Seminário Orientado de Bioquímica I FMUC 2007/2008 Bioquímica I FMUC 2007/2008

Os principais tampões com interesse fisiológico Seminário Orientado de Bioquímica I Os principais tampões com interesse fisiológico FMUC 2007/2008 Bioquímica I FMUC 2007/2008

Objectivos Noção de ácido-base; Intervenção dos tampões na regulação do pH de líquidos orgânicos; Principais tampões com interesse fisiológico; Mecanismos reguladores de pH em resposta à acidose e à alcalose. FMUC 2007/2008 Bioquímica I

Seminário Orientado de Bioquímica I Sistema Tampão Um tampão é uma mistura de um ácido fraco e do seu sal, capaz de captar e libertar H+. Evita alterações na concentração de H+ e consequentemente alterações de pH, quando adicionadas pequenas quantidades de ácidos ou bases fortes. FMUC 2007/2008 Bioquímica I FMUC 2007/2008

Seminário Orientado de Bioquímica I Para se tamponizar uma solução recorre-se a ácidos ou bases fracos. Porquê? Ácido – substância que liberta H+. HA H+ + A- Base – substância que capta H+. BOH B+ + OH- Dissociação parcial - Ao ser atingido o equilíbrio químico ácido-base, qualquer alteração no sistema é contrariada até ser atingido novo estado de equilíbrio – Principio de Le Chatelier. FMUC 2007/2008 Bioquímica I FMUC 2007/2008

Seminário Orientado de Bioquímica I O valor do pK deve corresponder ao pH do meio desejado. [H+] [ A-] [HA] Ka =  [H+] = Ka  [HA] [A-] [HA] [A-] -log [H+] = -log Ka – log  pH = pK + log [A-] [HA] Eq. de Henderson Hasselbalch Equação útil no cálculo do pH de soluções de ácidos fracos. pK – valor de pH necessário para permitir 50% de dissociações de uma substância. Ka – constante de dissociação. pH = -log [H+] FMUC 2007/2008 Bioquímica I FMUC 2007/2008

Eficiência de um tampão Seminário Orientado de Bioquímica I Eficiência de um tampão Quanto maior o número de moles que é necessário adicionar a um meio contendo um sistema tampão, de modo a alterar significativamente a concentração de H+, mais eficiente é o tampão. Pela equação de Handerson-Hasselbalch, pH = pKa + log ([A-]/[HA]) O pH depende das concentrações do ácido (HA) e da base (A-). O sistema tampão será mais eficiente quando [A-]=[HA], ou seja, quando o pH = pKa. Na prática, o tampão é mais eficiente na gama de valores situados entre uma unidade abaixo e uma unidade acima do valor do pKa; FMUC 2007/2008 Bioquímica I FMUC 2007/2008

Seminário Orientado de Bioquímica I A manutenção do pH é vital para as células Porquê?? Cada célula é banhada por um meio óptimo para o seu funcionamento de tal modo que é necessário um controlo da circulação e da composição dos fluídos do organismo. Só uma variação muito limitada da concentração de ácidos ou de bases circulantes é compatível com a vida. pH do sangue arterial normal é igual a 7,40 ± 0,05 Valores compatíveis com a vida - pH entre 7,8 e 6,8 FMUC 2007/2008 Bioquímica I FMUC 2007/2008

Principais Sistemas Tampão Seminário Orientado de Bioquímica I Principais Sistemas Tampão O pH extracelular: Ácido carbónico/ bicarbonato O pH intracelular: Proteínas Ácidos resultantes do metabolismo Iões fosfato FMUC 2007/2008 Bioquímica I FMUC 2007/2008

Sistema Tampão das Proteínas As proteínas intracelulares e plasmáticas podem funcionar como moléculas -tampões; A existência de grupos funcionais, como os grupos carboxílicos e amínicos, nos aminoácidos que constituem as proteínas são responsáveis pela sua capacidade-tampão; Os grupos funcionais podem funcionar como ácidos ou bases fracas, o que permite o controlo da concentração de H+ ; A hemoglobina e as histonas associadas a ácidos nucleícos são moléculas intracelulares que podem funcionar como tampões. FMUC 2007/2008 Bioquímica I

Sistema Hemoglobina Realiza o transporte de gases respiratórios e tem um efeito tampão; Evita que a concentração de iões H+ varia de forma brusca, provocando variações de acidez com consequências danosas para o organismo; HbH H+ + Hb- O efeito tampão que assegura faz com que o pH do sangue venoso seja ligeiramente mais baixo do que o do sangue arterial; FMUC 2007/2008 Bioquímica I

Sistema Hemoglobina FMUC 2007/2008 Bioquímica I

Sistema Tampão dos Fosfatos As moléculas que contém fosfatos na sua estrutura, tal como o ADN, o ARN e o ATP, bem como os iões fosfatos podem funcionar como tampões; O par HPO4 2- / H2PO4- é o principal tampão das células, onde se pretende que o pH seja aproximadamente 7; Assume também grande importância a nível do sistema renal. FMUC 2007/2008 Bioquímica I

