Sugere-se aos alunos da disciplina de Bioquímica:

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1 Sugere-se aos alunos da disciplina de Bioquímica:
1. Assista as aulas sempre; 2. Faça suas anotações em sala de aula; 3. Complemente o conteúdo de sala de aula realizando seus próprios estudos com os livros e demais fontes bibliográficas recomendadas (Ex. Artigos em revistas especializadas); 4. Observe e organize seu tempo para dedicar-se a estudar, mas também para o lazer e para a convivência com a família e os amigos.

2 Água, pH / Sistema Tampão
UNIOESTE – Curso de Enfermagem – Disciplina de Bioquímica 1ª Aula Teórica – Dias 12 e 19/02/2014 Mustafa Hassan Issa

3 Livro de Bioquímica do Stryer
3 Referências da Aula: Livro de Bioquímica do Stryer Capítulo 1 (5ª Ed. ou 6ª Ed.) (Obs. Bioquímica de Valter T. Motta: Capítulos 1 e 2 – A ser fornecido via Mural Eletrônico da Disciplina)

4 A QUÍMICA E A BIOQUÍMICA
4 A QUÍMICA E A BIOQUÍMICA

5 Os princípios da química são aplicáveis a matéria viva...
5 Os princípios da química são aplicáveis a matéria viva... Desta forma, a bioquímica, que é a ciência que estuda a química da vida, utiliza os conhecimentos (ferramentas e as terminologias) da química para explicar a biologia ao nível molecular.

6 Composição da matéria viva
6 Composição da matéria viva - Átomos: Compõem os corpos dos seres vivos, e são os mesmos elementos da matéria para todas as formas de vida na Terra; - 118 tipos diferentes de átomos (ou elementos químicos); - Os átomos raramente se encontram isolados, e quase sempre encontram-se unidos por meio de ligações químicas, resultando na formação das Moléculas (Ex. Biomoléculas).

7 Matéria viva e o metabolismo
7 Matéria viva e o metabolismo As Moléculas se relacionam no interior das células, e então, irão de forma continua e ordenada, produzir as milhares de reações químicas fundamentais à vida; Estas relações moleculares nas células (Compartimentalizadas e organizadas pelas Enzimas) resultam em transformações, que chamamos de “Metabolismo” ou “Metabolismo Celular” ou “Metabolismo Intermediário”; O Metabolismo refere-se ao conjunto de todas as reações químicas que ocorrem nas células.

8 Matéria viva e o Metabolismo
8 Matéria viva e o Metabolismo Estas reações químicas são responsáveis pelos processos de síntese (Vias de Anabolismo) e degradação (Vias de Catabolismo) das células. As Vias Metabólicas apresentam finalidade para as células: 1) Manutenção das funções especializadas e das estruturas celulares; 2) Capacitar para a resposta às variações do ambiente externo; 3) Prover energia; 4) Permitir a divisão celular (perpetuação).

9 9 - Diversos organismos vivos compartilham características químicas comuns: - Mesmos tipos de macromoléculas, mesmos tipos de vias para as sínteses de componentes celulares, e mesmo modelo de código genético.

10 Composição Química da Célula
10 Aspecto comum: Todas as células vivas contêm essencialmente a mesma variedade de íons inorgânicos, a mesma variedade de pequenas moléculas orgânicas, assim como, a mesma variedade de tipos de macromoléculas e biomoléculas.

11 Composição Química da Célula
11 A base dos compostos celulares são os compostos de Carbono (Biomoléculas); C, H, O, N, P e S constituem quase 99% da massa celular; Água: Aprox. 70% do peso da célula  Logo, a maioria das suas reações químicas ocorrem em ambiente aquoso.

