Sistema Tampão. Efeito de ph na Atividade Enzimática

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1 Sistema Tampão Efeito de ph na Atividade Enzimática

2 Sistema Tampão - Ionização da Água - Definição de ácidos fortes e ácidos fracos - Equação de Henderson-Hasselbalch - Definição de sistema tampão - Curvas de Titulação

3 Importância do Equilíbrio Ácido-Base Conformação de Macromoléculas Mecanismos de Ação e Toxicidade de Fármacos Patologias

4 Distúrbios Ácido-Base Acidose Alcalose Metabólica Respiratória

5 Acidose Respiratória: Hipoventilação dos alvéolos Acúmulo de CO2 CO2 + H2O H2CO3 H + + HCO3 - Aguda Obstrução das vias respiratórias Desordens neuromusculares Doenças do SNC Inalação de [CO 2 ] Crônica Pacientes com Obstrução Alveolar (Enfisema Pulmonar) Alcalose Respiratória: Hiperventilação dos alvéolos Ansiedade SNC Envenenamento Febre Ventilação Artificial altitude = Pressão Atmosférica = P alveolar CO 2

6 Acidose Metabólica ingestão de ácidos orgânicos não-voláteis eliminação excessiva de bases (diarréia severa) produção de ácidos metabólicos em excesso Alcalose Metabólica ingestão de excesso de bases (mais comum: bicarbonato de sódio) eliminação excessiva de ácidos (vômito prolongado; lavagem estomacal)

7 ph "pondushydrogenii ou potencial de hidrogênio o poder do hidrogênio em causar a acidez de uma solução. NÃO É PH ou Ph!!!! A função p é usada para indicar a concentração de outros íons, como em pca, que dá a concentração de íons cálcio na solução. ph log[h + ]

8 A água sofre ionização: H 2 O H + + OH - E a ionização? É de 50%? 100%? 1%?

9 H2O H + + OH - ph = -log[h + ] poh = -log[oh - ] Água Pura: ph = 7,0 ácido neutro base

10 Uma pequena parte da água está ionizada: Apenas uma em cada 10 7 moléculas de água pura está ionizada H 2 O H + + OH - (1) Keq = [H + ][OH - ] [H 2 O] (2) A 25 o C, a concentração de água é cerca de 55,5 M.

11 Keq = [H + ][OH - ] [H 2 O] (2) Podemos substituir a concentração de água na equação 2: Keq = [H + ][OH - ] 55,5 M (3) A eq. 3 pode ser re-escrita como: (55,5 M) (Keq) = [H + ][OH - ]

12 O produto da constante de equilíbrio e da concentração de água é chamado de produto iônico da água ou Kw: (55,5 M).(Keq) = Kw K eq foi determinada pela condutividade elétrica da água. Nesse tipo de medida, apenas os íons em solução (no caso, a água dissociada) são capazes de conduzir corrente elétrica. K eq = 1,8 x M a 25 o C (para a água pura)

13 Kw = (55,5 M).(K eq ) = 55,5 M. 1,8 x M = 99,9 x M Keq = [H + ][OH - ] 55,5 M (3) Substituindo, na eq. 3: 99,9 x M 2 =[H + ][OH - ] ~100 x M 2 = 1 x M 2

14 99,9 x M 2 =[H + ][OH - ] ou: 1,0 x M 2 =[H + ][OH - ] = Kw (4) O produto [H + ] [OH - ] será sempre igual a M 2 (25 C)!

15 O produto [H + ] [OH - ] será sempre igual a M 2 (25 C)! Na água pura, em ph 7, as concentrações de H + e de OH - são exatamente iguais, então... Kw = [H + ] [OH - ] = [H + ] 2 = M 2 então, [H + ] = 10-7 M ou Kw = [H + ] [OH - ] = [OH - ] 2 = M 2 e [OH - ] = 10-7 M

16 Como ph = -log [H + ], na água pura: ph = - log(10-7 ) ou... ph = 7 De forma análoga, poh = -log [OH - ], na água pura: poh = - log(10-7 ) ou... ph = 7

17 Se adicionarmos H + ou OH - à agua, o ph varia! Então... como podemos controlar o ph de uma solução? - o sistema biológico utiliza compostos com capacidade tamponante (sistema tampão). - os compostos que atuam como tampões biológicos têm a capacidade de absorver os íons H + ou OH -, mantendo constante o ph do meio.

