{"id":496,"date":"2010-08-04T22:58:30","date_gmt":"2010-08-05T01:58:30","guid":{"rendered":"http:\/\/scienceblogs.com.br\/eccemedicus\/2010\/08\/acidos_bases_e_uti_iii\/"},"modified":"2010-08-04T22:58:30","modified_gmt":"2010-08-05T01:58:30","slug":"acidos_bases_e_uti_iii","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/eccemedicus\/2010\/08\/04\/acidos_bases_e_uti_iii\/","title":{"rendered":"\u00c1cidos, Bases e UTI III"},"content":{"rendered":"

Este \u00e9 o terceiro post da s\u00e9rie. Os primeiros podem ser vistos aqui<\/a> e aqui<\/a>. Neste, veremos como surgiu a escala do pH e desvendaremos as propriedades sobrenaturais dos tamp\u00f5es. Uma parte desse texto j\u00e1 foi publicada aqui<\/a>, onde pode ser encontrada uma hist\u00f3ria (bem) resumida da Cervejaria Carlsberg.<\/i><\/p>\n

INTRODU\u00c7\u00c3O DO CONCEITO DE pH – O TRABALHO DE S\u00d6REN S\u00d6RENSEN<\/p>\n

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<\/span>Os principais defensores e divulgadores dos conceitos e aplica\u00e7\u00f5es da nova teoria foram os laborat\u00f3rios de Ostwald em Leipzig e de Nernst em G\u00f6ttingen. Entretanto, a influ\u00eancia sem igual da concentra\u00e7\u00e3o hidrogeni\u00f4nica nas rea\u00e7\u00f5es biol\u00f3gicas teve sua base estabelecida em um laborat\u00f3rio ligado a uma cervejaria em Copenhagen e n\u00e3o nos laborat\u00f3rios pr\u00e9-citados. Dois artigos, totalizando 170 p\u00e1ginas, intitulados \u00c9tudes Enzymatiques I e II<\/i><\/b>, foram simultaneamente publicados em alem\u00e3o e franc\u00eas em 1909 na revista do Laborat\u00f3rio Carlsberg (Comptes-Rendus des Travaux du Laboratoire de Carlsberg<\/i><\/b>) por S\u00f6ren Peter Lauritz S\u00d6RENSEN (1868-1939)(ver figura ao lado). Neste trabalho, S\u00f6rensen esclarece um dos pontos mais obscuros da bioqu\u00edmica da \u00e9poca: a rela\u00e7\u00e3o entre a atividade das enzimas e a acidez do meio. Sabia-se de longa data que a atividade das enzimas era fortemente dependente da acidez do meio pois KJELDAHL, a quem S\u00f6rensen substituiu como chefe do Departamento de Qu\u00edmica do Laborat\u00f3rio Carlsberg, demonstrou que a atividade da sacarase dependia de uma acidez \u00f3tima. Acreditava-se ser imposs\u00edvel saber com exatid\u00e3o a quantidade de \u00e1cido que deveria ser adicionada \u00e0 solu\u00e7\u00e3o para se obter a maior atividade da enzima. Os diferentes \u00e1cidos tinham a\u00e7\u00f5es diferentes dependendo da temperatura e da maneira como o substrato era preparado. Isso tinha uma import\u00e2ncia fundamental no processo de fabrica\u00e7\u00e3o da cerveja (e tamb\u00e9m de muitas outras rea\u00e7\u00f5es de fermenta\u00e7\u00e3o) porque o rendimento da produ\u00e7\u00e3o seria maior por quantidade de mat\u00e9ria prima gasta. Entretanto, tudo era feito de modo emp\u00edrico. Neste ponto, S\u00f6rensen imaginou que, se segundo Arrhenius, sendo a a\u00e7\u00e3o de um \u00e1cido caracterizada pela emiss\u00e3o do H+<\/span>, seria poss\u00edvel que o agente modificador da atividade enzim\u00e1tica fosse o \u00edon hidrog\u00eanio, em outras palavras, que o fator determinante fosse a concentra\u00e7\u00e3o hidrogeni\u00f4nica<\/i>. N\u00e3o se poderia prever a concentra\u00e7\u00e3o hidrogeni\u00f4nica imposta \u00e0 solu\u00e7\u00e3o