Soluções tampão

Soluções tampãoSoluções tampão Os sistemas biológicos, ao nível intra e Os sistemas biológicos, ao nível intra e

extracelular, necessitam manter o pH (bem extracelular, necessitam manter o pH (bem como outros parâmetros) dentro de valores como outros parâmetros) dentro de valores adequados para garantir o seu bom adequados para garantir o seu bom desempenho. O meio deve, por isso, ser desempenho. O meio deve, por isso, ser tamponado, ou seja, não sofrer grandes tamponado, ou seja, não sofrer grandes alterações de pH.alterações de pH.

SOLUÇÃO TAMPÃOSOLUÇÃO TAMPÃO - É uma solução - É uma solução aquosa que não sofre alteração significativa aquosa que não sofre alteração significativa de pH com a adição de pequenas de pH com a adição de pequenas quantidades de ácido ou base.quantidades de ácido ou base.

Soluções tampão (cont.)Soluções tampão (cont.) O sistemas biológicos (células individuais, O sistemas biológicos (células individuais,

fluidos orgânicos e sistemas de órgãos) fluidos orgânicos e sistemas de órgãos) regulam o seu funcionamento, regulam o seu funcionamento, relativamente ao pH, num processo relativamente ao pH, num processo denominado denominado homeostase ácido-basehomeostase ácido-base..

O pH do sangue (±7,4) é o O pH do sangue (±7,4) é o pH fisiológicopH fisiológico..

Exemplo da importância da manutenção do Exemplo da importância da manutenção do pH:pH:Enzimas e outras proteínas podem ser Enzimas e outras proteínas podem ser inactivadas ou mesmo destruídas se inactivadas ou mesmo destruídas se colocadas num meio com pH≠pH colocadas num meio com pH≠pH óptimo.óptimo.

Soluções tampão (cont.)Soluções tampão (cont.)

Os sistemas biológicos têm diversas Os sistemas biológicos têm diversas estratégias para contrariar alterações de estratégias para contrariar alterações de pH. Entre estas estratégias incluem-se os pH. Entre estas estratégias incluem-se os diversos diversos sistemas tampãosistemas tampão..

Soluções tampão (cont.)Soluções tampão (cont.)

Os sistemas tampão, constituídos geralmente pelo par ácido-base conjugado, têm eficiência máxima para um pH=pKa, ou seja, quando a concentração do ácido é igual à concentração da sua base conjugada.

A escolha da solução tampão em ensaios bioquímicos no laboratório deve ter em conta o pH a que se pretende manter o meio.

? – Poderia usar o ácido acetilsalicílico (pKa=3,5) para tamponar uma solução a pH fisiológico?

?

Soluções tampão (cont.)Soluções tampão (cont.) Os critérios que devem presidir à escolha Os critérios que devem presidir à escolha

de um sistema tampão:de um sistema tampão:• Impermeável relativamente às membranas Impermeável relativamente às membranas

celulares;celulares;• Não interferência nos processos biológicos;Não interferência nos processos biológicos;• Não deve absorver radiação visível ou UV;Não deve absorver radiação visível ou UV;• Não formação de compostos insolúveis Não formação de compostos insolúveis

(precipitação);(precipitação);• Contribuição mínima para a composição iónica Contribuição mínima para a composição iónica

(força iónica do meio influencia processos (força iónica do meio influencia processos biológicos);biológicos);

• Limitada influência da temperatura na Limitada influência da temperatura na alteração do pH;alteração do pH;

• O pKa não deve distar do pH mais do que 1 O pKa não deve distar do pH mais do que 1 unidade.unidade.

Preparar uma solução tampãoPreparar uma solução tampão Para a preparação de uma solução Para a preparação de uma solução

tampão utiliza-se o ácido e um sal da tampão utiliza-se o ácido e um sal da sua base conjugada (de sódio ou sua base conjugada (de sódio ou potássio-mto. solúveis):potássio-mto. solúveis):

HA – ácidoHA – ácido

NaA – sal sódicoNaA – sal sódico

As espécies presentes em solução As espécies presentes em solução serão HA e Aserão HA e A-- (e o Na (e o Na+ + ou o Kou o K+ + mas mas estes não interferem no processo).estes não interferem no processo).

