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AGUA, pH
y
AMORTIGUADORES
EL AGUA IMPORTANCIA BIOMÉDICA
• El agua es participante activo en
numerosas reacciones bioquímicas y
determina las propiedades de
macromoléculas como de las proteínas.
• El pH denota las concentración de H+ en
célula y líquidos corporales.
• Las biomoléculas se disocian a valores
específicos de pH y sus propiedades
biológicas y físicas dependen de ello.
• Principio biológico indica que la constancia
del medio interno del cuerpo debe
conservarse dentro de los límites estrechos
para conservar la salud.
• Se aplica a :
– Agua corporal
– Concentración de electrolitos (Na+, K+, Ca++,
Mg++).
– fosfato
• 2/3 partes agua es líquido intracelular
• 1/3 partes agua líquido extracelular, 25%
plasma.
• Regulación de equilibrio hídrico depende de
mecanismos hipotalámicos.
– Sed
– Hormona antidiurética (ADH)
– Actividad renal
• Depleción de agua
– Disminución de ingestión (coma)
– Incremento de pérdida (pérdida renal,
cutánea, gastrointestinal (diarrea, cólera)
• Exceso de líquido corporal
– Incremento de la ingestión
– Excreción escasa (insuficiencia renal grave)
• El pH extracelular oscila entre 7,35 y 7,45.
• Sistema amortiguador del bicarbonato
(HCO3
-/H2CO3).
• Acidosis (pH < 7,35).
– Cetoacidosis diabética, acidosis láctica.
• Alcalosis (pH > 7,45)
– Vómito de contenido gástrico,diuréticos
• Alteración de equilibrio ácido-base
– pH en sangre arterial
– Presión de CO2
– Concentración de CO2
MOLÉCULA DEL AGUA
El agua es POLAR, posee estructura tetraédrica
asimétrica que le da una distribución asimétrica a la
carga formándose un dipolo.
PUENTES DE HIDRÓGENO
Interacción entre el núcleo de H de una molécula de
agua y el par de electrones no compartidos de otra.
EL pH
pH= - log [ H+ ]
• Introducido en 1909 por Sorensen quien lo definió.
• Los valores bajos corresponden a concentraciones
elevadas de H+ y valores altos de pH corresponden a
concentraciones bajas de H+.
pOH- = - log [OH-]
• pH < 7 = ácido; pH > 7 = básico o alcalino
• La presencia de biomoléculas en forma iónica está
determinada por el pH (concentración del ión H+).
• Sistema amortiguador controla los cambios bruscos
de pH y lo mantiene a pH fisiológico.
IONIZACIÓN, ÁCIDOS Y BASES
• Ionización es la formación de iones.
• El ácido es una sustancia que produce
iones H+ (Arrhenius), y que cede un
protón (Brönsted).
CH3COOH + H2O H+ + CH3COO-
• Una base una sustancia que produce
iones OH- (Arrhenius), y que acepta un
protón (Brönsted).
NH4OH + H2O OH- + NH4
+
• Un ácido y una base fuertes se ionizan
completamente (100%).
• La mayoría de los ácidos o bases
encontrados en la naturaleza son
compuestos orgánicos y son ácidos o
bases débiles.
• La representación común es:
Ácido conjugado base conjugada + H+.
IONIZACIÓN DE UNA PROTEÍNA
• En todas las proteínas, ácidos nucleicos,
coenzimas, metabolitos intermediarios
existen uno o más grupos funcionales
ácidos o bases débiles.
– Carboxilos, aminos, fosfatos.
• El grupo carboxilo (----COOH) y el grupo
amino (---NH3) son dos grupos comunes
de ácidos débiles que se encuentran en la
naturaleza.
CONSTANTE DE DISOCIACIÓN K
CH3COOH + H2O H+ + CH3COO-
Ácido acético Agua H Acetato
(HAc) (Ac)
ECUACIÓN DE
HENDERSON-HASSELBALCH
AMORTIGUADORES
• Es la tendencia a resistir en forma más
eficaz a un cambio de pH después de
adición de un ácido o una base fuerte que
un volumen de agua.
• Las soluciones de ácidos débiles y sus
sales amortiguan el pH cuando se
agregan o eliminan protones.
• A valores de pH próximos al pK la
solución ejerce un mejor efecto
amortiguador.
• Las soluciones de ácidos débiles y sus
bases conjugadas amortiguan mejor en
valores de pH que oscilan alrededor de
pK ± 2,0 unidades de pH.
• Cuando la relación de las
concentraciones del ácido y su sal es de
1, el pH es igual al pKa.
• En células vivas, los fosfatos,
bicarbonatos y proteínas constituyen los
amortiguadores principales.
