Água, pH e Sistema Tampão

Água, pH e Sistema Tampão

1. ÁGUA

   • A água é a substância mais abundante nos sistemas vivos. Constituindo mais de 70% do peso da maioria dos organismos. O primeiro organismo vivo na Terra, sem dúvida, nasceu em um ambiente aquoso. O curso da evolução tem sido moldado pelas propriedades do meio aquoso no qual a vida começou.
   • INTERAÇÃO EM SISTEMAS AQUOSOS
     • As biomoléculas POLARES se dissolvem facilmente em água - HIDROFÍLICAS
     • As ligações de Hidrogênio fornecem as forças coesivas que fazem da água um líquido a temperatura ambiente e um sólido cristalino em temperaturas mais baixas - GELO
     • Elas podem substituir interações entre as moléculas de água (água-água) por INTERAÇÕES ENERGETICAMENTE MAIS FAVORÁVEIS
     • Biomoléculas APOLARES são muito pouco solúveis em água porque elas interferem nas interações do tipo água-água - HIDROFÓBICAS
     • A polaridade da molécula orgânica é definida pela DIFERENÇA DE ELETRONEGATIVIDADE QUE SE ESTABELECE ENTRE OS ÁTOMOS DOS ELEMENTOS QUÍMICOS. Eletronegatividade é a capacidade que um átomo tem de atrair para si o par eletrônico que ele compartilha com outro átomo em uma ligação covalente.
     • COMPOSTOS ANFIPÁTICOS - contêm regiões POLARES (ou carregadas) e regiões APOLARES
     • Quando um composto anfipático é misturado com água, a região polar HIDROFÍLICA interage FAVORAVELMENTE com a água
     • Tende a se dissolver, mas a região apolar HIDROFÓBICA tende a EVITAR CONTATO COM A ÁGUA
     • As regiões APOLARES das moléculas se aglomeram para apresentar A MENOR ÁREA HIDROFÓBICA possível ao solvente aquoso
     • As regiões POLARES são arranjadas de forma a maximizar suas interações com o solvente
     • MICELAS - Estruturas ESTÁVEIS de compostos ANFIPÁTICOS em água
     • As ligações de hidrogênio não são exclusivas para a molécula de água. Elas se formam prontamente entre um átomo eletronegativo e um átomo de hidrogênio. Como ocorre com medicamentos após reações de fase 1 e fase 2. METABOLIZAÇÃO
     • ÁGUA - Soluto de todos os tipos, modificam algumas propriedades físicas do solvente
     • OSMOSE - Movimento da água através de uma membrana semipermeável ocasionado por diferenças na pressão osmótica. As moléculas de água tendem a se mover de uma região de MAIOR CONCENTRAÇÃO de água para uma de MENOR CONCENTRAÇÃO
     • SOLUÇÕES ISOTÔNICAS Soluções com osmolaridade (concentração de soluto) igual ao do citosol
     • SOLUÇÕES HIPERTÔNICAS Soluções com osmolaridade maior que o citosol. A CÉLULA ENCOLHE
     • SOLUÇÕES HIPOTÔNICAS Soluções com osmolaridade menor que o citosol. A CÉLULA INCHA

2. pH

   • Ionização da água e de ácidos e bases fracas
     • As moléculas de água tem a leve tendência de sofrer uma IONIZAÇÃO REVERSÍVEL, produzindo um íon de hidrogênio (próton) e um íon hidróxido, gerando o equilíbrio. A posição de equilíbrio de qualquer reação química é dada por sua constante de equilíbrio - pka. O produto iônico da água (pka) é a base para a ESCALA DE pH)
     • Soluções com pH maior que 7 são ALCALINAS ou BÁSICAS. A concentração de OH- é maior que H+
     • Soluções com pH menor que 7 são ÁCIDAS. A concentração de H+ é maior que de OH-
     • Ácidos e Bases fracas tem pK diferentes
       • A tendência de qualquer ácido (HA) de perder um próton e formar sua base conjugada (A-) é definida pela constante de equilíbrio (pK) para a reação reversível
       • Células e organismos mantêm um pH citosólico específico e constante, em geral perto de pH 7, mantendo biomoléculas em seu estado iônico otimizado. Em organismos multicelulares, o pH dos fluidos extracelulares também é rigorosamente regulado. A constância do pH é atingida principalmente por TAMPÕES BIOLÓGICOS: misturas de ácidos fracos e suas bases conjugadas
     • O pH afeta a estrutura e a atividade de macromoléculas biológicas. A atividade catalítica das enzimas é extremamente dependente do pH.
     • As medidas do pH do sangue e da urina são comumente usadas em diagnósticos médicos. Diversos distúrbios podem levar a um pH sanguíneo abaixo de 7.4, condição chamada ACIDOSE. Em outras doenças, o pH sanguíneo é mais alto que o normal, conhecida como ALCALOSE.

3. TAMPÃO

   • São sistemas aquosos que tendem a resistir a mudanças de pH, quando pequenas quantidades de ÁCIDO (H+) ou BASE (OH-) são adicionadas.
   • Um sistema tampão consiste em um ÁCIDO FRACO (DOADOR de PRÓTONS) e sua BASE CONJUGADA (o ACEPTOR de PRÓTONS). Ex.: Uma mistura de concentrações iguais de ACIDO ACÉTICO e ÍONS DE ACETATO
   • O tamponamento resulta do EQUILÍBRIO entre duas reações reversíveis, ocorrendo em uma solução de CONCENTRAÇÕES QUASE IGUAIS de doador de prótons e de seu aceptor de prótons conjugado.
   • Sempre que H+ ou OH- é adicionado em um tampão, o resultado é uma pequena mudança na razão das concentrações relativas dos ÁCIDOS e seus ÂNIONS. Portanto, uma pequena mudança no pH.
   • O decréscimo na concentração de um componente do sistema é equilibrado exatamente pelo aumento do outro. A soma dos componentes do tampão não muda, somente a sua razão.
   • ÁCIDOS E BASES DE BRONSTED
     • DEFINIÇÃO: Ácidos - substâncias capazes de doar prótons. Bases - substâncias capazes de receber prótons.
     • São classificados como ácidos: HCl, H2SO4, H3C-,COOH
     • Equação de Dissociação de um ácido (HA)
     • Constante de equilíbrio
   • SISTEMA TAMPÃO
     • Os ácidos fracos tem para a Bioquímica um interesse particular, pois junto às suas bases conjugadas, constituem os sistemas-tampão. São CAPAZES DE IMPEDIR GRANDES VARIAÇÕES DE pH quando da adição de ácidos ou álcalis.
     • Um sistema-tampão é denominado pela sua BASE CONJUGADA: tampão ACETATO, tampão FOSFATO etc.
     • A adição do álcali corresponde, portanto, a retirada de prótons do meio. Nesse caso, o equilíbrio químico que constitui o tampão reagirá por DISSOCIAÇÃO DO ÁCIDO HA

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