Bioquímica para enfermería

1. El agua, pH y electrolitos.

2. EL AGUA: UN RECURSO VITAL DE NUESTRO
PLANETA
El agua es el medio en donde se originó la
vida.
Es un componente esencial de todos los seres
vivos. Además, los ambientes acuáticos están
poblados por una gran diversidad de seres
vivos.
Sin agua sería imposible la vida sobre la
tierra

3. Importancia del Agua
Importancia del Agua
• El agua es la biomoleculas más abundante en el ser humano.
• Constituye un 65-70% del peso del cuerpo, debiéndose
mantener alrededor de estos valores. De lo contrario, el
organismo sufriría graves situaciones patológicas.
• Todas las células precisan una matriz en la que diez mil
biomoléculas puedan moverse e interaccionar en un espacio
tupido.las reacciones bioquímicas del organismo tienen lugar
en medios acuosos.
• “Es el solvente por naturaleza, principal componente del
aparato circulatorio, permite mantener la temperatura del
cuerpo, vehiculiza los nutrientes y los desechos corporales”.

4. Importancia del Agua
Importancia del Agua
AGUA CORPORAL: 75 %(NACIMIENTO)
60 % (1 AÑO – ADULTEZ)
(MUJERES 5 % MENOS)
50 % (ADULTOS MAYORES)
DISTRIBUCIÓN: 2/ 3 EN COMPARTIMIENTO INTRACELULAR
1/3 EN COMPARTIMIENTO EXTRACELULAR

5. Agua Omnipresente
El agua está omnipresente en nuestra biosfera, y éste es
presumiblemente el motivo por el que no nos solemos fijar más
en sus excepcionales propiedades. En realidad, el H2O se
diferencia claramente de otras moléculas pequeñas y de
estructura aparentemente similar; así:
El sulfuro de hidrógeno (H2S) es un gas a –61°C
El amoníaco (NH) a –33 °C,
Mientras que el agua en la Tierra se encuentra mayoritariamente
en estado líquido.

6. ESTRUCTURA MOLECULAR DEL AGUA
El oxígeno tiene seis electrones en la capa exterior. Cuatro de
ellos forman pares libres que no participan en uniones. Los dos
restantes establecen la unión con los átomos de H.
El H2O es una molécula dipolar: los electrones del hidrógeno se
encuentran gran parte de su tiempo cerca del átomo de O, que
con ello consigue una carga parcial negativa.

7. ESTRUCTURA MOLECULAR DEL AGUA
• La estructura de la molécula del agua tiene carácter
tetraédrico, con una hibridación sp3 del átomo de oxígeno,
situado en el centro, y los dos átomos de hidrógeno dispuestos
en dos de los vértices de dicho tetraedro.

8. ESTRUCTURA MOLECULAR DEL AGUA
• Las dos restantes direcciones de enlace corresponden a los
otros dos orbitales, ocupados cada uno de ellos por una pareja
de electrones.
• El ángulo entre los dos átomos de hidrógeno es de 104.5°; la
distancia de enlace entre oxígeno e hidrógeno es de 0.096 nm.

9. Estructura Molecular • La mayor electronegatividad del
oxígeno con respecto al
del Agua hidrógeno, determina una
distribución asimétrica de la
carga electrónica, con mayor
densidad electrónica sobre el
oxígeno, y un déficit electrónico
sobre los hidrógenos.
• En consecuencia, la molécula de
agua es un dipolo eléctrico, sin
carga neta.
• Esta estructura condiciona
muchas de las propiedades
físicas y químicas del agua,
debido fundamentalmente a la
posibilidad de establecimiento de
puentes de hidrógeno entre
moléculas acuosas y de éstas con
otras moléculas.

10. • Un enlace por puente de Puente de
hidrógeno se efectúa entre un Hidrógeno
átomo electronegativo y el
átomo de hidrogeno unido
covalentemente a otro átomo
electronegativo.
• Este enlace es mucho mas débil
que los enlaces covalentes,
formándose y rompiéndose con
mayor rapidez que estos
últimos.
• Cada molécula de agua puede
interactuar por puentes de
hidrogeno con otras cuatro
moléculas de agua.