AMORTIGUADORES SANGUÍNEOS
• pH en sangre venosa de 7,36 a 7,40.
• pH en sangre arterial de 7,38 a 7,42.
• 3 pares conjugados en este proceso:
– H2CO3 y HCO3
-
– Especies ácida y básica de hemoglobina
oxigenada
– Especies ácida y básica de hemoglobina
no oxigenada.
LA HEMOGLOBINA
• Proteína que contiene Fe presente en
glóbulos rojos (eritrocitos).
• Más abundante en la sangre, 14 a 16 g/
100 mL de sangre total.
• Principal función transportar oxígeno de
los pulmones a los tejidos respiratorios.
• En pulmones, el O2 entra al eritrocito y se
une a los átomos de fe de la hemoglobina.
• Se unen un máximo de 4 O2 a la
hemoglobina.
• La hemoglobina oxigenada (HbO2) se
transporta en la sangre arterial a los
tejidos, el O2 se disocia y entra a la
célula.
• La hemoglobina no oxigenada (Hb)
regresa a los pulmones en la sangre
venosa para iniciar el ciclo.
MANTENIMIENTO DE pH SANGUÍNEO
• El efecto Bohr señala que la eficiencia de la
unión del O2 se reduce por una baja del pH.
HbO2 Hb + O2
El H+ disminuye la afinidad por O2 favoreciendo la disociación
• Cuando el CO2 entra al eritrocito es
convertido en H2CO3 (anhidrasa carbónica) y
se ioniza un 90% aumentando la acidez de la
sangre.
CO2 + H2O H2CO3 HCO3
- + H+
anhidrasa disociación
carbónica al pH sanguíneo
• La HHbO2 tiene pKa de 6,62
HHbO2 HbO2
- + H+ pH 7,4
predomina
• La HHb tiene un pKa de 8,18.
HHb Hb- + H+ pH 7,4
predomina
• La unión del oxígeno ha cambiado una
propiedad de la hemoglobina.
• La HHbO2 es un ácido más fuerte que la HHb.
• Al pH sanguíneo las concentraciones de
equilibrio son diferentes .
REACCIONES EN EL CONTROL
DEL pH SANGUÍNEO
H2CO3 HCO3
- + H+
plasma de la sangre venosa
H+ + HbO2
- HHbO2
básica ácida
HHbO2 HHb + O2
efecto Borh tejidos
Eventos en el eritrocito cuando la sangre arterial
es entregada al tejido que está respirando
CO2 CO2 + H2O H2CO3
Cl- Cl-
H2CO3 HCO3
- + H+ HCO3
-
H+ + HbO2
- HHbO2 HHb + O2 O2
PLASMA
PLASMA
TEJIDO
RESPIRATORIO
TEJIDO
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Eventos en el eritrocito cuando la sangre venosa
es entregada a los pulmones
O2 O2 + HHb HHbO2
HCO3
- HCO3
- + HHbO2 HbO2
- + H2CO3
Cl- Cl-
H2CO3 H2O + CO2 CO2
PLASMA
PLASMA
PULMONES
PULMONES
REQUISITOS DE LOS AMORTIGUADORES
• Sistemas amortiguadores naturales de los
fluidos celulares.
– H2PO4-/HPO4-2, proteínas disueltas, ácidos
orgánicos débiles.
• El valor de pKa sea lo más cercano al pH
deseado del amortiguador.
• Amortiguador fisiológico debe aproximarse a
7 o en orden entre 6-8.
• Sea estable, no tóxico y soluble en agua.
• Zwitterión indica presencia de una carga
positiva y negativa dentro de la misma
especie molecular (iones dipolares).
PREPARACIÓN DE SOLUCIONES
AMORTIGUADORAS
Dos formas para preparar amortiguadores:
• Ambos componentes del par ácido-base
conjugado se pesan separadamente para dar
la proporción deseada y se disuelven en
agua.
• Ambos componentes se obtienen a partir de
la cantidad prescrita de sólo un componente,
con el segundo que se irá formando
mediante la adición de cantidades
específicas de ácido o base fuertes.
• Elementos para preparar los
amortiguadores:
– Sistema conjugado ácido-base implicado.
– pKa del sistema.
– Ecuación de Henderson-Hasselbalch
Constantes de disociación como ácido a 25°C.
Ácido Fórmula k1 k2 k3
Acético CH3COOH 1,75 x 10-5
Fórmico HCOOH 1,80 x 10-4
Fosfórico H3PO4 7,11 x 10-3 6,32 x 10-8 4,5 x 10-13
Láctico CH3CHOHCOOH 1,38 x 10-4
Pirúvico CH3COCOOH 3,20 x 10-3
Amonio NH4
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Fuente: Skoog y otros, 1995.