12 Composição Química da Célula - Média
12 CONSTITUINTES CÉLULAS ANIMAIS (%) CÉLULAS VEGETAIS (%) Água 60 75 Substâncias minerais 4,3 2,45 Substâncias Orgânicas Glicídios 6,2 18,0 Lipídios 11,7 0,5 Proteínas 17,8 4,0 - Células Animais X Células Vegetais: Composição mediana

13 Composição Química da Célula Humana – Com Água
13 Elemento Por Massa Por N° de Átomos O 64,8 25,4 C 18,8 9,4 H 10,0 63,0 N 3,1 1,4 Ca 1,8 0,31 P 0,22 K 0,4 0,06 S 0,3 0,05 Cl 0,2 0,03 Na 0,1 Mg 0,04 0,01

14 Composição Química da Célula Humana – Sem Água
14 Elemento Por Massa C 61,7 N 11,0 O 9,3 H 5,7 Ca 5,0 P 3,3 K 1,3 S 1,0 Cl 0,7 Na Mg 0,3

15 Composição Química da Célula
15 - Nos microambientes das células eucariontes e procariontes, bem como, em torno das macromoléculas ocorrem variações na concentração de alguns componentes (Ex. Íons), mas a água é o único componente comum a todos estes microambientes; - Todos estes componentes, assim como, suas interações (reações) ocorrem no meio aquoso; - A vida na Terra só ocorre devido as características físico-químicas que são singulares à água como elemento químico.

16 Importância biológica da água
16 Importância biológica da água - Duas propriedades da água são importantes para que possa desempenhar esta influência sobre as interações moleculares dos sistemas biológicos: 1- A água é uma molécula polar: Forma Triangular: Por não ser linear faz com que as cargas (+/-) se distribuam assimetricamente – Eletricamente polar. Lig. covalente polar

17 Importância biológica da água
17 Importância biológica da água 2- A água é extremamente coesiva: Alta afinidade entre si. B) Pontes de hidrogênio tetraédricas: Arranjo coeso. Ex: Ligando 5 moléculas de água. Moléculas de água 1, 2 e 3 estão no mesmo plano, 4 está abaixo e 5 está acima. A) Pontes de hidrogênio: Forças intermoleculares fortes. Ex: Indicadas por linhas tracejadas, entre duas moléculas de água. A) B)

18 Água - Influência da polaridade e da capacidade de formação de Pontes de H.
18 “Água solvata moléculas polares e enfraquece ligações iônicas e de hidrogênio intermoleculares” Alto poder de interação; Excelente solvente de moléculas polares; Compete pelas Pontes de Hidrogênio das outras moléculas; Alta capacidade de formação de camadas de solvatação sobre iontes: Enfraquece as interações entre estes íons; Por isso também, pode enfraquecer as relações entre as moléculas dissolvidas num meio aquoso – Solução: Microambientes (Compartimentos Celulares).

19 Água - Influência da polaridade e da capacidade de formação de Pontes de H.
19 Pontes de hidrogênio em sistemas biológicos.

20 Água – Atrações Hidrófobas
20 “Na água, observamos que gotas dispersas de óleo se reúnem para formar uma só maior” Os grupamentos ou moléculas não-polares tendem a se aglomerar em ambiente aquoso; Não-polares se “compactam”; Atrações Hidrófobas: Fator decisivo para que as macromoléculas biológicas se enovelem: Ex. Complexo Enzima + Substrato; Membranas Biológicas (Membrana Celular). - Motivo principal: Moléculas não-polares se reúnem na água não porque tem alta afinidade, mas por que as moléculas de água se ligam fortemente entre si.

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22 Conceito: Polaridade e Apolaridade
22 Conceito: Polaridade e Apolaridade MOLÉCULAS POLARES: - Os centros de carga positiva e negativa estão em diferentes localizações (cargas em pontos opostos que não se anulam = “polos”). Ex. Água.  __

23 Conceito: Polaridade e Apolaridade
23 Conceito: Polaridade e Apolaridade MOLÉCULAS APOLARES: - Os centros das cargas positivas coincidem com os centros de carga negativa (cargas se anulam = “sem polos”). Ex. Ácido Graxo (Lipídeo).

