PH e sistema tampão.

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1 pH e sistema tampão

2 Soluções neutras [H+] = [OH-] = 10-7 M Soluções ácidas [H+] > [OH-]
A concentração de íons H+ determina a acidez de uma solução. Soluções básicas [H+] < [OH-]

3 pH Afeta a estrutura e a atividade das biomoléculas
Parâmetro químico que indica a concentração de íons de hidrogênio em uma solução aquosa Afeta a estrutura e a atividade das biomoléculas Absorção Medicamentos Diagnóstico clínico (pH do sangue e urina)

4 Doadores de prótons, tendem a perdê-los numa solução aquosa
Definição: ÁCIDOS: ↑ [H+] Doadores de prótons, tendem a perdê-los numa solução aquosa BASES:  [H+] Aceptores de prótons, tendem a incorporá-los em suas moléculas numa solução aquosa Exemplos: Ácidos HCl H+ + Cl- Bases CH2COOH CH3COO- + H+ pH de algumas substancias comuns. Processos biologicosdependem do ph e pequenasalteracoesnos niveisde ph podem afetar tais processos. Enzimase seus substratospossuem grupamentoscom diferentesconstantesde dissociacao, para umfuncionamentoadequadodo organismoé necessárioqueestesgrupamentosestejam sempre no estado em que são capazes deexercer sua função biológica

5 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 Ácidos Fortes: Ácido clorídrico, sulfúrico, nítrico Bases Fortes: NaOH, KOH

6 Par ácido-base conjugado
Doador de prótons e seu aceptor correspondente CH3COOH H+ + CH3COO- Ácido Base conjugada Quanto mais forte o ácido, maior a tendência em perder prótons Constante de equilíbrio: HA H+ + A- Ex: ácido acético e ânion acetato A tendência do ácido em perder um próton e formar a sua base conjugada é definida por uma constante de equilíbrio.

7 Equação de Henderson-Hasselbach
pKa é o pH no qual metade do fármaco está ionizado [A-] Quanto menor o pKa mais forte é o ácido (perde o próton mais rapidamente).

8 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+ Maioria dos fármacos são ácidos ou bases fracas presentes nas soluções tanto sob a forma ionizada quanto não-ionizada (vão variar de acordo com o pH). Ionizada: [A-] lipossolubilidade baixa sendo incapaz de atravessar as membranas Não-ionizada: [HA] são lipossolúveis e podem se difundir através da membrana

9 Absorção de medicamentos e pH
Ionizada (BH+ ou A-): Menor lipossolubilidade para atravessar as membranas. Não-ionizada (B ou HA): Maior lipossolubilidade e podem se difundir através da membrana. Ácidos fracos são bem absorvidos em pH ácido (estomago) Bases fracas são bem absorvidas em pH básico (intestino)

10 Interação eletrostática

11 [HA] = 100 vezes maior que [A-]
Em qual pH a aspirina será melhor absorvida?? 1 = 3 + log [A- ] [HA] log [A- ] = -2 [HA] log [A- ] = log 0,01 [HA] Quando o pH = pKa, significa que o ácido está 50% dissociado, isto é [A-] = [HA] Ex: fármaco ácido fraco com pKa = 4,4 Plasma (pH=7,4) a proporção de fármaco não-ionizado/ionizado é 1[HA] : 1.000[A-] Suco gástrico (pH=1,4) a proporção de fármaco não-ionizado/ionizado é 1[HA] : 0,001[A-] [HA] = 100 vezes maior que [A-] [A- ] = 1 [HA] 100 Estômago (ácido)

12 Como será absorção da aspirina no pH = pka ?
3 = 3 + log [A- ] [HA] log [A- ] = 0 [HA] log [A- ] = log 1 [HA] Quando o pH = pKa, significa que o ácido está 50% dissociado, isto é [A-] = [HA] [A- ] = 1 [HA] [A- ] = [HA]

13 [A- ] = 100.000 vezes maior que [HA]
E como será a absorção da aspirina em pH básico ? 8 = 3 + log [A- ] [HA] log [A- ] = 5 [HA] log [A- ] = log [HA] Intestino a aspirina é mal absorvida (elevada concentração de A-) [A- ] = [HA] [A- ] = vezes maior que [HA]

14 Absorção de medicamentos e pH
Ácidos fracos são bem absorvidos em pH ácido (estomago) Bases fracas são bem absorvidas em pH básico (intestino) A Petidina ou meperidina é um narcótico analgésico, que actua como depressor do sistema nervoso central, utilizado para alívio da dor de intensidade média ou alta. Pertence ao grupo dos opioides sintéticos, aos quais pertence também, por exemplo, a metadona. Tal como outros opióides, pode causar síndrome de abstinência se o uso contínuo for suspenso de forma abrupta. Portanto, deve-se retirar a dose de modo gradual. Pode ser substituída com grande vantagem pela morfina, sendo que esta apresenta menor taxa de efeitos colaterais que a meperidina.

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

16 Vídeo sobre tampão

17 Como determinar a concentração de um ácido ou base em uma solução?
Ácido Acético  Acetato Titulação: A concentração de ácido é calculada a partir do volume e da concentração de base Volume conhecido de ácido é titulado com uma base forte (NaOH – hidróxido de sódio) de concentração conhecida. Base é adicionada em pequenos volumes até que o ácido seja totalmente consumido (neutralizado) determinado pela mudança de cor ou com o uso do phmetro. O gráfico do pH em função do volume da base adicionada revela o pKa A medida que a base é adicionada o OH- combina-se com o H+ livre na solução para formar H2O. Ao longo da titulação o ácido (HÁ) vai se ionizando formando A-. No ponto médio da titulação metade da base foi adicionada e metade do ácido está dissociado (HA = A-), assim, o pH = pKa A medida que a titulação prossegue o ácido não-dissociado (HÁ) remanescente é convertido em base (A-). No final da titulação todo o ácido perdeu seus prótons formando H2O e base.