11. Propiedades Físicas y Químicas del Agua
1. Densidad máxima a 4 °C:
• Esto permite que el hielo flote en el agua.
• Esta densidad anómala permite la existencia de vida marina en los
casquetes polares ya que el hielo flotante actúa como aislante
térmico, impidiendo que la masa oceánica se congele.

12. Propiedades Físicas y Químicas del Agua
2. Elevado Calor Específico (1 cal/g x °C) (calor necesario para
elevar la temperatura de 1 g de agua en 1 °C)
• Este alto valor permite al organismo importantes cambios de
calor con escasa modificación de la temperatura corporal.
• El agua se convierte en un mecanismo regulador de la
temperatura del organismo, evitando alteraciones peligrosas,
fundamentalmente a través de la circulación sanguínea.

13. Propiedades Físicas y Químicas del Agua
3. Elevada Temperatura de ebullición:
En comparación con otros hidruros, la Temperatura de
ebullición del agua es mucho mas elevada (100 °C a 1
atmósfera). Esto hace que el agua se mantenga liquida en un
amplio margen de temperatura (0-100 °C), lo que posibilita la
vida en diferentes climas, incluso a temperaturas extremas.

14. Propiedades Físicas y Químicas del Agua
4. Elevado Calor de Vaporización:
• La vaporización continua de agua por la piel y los pulmones
constituye otro mecanismo regulador de la temperatura.
• La evaporación del sudor contribuye a este mantenimiento, y
supone la eliminación total de unas 620 Kcal diarias.

15. Propiedades Físicas y Químicas del Agua
5. Elevada
Conductividad
Calórica:
• Permite una
adecuada
conducción de
calor en el
organismo,
contribuyendo a
la
termorregulación
, al mantener
constante e
igualar la
temperatura en
las diferentes
zonas corporales.

16. Propiedades Físicas y Químicas del Agua
6. Disolvente de compuestos polares de naturaleza no iónica:
Debido a la capacidad del agua de establecer puentes de
hidrogeno con grupos polares de otras moléculas no iónicas. Así,
puede disolver compuestos como alcoholes, ácidos, aminas y
glúcidos.

17. Propiedades Físicas y Químicas del Agua
7. Capacidad de Hidratación o Solvatación de Iones:
• El carácter dipolar del agua determina que sus moléculas rodeen
a los distintos iones, aislándolos del resto. A este fenómeno se le
denomina hidratación o Solvatación de iones y facilita la
separación de iones de diferentes carga, lo que contribuye a la
solubilización de compuestos iónicos.

18. 8. Disolvente de Moléculas
Anfipáticas:
El agua solubiliza compuestos
anfipáticos (se llaman así
aquellos que presentan en su
estructura grupos polares y
apolares simultáneamente).
Esta solubilización lleva
consigo la formación de
micelas, con los grupos
apolares o hidrófobos en su
interior y los grupos polares o
hidrófilos orientados hacia el
exterior para contactar con el
agua.
El agua es considerada como el
disolvente universal,
permitiendo la realización de
procesos de transporte,
nutrición, osmosis, etc., cuya
ausencia haría imposible el
desarrollo de la vida.

19. Propiedades Físicas y Químicas del Agua
9. Elevada Tensión Superficial:
Determina una elevada cohesión entre las moléculas de su superficie y
facilita su función como lubricante en las articulaciones.

20. Propiedades Físicas y Químicas del Agua
10. El agua es un electrolito débil:
• Ello se debe a la naturaleza de su estructura molecular. Libera el
mismo catión que los ácidos (H+; ion hidrógeno o protón, o ion
hidronio) y el mismo anión que las bases (OH-; ion hidroxilo).
• Por tanto, el agua es un anfolito o sustancia anfótera, es decir,
puede actuar como ácido o como base.