24 Conceito: Polaridade e Apolaridade
24 MOLÉCULAS APOLARES + 3HC-2HC-2HC-2HC-2HC-2HC-2HC-2HC-HC -OOC-2HC- 2HC-2HC-2HC-2HC-2HC-2HC-HC C-1 C-2 (a) C-3 (b) C-9 Região Polar Apolar C-10 C-18 (w) Ácido Oléico - CH3(CH2)18COOH -

25 Soluto + Solvente = Solução
25 Água e Soluções Soluto + Solvente = Solução Meio interno: “Conteúdo em solução na água”; Soluções: Origem de substâncias ionizadas – Dissociações; A água também se dissocia em íons: Processo de auto ionização da água (“a água se auto-dissocia”).

26 Ionização da Água De onde veio esta idéia?
26 Ionização da Água De onde veio esta idéia? Friedrich Kohlrausch ( ); Verificou que a água mesmo depois de purificada, ainda tinha uma pequena condutividade elétrica; Razão: A auto-ionização da molécula da água, provocava, ainda que em concentrações muito baixas, a origem de íons “H3O+” e “OH-” (mesmo na água mais pura, ou seja, sem a presença de outros íons no meio).

27 Ionização da Água - Representação
27 Ionização da Água - Representação Íons provenientes da dissociação da água: H H OH H OH- O grau de ionização é descrito como Keq (Constante de Equilíbrio): Keq = [H+] [OH-] [H20]

28 28 Ionização da Água A 25°C uma porção muito pequena de moléculas da água está ionizada; Concentração da “água” em 1 litro: Concentração descrita em mol/L; Dividindo-se o número de gramas de Água em 1 Litro (1000 g/L) / pelo molécula-grama da água (18 g/mol); Temos então: Concentração de 55,5 mol/L ou 55,5 moles de água por litro de volume (concentração molar = 55,5 M); Ou seja: Há 55,5 M (mol/L) de água em estado molecular (não-ionizado) em 1 Litro de volume dela própria.

29 29 Ionização da Água A 25ºC: o valor da Keq conhecida para a Água = 1,8 x 10-16; Deriva-se que: Em 55,5 mol/L de água pura, existem 1,8 x moléculas de água a 25ºC “dissociadas” – O que representa que há muito pouca água dissociada (na forma de íons) a esta temperatura; Ainda assim, podemos calcular a concentração do Íon H+ e do Íon OH- na água pura (Prova disso: Condutividade Elétrica).

30 30 Ionização da Água Concentração do Íon H+: Principal produto iônico da água (íon mais reativo). Produto iônico ([H+] X [OH-]) é denominado por Kw; - Kw = Keq X [H20]; - Kw = (1,8 x 10-16) X (55,5) = 1,0 x , onde: - Kw = [H+] [OH-]= 1,0 x ou 1,0 x 10-7 X 1,0 x 10-7 Água é neutra: [H+] = 1x10-7 (- log)  pH = 7

31 - O pH é definido como o logaritmo negativo da [H+]
31 O que é pH? - O pH é definido como o logaritmo negativo da [H+] pH = - log [H+] - A escala de pH varia de 0 até 14, uma vez que qualquer [H+] está compreendida na faixa de 100 a 10-14

32 Potencial hidrogeniônico - pH
32 Potencial hidrogeniônico - pH p significa: “logaritmo negativo de...” (- log); Então: pH = - log [H+] e pOH = - log [OH-] Para H20: pH = - log [1 X 10-7] = 7,0 pOH = - log [1 X 10-7] = 7,0

33 Potencial hidrogeniônico - pH
33 Potencial hidrogeniônico - pH O pH: Na água pura, na água ácida e numa água básica (alcalina): 1) Água “pura”: [H+] = 1,0   pH = 7 2) Água “ácida”: [H+] = 1,0  100  pH = 0 3) Água “alcalina”: [H+] = 1,0   pH = 14

34 Potencial hidrogeniônico - pH
34 Potencial hidrogeniônico - pH O pH é inversamente proporcional a concentração do íon H+ (ou [H+]); A [H+] (concentração do íon H+) de uma solução é quantificada em unidades de pH; O pH é um artifício matemático.