pela adi\u00e7\u00e3o de \u00e1cido porque as prepara\u00e7\u00f5es enzim\u00e1ticas contiam subst\u00e2ncias capazes de fixar o H<\/span>+<\/span> <\/span><\/span>(ver efeito Efeito Tamp\u00e3o abaixo) e essas subst\u00e2ncias tinham sua concentra\u00e7\u00e3o vari\u00e1vel conforme o modo de prepara\u00e7\u00e3o. Ent\u00e3o, qual seria o denominador comum a todas as solu\u00e7\u00f5es? Trabalhando com sua hip\u00f3tese, S\u00f6rensen p\u00f4de comparar a atividade das enzimas com a concentra\u00e7\u00e3o hidrogeni\u00f4nica gerando os gr\u00e1ficos ao lado (originais de seu artigo, mas com tradu\u00e7\u00e3o para o ingl\u00eas). O trabalho de Nernst permitiu a cria\u00e7\u00e3o do eletrodo de platina para medir o pH. S\u00f6rensen desenvolveu m\u00e9todos para medir o pH em sistemas biol\u00f3gicos (ou bioqu\u00edmicos, mas essa palavra ainda n\u00e3o existia na \u00e9poca). A rela\u00e7\u00e3o entre a atividade enzim\u00e1tica e acidez \u00e9 demonstrada na figura ao lado. O painel da esquerda mostra a atividade enzim\u00e1tica baseada na quantidade de \u00e1cido sulf\u00farico adicionada a mistura. Pode-se observar que o pico desta atividade n\u00e3o coincide, variando de acordo com as concentra\u00e7\u00f5es testadas. No painel da direita, temos agora a concentra\u00e7\u00e3o hidrogeni\u00f4nica do meio, ou mais <\/span><\/span>precisamente, seu pH, nas ordenadas a atividade da enzima. Podemos observar que a atividade m\u00e1xima das enzimas ocorre sempre muito pr\u00f3xima ao pH 4,5. S\u00f6rensen demonstrou que a concentra\u00e7\u00e3o de \u00edons hidrog\u00eanio mais favor\u00e1vel \u00e0 a\u00e7\u00e3o da enzima era sempre a mesma para uma determinada enzima, n\u00e3o importando o tipo de prepara\u00e7\u00e3o, nem a quantidade de \u00e1cido adicionada e – o que causou enorme espanto – nem do tipo de \u00e1cido (sulf\u00farico, fosf\u00f3rico ou c\u00edtrico). Como S\u00f6rensen estudou outras enzimas (catalase e pepsina) p\u00f4de demonstrar um comportamento regular para todas elas. Concluiu que: 1) A atividade m\u00e1xima de toda enzima depende de uma concentra\u00e7\u00e3o hidrogeni\u00f4nica \u00f3tima; 2) Essa concentra\u00e7\u00e3o \u00e9 uma caracter\u00edstica espec\u00edfica de cada enzima, desde que \u00e0 temperatura constante. Essa foi talvez, a maior contribui\u00e7\u00e3o de S\u00f6rensen, quase que “desmistificando” as rela\u00e7\u00f5es entre atividade enzim\u00e1tica e acidez. Foi poss\u00edvel ap\u00f3s essa comunica\u00e7\u00e3o, por exemplo, padronizar os procedimentos industriais e instituir medidas para avaliar a qualidade dos processos fermentativos passando-se do empirismo medieval, aos processos de alt\u00edssimo rendimento que conhecemos hoje. \u00c9 de se notar que isso ocorreu apenas no \u00ednicio do s\u00e9culo XX, s\u00e9culos ap\u00f3s a Revolu\u00e7\u00e3o Industrial ter iniciado. Mas ele ainda n\u00e3o tinha terminado. Esse trabalho ficaria muito mais conhecido por uma inven\u00e7\u00e3o decorrente da “pregui\u00e7a”: S\u00f6rensen inventou a escala do pH. Depois de desenhar tantos gr\u00e1ficos e colocar pot\u00eancias negativas de base 10 nas abscissas, optou por utilizar o cologar\u00edtimo, que se traduzia em n\u00fameros mais palat\u00e1veis. Entretanto, a maior concentra\u00e7\u00e3o