Bioquímica Básica
1.4 Tampões biológicos
Em resumo, a eficiência de um tampão é proporcional à sua concentração e é máxima no pH igual ao pKa de seu ácido fraco (que pode ser medido por titulação). Na prática, o ácido fraco escolhido e um dos seus sais são dissolvidos em concentrações iguais. Para preparar um tampão acetato 0,1 M a pH 4,7, dissolvem-se em 1 L de água 0,05 mols de ácido acético e 0,05 mols de acetato de sódio. O mesmo resultado seria conseguido pela dissolução de 0,1 mols de ácido acético e adição de álcali suficiente para elevar o pH até 4,7; quando o pH atingir este valor, e o volume for acertado para 1 L, a composição da solução será idêntica ao caso anterior (50% do ácido e 50% da base conjugada).
Figura 1.2 Titulação de um ácido fraco — a região de tamponamento estende-se uma unidade abaixo e acima do pK . a
1.4 Tampões biológicos
Os seres vivos mantêm constante o seu pH interno
Os tampões biológicos são aqueles encontrados nos seres vivos. Na espécie humana, o pH do sangue é mantido muito próximo de 7,4, embora não sejam muitos os ácidos fracos que apresentam valores de pK em torno a de 7,4. Os principais responsáveis pela manutenção desse valor de pH são as proteínas, o tampão bicarbonato e o tampão fosfato.
O efeito tamponante das proteínas é devido aos grupos ionizáveis dos seus resíduos de aminoácidos, que são ácidos fracos. Entretanto, os valores
de pK a da maioria desses grupos são muito distantes de 7,4 (Tabela 2.1, no
Capítulo 2), tornando-os ineficazes como tampões neste pH. Os aminoácidos que apresentam um grupo com pK compatível com o a tamponamento a pH fisiológico são a histidina e a cisteína. Adicionalmente, as proteínas exercem efeito tamponante muito discreto no plasma, por estarem presentes em baixas concentrações — vale lembrar que a eficiência do tampão depende de sua concentração. Sua importância no tamponamento celular é maior do que no plasmático, porque atingem níveis mais elevados nas células. A exceção é a hemoglobina que é a responsável
principal pela manutenção do pH plasmático (Seção 3.3.1), juntamente com o tampão bicarbonato.
No caso do tampão bicarbonato, o ácido carbônico dissocia-se em bicarbonato e H+:
H − + 2 CO 3 ⇌ HCO 3 + H
O valor de seu pK é 3,8, incompatível com o tamponamento a
fisiológico. O ácido carbônico apresenta, todavia, a característica peculiar de estar em equilíbrio com o CO2 dissolvido em água segundo a reação:
CO + H O ⇌ H CO 2 2 23
No organismo humano, o CO 2 formado nos tecidos, como produto do metabolismo celular, difunde-se para o plasma e para o interior das hemácias. Estas células contêm uma enzima, a anidrase carbônica, uma das enzimas mais eficientes que se conhece, capaz de acelerar a reação de hidratação do CO2 por cerca de 107 vezes — o CO2 dissolvido é transformado imediatamente em H − + 2 CO 3 , que se dissocia em HCO 3 e H:
CO + 2 + H 2 O ⇌ H 2 CO 3 ⇌ HCO − 3 + H
A constante de equilíbrio do sistema-tampão bicarbonato, incorporando-se a concentração de H O, por ser praticamente constante, é: 2
O CO2 (o anidrido do ácido carbônico) equivale ao “ácido conjugado” do tampão bicarbonato.
A concentração de CO dissolvido depende da pressão parcial de CO 22 (pCO2) na atmosfera e, como somente 3% do gás é dissolvido a 37ºC, esta função é expressa por 0,03 • pCO . Obtém-se: 2
A constante de equilíbrio do sistema-tampão bicarbonato a 37ºC pode ser calculada a partir da constante de equilíbrio da reação de hidratação do CO 2 (3 × 10 −3M) e da constante de dissociação do ácido carbônico (2,7 × 10−4M) — o valor da nova constante é 8,1 × 10−7M e o do novo pK é 6,1. A a equação de Henderson-Hasselbalch para este sistema-tampão torna-se:
O CO 2 dissolvido no plasma está em contato com o CO2 atmosférico através do espaço alveolar, permitindo um rápido ajuste da concentração de H+ quando esta tende a variar. O tampão bicarbonato constitui, por isto, um sistema aberto, muito mais eficiente no controle do pH do que um sistema fechado. Realmente, supondo o sistema fechado, uma adição de ácido forte (H+) faria com que a maior parte dos prótons combinasse com a base conjugada (HCO –), diminuindo sua concentração e aumentando a 3