Preparar uma solução tampão Preparar uma solução tampão (cont.)(cont.)

Exemplo – solução tampão de ácido Exemplo – solução tampão de ácido acético (CHacético (CH33COOH) 0,2M.COOH) 0,2M.

1.1. pKa = 4,76pKa = 4,76

2.2. Como um tampão exerce o seu efeito Como um tampão exerce o seu efeito de forma mais eficiente qundo pH=pKa de forma mais eficiente qundo pH=pKa apenas podemos pretender tamponar apenas podemos pretender tamponar um meio a um pH próximo do pKa. um meio a um pH próximo do pKa. Neste exemplo digamos que Neste exemplo digamos que pretendemos tamponar a pH = 5.pretendemos tamponar a pH = 5.


• Podemos então, para pH = 5, Podemos então, para pH = 5, utilizando a eq. de Henderson-utilizando a eq. de Henderson-Hasselbalch, calcular a relação entre as Hasselbalch, calcular a relação entre as concentrações da forma ácida concentrações da forma ácida (CH(CH33COOH)=HA e da sua base COOH)=HA e da sua base conjugada (CHconjugada (CH33COOCOO--)=A)=A--::

pH = pKa + log([ApH = pKa + log([A--]/[HA])]/[HA])5 = 4,76 + log([A5 = 4,76 + log([A--]/[HA])]/[HA])

log([Alog([A--]/[HA]) = 0,24 ]/[HA]) = 0,24 [A[A--]/[HA] = 1,74/1]/[HA] = 1,74/1

[A-][A-]

[HA][HA]


1.1. O total das conc. relativas do ácido e base conjugada, a O total das conc. relativas do ácido e base conjugada, a pH=5, é 1,74+1=2,74. pH=5, é 1,74+1=2,74.

Uma vez que a concentração total da nossa solução tampão Uma vez que a concentração total da nossa solução tampão é 0,2M, então, nessa situação específica, teremos:é 0,2M, então, nessa situação específica, teremos:

[CH[CH33COOCOO--] = 0,2x1,74/2,74=0,127M] = 0,2x1,74/2,74=0,127M[CH[CH33COOH] = 0,2x1/2,74=0,073MCOOH] = 0,2x1/2,74=0,073M

Resumindo:Resumindo: Um tampão de ácido acético poderia ser usado para Um tampão de ácido acético poderia ser usado para tamponar uma solução a pH=5 pq. pH≈pKa (4,76). A esse tamponar uma solução a pH=5 pq. pH≈pKa (4,76). A esse pH, para uma solução de ác. acético 0,2M, a concentração pH, para uma solução de ác. acético 0,2M, a concentração da forma protonada=0,073M e da sua base conjugada seria da forma protonada=0,073M e da sua base conjugada seria 0,127M. Para preparar 1 litro desta solução seria, assim, 0,127M. Para preparar 1 litro desta solução seria, assim, necessária uma massa de 0,127x82=10,41g de CHnecessária uma massa de 0,127x82=10,41g de CH33COONa e COONa e 0,073x60=4,38g de CH0,073x60=4,38g de CH33COOH.COOH.

mM(CHmM(CH33COONa)=82g/molCOONa)=82g/molmM(CHmM(CH33COOH)=60g/molCOOH)=60g/mol

Tampão fosfato (HPOTampão fosfato (HPO442-2-/H/H22POPO44

--))

Útil na tamponização Útil na tamponização do fluido intracelular a do fluido intracelular a pH fisiológico (pK2 é pH fisiológico (pK2 é próximo do pH próximo do pH fisiológico). Graças a fisiológico). Graças a este efeito o pH este efeito o pH intracelular é mantido intracelular é mantido entre 6,9 e 7,4. entre 6,9 e 7,4.

O fosfato é um anião O fosfato é um anião abundante nas abundante nas células, seja na sua células, seja na sua forma inorgânica ou forma inorgânica ou como constituinte de como constituinte de um grupo funcional, um grupo funcional, integrado numa integrado numa molécula orgânica.molécula orgânica.