hidrogeni\u00f4nica da \u00e1gua \u00e9, segundo o produto i\u00f4nico, igual a 10-7<\/sup>, \u00e0 temperatura de 18o<\/sup> C. O grande m\u00e9rito de S\u00f6rensen nesse campo, foi perceber que tanto as solu\u00e7\u00f5es \u00e1cidas, quanto as alcalinas, poderiam ser caracterizadas pela concentra\u00e7\u00e3o de \u00edons hidrog\u00eanio, bastando apenas saber qual \u00e9 o ponto onde as grandezas [H+<\/sup>] e [OH–<\/sup>] s\u00e3o iguais para se definir o ponto neutro, conceito elaborado pela rec\u00e9m-lan\u00e7ada Teoria de Arrhenius. Se [H+<\/sup>]>[OH–<\/sup>] a solu\u00e7\u00e3o \u00e9 \u00e1cida e se [H+<\/sup>]<[OH–<\/sup>] a solu\u00e7\u00e3o \u00e9 alcalina. Foi ent\u00e3o que surgiu a proposta de representar a concentra\u00e7\u00e3o de \u00edons hidrog\u00eanio pelo seu cologar\u00edtimo e atrav\u00e9s desse n\u00famero, a concentra\u00e7\u00e3o hidrogeni\u00f4nica de solu\u00e7\u00f5es \u00e1cidas e alcalinas. A grandeza foi representada pelo s\u00edmbolo pH<\/span><\/span><\/span>\u00b7, o p proveniente de potenz <\/i>ou puissance<\/i> significando pot\u00eancia, ou mais precisamente, o expoente negativo. Com o tempo, o ponto representando o \u00edon hidrog\u00eanio foi suprimido por raz\u00f5es tipogr\u00e1ficas e ficamos com o familiar pH, que tanto utilizamos. As analogias feitas por S\u00f6rensen entre a escala de pH e tempera<\/span><\/span>tura relacionadas a atividade das enzimas, levaram W. Mansfield Clark a escrever que em certas rea\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas o pH \u00e9 mais importante que a temperatura, propondo que ele seja expresso em o<\/span>S (graus S\u00f6rensen) ou em unidades S\u00f6rensen. \u00c9 interessante notar que a escala do pH n\u00e3o foi a \u00fanica, apesar de ser a primeira. A princ
\nipal cr\u00edtica, a meu ver, \u00e9 que o pH \u00e9 uma escala logar\u00edtima (e n\u00e3o direta) o que causa certa confus\u00e3o. A figura abaixo mostra a rela\u00e7\u00e3o entre a concentra\u00e7\u00e3o hidrogeni\u00f4nica e o pH compreendendo a zona de pH humana (7,00 a 7,80). Notem que no pH normal do sangue (7,40), pela inclina\u00e7\u00e3o da curva, grandes varia\u00e7\u00f5es da <\/span>[H+<\/sup>] podem ocorrer, sem grandes varia\u00e7\u00f5es de pH. Al\u00e9m disso, a escala do pH pode resultar negativa em algumas solu\u00e7\u00f5es qu\u00edmicas o que dificulta seu entendimento.
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Na tentativa de suplantar essas dificuldades GIRIBALDO, um qu\u00edmico uruguaio e CATANI, brasileiro, publicaram separadamente, artigos nos quais defendiam a utiliza\u00e7\u00e3o de suas escalas, que eram diretas. Giribaldo lan\u00e7ou o pR<\/i> em 1924 e Catani prop\u00f4s uma escala alternativa na Revista Brasileira de Qu\u00edmica<\/i> em 1943. Essas escalas acabaram por n\u00e3o conquistar a simpatia da comunidade cient\u00edfica mundial e ca\u00edram no esquecimento. Atualmente que grande parte das dificuldades de compreens\u00e3o que os estudantes apresentam quando entram em contato pela primeira vez com o Equil\u00edbrio \u00c1cido-Base \u00e9 em fun\u00e7\u00e3o dessa rela\u00e7\u00e3o n\u00e3o intuitiva. Entretanto, a tentativa que alguns livros fazem de torn\u00e1-la direta \u00e9 totalmente ineficaz e confunde, mais que explica.<\/p>\n