Clase 2 p h, amortiguadores, agua

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  • 2. EL AGUA IMPORTANCIA BIOMÉDICA • El agua es participante activo en numerosas reacciones bioquímicas y determina las propiedades de macromoléculas como de las proteínas. • El pH denota las concentración de H+ en célula y líquidos corporales. • Las biomoléculas se disocian a valores específicos de pH y sus propiedades biológicas y físicas dependen de ello.
  • 3. • Principio biológico indica que la constancia del medio interno del cuerpo debe conservarse dentro de los límites estrechos para conservar la salud. • Se aplica a : – Agua corporal – Concentración de electrolitos (Na+, K+, Ca++, Mg++). – fosfato • 2/3 partes agua es líquido intracelular • 1/3 partes agua líquido extracelular, 25% plasma.
  • 4. • Regulación de equilibrio hídrico depende de mecanismos hipotalámicos. – Sed – Hormona antidiurética (ADH) – Actividad renal • Depleción de agua – Disminución de ingestión (coma) – Incremento de pérdida (pérdida renal, cutánea, gastrointestinal (diarrea, cólera) • Exceso de líquido corporal – Incremento de la ingestión – Excreción escasa (insuficiencia renal grave)
  • 5. • El pH extracelular oscila entre 7,35 y 7,45. • Sistema amortiguador del bicarbonato (HCO3 -/H2CO3). • Acidosis (pH < 7,35). – Cetoacidosis diabética, acidosis láctica. • Alcalosis (pH > 7,45) – Vómito de contenido gástrico,diuréticos • Alteración de equilibrio ácido-base – pH en sangre arterial – Presión de CO2 – Concentración de CO2
  • 6. MOLÉCULA DEL AGUA El agua es POLAR, posee estructura tetraédrica asimétrica que le da una distribución asimétrica a la carga formándose un dipolo.
  • 7. PUENTES DE HIDRÓGENO Interacción entre el núcleo de H de una molécula de agua y el par de electrones no compartidos de otra.
  • 8.
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  • 10.
  • 11.
  • 12. EL pH pH= - log [ H+ ] • Introducido en 1909 por Sorensen quien lo definió. • Los valores bajos corresponden a concentraciones elevadas de H+ y valores altos de pH corresponden a concentraciones bajas de H+. pOH- = - log [OH-] • pH < 7 = ácido; pH > 7 = básico o alcalino • La presencia de biomoléculas en forma iónica está determinada por el pH (concentración del ión H+). • Sistema amortiguador controla los cambios bruscos de pH y lo mantiene a pH fisiológico.
  • 13.
  • 14.
  • 15. IONIZACIÓN, ÁCIDOS Y BASES • Ionización es la formación de iones. • El ácido es una sustancia que produce iones H+ (Arrhenius), y que cede un protón (Brönsted). CH3COOH + H2O H+ + CH3COO- • Una base una sustancia que produce iones OH- (Arrhenius), y que acepta un protón (Brönsted). NH4OH + H2O OH- + NH4 +
  • 16. • Un ácido y una base fuertes se ionizan completamente (100%). • La mayoría de los ácidos o bases encontrados en la naturaleza son compuestos orgánicos y son ácidos o bases débiles. • La representación común es: Ácido conjugado base conjugada + H+.
  • 17. IONIZACIÓN DE UNA PROTEÍNA
  • 18. • En todas las proteínas, ácidos nucleicos, coenzimas, metabolitos intermediarios existen uno o más grupos funcionales ácidos o bases débiles. – Carboxilos, aminos, fosfatos. • El grupo carboxilo (----COOH) y el grupo amino (---NH3) son dos grupos comunes de ácidos débiles que se encuentran en la naturaleza.
  • 19. CONSTANTE DE DISOCIACIÓN K CH3COOH + H2O H+ + CH3COO- Ácido acético Agua H Acetato (HAc) (Ac)
  • 20.
  • 22. AMORTIGUADORES • Es la tendencia a resistir en forma más eficaz a un cambio de pH después de adición de un ácido o una base fuerte que un volumen de agua. • Las soluciones de ácidos débiles y sus sales amortiguan el pH cuando se agregan o eliminan protones. • A valores de pH próximos al pK la solución ejerce un mejor efecto amortiguador.
  • 23. • Las soluciones de ácidos débiles y sus bases conjugadas amortiguan mejor en valores de pH que oscilan alrededor de pK ± 2,0 unidades de pH. • Cuando la relación de las concentraciones del ácido y su sal es de 1, el pH es igual al pKa. • En células vivas, los fosfatos, bicarbonatos y proteínas constituyen los amortiguadores principales.