Outros sistemas tampãoOutros sistemas tampão

HistidinaHistidinaAlguns péptidos ou proteínas contendo o Alguns péptidos ou proteínas contendo o aminoácido histidina são adequados para a aminoácido histidina são adequados para a tamponização a pH fisiológico. Exº.: A tamponização a pH fisiológico. Exº.: A anserinaanserina, um dipeptídeo contendo , um dipeptídeo contendo ββ--alanina e histidina tem um pKa de 7,04, alanina e histidina tem um pKa de 7,04, próximo do pH fisiológico.próximo do pH fisiológico.

Grupo Imidazola

Tampão bicarbonatoTampão bicarbonato

BicarbonatoBicarbonato

Tampão do Tampão do plasma sanguíneoplasma sanguíneo..

HH22COCO33 HCOHCO33--+H+H++

Neste sistema inclui-se ainda o Neste sistema inclui-se ainda o COCO22 produzido nos tecidos e armazenado produzido nos tecidos e armazenado nos pulmões. Este nos pulmões. Este COCO22 é vital pois é vital pois pKa(HpKa(H22COCO33) = 3,77 ) = 3,77 !!!!!!!!!!

Tampão bicarbonato (cont.)Tampão bicarbonato (cont.)

O COO CO22 (g), proveniente dos pulmões (g), proveniente dos pulmões e tecidos, dissolve-se no plasma e tecidos, dissolve-se no plasma sanguíneo - COsanguíneo - CO22(d) - e é (d) - e é rapidamente hidratado para formar rapidamente hidratado para formar HH22COCO33::

COCO22(g) CO(g) CO22(d) (d) (1)(1)

COCO22(d)+H(d)+H22O HO H22COCO33 (2) (2)

HH22COCO33 HCO HCO33

--+H+H+ + (3)(3)

Resumo

Tampão bicarbonato (cont.)Tampão bicarbonato (cont.) A [HA [H22COCO33] é mantida estável graças à ] é mantida estável graças à

disponibilidade do COdisponibilidade do CO22,, apesar da forte apesar da forte tendência para se transformar em HCOtendência para se transformar em HCO33

--. . A reacção de hidratação do COA reacção de hidratação do CO22 é é catalizada pela enzima catalizada pela enzima anidrase anidrase carbónicacarbónica o que facilita e acelera a o que facilita e acelera a formação de Hformação de H22COCO33. Nas condições em que . Nas condições em que decorre, a reacção decorre, a reacção (2)(2) tem o seu equilíbrio tem o seu equilíbrio fortemente deslocado para a esquerda (há fortemente deslocado para a esquerda (há muito mais COmuito mais CO22(d) que H(d) que H22COCO33 – 500:1) – – 500:1) – este facto favorece a tendência para este facto favorece a tendência para deslocar o equilíbrio da reacção deslocar o equilíbrio da reacção (3)(3) tb. tb. para a esquerda.para a esquerda.


O equilíbrio global é dado pelas O equilíbrio global é dado pelas reacções:reacções:

COCO22(d)+H(d)+H22O HO H22COCO33

HH22COCO33 HCO HCO33

--+H+H++

A ionização de HA ionização de H22COCO33 pode ser calculada em pode ser calculada em função de função de Kh e KaKh e Ka

Kh

Ka


Substituindo no Substituindo no cálculo de cálculo de KaKa

Ka.Kh = Kglobal = 2,69x10-4x3x10-3

(37ºC) = 8,07x10-7

pKglobal = 6,1


Resulta a seguinte formulação da Resulta a seguinte formulação da equação de Henderon-Hasselbalch:equação de Henderon-Hasselbalch:

Apesar do valor de pKglobal (6,1) distar mais que 1 un. do valor de pH do sangue (≈7,4), o sistema tampão bicarbonato funciona perfeitamente.

