pH e tampão - IQ-USP
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Homeostase do pH Frederico Gueiros Filho Formação: Bacharelado em Biologia - UERJ - pH no plasma arterial/liq. extracelular = 7,35 - 7,45 Mestrado em Genética - UFRJ - pH no plasma venoso = 7,31 - 7,41 Doutorado - Harvard Medical School - EUA - pH no liq. intracelular = 6,7 - 7,1 Pós-doutorado - Harvard, Depto. MCB - EUA Interesse de pesquisa: Mecanismo da divisão bacteriana pH 7,2 - acidose pH 7,6 - alcalose 6,8 > pH > 7,8 = risco de vida! - Tampões: fosfato (ATP), bicarbonato, histidina (proteínas) pH Ácidos e Bases Conceito de Bronsted-Lowry: pH = -log[H+] ácido - capaz de doar H+ base - capaz de receber H+ Escala de pH 0 HA 14 7 ácido básico neutro H+ + A- HCl H+ + ClH2CO3 H+ + HCO3HOH H+ + OHNH4+ H+ + NH3 Ácidos ácidos fortes - dissociam-se completamente bases conjugadas fracas ex.: HCl, HNO3 ácidos fracos - dissociam-se parcialmente bases conjugadas mais fortes ex.: H3PO4, H2CO3, Ác. acético, etc. HA H+ + [A-] [H+] Ka = [HA] forte A- Ka de ácidos fracos são números bem pequenos Ácido acético (CH3-COOH) 0.1M Espécies iônicas no equilíbrio: CH3-COOH = CH3-COO- + H+ 0.0987 0.0013 0.0013 Ka = 0.0013 x 0.0013 = 1,78 x 10-5 0.0987 Quanto maior Ka, mais ...... é o ácido ! pKa Alguns pKas de Importância Biológica pKa = - log Ka CH3-COOH Ka = 1,78 x 10-5 pKa = -log 1,78 x 10-5 = 4,75 fraco Quanto maior o pKa, mais ...... é o ácido ! - Ácido acético pKa = 4,8 - Ácido lático pKa = 3,86 - Histidina pKa = 6,0 - H2CO3 / HCO3HCO3- / CO32- pKa = 6,1 pKa = 10,4 - H3PO4 / H2PO4H2PO4- / HPO42HPO42- / PO43- pKa = 2,1 pKa = 7,2 pKa = 12,3 Tampão Tampão recebe H+ doa H+ - Capaz de prevenir grandes alterações de pH HA H+ + A- + H+ HA H+ + A- + OH- HA H+ + A- HA H+ + A- -Constituído por um ácido fraco e sua base conjugada - Feito pela mistura de um ácido fraco com seu sal, ou pela titulação de um ácido fraco com uma base forte Será que um tampão é capaz de absorver todo ácido (ou base) que nele é adicionado? Ka = A equação dos tampões [A-] [H+] (- log) Ka = [HA] [A-] [H+] -log Ka = - log [HA] [A-] pKa = - log + pH [HA] (Eq. de Henderson-Hasselbalch) [A-] [HA] + H+ Ka = [A-] ?[H+] [HA] Equação de Henderson-Hasselbalch [A-] - log [H+] -log Ka = - log [HA] pH = pKa + log [A-] [H+] [HA] (base conjugada) (ácido) pH = pKa + log [A-] [HA] É só uma forma “metida a besta” de reescrever o equilíbrio de dissociação de um ácido fraco!!! Uma maneira conveniente de visualizar a relação entre o pH de uma solução e as quantidades relativas de ácido e base conjugada presentes. Usada para: - Estimar o pH de uma solução tampão feita por um ácido fraco e sua base conjugada. - Estimar a proporção de ácido e base conjugados em um certo pH Casos particulares (Eq. de Henderson-Hasselbalch) pH = pKa + log [A-] [HA] Curva de Titulação Se [A-] = [HA] : pH = pKa + log 1 pH = pKa + 0 pH = pKa “Um ácido fraco está 50% dissociado num pH igual ao seu pKa” Curva