado, com respiração

profunda, pausa inspiratória e aumento da frequência respiratória. Ao exame clínico nota-se hálito

cetônico. Gasometria arterial: pH= 7,10; PaCO2= 36 mmHg; BR= 5 mM/L; BE= -18. Qual o distúrbio

ácido-básico apresentado?

CASO 4. Atleta de 20 anos está sendo submetido a avaliação funcional respiratória em repouso. Após

ser colhida amostra de sangue arterial, verifica-se que o analisador de gases sanguíneos está com

defeito e leva-se a amostra a outro laboratório. Gasometria arterial: pH= 7,30; PaCO2= 50 mmHg;

BR= 19 mM/L; BE= -3,5. Qual o distúrbio ácido-básico apresentado?

CASO 5. Paciente jovem chega ao Centro Cirúrgico com história de traumatismo abdominal há duas

horas. No local do acidente foi encontrado lúcido, hipocorado e com sinais de choque hipovolêmico.

Foi reposto rapidamente com solução fisiológica, albumina humana e bicarbonato de sódio. Chegou à

Emergência estável e equilibrado, o que permitiu avaliação adequada e pronta indicação cirúrgica.

Gasometria arterial: pH= 7,55; PaCO2= 35 mmHg; BR= 32 mM/L; BE= +5,8. Qual o distúrbio ácido-

básico apresentado?

CASO 6. Paciente de 23 anos está no CTI com quadro de choque séptico conseqüente a peritonite e

insuficiência respiratória grave, tipo síndrome de angústia respiratória aguda (SARA) em fase

avançada. Suporte circulatório com aminas vasoativas, reposição de volume e suporte respiratório

com ventilador mecânico estão sendo empregados. Gasometria arterial: pH= 7,21; PaCO2= 54 mmHg;


CASO 7. Paciente de 70 anos em pós-operatório de cirurgia abdominal queixa-se de câimbras e

prostração. Ao exame clínico minucioso observam-se abalos musculares e drenagem elevada pela

sonda nasogástrica (2.000mL/24 h). Gasometria arterial: pH= 7,62; PaCO2= 40 mmHg; BR= 36 mM/L;

BE= +8,0. Qual o distúrbio ácido-básico apresentado?

CASO 8. Paciente de 80 anos com septicemia secundária a pneumonia de aspiração está sendo

ventilada artificialmente. Ocorre queda súbita do nível de consciência sugestiva de acidente vascular

cerebral. Gasometria arterial: pH= 7,42; PaCO2= 36 mmHg; BR= 27,6 mM/L; BE= +1,3. Qual o

distúrbio ácido-básico apresentado?

CASO 9. Paciente de 55 anos com infarto agudo do miocárdio está na Unidade Coronariana em

choque cardiogênico. Apesar de suporte farmacológico com dobutamina, dopamina e adrenalina, a

perfusão é inadequada, apresentando extremidades frias, cianose periférica, anúria e sonolência.

Gasometria arterial: pH= 7,10; PaCO2= 35 mmHg; BR= 12 mM/L; BE= -15. Qual o distúrbio ácido-

básico apresentado?

CASO 10. Paciente de 17 anos chega à Emergência sem falar, apresentando batimento palpebral e

frequência respiratória de 50 incursões por minuto. Gasometria arterial: pH= 7,63; PaCO2= 18 mmHg;


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