35 “UMA MEDIDA DA ACIDEZ, DE BASICIDADE E DE NEUTRALIDADE”
35 Escala de pH “UMA MEDIDA DA ACIDEZ, DE BASICIDADE E DE NEUTRALIDADE” Escala de pH (a 25º C) - pH varia de zero (soluções muito ácidas) a 14 (soluções muito básicas). - Escala logarítmica decimal; - pH = 7 - Indica uma solução neutra. - pH > 7 - Indica uma solução básica. - pH < 7 - Indica uma solução ácida.

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37 37 Íon Hidrogênio - O Íon Hidrogênio (H+) é o íon mais importante nos sistemas biológicos; - A [H+] nas células e líquidos biológicos influencia a velocidade das reações químicas, a conformação e função das enzimas, e daí, sobre a taxa metabólica celular; - A [H+] também influencia a conformação de outras proteínas.

38 Importância do pH 1) Homeostasia; 2) Atividade catalítica das enzimas;
38 Importância do pH 1) Homeostasia; 2) Atividade catalítica das enzimas; 3) Outros: Ex. Diagnóstico de doenças (sangue e urina).

39 “Homeostasia é a constância do meio interno”
39 pH x Homeostasia “Homeostasia é a constância do meio interno” - Homeostasia do Íon Hidrogênio (H+): Equilíbrio entre a entrada ou produção de Íons Hidrogênio e a livre remoção desses íons do organismo; - O organismo dispõe de mecanismos próprios (Tampões Biológicos) para manter a [H+] e, conseqüentemente, o pH de todos os líquidos biológicos dentro da normalidade, ou seja, manter parte da Homeostasia.

40 pH x Homeostasia pH do Sangue Arterial Acidose Alcalose pH Normal 7,4
40 pH x Homeostasia pH do Sangue Arterial 7,4 7,0 7,8 Faixa de sobrevida Acidose Alcalose pH Normal

41 Alterações no pH Aumento da [H+] Acidose Alcalose Queda do pH
41 Aumento da [H+] 7,4 Acidose Alcalose Queda do pH Acúmulo de ácidos Acúmulo de bases Perda de ácidos Perda de bases Diminuição da [H+] Escala de pH Aumento do pH 14

42 pH dos Líquidos Corporais
42 Concentração de H+ em mEq/l pH Líquido Extracelular Sangue Arterial x Sangue Venoso x Líquido Intersticial x Líquido Intracelular x 10-3 a 4 x a 7.4 Urina x 10-2 a 1 x a 8.0 Suco Gástrico

43 43 Tampões Biológicos

44 44 Uma das propriedades exclusivas da água é sua função no controle do pH dentro da célula por meio de tampões. A sobrevivência da célula depende criticamente do controle preciso do seu pH interno.

45 Tampões (Tampões Químicos)
45 Tampões (Tampões Químicos) Fator-chave na capacidade do organismo humano em manter o pH normal – Razão: Ação imediata. Em química – Definições de tampões: - Solução tampão é o sistema capaz de resistir às variações de pH; Ou então: - Sistema capaz de atenuar, ou de resistir (dentro de limites), a variação do pH numa solução, conseqüente à adição de compostos ácidos ou básicos.

46 Tampões (Tampões Químicos)
46 Composição: Os tampões são misturas de ácidos fracos com suas bases conjugadas; Mas o que é um ácido fraco? E sua base conjugada? – Que formam os sistemas tampões... Pela classificação de Bronsted-Lowry: 1) Ácido é uma substância que doa íon H+; 2) Base é uma substância que recebe íon H+.

47 Tampões (Tampões Químicos)
47 - Ácidos orgânicos são geralmente ácidos fracos (pois se dissociam pouco, ou parcialmente). No exemplo a seguir: 1) O Ácido Carboxílico (que se dissocia pouco) é o Ácido fraco (doa H+); 2) O Ânion (íon negativo) é a Base Conjugada (pode receber H+).