“base”

“ácido”

Tampão bicarbonato (cont.)Tampão bicarbonato (cont.)Resumindo:Resumindo:

Apesar de [HApesar de [H22COCO33] = 0,1.[HCO] = 0,1.[HCO33--], a ], a

pH=7,4, o que poderá supor um efeito pH=7,4, o que poderá supor um efeito tampão pouco eficiente, convém lembrar a tampão pouco eficiente, convém lembrar a contribuição do COcontribuição do CO22(d) para a (d) para a concentração da componente ácida (ver concentração da componente ácida (ver reacção de hidratação de COreacção de hidratação de CO22(d)(d)).).

O tampão de bicarbonato é um sistema O tampão de bicarbonato é um sistema aberto, contando para o seu aberto, contando para o seu funcionamento com o COfuncionamento com o CO22 proveniente dos proveniente dos pulmões.pulmões.

Acidose respiratória (hipoventilação) e Acidose respiratória (hipoventilação) e alcalose respiratória (hiperventilação).alcalose respiratória (hiperventilação).

Curvas de titulação e efeito tampãoCurvas de titulação e efeito tampão

Curva de titulação de um ácido Curva de titulação de um ácido monoprótico (apenas pode monoprótico (apenas pode libertar um ião Hlibertar um ião H++). Na zona ). Na zona mais plana da curva encontra-mais plana da curva encontra-se o ponto em que se o ponto em que [CH[CH33COOH]=[CH3COOCOOH]=[CH3COO--], ], correspondente ao pKa do correspondente ao pKa do ácido e à região de pH onde o ácido e à região de pH onde o efeito tampão é máximo.efeito tampão é máximo.

? – Em que gama de pH poderia usar o ácido acético como tampão?

Ponto em que [CH3COOH]=[CH3COO-]H3COOH]=[CH3COO-]

Zona de pH a que corresponde um maior efeito tampão

Curvas de titulação e efeito tampão Curvas de titulação e efeito tampão (cont.)(cont.)

Curva de titulação Curva de titulação de um ácido de um ácido poliprótico (exº. do poliprótico (exº. do ácido fosfórico). ácido fosfórico). Notar que existem Notar que existem 3 pontos de 3 pontos de equivalência que equivalência que correspondem à correspondem à libertação dos 3 libertação dos 3 iões Hiões H++..

Pontos de equivalência

? – Qual o objectivo da realização de uma titulação? O que se entende por titulante e titulado?

Permitem, através da alteração da sua cor, Permitem, através da alteração da sua cor, identificar o identificar o ponto de equivalênciaponto de equivalência de uma de uma titulação e calcular a concentração desconhecida.titulação e calcular a concentração desconhecida.

O ponto de equivalência de uma titulação é o O ponto de equivalência de uma titulação é o ponto em que o nº de moles do ácido é igual ao ponto em que o nº de moles do ácido é igual ao nº de moles da base, de acordo com a nº de moles da base, de acordo com a estequiometria da reacção.estequiometria da reacção.

Indicadores ácido baseIndicadores ácido base

Indicadores ácido base (cont.)Indicadores ácido base (cont.)Os indicadores são ácidos ou bases fracas, parcialmente ionizados, cuja cor varia com o grau de ionização e segundo a equação:

Força iónicaForça iónica A força iónica é uma medida da quantidade de A força iónica é uma medida da quantidade de

electrólitos (espécies químicas com carga positiva ou electrólitos (espécies químicas com carga positiva ou negativa) presentes em solução. O seu valor é dado negativa) presentes em solução. O seu valor é dado por:por:

I = ½ . ∑ [i] . zI = ½ . ∑ [i] . z2 2 mol/lmol/l[i]= concentração do electrólito[i]= concentração do electrólito

z= carga iónicaz= carga iónica

A carga iónica influi, frequentemente em conjunto A carga iónica influi, frequentemente em conjunto com o factor pH e outros, no funcionamento de com o factor pH e outros, no funcionamento de sistemas biológicos, nomeadamente ao nível dos sistemas biológicos, nomeadamente ao nível dos processos de troca em que as membranas celulares processos de troca em que as membranas celulares estão envolvidas. Valor de força iónica fisiológica ≈ estão envolvidas. Valor de força iónica fisiológica ≈ 0,20M.0,20M.

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