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  • 26. AMORTIGUADORES SANGUÍNEOS • pH en sangre venosa de 7,36 a 7,40. • pH en sangre arterial de 7,38 a 7,42. • 3 pares conjugados en este proceso: – H2CO3 y HCO3 - – Especies ácida y básica de hemoglobina oxigenada – Especies ácida y básica de hemoglobina no oxigenada.
  • 27. LA HEMOGLOBINA • Proteína que contiene Fe presente en glóbulos rojos (eritrocitos). • Más abundante en la sangre, 14 a 16 g/ 100 mL de sangre total. • Principal función transportar oxígeno de los pulmones a los tejidos respiratorios. • En pulmones, el O2 entra al eritrocito y se une a los átomos de fe de la hemoglobina.
  • 28. • Se unen un máximo de 4 O2 a la hemoglobina. • La hemoglobina oxigenada (HbO2) se transporta en la sangre arterial a los tejidos, el O2 se disocia y entra a la célula. • La hemoglobina no oxigenada (Hb) regresa a los pulmones en la sangre venosa para iniciar el ciclo.
  • 29. MANTENIMIENTO DE pH SANGUÍNEO • El efecto Bohr señala que la eficiencia de la unión del O2 se reduce por una baja del pH. HbO2 Hb + O2 El H+ disminuye la afinidad por O2 favoreciendo la disociación • Cuando el CO2 entra al eritrocito es convertido en H2CO3 (anhidrasa carbónica) y se ioniza un 90% aumentando la acidez de la sangre. CO2 + H2O H2CO3 HCO3 - + H+ anhidrasa disociación carbónica al pH sanguíneo
  • 30. • La HHbO2 tiene pKa de 6,62 HHbO2 HbO2 - + H+ pH 7,4 predomina • La HHb tiene un pKa de 8,18. HHb Hb- + H+ pH 7,4 predomina • La unión del oxígeno ha cambiado una propiedad de la hemoglobina. • La HHbO2 es un ácido más fuerte que la HHb. • Al pH sanguíneo las concentraciones de equilibrio son diferentes .
  • 31. REACCIONES EN EL CONTROL DEL pH SANGUÍNEO H2CO3 HCO3 - + H+ plasma de la sangre venosa H+ + HbO2 - HHbO2 básica ácida HHbO2 HHb + O2 efecto Borh tejidos
  • 32. Eventos en el eritrocito cuando la sangre arterial es entregada al tejido que está respirando CO2 CO2 + H2O H2CO3 Cl- Cl- H2CO3 HCO3 - + H+ HCO3 - H+ + HbO2 - HHbO2 HHb + O2 O2 PLASMA PLASMA TEJIDO RESPIRATORIO TEJIDO RESPIRATORIO
  • 33. Eventos en el eritrocito cuando la sangre venosa es entregada a los pulmones O2 O2 + HHb HHbO2 HCO3 - HCO3 - + HHbO2 HbO2 - + H2CO3 Cl- Cl- H2CO3 H2O + CO2 CO2 PLASMA PLASMA PULMONES PULMONES
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  • 35. REQUISITOS DE LOS AMORTIGUADORES • Sistemas amortiguadores naturales de los fluidos celulares. – H2PO4-/HPO4-2, proteínas disueltas, ácidos orgánicos débiles. • El valor de pKa sea lo más cercano al pH deseado del amortiguador. • Amortiguador fisiológico debe aproximarse a 7 o en orden entre 6-8. • Sea estable, no tóxico y soluble en agua. • Zwitterión indica presencia de una carga positiva y negativa dentro de la misma especie molecular (iones dipolares).
  • 36. PREPARACIÓN DE SOLUCIONES AMORTIGUADORAS Dos formas para preparar amortiguadores: • Ambos componentes del par ácido-base conjugado se pesan separadamente para dar la proporción deseada y se disuelven en agua. • Ambos componentes se obtienen a partir de la cantidad prescrita de sólo un componente, con el segundo que se irá formando mediante la adición de cantidades específicas de ácido o base fuertes.
  • 37. • Elementos para preparar los amortiguadores: – Sistema conjugado ácido-base implicado. – pKa del sistema. – Ecuación de Henderson-Hasselbalch
  • 38. Constantes de disociación como ácido a 25°C. Ácido Fórmula k1 k2 k3 Acético CH3COOH 1,75 x 10-5 Fórmico HCOOH 1,80 x 10-4 Fosfórico H3PO4 7,11 x 10-3 6,32 x 10-8 4,5 x 10-13 Láctico CH3CHOHCOOH 1,38 x 10-4 Pirúvico CH3COCOOH 3,20 x 10-3 Amonio NH4 + 5,70 x 10-10 Fuente: Skoog y otros, 1995.