21. Definiciones acido - base
Svante August Arrhenius (1859-1927) fue un
Svante August Arrhenius (1859-1927) fue un
químico suizo (1883).
químico suizo (1883).
Ácido: Sustancia que, en disolución acuosa, da H++
Ácido: Sustancia que, en disolución acuosa, da H
HCl → H++(aq) + Cl−−(aq)
HCl → H (aq) + Cl (aq)
Base: Sustancia que, en disolución acuosa, da OH−−
Base: Sustancia que, en disolución acuosa, da OH
NaOH→ Na++(aq) + OH−−(aq)
NaOH→ Na (aq) + OH (aq)

22. Definiciones acido - base
Brønsted-Lowry (1923)
Ácido: Especie que tiene tendencia a ceder un H+
Base: Especie que tiene tendencia a aceptar un H+

23. Brønsted-Lowry (1923)
Por ejemplo, HCl es un ácido fuerte en agua porque transfiere fácilmente un protón al agua
formando un ion hidronio
Ácido (1) + Base (2) Ácido (2) + Base (1)
HCl + H2O H3O+ + Cl-
En este caso la base conjugada de HCl, Cl-, una base débil, y H3O+, el ácido conjugado de
H2O, un ácido débil.
El agua también actúa como ácido en presencia de una base más fuerte que ella (como el
amoníaco):
NH3 + H2O NH4+ + OH-
La teoría de Brønsted y Lowry también explica que el agua pueda mostrar propiedades
anfóteras, esto es, que puede reaccionar como un ácidos o como una base. De este modo, el agua
actúa como base en presencia de un ácido más fuerte que ella (como HCl) o, como ácido en
presencia de una base (NH3) más fuerte que ella.

24. pH
• Al disolver un ácido en agua, este se
disociará totalmente (ácido fuerte) ó
parcialmente (ácido débil) produciendo
determinada [ H+ ] en la solución.
– Mientras mas fuerte sea el ácido, mayor
será la [H+]
• Se define el pH de una solución como:
pH = - log [H+] = log 1/[H+]

25. • Para concentraciones de H+ menores a 0,0001 g/l y para
no utilizar tantos ceros. El químico Sorensen expresa las
bajas concentraciones, empleando el - log de dichas
concentraciones.
•
O sea que pH = - log (H+)
Que es lo mismo que pH = log(1/H+)
Entonces si la concentración de H+ es igual a 0,000001, el
pH es 6,0

26. ESCALA DE pH
ACIDO BASICO
1 7 14
•Las sustancias con pH < 7 son ácidos
•Las sustancias con pH > 7 son básicas
•Las sustancias con pH = 7 son neutras

28. Definición de pOH
• Definimos pOH como:
pOH = - log [OH-] = log 1/[OH-]
• De las definiciones de pH y pOH se puede
concluir que:
[H+] = 10 –pH
[OH-] = 10-pOH

29. Agua pura: [H3O+] = [OH−] ; [H3O+] = 10-7 ⇒ pH = 7
[OH−] = 10-7 ⇒ pOH = 7
DISOLUCIÓN DISOLUCIÓN DISOLUCIÓN
ÁCIDA NEUTRA BÁSICA
[H3O+] > [OH−] [H3O+] = [OH−] [H3O+] < [OH−]
pH < 7 pH = 7 pH > 7
7
ácida básica
pH

30. Auto ionización del agua
H2O(l) H2O(l)
H3O+ (ac) OH- (ac)
[H+] [OH-]
K =---------------------
[H2O]
Kw = K [H2O] = [H+] [OH-] = 1x 10-14

32. Producto iónico del agua
Kw = [H+] [OH-] = 1x 10-14
Si aplicamos - log:
- log Kw = - log [H+] [OH-] = - log 1x
10-14
pKw = - log [H+] – log [OH-] = 14
pKw = pH + pOH = 14