18 Curva de titulação de ácidos com forças diferentes
Ácido mais fraco (demora mais a perder H+) maior pKa Ácido mais forte (perde H+ mais rapidamente) menor pKa Íon Amônio Diidrogênio Fosfato Ácido acético está 50% dissociado em pH 4,76. O diidrogênio fosfato perde o H+ de uma forma menos rápida estando 50% dissociado em pH 6,86. Amônio é o ácido mais franco somente em pH 9,25 atinge 50% de dissociação. Cada par ácido-base conjugado tem uma zona característica de pH no qual atua como tampão. Ex: Diidrogênio Fosfato funciona como um tampão eficiente no intervalo de pH entre 5,9 e 7,9 Amônio entre 8,3 e 10,3 Ácido Acético

19 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 reações Pepsina 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 Constância do pH é alcançada pelos tampões biológicos (mistura de ácidos fracos e suas bases conjugadas) A pepsina é uma enzima digestiva que é produzida pelas paredes do estômago, sendo secretada pelo suco gástrico, e tem como função desdobrar as proteinas em péptidos mais simples. Ela só reage em meio ácido. Por isso, o estômago também produz ácido clorídrico (HCl). Quando em contato com o ácido clorídrico, o pepsinogênio (enzima "inativa" que está presente no suco gástrico) transforma-se na pepsina, que é "ativa". A pepsina atua sobre proteínas no processo de quimificação, dando origem ao quimo. A tripsina é um tipo de enzima que age nas proteínas que se encontram no quimo (massa de aspecto branco leitoso que corresponde bolo alimentar depois de no estômago se juntar com ácido cloridrico (HCl) que dilacera as fibras musculares e da pepsina que quebra as proteinas em peptidos mais simples) dentro do intestino delgado (no duoedeno - primeira parcela do intestino delgado). É produzida pelo pâncreas em uma forma inativa denominada tripsinogênio, que ao atingir o duodeno se transforma em tripsina ativa devido a enteroquinase presente no suco intestinal.A tripsina atua sobre o quimotripsinogênio e as propeptidases, transformando-os em quimotripsina e peptidases ativas. Fosfatase Alcalina é uma hidrolase, isto é, é uma enzima capaz de remover grupos fosfatos de um grande número de moléculas diferentes, incluindo nucleotídeos, proteínas e alcalóides; como o próprio nome sugere, essa enzima é mais ativa em soluções alcalinas. O processo de remoção desses grupos fosfatos é conhecido como defosforilação. A fosfatase alcalina é produzida por diversos órgãos e tecidos, como por exemplo: ossos, fígado e placenta. Fosfatase Alcalina Remove grupos fosfatos de nucleotídeos, proteínas e alcalóides Produzida por diversos órgãos e tecidos (ex: ossos, fígado e placenta)

20 Como manter o pH constante e específico?
Ácidos ou Bases fracos tamponam células e tecidos contra variações no pH

21 Proteínas como sistemas tampão
Ex: Aminoácido Histidina (pKa = 6) Tamponamento efetivo em pH neutro 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.

22 Tamponamento do citoplasma
Tampão fosfato pKa ~7,0 pH Tamponamento do citoplasma pH entre 6,9 e 7,4 Tampão fosfato tem efetividade máxima pH = pKa (6,86) assim resiste às variações de pH na região entre 5,9 e 7,9

23 H2CO3 do plasma sanguíneo está em equilíbrio com o CO2 dos pulmões
Tampão bicarbonato H2CO3 do plasma sanguíneo está em equilíbrio com o CO2 dos pulmões Tamponamento do plasma sanguíneo pH ~ 7,4

24 Como funciona o tampão bicarbonato durante um exercício físico?
Ácido láctico (H+) produzido no músculo é adicionado no sangue provocando Ácido carbônico hiperventilação

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

26 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

27 Acidose Respiratória CO2 + H20 H+ + HCO3-
Insuficiência Respiratória – redução na eliminação de CO2 Causas possíveis: Asma - depressão respiratória devido a resistência na passagem do ar Pneumonia severa – prejuízo nas trocas gasosas Aumento da pCO2 nos tecidos. O equilíbrio desloca-se para a direita. CO2 + H H+ + HCO3- Compensação renal: excreta H+ ( aumentar pH plasmático) reabsorve HCO3- (combina com H+ livre e aumenta o pH)

28 Hiperventilação histérica
Ex: Pessoas ansiosas com crise nervosa Alcalose respiratória  Freqüência respiratória

29 Alcalose Respiratória
Algumas causas possíveis: Dor Histeria Ansiedade A alcalose respiratória ocorre como resultado da hiperventilação A diminuição de CO2 desloca o equilíbrio pra esquerda Para reverter: respirar dentro de um saco de papel CO2 + H H+ + HCO3- Compensação renal: excreta HCO3- reabsorve H+ (Diminuir pH, aumentando conc H+)

30 Distúrbios ácido-base

31 Distúrbios ácido-base

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33 Equilíbrio da reação HA H+ + A-