48 Tampões Biológicos 48 - No organismo humano há um sistema semelhante, que é o principal “garantidor” da estabilidade da concentração do íon H+ no meio interno (e portanto do pH); - Este sistema é o Sistema Tampão Ácido Carbônico/Bicarbonato; - Formado: Pelo ácido fraco Ácido Carbônico (H2CO3) com sua respectiva Base Conjugada, o Íon Bicarbonato (HCO3-); - O H2CO3 forma-se: Pela associação da H2O com o CO2 formado na respiração aeróbia.

49 Formação e dissociação do H2CO3
49 Reação 1 Reação 2 Reação 3 Fase Aquosa (Sangue nos capilares) Fase Gasosa (Espaços de ar nos pulmões) CO2 + H2O  H2CO3  H+ + HCO3-

50 Tampões Biológicos CO2 + H2O  H2CO3  H+ + HCO3-
50 - O metabolismo celular gera normalmente íons H+, que são também tamponados por outros tampões intracelulares (especialmente proteínas e fosfatos); - Contudo, o Tampão Ácido Carbônico/Bicarbonato é o principal tampão que neutraliza estes íons H+ do metabolismo celular; - Tampão Ácido Carbônico/Bicarbonato - Reações ocorrem no seguinte equilíbrio químico: CO2 + H2O  H2CO3  H+ + HCO3-

51 Tampões Biológicos (Químicos)
51 Tampões no organismo humano – 4 Tipos Tampões Ácido Bases Conjugada Principal sítio de tamponamento Hemoglobina HHb Hb - Eritrócitos Proteínas HProt Prot - Intracelular Tampão Fosfato H2PO4- HPO42- Ácido Carbônico / Bicarbonato CO2--> H2CO3 HCO3- Extracelular

52 Tampão Ácido Carbônico/Bicarbonato
52 Tampão Ácido Carbônico/Bicarbonato O Sistema Tampão Ácido Carbônico/Bicarbonato é singular, pois também é um “sistema aberto”; Permanece em equilíbrio com o ar atmosférico (através dos pulmões), mas também com os rins, (desta forma, um “sistema aberto”); Resultado: Capacidade de tamponamento muitas vezes maior do que de um “sistema fechado"; Importante: O tampão tem um determinado limite de ação  Ultrapassado esse limite, a variação de pH ocorre como se não existisse mais um sistema tampão – Uma patologia encontra-se estabelecida!

53 Tampão Ácido Carbônico/Bicarbonato
53 Tampão Ácido Carbônico/Bicarbonato Como age este Sistema Tampão: 1) Quando Ácido (H+) é adicionado ao sistema ocorre: O HCO3- reage com o íon H+ formando H2CO3, que se dissocia em H2O e CO2 (que em excesso, é expelido pelos pulmões); 2) Quando Base (OH-) é adicionada ao sistema ocorre: O íon H+ resultante da dissociação do H2CO3 (em bicarbonato e H+) reage com o íon OH- formando e H2O e HCO3- (que em excesso é expelido pelos rins).

54 Tampão Ácido Carbônico/Bicarbonato
54 Como age o Sistema: 1) Quando Ácido (H+) é adicionado ao sistema ocorre: 2) Quando Base (OH-) é adicionada ao sistema ocorre:

55 55 Mecanismos integrados para regulação do Equilíbrio Ácido-Básico & Velocidade de Intervenção Ação rápida Ação lenta Ação imediata

56 Distúrbios do Equilíbrio Ácido/Básico
56 1) ACIDOSE: [ H+] no sangue. Excesso de CO Perda de bases / excesso de ácidos orgânicos (acidose respiratória) (acidose metabólica) 2) ALCALOSE: [ H+] no sangue. Perda de CO Excesso de bases / perdas de (alcalose respiratória) (alcalose metabólica )

57 agradeço a atenção de todos
Obrigado, agradeço a atenção de todos

58 Perguntas…?