Aula completa sobre Água, Ácidos, Bases e Tampões

Bioquímica
Rotas metabólicas gerais
para os componentes da
dieta no corpo humano.

Água, Ácidos, Bases e Tampões
Bioquímica

Bioquímica
funções da água no corpo
os sistemas tampão utilizados
pelo corpo para se proteger
dos ácidos e bases produzidos
no metabolismo

ÁGUA
A água é distribuída entre os compartimentos intra e
extracelulares; esse último inclui os líquidos intersticiais, o
sangue e a linfa. Por ser a água uma molécula dipolar com
uma distribuição irregular de elétrons entre os átomos de
hidrogênio e oxigênio, ela forma ligações de hidrogênio
com outras moléculas polares e age como um solvente.
Bioquímica

O pH DA ÁGUA
A água se dissocia fracamente para formar íons
hidrogênio (H+) e hidroxil (OH-). A concentração
de íons hidrogênio determina a acidez da
solução, a qual é expressa em termos de pH. O
pH de uma solução é o logaritmo negativo de
sua concentração de íon hidrogênio.
Bioquímica

ÁCIDOS E BASES
Um ácido é uma substância que pode liberar íons
hidrogênio, e uma base é uma substância que pode
receber íons hidrogênio.
Quase todas as moléculas de um ácido forte,
quando dissolvidas em água, dissociam-se e liberam seus
íons hidrogênio, mas apenas uma pequena porcentagem
do total de moléculas de um ácido fraco se dissocia.
Um ácido fraco tem uma constante de dissociação
característica, Ka. A relação entre o pH de uma solução, o
Ka de um ácido e a extensão de sua dissociação são
obtidos pela equação de Henderson-Hasselbalch.
Bioquímica

TAMPÕES
Um tampão é uma mistura de um ácido não-
dissociado e sua base conjugada (a forma do ácido
que perdeu seu próton). Isso leva a solução a resistir
a alterações no pH quando H+ ou OH– é adicionado.
Um tampão tem uma maior capacidade de
tamponamento na escala próxima ao seu pKa (o
logaritmo negativo do seu Ka). Dois fatores
determinam a efetividade de um tampão, seu pKa
relativo ao pH da solução e sua concentração.
Bioquímica
mecanismos respiratórios removem ácido carbônico através da expiração
de CO2, e os rins excretam ácido com íon amônia (NH4+) e outros íons

ÁGUA
A água é o solvente da vida. Ela banha as
células, dissolve e transporta compostos no sangue,
fornece um meio para movimento de moléculas para o
interior e, através dos compartimentos celulares,
separa moléculas carregadas, dissipa calor e participa
de reações químicas.
A maioria dos compostos do corpo, incluindo
proteínas, deve interagir com o meio aquoso. Apesar
da variação na quantidade de água ingerida
diariamente e produzida no metabolismo, o corpo
mantém uma quantidade quase constante de água,
que corresponde a cerca de 60% do peso corporal.
Bioquímica

Compartimentos Líquidos no Corpo
A água corporal total corresponde a
aproximadamente 50 a 60% do peso corporal em
adultos e 75% em crianças. Devido ao fato de a gordura
ter relativamente pouca água associada a ela, pessoas
obesas têm uma porcentagem mais baixa de água
corporal do que pessoas magras, mulheres tendem a
ter uma porcentagem mais baixa do que homens, e
pessoas mais velhas têm uma porcentagem mais baixa
do que pessoas mais jovens.
Bioquímica

Compartimentos Líquidos no Corpo
Cerca de 40% da água corporal total é intracelular,
e 60%, extracelular. A água extracelular inclui o líquido no
plasma (sangue após as células sanguíneas serem
removidas) e a água intersticial (o líquido nos espaços
teciduais, que fica entre as células).
A água transcelular é uma porção pequena e
especializada da água extracelular que inclui secreção
gastrintestinal, urina, suor e líquidos que escapam
através das paredes capilares devido ao excesso de
pressão hidrostática ou inflamação.
Bioquímica

Pontes de Hidrogênio na Água
A natureza dipolar da molécula de água (H2O)
permite que ela forme pontes de hidrogênio, uma
propriedade que é responsável pelo papel da água
como solvente. Na H2O, o átomo de oxigênio tem dois
elétrons não-compartilhados que formam uma nuvem
de elétrons densa em torno dele.
Essa pode estar acima ou abaixo do plano
formado pela molécula de água.
Bioquímica