O EFEITO TAMP\u00c3O<\/p>\n

Em fun\u00e7\u00e3o de sua extrema import\u00e2ncia nos sistemas biol\u00f3gicos e tamb\u00e9m de sua peculiaridade, optei por contar um pouco da hist\u00f3ria dos sistemas tamp\u00e3o antes de passarmos \u00e0 evolu\u00e7\u00e3o hist\u00f3rica das aplica\u00e7\u00f5es m\u00e9dicas do equil\u00edbrio \u00e1cido-base. A no\u00e7\u00e3o de efeito tamp\u00e3o \u00e9 atribu\u00edda a FERNBACH, outro fabricante de cerveja. No congresso franco-belga de cervejarias realizado em Paris no ano de 1900, Fernbach apresentou os resultados de suas experi\u00eancias com malte. Chamou-lhe a aten\u00e7\u00e3o o fato de que o extrato de malte \u00e9 \u00e1cido quando testado com fenolftale\u00edna e alcalino quando testado com metil-orange, duas das subst\u00e2ncias mais utilizadas para medir a acidez pelo m\u00e9todo colorim\u00e9trico, na \u00e9poca. Como poderia uma subst\u00e2ncia ser \u00e1cida e alcalina ao mesmo tempo? Como sabia da exist\u00eancia de um pouco de \u00e1cido fosf\u00f3rico no extrato de malte, Fernbach imaginou que o comportamento do extrato na fenolftale\u00edna seria decorrente da presen\u00e7a de fosfatos. Entretanto, monofosfatos puros n\u00e3o s\u00e3o b\u00e1sicos no metil-orange ent\u00e3o, deveria haver uma mistura de mono e bifosfatos. Percebeu tamb\u00e9m, que havia uma acidez ideal para a atividade enzim\u00e1tica do extrato e que era dif\u00edcil prever seu comportamento ap\u00f3s a adi\u00e7\u00e3o de \u00e1cidos ou \u00e1lcalis, tal como S\u00f6rensen o fizera. Fernbach imaginou que a atividade enzim\u00e1tica do extrato de malte \u00e9, de certa forma, protegida contra a a\u00e7\u00e3o inibit\u00f3ria de \u00e1cidos e \u00e1lcalis e que essa prote\u00e7\u00e3o \u00e9 decorrente da presen\u00e7a de um mistura de fosfatos com 1 ou 2 hidrog\u00eanios. Em seu original alem\u00e3o, Fernbach escreve que a mistura age como um puffer<\/i> que protege a mistura da a\u00e7\u00e3o de \u00e1cidos e \u00e1lcalis. A palavra puffer<\/i> tem dois significados em alem\u00e3o: a) pacote de tecido que se coloca em uma ferida para estancar sangramento e b) parachoque de uma locomotiva a vapor. Segundo SCH\u00d6EN em seu livro Le Probl\u00e8me des Fermentations – Paris – 1926<\/i>, Fernbach empregou a palavra com o segundo significado (prote\u00e7\u00e3o contra choques), independentemente do fato de que alguns ainda insistam na primeira hip\u00f3tese. O correspondente ingl\u00eas \u00e9 buffer<\/i> e franc\u00eas tampon<\/i> de onde tiramos nosso tamp\u00e3o<\/b>. Podemos definir um tamp\u00e3o como sendo um sistema qu\u00edmico que tende a manter constante (“proteger”) o pH, apesar da adi\u00e7\u00e3o de \u00e1cidos ou bases \u00e0 solu\u00e7\u00e3o. Isso \u00e9 conseguido \u00e0s custas de pelo menos 2 componentes que atuam conjuntamente, ora fornecendo \u00edons hidrog\u00eanio, ora fixando-os. Discutiremos as a\u00e7\u00f5es biol\u00f3gicas dos tamp\u00f5es nos posts seguintes. Ah, esqueci. Parece que o pH de uma cerveja \u00e9 por volta de 4,5, mas \u00e9 claro, depender\u00e1 sempre, da temperatura [2].<\/p>\n

Bibliografia<\/b><\/p>\n

1.Crane Jr, FE. Is there an alternative to pH? J. Chem. Educ.<\/i>, 1961, vol. 38 pp. 365. Para uma interessante discuss\u00e3o sobre o hist\u00f3rico, vantagens e desvantagens de outras escalas de pH.
2. P\u00e1gina<\/a> do Grupo Carlsberg.
3. <\/span>J\u00f6rgensen, H. (1950). Theorie, mesure et applications du pH. Paris, Dunod. Na biblioteca do IQ da USP Identificador:  5416 Classifica\u00e7\u00e3o:  541.3728 J82T.
4. Holter, H & M\u00f6ller, KM. The Carlsberg Laboratory. Carlsberg Foundation, 1976. Gentilmente cedido por Jette \u00d6lsen, rela\u00e7\u00f5es p\u00fablicas da Funda\u00e7\u00e3o Carlsberg, juntamente com rico material de fotos de S\u00f6rensen.<\/p>\n

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Este \u00e9 o terceiro post da s\u00e9rie. Os primeiros podem ser vistos aqui e aqui. Neste, veremos como surgiu a escala do pH e desvendaremos as propriedades sobrenaturais dos tamp\u00f5es. Uma parte desse texto j\u00e1 foi publicada aqui, onde pode ser encontrada uma hist\u00f3ria (bem) resumida da Cervejaria Carlsberg. INTRODU\u00c7\u00c3O DO CONCEITO DE pH – […]<\/p>\n","protected":false},"author":466,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_monsterinsights_skip_tracking":false,"_monsterinsights_sitenote_active":false,"_monsterinsights_sitenote_note":"","_monsterinsights_sitenote_category":0,"pgc_sgb_lightbox_settings":"","_vp_format_video_url":"","_vp_image_focal_point":[],"footnotes":""},"categories":[6,18],"tags":[34],"class_list":["post-496","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-medica","category-medicina","tag-acido-basico"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/eccemedicus\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/496","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/eccemedicus\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/eccemedicus\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/eccemedicus\/wp-json\/wp\/v2\/users\/466"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/eccemedicus\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=496"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/eccemedicus\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/496\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/eccemedicus\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=496"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/eccemedicus\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=496"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/eccemedicus\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=496"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}