BIOQUIMICA- (AULA3) - PH, PKA E SISTEMA TAMPÃO_unlocked

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BIOQUÍMICA

PH, PKA E SISTEMA TAMPÃO O pH foi definido por Sorensen como o logaritmo negativo da concentração do íon hidrogênio pH= -log [H+]. Para melhor compreendermos

essa relação vamos levar em consideração a ionização da água:

O Kw é o produto iônico da água à 25º C. Nessa situação podemos considerar a condutividade elétrica da água como a constante de equilíbrio (Keq) que a 25 ºC é 1,8 x 10-16M.

Assim, o valor de pH para a água neutra é 7,0. Como os valores da concentração de [H+] são muito pequenos, por convenção ficou determinado se calcular pH através de uma projeção numérica logarítmica negativa de pH= -log [H+].

Considerando para a molécula de água neutra que as concentrações de [H+] e [OH-] são iguais.

São os ácidos e as bases que alteram o pH. Segundo Brönsted, os ácidos são substâncias capazes de doar prótons e as bases são substâncias capazes de recebe-los.

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Para saber se um ácido é forte ou fraco devemos conhecer seu grau de ionização, que é calculado pela relação entre o número de moléculas ionizadas sobre o número de moléculas

dissolvidas. Ou seja, quando mais próximo de 1, significa dizer que o ácido foi completamente dissociado, e, portanto, se configura em um ácido forte. Os ácidos fracos possuem um grau de ionização abaixo de 5%. Os ácidos fracos possuem a capacidade de se reassociarem novamente, o que não ocorre com o ácido forte. O mesmo conceito vale para as bases, mas lembrado que essas moléculas se dissociam como íon negativo o ânion hidróxido, também chamado de hidroxila. Somente os ácidos e bases fracas possuem a capacidade de ser reassociar, essa reação respeita um equilíbrio químico.

pKa de um grupamento ácido também é definido como o pH em que as espécies protonadas e não protonadas estão presentes em concentrações iguais. Assim podemos observar que quando o pH for maior do que o pKa a curva de dissociação desse ácido fraco se deslocará para o lado de dissociação. Quando pH for menor do que o pKa significa dizer que a reação se deslocará para a formação do ácido, pois a alta concentração de H+ do meio reagirá com a base conjugada. O mesmo vale para uma base fraca.

PKA

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pKa é o valor de pH que provoca 50% da dissociação do ácido. Ou seja, pKa de um grupamento ácido é o pH em que as espécies protonadas e não protonadas estão presentes em concentrações iguais. Na verdade, é também uma representação matemática a fim de mensurar a Ka (constante de dissociação de um ácido) que é expressa como números exponenciais negativos, pKa= -log Ka. Ka é uma forma de expressar a força relativa de um ácido ou base fracos. Logo: Ka= [A].[H3O+]/[HA] CURVAS DE TITULAÇÃO DE ÁCIDOS E BASES FORTE E FRACOS A curva de titulação para qualquer ácido fraco deverá ser descrita pela equação de HendersonHasselbach.

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Curvas de titulação

SISTEMA TAMPÃO É um sistema composto por ácidos ou bases fracas e seus conjugados capazes de resistir a uma alteração no pH após a adição de base ou ácido forte. Do ponto de vista biológico o sistema tampão é fundamental para a biologia celular, pois muitas reações metabólicas intracelulares são acompanhadas pela liberação ou captação de prótons.

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Faixa de tamponamento: Todo tampão é capaz de impedir as variações acentuadas de pH uma unidade seja para cima ou para baixo. Ou seja, a faixa de tamponamento impede uma variação de 10x a concentração de H+. Um exemplo de tampão biológico é o nosso sangue, onde o pH é mantido entre 7,34-7,45. Os principais responsáveis pela manutenção desse valor de pH são as proteínas, o tampão bicarbonato e o tampão fosfato. As proteínas e o tampão fosfato exercem um efeito tamponante discreto no plasma, por estarem em baixas concentrações. Sua importância de tamponamento pode ser mais observada no meio intracelular. No caso do tampão bicarbonato, o ácido carbônico dissocia-se em bicarbonato e H+:

