pH e sistema tampão

pH

Afeta a estrutura e a atividade das biomoléculasAbsorção Medicamentos

Diagnóstico clínico (pH do sangue e urina)

pH = 1 = - log [H+]log[H+]

Determina as concentrações de H+ e OH- em qualquer solução aquosa

Escala de pH

Escala de pH

BASES: [H+]Aceptores de prótons, tendem a

incorporá-los em suas moléculas numa solução aquosa

ÁCIDOS: ↑ [H+]Doadores de prótons, tendem a perdê-

los numa solução aquosa

Ácidos e bases

Ácidos ou bases fortes: Completamente ionizados quando diluídos em solução aquosa

Ácidos ou bases fracas: Não estão completamente ionizados quando diluídos em água

Comuns em sistemas biológicos Papel importante no metabolismo e regulação

Par ácido-base conjugado

Doador de prótons e seu aceptor correspondente

CH3COOH H+ + CH3COO-

Quanto mais forte o ácido, maior a tendência em perder prótons

Constante de equilíbrio:

HA H+ + A-

Keq = [H+] [A-]

[HA]= Ka

Equação de Henderson-Hasselbach

Absorção de medicamentos

Fármacos são ácidos ou bases fracas presentes nas soluções tanto sob a forma ionizada (BH+ ou A-) quanto não-ionizada (B ou HA)Variam de acordo com o pH

BH+ B + H+

HA A- + H+

Absorção de medicamentos e pH

Ionizada (BH+ ou A-):Lipossolubilidade baixa sendo incapaz de atravessar as membranas

Não-ionizada (B ou HA):Lipossolúveis e podem se difundir através da membrana

Em qual pH a aspirina será melhor absorvida??

1 = 3 + log [A- ] [HA]

log [A- ] = -2 [HA]

log [A- ] = log 0,01 [HA]

[HA] = 100 vezes maior que [A-][A- ] = 1[HA] 100

Estômago (ácido)

Como será absorção da aspirina no pH = pka ??

3 = 3 + log [A- ] [HA]

log [A- ] = 0 [HA]

log [A- ] = log 1 [HA]

[A- ] = [HA] [A- ] = 1 [HA]

E como será a absorção da aspirina em ph básico ??

8 = 3 + log [A- ] [HA]

log [A- ] = 5 [HA]

log [A- ] = log 100.000 [HA]

[A- ] = 100.000 vezes maior que [HA]

[A- ] = 100.000 [HA]

Absorção de medicamentos e pH

Soluções que resistem às variações do pH quando pequenas quantidades de ácido (H+) ou base (OH-) são adicionados

Composto de um ácido fraco e a sua base conjugada em concentrações próximas

Tampões

Tamponamento resulta do equilíbrio de duas reações reversíveis que apresenta quantidades iguais ou próximas do doador (ácido) e aceptor (base) de prótons

Como determinar a concentração de um ácido ou base em uma solução?

Titulação:A concentração de ácido é

calculada a partir do volume e da concentração de base

Ácido Acético Acetato

Curva de titulação de ácidos com forças diferentes

Ácido Acético

Diidrogênio Fosfato

Ácido mais forte (perde H+ mais rapidamente) menor pKa

Íon Amônio

Ácido mais fraco (demora mais a perder H+) maior pKa

Qual a importância de uma curva de titulação?

Mostra graficamente que um par ácido-base conjugado

pode funcionar como um tampão

Ácido Acético Acetato

Ação dos tampões contra as variações de pH nos sistemas biológicos

Variações do pH provocam grandes variações na velocidade dos processos biológicos

Ex: Atividade enzimática em catalisar reaçõesPepsina

Enzima digestiva produzida no estômago Função: quebrar proteínas em peptídeos mais simples

Tripsina Age nas proteínas do quimo no intestino

Produzida no pâncreas e ativada no duodeno pelo suco intestinal

Fosfatase Alcalina Remove grupos fosfatos de nucleotídeos,

proteínas e alcalóides Produzida por diversos órgãos e tecidos

(ex: ossos, fígado e placenta)

Como manter o pH constante e específico?

Ácidos ou Bases fracos tamponam

células e tecidos contra variações no pH

Como manter o pH constante e específico??

Ácidos ou Bases fracos tamponam células e tecidos

contra variações no pH

Proteínas como sistemas tampão

Altas concentrações de proteínasAminoácidos apresentam grupos funcionais que são ácidos ou bases fracos

As proteínas possuem apenas um grupo amino e caboxila livre em cada extremidade. Outros grupos amino e carboxila dos aminoácidos restantes estão ligados covalentemente entre si (ligações peptídicas) e assim não contribuem para o comportamento ácido base da proteína. Assim, o que interessa na proteína como sistema tampão é o pKa da cadeia lateral.

Tamponamento do pH do citoplasma

Ex: Aminoácido Histidina (pKa = 6)Tamponamento efetivo em pH neutro

Sistemas Fosfato e Bicarbonato

Tampões biologicamente importantes

pH é constante e específico (mantém as biomoléculas em seu

estado iônico ótimo)

Tampão fosfato

Tamponamento do citoplasma pH entre 6,9 e 7,4

pH

pKa ~7,0

Tampão bicarbonato

Tamponamento do plasma sanguíneo pH ~ 7,4

H2CO3 do plasma sanguíneo está em equilíbrio com o CO2 dos pulmões

Como funciona o tampão bicarbonato durante um exercício físico?

Ácido láctico (H+) produzido no músculo é adicionado no sangue provocando

hiperventilação

Ácido carbônico

Como funciona o tampão bicarbonato quando o pH do sangue aumenta?Produção de amônia (NH3) durante o catabolismo de proteínas provoca:

Respiração lenta regula pH

Bicarbonato

Pacientes com problemas respiratórios (liberação de CO2)?

Ex: Fibrose Cística, Asma, Pneumonia Severa, Enfisema Pulmonar (DPOC)

Acidose respiratória

Muco pulmão dificulta a liberação de CO2

Insuficiência Respiratória – redução na eliminação de CO2

Causas possíveis:Asma - depressão respiratória devido a resistência na passagem do arPneumonia severa – prejuízo nas trocas gasosas Aumento da pCO2 nos tecidos.O equilíbrio desloca-se para a direita.

CO2 + H20 H+ + HCO3-

Acidose Respiratória

Compensação renal:excreta H+ ( aumentar pH plasmático)reabsorve HCO3

- (combina com H+ livre e aumenta o pH)

Hiperventilação histérica

Ex: Pessoas ansiosas com crise nervosa

Alcalose respiratória

Freqüência respiratória

Alcalose Respiratória

Algumas causas possíveis: Dor Histeria AnsiedadeA alcalose respiratória ocorre como resultado da hiperventilaçãoA diminuição de CO2 desloca o equilíbrio pra esquerdaPara reverter: respirar dentro de um saco de papel

CO2 + H20 H+ + HCO3-

Compensação renal:excreta HCO3

-

reabsorve H+ (Diminuir pH, aumentando conc H+)

SOLUÇÃO: Respirar novamente o CO2

expirado ( CO2) Reverte a alcalose respiratória

Acidose metabólica

Ex: Diarréia [HCO3-]

SOLUÇÃO: Hiperventilação consegue reverter instantaneamente

a acidose metabólica

Acidose metabólica não compensada é raramente vista clinicamente

Hiperventilação

SOLUÇÃO: Respiração lenta consegue reverter

instantaneamente a alcalose metabólica

Alcalose metabólica

Ex: Vômito [H+](elimina conteúdo do estômago)

hipoventilação

Distúrbios ácido-base

Distúrbios ácido-base

Equilíbrio ácido-base