33. BUFFERS O SOLUCIONES
TAMPONES
• Son soluciones que mantienen prácticamente
constantes los valores de pH con pequeños
agregados de ácidos o bases.
• Son soluciones formadas por un ácido o una
base débil y su par conjugado (una sal).
• Ej: ácido ácetico/acetato de sodio
amoniaco/cloruro de amonio

34. Soluciones amortiguadoras ó
reguladoras
1. Sistema Ácido - Sal: Constituido por un ácido
débil y una sal de ese ácido (una base fuerte).
Ejemplo: HAc / NaAc; HCN / NaCN.
(Acido Acético/Acetato de Sodio); Ácido Cianhídrico/Cianuro de Sodio)
2. Sistema Base - Sal: constituido por una base
débil y una sal de esa base (un ácido fuerte).
Ej.: NH3 / NH4Cl.
(Amoniaco/Cloruro de Amonio)

35. Sistemas amortiguadores biológicos.
Principales soluciones reguladoras del
organismo
•Sistema carbonato/ bicarbonato:
Na2CO3 / NaCO3-
•Sistema fosfatos:
Na2HPO4 / NaH2PO4
•Sistema de las proteínas

36. Características importantes de una disolución amortiguadora:
* Su pH ⇒ depende de Ka y de las concentraciones
* Su capacidad amortiguadora
Capacidad amortiguadora: Cantidad de ácido o base que se puede
agregar a un tampón antes de que el pH comience a cambiar de
modo apreciable.
¿De qué depende?
* Del número de moles de ácido y base
(deben ser altos para que la capacidad también lo sea)
* Del cociente [base]/[ácido].
(para que la capacidad sea alta, ha de ser próximo a 1.
Si es < 0.1 ó > 10, no será muy eficiente.
Mayor eficiencia: cuando pH = pKa)

37. Funciones Bioquímicas y Fisiológicas del
Agua
• Las funciones bioquímicas y fisiológicas que el agua
desempeña en el organismo se basan en sus propiedades
físico-químicas.
• Entre ellas destacan:
– El agua actúa como componente estructural de
macromoléculas, como proteínas, polisacáridos, etc., ya que
estabiliza su estructura, fundamentalmente a través de la
formación de puentes de hidrógeno.
– El carácter termorregulador del agua permite conseguir un
equilibrio en todo el cuerpo, la disipación de cantidades
elevadas de calor metabólico, etc.

38. Compartimentación Acuosa
Corporal
• Según su compartimentación, el agua
corporal se puede clasificar en agua
intracelular y extracelular.
• El agua intracelular existe en el interior de
la célula, tanto en el citosol como en el resto
de las estructuras celulares, y constituye un
70% del total del agua existente en el
organismo.

39. Compartimentación Acuosa
Corporal
• Esta agua intracelular se puede clasificar a
su vez en:
– Agua libre, de la que puede disponer la
célula de inmediato y con facilidad.
– Agua ligada o asociada, que es la que se
encuentra unida a estructuras y entidades
macromoleculares.

40. Compartimentación Acuosa
Corporal
• El agua extracelular constituye un 30% del
contenido total de agua en el organismo y se puede
clasificar en:
– Agua plasmática, en la que se incluye el agua
del plasma y de la linfa, y que supondría un 7%
del total.
– Agua intersticial, que comprende el agua
presente en el líquido intersticial, en el líquido
cefalorraquídeo, en el humor ocular, etc. Supone
un 23% del total del agua del organismo.

41. Ingestión y Excreción del Agua
• En lo referente a la ingestión y excreción de
agua en los seres humanos, los valores
considerados como normales son los
siguientes:
– Ingestión media (2700 mL)
• Bebida: 1300 mL
• Alimentos: 900 mL
• Oxidación metabólica: 500 mL

42. Ingestión y Excreción del Agua
– Excreción (2700 mL)
• Respiración: 500 mL
• Transpiración, evaporación: 700 mL
• Orina: 1400 mL
• Heces: 100 mL

43. GRACIAS POR SU FINA ATENCION
“Nunca andes por el camino trazado, pues te conducirá
únicamente hacia donde los otros fueron”. Graham Bell.