Pontes de Hidrogênio na Água
Os átomos de hidrogênio e oxigênio da molécula
de água formam pontes de hidrogênio e participam de
camadas de hidratação.
Uma ponte de hidrogênio é uma interação não-
covalente fraca entre o hidrogênio de uma molécula e
o átomo mais eletronegativo de uma molécula
aceptora.
O oxigênio da água pode formar pontes de
hidrogênio com outras duas moléculas de água, dessa
forma cada molécula de água é ligada por hidrogênio a
aproximadamente quatro moléculas de água vizinhas
em uma rede líquida tridimensional.
Bioquímica

Água e regulação térmica
A estrutura da água também permite que ela
resista a mudanças de temperatura. Seu calor de fusão
é alto, de tal modo que é necessária uma grande queda
na temperatura para converter água líquida ao estado
sólido (gelo).
A condutividade térmica da água também é alta,
facilitando, assim, a dissipação de calor de áreas de alto
uso de energia, como o cérebro, para o sangue e para o
pool de água corporal.
Bioquímica

Água e regulação térmica
Sua capacidade de calor e seu calor de
vaporização são bastante elevados; quando água
líquida é convertida em um gás e evapora da pele, o
efeito de resfriamento é sentido.
A água responde ao aumento de calor com a
diminuição da quantidade de pontes de hidrogênio e
ao resfriamento com o aumento da formação de
pontes de hidrogênio entre as suas moléculas.
Bioquímica

Eletrólitos
Os líquidos extracelular (LEC) e intracelular
(LIC) contêm eletrólitos, um termo geral aplicado a
bicarbonato, ânions e cátions inorgânicos. Os
eletrólitos são distribuídos entre os compartimentos
de forma irregular.
No LEC (plasma e líquido intersticial), os
principais eletrólitos são Na+ e Cl– e, nas células, K+
e fosfatos como HPO4
–2. Essa distribuição é mantida
principalmente pelos transportadores dependentes
de energia que bombeiam Na+ para fora das células
em troca de K+.
Bioquímica

Bioquímica
Isotônico
Hipertônico Hipotônico

Osmolalidade e Movimento de Água
A água é distribuída entre os diferentes
compartimentos líquidos de acordo com a concentração
de solutos, ou osmolalidade, de cada um deles.
A osmolalidade de um líquido é proporcional à
concentração total de suas moléculas dissolvidas,
incluindo íons, metabólitos orgânicos e proteínas (em
geral é expressa como miliosmoles [mOsm]/kg de água).
Bioquímica

A membrana celular semipermeável que separa
os compartimentos extra e intracelular contém um
número de canais de íons através dos quais a água pode
se mover livremente, mas outras moléculas não.
Do mesmo modo, a água pode se mover
livremente através de capilares que separam o líquido
intersticial e o plasma.
Como resultado, ela se move de um comparti-
mento com concentração de solutos mais baixa (baixa
osmolalidade) para um com concentração mais alta,
para atingir uma osmolalidade igual em ambos os lados
da membrana através da chamada pressão osmotica.
Bioquímica

Quando um compartimento líquido perde
água, outro a repõe, para manter a osmolalidade
constante. O sangue contém uma grande quantidade
de proteínas carregadas negativamente, e são
necessários eletrólitos para balancear essas cargas.
À medida que a água passa do sangue para
urina para balancear a excreção de íons, o volume
sanguíneo é preenchido com água do líquido
intersticial.
Quando as osmolalidades do sangue e do
líquido intersticial estão muito altas, a água se move
para fora das células.
Bioquímica

ÁCIDOS E BASES
Ácidos são compostos que doam um íon hidrogênio (H+)
para uma solução, e bases são compostos (como o íon OH-)
que captam íons hidrogênio. Uma pequena parte da própria
água se dissocia, gerando íons hidrogênio (H+) – os quais são
também chamados de prótons – e íons hidróxido (OH-).
A água é neutra, nem ácida nem básica.
Bioquímica
A dissociação da água.