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ANOTAÇÕES

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H2CO3 HCO3- + H+ . O ácido carbônico (H2CO3) apresenta uma característica peculiar de estar em equilíbrio com o CO2 dissolvido em água segundo a reação: CO2 + H2O H2CO3. No nosso organismo, o CO2 formado pelos tecidos, como produto do nosso metabolismo celular, difunde-se para o plasma e para o interior das hemácias. Essas células possuem uma enzima denominada de anidrase carbônica, que transforma o CO2 em H2CO3. Assim agora temos a reação: CO2 + H2O

H2CO3

HCO3- + H+

EXERCÍCIOS 1 Conceitue pH

2 Defina ácido e base segundo Brönsted.

6 Defina pKa e quais os procedimentos para determinar seu valor?

7 Escrever a equação de Henderson-Hasselbach e mostrar sua utilidade na avaliação de um sistematampão.

8 Defina sistema tampão e cite exemplo de sistema tampão biológico.

EXERCÍCIOS

3 O que são ácidos e bases fortes e fracos ?

4 Do ponto de vista do tamponamento como funciona um sistema contendo um ácido fraco?

9 Quais fatores podem influenciar a eficiência de um sistema tampão.

5 Explique o que é constante de dissociação?

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10 Considerando os valores de referência ao lado,

HCO3: 22 a 28 mEq/L

pH= 7,26

B.E.: -2 a +2

PCO2= 56

O Resultado dessa gasometria encontra-se a alternativa abaixo:

PO2= 90 HCO3- =24 BE= -4 V.R.: pH: 7,35 a 7,45 PaCO2: 35 a 45 mmHg

EXERCÍCIOS

ANOTAÇÕES

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PaO2: 80 a 100 mmHg

interprete a gasometria.

a) b) c) d) e)

Alcalose metabólica Acidose metabólica Acidose respiratória Alcalose respiratória Exame normal

GABARITO

DJOW

PH, PKA E SISTEMA TAMPÃO 1- O termo pH foi introduzido por Sörensen no ano de 1909 que

definiu pH como o logaritmo negativo da concentração do íon hidrogênio. pH= -log [H+] . Por exemplo para uma solução de água pura a 25º C, a concentração de H+ e 10-7. Assim: pH= -log [10-7]= - (-7)= 7,0.

2- Ácidos são substâncias capazes de doar prótons e as bases são substâncias capazes de recebe-los.

6-pKa é o valor de pH que provoca 50% da dissociação do ácido.

Em outras palavras o pKa de um grupamento ácido é o pH em que as espécies protonadas e não protonadas estão presentes em concentrações iguais. Na verdade, é também uma representação matemática a fim de mensurar a Ka (constante de dissociação de um ácido) que é expressa como números exponenciais negativos, pKa= -log Ka. Ka é uma forma de expressar a força relativa de um ácido ou base fracos.

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3- Ácidos e bases fortes possuem a características de se

ionizarem completamente em solução de temperatura e pressão constantes. Nessas condições, a concentração de um ácido forte será igual `a concentração de íons hidrônio H3O+. As bases por sua vez se dissociam quase que completamente, liberando íons hidroxilas (OH-) em solução. Os ácidos e bases fracos por sua vez, dissociam-se apenas de maneira parcial nas soluções. Do ponto de vista bioquímico os ácidos fracos e bases fracas e seus conjugados respectivos representam um interesse particular, principalmente pela sua capacidade de tamponamento. Um ácido fraco se dissocia nos íons hidrônio H3O+ e sua base conjugada.

4- Levando em consideração um sistema tampão hipotético

5- Os eletrólitos fracos (ácidos ou bases) se dissociam apenas

discretamente em solução, e assim devemos calcular a constante de dissociação para estimar a concertação do H+ ou a OH- produzida por uma determinada molaridade de um ácido (base) fraco antes de calcular a [H+] total (ou [OH-] total) e consequentemente o pH. Para a equação HA A + H+ Keq= [A] [H+] [HA] Por isso que ao adicionar ácidos ou bases nesse sistema, a reação respeitará esse equilíbrio químico. Exemplo (o mesmo citado na questão 4): Adicionar um ácido forte na solução. Por ser forte esse ácido se dissociará completamente aumentando a concentração de H+ no meio. Assim boa parte desses prótons se associam a A e uma pequena parte fica livre em solução. O valor final então de [H+] será um pouco maior do que antes da adição; o de A será menor e o de HA, maior. Dessa forma o valor da constante é mantido: Keq= [A] [H+] = Keq= [A] [ H+] [HA] [HA]