de Titulação Ponto de inflexão ocorre em pH = pKa [HA] = [A-] ANIMACAO TAMPAO Faixa efetiva de tamponamento varia entre pKa-1 e pKa+1 Um tampão só é eficiente para manter pHs próximos do seu pKa ! http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/chm19104/chemtoons/chemtoons.htm O corpo tem uma enorme capacidade de tamponamento Experimento de Swan & Pitts: Neste experimento, cães receberam uma infusão de 14 mmoles H+ por litro de água corpórea. Isto causou uma queda do pH plasmático de 7.44 ([H+] = 36 nmoles/l) para um pH de 7.14 ([H+] = 72 nmoles/l) . Isto significa um aumento da [H+] de apenas 36 nmoles/l. Infundidonormal 14.000.000 nmoles/l Produção de ácido corporal: Sobraram 36 nmoles/l 12 moles/dia CO2 Absorvido 13.999.964 nmoles/l !!! 0.1 moles/dia ácidos metabólicos Sistemas tampão mais importantes Plasma: Bicarbonato Histidina (Hemoglobina) Intracelular: Fosfato Proteínas Fluido extracelular: Fosfato Bicarbonato Composição do tampão do plasma % Bicarbonato/Ácido Carbônico 64 Hemoglobina (His) 28 Proteinas ácidas/ básicas 7 Fosfato monoácido/diácido 1 Alguns pKas de Importância Biológica - H2CO3 / HCO3HCO3- / CO32- pKa = 6,1 pKa = 10,4 - H3PO4 / H2PO4H2PO4- / HPO42HPO42- / PO43- pKa = 2,1 pKa = 7,2 pKa = 12,3 - Histidina pKa = 6,0 - Ácido acético pKa = 4,8 - Ácido lático pKa = 3,86 O Tampão Bicarbonato CO2 + H2O HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O CO2 + H2O (plasma) CO2 H2CO3 HCO3- + H+ H2CO3 HCO3- + H+ HCO3- + H+ (pulmões) CO2 (gás) SISTEMA ABERTO ! pKa = 6,1 O Tampão Bicarbonato HCO3- + H+ CO2 Manutenção do pH Sangüíneo CO2 + H2O pKa = 6,1 -] pH = 6,1 + log [HCO3 [CO2] pH = 6,1 + log [HCO3-] pCO2 x 0,03 + H+ + OH- H2CO3 CO2 + H2O HCO3- + H+ H2CO3 HCO3- + H+ CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ (pCO2 em mm Hg) Alterações do pH Sangüíneo Alterações do pH Sangüíneo Acidificação (acidose) Causa metabólica: defeito primário = ácidos CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ Causa respiratória: defeito primário = [CO2] H2CO3 ()pH, [HCO3-], CO2 Causa respiratória: defeito primário = [CO2] CO2 + H2O ()pH, [HCO3-], ()CO2 CO2 + H2O Alcalinização (alcalose) HCO3- + H+ H2CO3 HCO3- + H+ pH, [HCO3-], CO2 Causa metabólica: defeito primário = bases, remoção de H+ CO2 + H2O H2CO3 ()pH, [HCO3-], ()CO2 HCO3- + H+ Recursos na Web: Animações sobre ionização de ácidos, preparação de tampões, curva de titulação (Inglês): http://www.chembio.uoguelph.ca/educmat/chm19104/chemtoons/chemtoons .htm Tutoriais e animações sobre ionização de ácidos, preparação de tampões, curva de titulação (Inglês): http://www.wwnorton.com/chemistry/tutorials/ch16.htm Tutorial sobre pH, tampões e equilibrio ácido-básico com enfoque médico (Português): http://www.projeto-biologico.arizona.edu/biochemistry/biochemistry.html Planilha Excel para simulação de curvas de titulação (Inglês): www.chem.vt.edu/chem-ed/simulations/titration-henderson-hasselbalch.xls
