Universidade Federal do Rio de Janeiro Centro de Ciências da Saúde Instituto de Bioquímica Médica Curso: Enfermagem e Obstetrícia P H E SOLUÇÕES TAMPÃO PH pH = 1 = - log [H+] log[H+] Determina as concentrações de H+ e OH- em qualquer solução aquosa Afeta a estrutura e a atividade das biomoléculas Absorção Medicamentos Diagnóstico clínico (pH do sangue e urina) E SCALA DE P H E SCALA DE P H BASES: [H+] Aceptores de prótons. Tendem a incorporar prótons em suas moléculas numa solução aquosa ÁCIDOS: ↑ [H+] Doadores de prótons. Tendem a perder prótons numa solução aquosa Bicarbonato de sódio Á CIDOS E BASES Ácidos ou bases fortes: Completamente ionizados quando diluídos em solução aquosa Ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico, NaOH, KOH Ácidos ou bases fracas: Não estão completamente ionizados quando diluídos em água Comuns em sistemas biológicos Papel importante no metabolismo e regulação PAR ÁCIDO - BASE CONJUGADO Doador de prótons e seu aceptor correspondente CH3COOH ácido acético H+ + CH3COO- ânion acetato Quanto mais forte o ácido, maior a tendência em perder prótons HA H + + A- Constante de equilíbrio: Keq = [H+] [A-] [HA] = Ka A tendência do ácido em perder um próton e formar a sua base conjugada é definida por uma constante de equilíbrio. E QUAÇÃO DE H ENDERSON H ASSELBACH pKa é o pH no qual metade do fármaco está ionizado [A-] A BSORÇÃO DE MEDICAMENTOS Fármacos são ácidos ou bases fracas presentes nas soluções tanto sob a forma ionizada (BH+ ou A-) quanto nãoionizada (B ou HA) Essa forma variam de acordo com o pH BH+ B + H+ HA A- + H + A BSORÇÃO DE MEDICAMENTOS E P H Ionizada (BH+ ou A-): Solubilidade em água é alta Lipossolubilidade baixa - sendo incapaz de atravessar as membranas Não-ionizada (B ou HA): Solubilidade em água é baixa Lipossolúveis e podem se difundir através da membrana C OMO SERÁ ABSORÇÃO DA ASPIRINA NO P H = PKA ?? 3 = 3 + log [A- ] [HA] log [A- ] = 0 [HA] [A- ] = 1 [HA] [A- ] = [HA] log [A- ] = log 1 [HA] E COMO SERÁ A ABSORÇÃO DA ASPIRINA EM PH BÁSICO ?? 8 = 3 + log [A- ] [HA] [A- ] = 100.000 [HA] 1 log [A- ] = 5 [HA] [A- ] log [A- ] = log 100.000 [HA] = 100.000 vezes maior que [HA] E M QUAL P H A ASPIRINA SERÁ MELHOR ABSORVIDA ?? 1 = 3 + log [A- ] [HA] [A- ] = [HA] 1 100 log [A- ] = -2 [HA] log [A- ] = log 0,01 [HA] [HA] = 100 vezes maior que [A-] Estômago (ácido) A BSORÇÃO DE MEDICAMENTOS E P H [H+] em relação ao pK [H+] Pk [H+] = [A-] I MPLICAÇÃO NA SOLUBILIDADE DO FÁRMACO ÁCIDO O comprimido precisa ser solubilizado e depois absorvido! HA Forma absorvida A- + H+ Forma solúvel I MPLICAÇÃO NA SOLUBILIDADE DO FÁRMACO ÁCIDO O comprimido precisa ser solubilizado e depois absorvido! A- + H+ HA Forma absorvida NaHCO3 Na+ + HCO3Bicarbonato de sódio HCO3H2O [H+] Forma solúvel H2CO3 H2O + CO2 H+ + OH- pH Basifica a solução facilita solubilização do fármaco 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 C OMO 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 CH3COOH H+ + CH3COO- pH > pK pH < pK V ÍDEO BUFFER C URVA 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 Qual pK deve ter o tampão do citosol? E do sangue? E do estômago? A ÇÃO DOS TAMPÕES CONTRA AS VARIAÇÕES DE P H NOS SISTEMAS BIOLÓGICOS Qual o pH ideal para cada compartimento? A ÇÃO DOS TAMPÕES CONTRA AS VARIAÇÕES DE P H 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 Fosfatase Alcalina Remove grupos fosfatos de nucleotídeos, proteínas e alcalóides Produzida por diversos órgãos e tecidos (ex: ossos, fígado e placenta) C OMO MANTER O P H CONSTANTE E ESPECÍFICO ? Ácidos ou Bases fracos tamponam células e tecidos contra variações no pH C OMO MANTER O P H CONSTANTE E ESPECÍFICO ?? Ácidos ou Bases fracos tamponam células e tecidos contra variações no pH P ROTEÍNAS COMO SISTEMAS TAMPÃO Altas concentrações de proteínas Aminoácidos apresentam grupos funcionais que são ácidos ou bases fracos As proteínas possuem apenas um grupo amino e caboxila livre em cada extremidade. Pois os outros grupos amino e carboxila dos aminoácidos intermediários estão ligados covalentemente entre si (ligações peptídicas) e por isso não contribuem para o comportamento ácido base da proteína. Assim, o que interessa na proteína como sistema tampão é o pKa da cadeia lateral. A MINOÁCIDOS Pk ente 1 e 2 Grupo Ácido Grupo Amino a Pk ente 9 e 10 Grupo ou Cadeia Lateral L IGAÇÃO a PEPTÍDICA a Aminoácido 1 Aminoácido 2 a a Ligação Peptídica Dipeptídeo C ADEIAS LATERAIS Alguns dos aminoácidos formadores de proteínas Alanina Serina Ácido aspártico Cisteína Tirosina Histidina P ROTEÍNAS COMO SISTEMAS TAMPÃO Altas concentrações de proteínas Aminoácidos apresentam grupos funcionais que são ácidos ou bases fracos As proteínas possuem apenas um grupo amino e caboxila livre em cada extremidade. Pois os outros grupos amino e carboxila dos aminoácidos intermediários estão ligados covalentemente entre si (ligações peptídicas) e por isso não contribuem para o comportamento ácido base da proteína. Assim, o que interessa na proteína como sistema tampão é o pKa da cadeia lateral. TAMPONAMENTO DO P H DO CITOPLASMA Ex: Aminoácido Histidina (pKa = 6) Tamponamento efetivo em pH neutro TAMPÕES BIOLOGICAMENTE IMPORTANTES Sistemas Fosfato e Bicarbonato pH é constante e específico (mantém as biomoléculas em seu estado iônico ótimo) TAMPÃO FOSFATO pKa ~7,0 Tamponamento do citoplasma pH pH entre 6,9 e 7,4 Importância do fosfato nas células: -integra inúmeros intermediários do metabolismo dos carboidratos, proteínas e lipídios. -armazenamento e transporte de energia em forma de ATP -co-fatores, como NAD, NADP e tiamina pirofosfato, do AMPc e trifosfato de inositol (segundos mensageiros) -DNA e RNA. TAMPÃO BICARBONATO H2CO3 do plasma sanguíneo está em equilíbrio com o CO2 dos pulmões Tamponamento do plasma sanguíneo pH ~ 7,4 C OMO FUNCIONA O TAMPÃO BICARBONATO DURANTE UM EXERCÍCIO FÍSICO ? Ácido láctico (H+) produzido no músculo é adicionado no sangue provocando Ácido carbônico hiperventilação C OMO FUNCIONA O TAMPÃO BICARBONATO QUANDO O P H DO SANGUE AUMENTA ? Produção de amônia (NH3) durante o catabolismo de proteínas provoca: Bicarbonato Respiração lenta regula pH PACIENTES COM PROBLEMAS RESPIRATÓRIOS ( LIBERAÇÃO DE CO 2 )? Ex: Fibrose Cística, Asma, Pneumonia Severa, Enfisema Pulmonar (DPOC) Acidose respiratória Muco pulmão dificulta a liberação de CO2 H IPERVENTILAÇÃO HISTÉRICA SOLUÇÃO: Respirar novamente o CO2 expirado ( CO2) Reverte a alcalose respiratória H IPERVENTILAÇÃO HISTÉRICA Ex: Pessoas ansiosas com crise nervosa Alcalose respiratória Algumas causas possíveis: Dor Histeria Ansiedade A alcalose respiratória ocorre como resultado da hiperventilação Freqüência respiratória A CIDOSE METABÓLICA Ex: Diarréia [HCO3-] SOLUÇÃO: Hiperventilação consegue reverter instantaneamente a acidose metabólica Hiperventilação Acidose metabólica não compensada é raramente vista clinicamente A LCALOSE METABÓLICA Ex: Vômito [H+] (elimina conteúdo do estômago) hipOventilação SOLUÇÃO: Respiração lenta consegue reverter instantaneamente a alcalose metabólica D ISTÚRBIOS ÁCIDO - BASE E QUILÍBRIO ÁCIDO - BASE P RÁTICA