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Rescrevendo:

A equação de Henderson-Hasselbalch permite calcular, em qualquer pH, a razão entre as concentrações das espécies doadoras e aceptoras de prótons para um sistema tampão, desde que o pKa do ácido seja conhecido. Exemplo: Para um tampão acetato pode-se calcular a razão das concentrações de ácido acético (H3C-COOH) com pKa= 4,7 e acetato (H3C-COO-) em pH 5,7. Logo:

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formado pelo ácido HA e sua base conjugada A (HA A+ H+). Essa reação química reage `a adição de um ácido forte, ou seja, adição de prótons, já que o ácido forte se dissocia completamente. Quando se adiciona o H+ ao equilíbrio formado pelo ácido fraco e sua base conjugada, o sistema reage por intermédio da base conjugada (A), que se associa a prótons, transformando-se no ácido HA. Vale aqui ressaltar que a curva de dissociação de um ácido fraco, por exemplo, respeita um equilíbrio químico, regido por uma constante de quilíbrio (Keq) e, por isso, nem todos os prótons adicionados associam-se `a base conjugada. Se isso de fato ocorresse, o número de prótons em solução seria o mesmo que antes da adição, a concentração de A seria menor (pois está reagindo com o H+ extra) e a concentração de HA será maior. Para esses novos valores o valor da constante de equilíbrio seria diminuído, o que é um absurdo.

5,7= 4,7 + log [H3C-COO-)] H3C-COOH 1= log [H3C-COO-)] H3C-COOH Retirando o log: [H3C-COO-)] = 10 (razão) H3C-COOH Por tanto, no pH 5,7, haverá 10 vezes mais acetato do que ácido acético.

8- É um sistema composto por ácidos ou bases fracos e seus

conjugados capazes de resistir a uma alteração no pH após a adição de base ou ácido forte. Do ponto de vista biológico o sistema tampão é fundamental para a biologia celular, pois muitas reações metabólicas intracelulares são acompanhadas pela liberação ou captação de prótons. Um exemplo de tampão biológico é o nosso sangue, onde o pH é mantido entre 7,34-7,45. Os principais responsáveis pela manutenção desse valor de pH são as proteínas, o tampão bicarbonato e o tampão fosfato. As proteínas e o tampão fosfato

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exercem um efeito tamponante discreto no plasma, por estarem em baixas concentrações. Sua importância de tamponamento pode ser mais observada no meio intracelular. No caso do tampão bicarbonato, o ácido carbônico dissocia-se em bicarbonato e H+ : H2CO3 HCO3- + H+ . O ácido carbônico (H2CO3) apresenta uma característica peculiar de estar em equilíbrio com o CO2 dissolvido em água segundo a reação: CO2 + H2O H2CO3. No nosso organismo, o CO2 formado pelos tecidos, como produto do nosso metabolismo celular, difunde-se para o plasma e para o interior das hemácias. Essas células possuem uma enzima denominada de anidrase carbionica, que transforma o CO2 em H2CO3 . Assim agora temos a reação: CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+

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ANOTAÇÕES

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9- Quantidade do tampão no meio, temperatura, pressão, adição

de ácidos ou bases fortes. Uma situação relevante é que na faixa de pH e que a ação tamponante é exercida, obrigatoriamente um valor de pH em que exatamente 50% do total encontra-se associado e os outros 50% restantes na forma de base conjugada é onde o sistema tampão possui sua eficiência máxima. Uma solução de um ácido fraco e sua base conjugada tamponam de maneira mais efetiva o pH na faixa de pKa (máximo) +/- 1,0 unidade.

10- C. Observa-se um pH mais baixo que o fisiológico, e a pCO2

está acima dos valores normais. Para os demais parâmetros o exame segue normal.