As moléculas de H2CO3 irão formar HCO3- e H+ Sistema tampão ácido carbónico/bicarbonato Se, no organismo, for removida uma grande quantidade de H+, através da adição de uma base forte: As moléculas de H2CO3 irão formar HCO3- e H+ Diminui o pH Ácido fraco, que estabelece o seguinte equilíbrio: Ácido fraco, que estabelece o seguinte equilíbrio: Quando no organismo aumenta, por exemplo: PCO2 Ácido láctico Ácidos gordos Organismos cetónicos O H+ liga-se ao HCO3- e forma H2CO3 e somente uma pequena porção permanece sob a forma de H+ livre. Aumenta o pH FMUC 2007/2008 Bioquímica I

Regulação respiratória do equilíbrio ácido-base 1. O CO2 reage com H2O para formar H2CO3. Este dissocia-se para formar H+ e HCO3-. 2. A diminuição do pH do líquido extracelular estimula o centro respiratório e provoca o aumento da frequência respiratória. 3. O aumento da frequência e profundidade respiratória faz com que o CO2 seja expelido dos pulmões, reduzindo assim os seus níveis extracelulares. À medida que estes decrescem, a [H+] extracelular diminui e o pH aumenta. FMUC 2007/2008 Bioquímica I

Equilíbrio Ácido-Base e Respiração Normal Acidose Alcalose Asfixia  Acidose Hiperventilação  Alcalose (pH 7,4 – 7,7) FMUC 2007/2008 Bioquímica I

Regulação renal do equilíbrio ácido-base 1. Quando o pH decresce o H+ combina-se com o HCO3-, para formar ácido carbónico que se converte em CO2 e H2O. O CO2 difunde-se para as células tubulares. 2. Nas células tubulares o CO2 combina-se com a H2O e forma H2CO3 que se dissocia em H+ e HCO3-. 3. Um mecanismo de contra-trasporte secreta H+ para o filtrado por troca com Na+. Em resultado o pH do filtrado diminui. 4. Através do co-trasporte, o HCO3- e o Na+ entram no líquido intersticial, de onde se difundem para os capilares. 5. Nos capilares o HCO3- combina-se com o H+ o que aumenta o pH sanguíneo. FMUC 2007/2008 Bioquímica I

Regulação renal do equilíbrio ácido-base As células dos túbulos renais regulam directamente o equilíbrio ácido-base, aumentando ou diminuindo a secreção de H+ e a reabsorção de HCO3-. A secreção de H+e a reabsorção de HCO3- aumentam quando o pH dos líquidos orgânicos desce e este processo torna-se mais lento quando o pH dos líquidos orgânicos sobe. FMUC 2007/2008 Bioquímica I

Regulação renal do equilíbrio ácido-base Normalmente, o H+ secretado para o nefrónio excede a quantidade de HCO3- que entrou nos túbulos renais por filtração. Uma vez que o H+ se combina com o HCO3-, quase todo o HCO3- é reabsorvido dos túbulos renais. A secreção para o filtrado diminui o pH deste. Quando a concentração de H+ aumenta no filtrado, a capacidade de as células tubulares em secretar H+ torna-se limitada. Por isto, o H+ é tamponado e assim estas células readquirem a capacidade de secretar H+ adicional. FMUC 2007/2008 Bioquímica I

Seminário Orientado de Bioquímica I Regulação da concentração de H+ nos sistemas biológicos Tipo de regulação Função Tempo 1. Tampões químicos (Proteínas, HCO3-, HPO42-) Combinam-se com o H+ (Pr (proteína) + H+  PrH) milisegundos 2. Respiração Eliminação de CO2 nos pulmões (H+ + HCO3-  H2CO3  CO2 + H2O) minutos 3. Regulação renal Secreção de H+ Reabsorção de HCO3- e HPO42- horas FMUC 2007/2008 Bioquímica I FMUC 2007/2008

Quatro Alterações Principais do Equilíbrio Ácido-Base Tipo Alteração primária Resposta secundária Mecanismo de resposta secundária ACIDOSE METABÓLICA  [HCO3-]  pCO2 Hiperventilação ALCALOSE  [HCO3-]  pCO2 Hipoventilação RESPIRATÓRIA  transitório da excreção de ácido e  da reabsorção de HCO3- pelo rim  transitória da excreção de ácido e  reabsorção de HCO3- pelo rim FMUC 2007/2008 Bioquímica I

Equilíbrio Ácido - Base EVITAM SISTEMAS TAMPÕES DISTÚRBIOS DO EQUILÍBRIO ÁCIDO - BASE Acidose Respiratória Metabólica Alcalose FMUC 2007/2008 Bioquímica I

Bibliografia Campos, Luís,(2005),Entender a Bioquímica, Escolar Editora, p.p.68-72; Seeley, Stephens,Tate,(2003), Anatomia & Fisiologia ,Lusociência, p.p. 1017-1023. FMUC 2007/2008 Bioquímica I