O pH da Água
A fração de dissociação das moléculas de água em H+ e
OH– é muito leve, e a concentração de íons hidrogênio na água
pura é apenas 0,0000001 M, ou 10–7 mol/L. A concentração de
íons hidrogênio em uma solução é usualmente indicada pelo
termo pH, o qual é o log10 negativo da concentração de íons
hidrogênio expresso em mol/L.
Portanto, o pH da água pura é 7.
Bioquímica
Definição de pH.

O pH da Água
Um pH de 7 é considerado neutro, porque [H+] e [OH-] são iguais.
Em relação à água pura, as soluções ácidas têm uma concentração maior
de íons hidrogênio e uma concentração menor de íons hidróxido (pH<7,0).
E as soluções básicas têm uma concentração menor de íons hidrogênio e
uma concentração maior de íons hidróxido (pH>7,0).
Bioquímica

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Boca
pH 6,7
Intestino delgado
pH 8
Estômago
pH 2

Ácidos Fortes e Fracos
Durante o metabolismo, o corpo produz um número de ácidos que aumentam a
concentração de íons hidrogênio no sangue ou em outros líquidos corporais e tendem a
reduzir o pH.
Bioquímica

Ácidos Fortes e Fracos
Esses ácidos, metabolicamente importantes, podem ser
classificados como ácidos fracos ou ácidos fortes pelo seu grau de
dissociação em um íon hidrogênio e uma base (o componente
aniônico).
Ácidos inorgânicos, como ácido sulfúrico (H2SO4) e ácido
clorídrico (HCl), são ácidos fortes que se dissociam completamente em
solução.
Ácidos orgânicos que contêm grupos de ácidos carboxílicos (ex.:
os corpos cetônicos ácido acetoacético e ácido β-hidróxi-butírico) são
ácidos fracos que se dissolvem apenas de forma limitada em água. Em
geral, um ácido fraco (HA), chamado de ácido conjugado, dissocia-se em
um íon hidrogênio e um componente aniônico (A-), chamado de base
conjugada.
Bioquímica

Bioquímica
Dissociação de ácidos. O ácido sulfúrico é um ácido forte que se dissocia em íons H+ e sulfato. Os corpos
cetônicos, ácido acetoacético e ácido β-hidroxi-butírico são ácidos fracos que se dissociam de forma parcial em
íons H+ e suas bases conjugadas.
grande concentração de H+
dissociação
total
dissociação
parcial

TAMPÕES
Os tampões consistem em um ácido fraco e sua base conjugada e fazem com que
uma solução resista a alterações no pH quando íons hidrogênio ou íons hidróxido são
adicionados.
Bioquímica

ÁCIDOS METABÓLICOS E TAMPÕES
Bioquímica
Uma taxa média de atividade metabólica
produz cerca de 22.000 mEq de ácido por dia. Se
todo esse ácido fosse dissolvido de uma vez nos
líquidos corporais não-tamponados, o pH neles
seria menor do que 1.
Contudo, o pH do sangue é mantido
normalmente entre 7,36 e 7,44, e o pH intracelular
em cerca de 7,1 (entre 6,9 e 7,4).
A maior variação do pH extracelular na qual
as funções metabólicas do fígado, o batimento do
coração e a condução do impulso neural podem ser
mantidas é 6,8 a 7,8.
Portanto, até que o ácido
produzido pelo metabolismo
possa ser excretado como CO2
no ar expirado e como íons na
urina, ele precisa ser
tamponado nos líquidos
corporais.

ÁCIDOS METABÓLICOS E TAMPÕES
Bioquímica
Os maiores sistemas tamponantes do corpo são:
o sistema-tampão bicarbonato-ácido carbônico, o qual
opera principalmente no líquido extracelular;
o sistema-tampão da hemoglobina nos eritrócitos;
o sistema-tampão fosfato em todos os tipos de células;
o sistema-tampão de proteínas das células e do plasma.

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Homeostase de líquidos corporais (balanço hídrico corporal constante). A ingesta é influenciada por disponibilidade de
líquidos e alimentos, sede, fome e habilidade de engolir. A frequência, evaporação respiratórias e o volume urinário
influenciam a perda de água. O corpo ajusta o volume de excreção urinária para compensar as variações nos outros tipos
de perda de água e na ingesta. Os hormônios aldosterona e antidiurético (ADH) auxiliam o monitoramento do volume
sanguíneo e da osmolalidade por meio de mecanismos regulatórios da sede e do equilíbrio de sódio e água.

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