18 O que é um ácido forte? E o que é um ácido fraco?

19 Ácido Forte: Totalmente ionizado, quando em solução aquosa. HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - Ácido Fraco: Parcialmente ionizado, quando em solução aquosa.

20 Ionização de ácido fraco: HA + H 2 O H 3 O + + A - (7) ácido + base ácido conjugado + base conjugada da base do ácido Podemos definir uma constante de ionização (K): [H 3 O + ] [A - ] K = (8) [HA][H 2 O]

21 [H 3 O + ] [A - ] K = (8) [HA][H 2 O] K.[H 2 O] = [H 3 O + ] [A - ] [HA] ou Ka = [H + ] [A - ] [HA] (9) [H + ] = Ka. [HA] [A - ] (10)

22 [H + ] = Ka. [HA] [A - ] (10) Multiplicando a equação por (-log): ph = -log Ka - log [HA] [A - ] (11) Em uma analogia à definição de ph, podemos definir que -log Ka é o pka: ph = pka - log [HA] (12) [A - ]

23 Equação de Henderson-Hasselbalch ph = pka - log [HA] (12) [A - ] ou: ph = pka + log [A - ] [HA] (12a)

24 ph = pka + log [A - ] [HA] (12a) Quando [A-] = [HA]: ph = pka Traduzindo : No ph que corresponde ao pka de um ácido fraco, temos exatamente a mesma quantidade de ácido (forma protonada, HA) e de base conjugada (forma desprotonada, A-).

25 Como atua um Tampão? Ionização de ácido fraco: HA + H 2 O H 3 O + + A - (7) ácido + base ácido conjugado + base conjugada da base do ácido

26 HAc Ac - + H + No ph = pka: x H + : x +1 H + : x +10 H + : 31 9 x +9 H + : 40 0 x ph Ponto Inicial (ph = pka) Adição de H+ Exemplo para um ácido fraco com pka = [OH - ] Obs: o gráfico completo será mostrado depois da adição de OH -

27 HAc Ac - + H + No ph = pka: x -1 H + : x -1 H + : x -10 H + : 9 31 x -9 H + : 0 40 x 10 ph Ponto Inicial (ph = pka) Adição de OH- Exemplo para um ácido fraco com pka = [OH - ] Obs: o gráfico completo será mostrado depois da adição de OH -

28 Curva de titulação considerando um equilíbrio linear Ponto Inicial (ph = pka) Adição de H+ Adição de OH- 6 ph [OH - ]

29 A linha preta representa a curva de titulação mais próxima à real, já que o equilíbrio não é linear: ph [OH - ]

30 Ou seja, um bom tampão pode ser formado por um ácido fraco desde que o ph de utilização seja próximo ao pka do mesmo!

31 Efeito do ph na Atividade Enzimática: Fosfatase alcalina Calorimetric Reaction Rate (µcal/s) Asparaginase ph

32 Enzyme Optimum ph Lipase (pancreas) 8.0 Lipase (stomach) Lipase (castor oil) 4.7 Pepsin Trypsin Urease 7.0 Invertase 4.5 Maltase Amylase (pancreas) Amylase (malt) Catalase 7.0

Ácidos e Bases. Os ácidos e bases fortes encontram-se completamente ionizados quando em solução aquosa. HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH -

Ácidos e Bases. Os ácidos e bases fortes encontram-se completamente ionizados quando em solução aquosa. HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Ácidos e Bases Os ácidos e bases fortes encontram-se completamente ionizados quando em solução aquosa. HCl H + + Cl - NaOH Na + + OH - Em sistemas biológicos os ácidos e bases fracas são bastante importantes

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