Regulação do pH em Sistemas Biológicos: Tampões e Funções

Como os Sistemas Biológicos Regulam o pH?

Um sistema tampão é uma solução aquosa que permite evitar o aumento ou diminuição acentuada de íons H⁺ em pequenas quantidades. No entanto, apresentam capacidade limitada. Existem diferentes sistemas tampão que atuam em diversas variações de pH. Os tampões biológicos geralmente mantêm o pH sanguíneo dentro de uma faixa específica; um exemplo são as proteínas.

Composição Química de Soluções Tampão

Quimicamente, uma solução tampão é composta pela mistura de um ácido fraco e sua base conjugada. No caso de alcalose (aumento do pH), o próton ionizado se liga, formando água. No caso de acidose (diminuição do pH), o próton ionizado se liga à base conjugada.

Grau de Ionização

• Ácido Fraco: Menor grau de ionização (<5%), ionização não favorecida.
• Ácido Forte: Maior grau de ionização (>50%), ionização favorecida. Ex.: HCl.

Exemplos de Tampões Biológicos

1. Gás Carbônico/Bicarbonato:

   Durante a respiração, há produção de CO₂ (gás carbônico), que é pouco solúvel em água. Para facilitar sua solubilização e transporte, a enzima anidrase carbónica promove a reação:

   CO₂ + H₂O → H₂CO₃

   O H₂CO₃ (ácido carbônico) é um ácido fraco que se ioniza em H⁺ e HCO₃⁻ (bicarbonato), atuando como um sistema tampão.

2. Hemoglobina/Oxiemoglobina
3. Proteínas Ácidas/Proteínas Básicas
4. Fosfato Monoácido/Fosfato Diácido

Impacto da Ventilação no pH Sanguíneo

Aumento da Ventilação (Hiperventilação)

• Condições (Ex.): Ansiedade, certas drogas, baixa pressão atmosférica.
• Consequência: Diminuição da produção de CO₂ → Produz menos H₂CO₃ → Favorece a reação H₂CO₃ ← H⁺ + HCO₃⁻ (deslocamento para a esquerda) → Diminuição da [H⁺] → Aumento do pH → Alcalose Respiratória.

Diminuição da Ventilação (Hipoventilação)

• Condições (Ex.): Obstrução de vias aéreas, enfisemas, pneumonias, doenças respiratórias que inibem o SNC (Sistema Nervoso Central).
• Consequência: Aumento da produção de CO₂ → Produz mais H₂CO₃ → Favorece a reação H₂CO₃ → H⁺ + HCO₃⁻ (deslocamento para a direita) → Aumento da [H⁺] → Diminuição do pH → Acidose Respiratória.

Variações de pH e Processos Fisiológicos

Hemoglobina e o Efeito Bohr

A hemoglobina é uma proteína essencial que realiza o transporte de O₂. O desligamento do oxigênio da hemoglobina nos tecidos é explicado pelo Efeito Bohr. O aumento da concentração de CO₂ nos tecidos favorece a formação de ácido carbônico (H₂CO₃). A ionização do ácido carbônico leva ao aumento da concentração de H⁺ nos tecidos. Isso, por sua vez, favorece a protonação da hemoglobina (Hb), promovendo uma transição estrutural do estado R para o estado T. Essa transição resulta na diminuição da afinidade do O₂ pela Hb, o que favorece sua difusão para o tecido onde sua concentração é menor.

Reações:

• Nos Tecidos: HbO₂ + H⁺ → HHb⁺ + O₂
• Nos Pulmões: HbO₂ + H⁺ ← HHb⁺ + O₂

pH e Digestão Gástrica

O ácido gástrico é composto principalmente por HCl, NaCl e KCl.

Essa acidez extrema garante proteção contra a colonização bacteriana e otimiza o processo de digestão. A diminuição do pH no estômago promove uma alteração na estrutura das proteínas ingeridas (desnaturação), o que favorece a exposição de sua superfície. Isso, por sua vez, permite a ação eficiente da enzima pepsina sobre as proteínas, iniciando sua quebra.