Bioquímica Material de apoyo. Universidad Nacional Francisco de Miranda. UNEFM

1. UNIVERSIDADNACIONALEXPERIMENTALFRANCISCODE MIRANDA
PROGRAMA CIENCIAS VETERINARIAS – CATEDRA BIOQUIMICA I
PROFESORA M.V. NOHELIA NOVA HERNANDEZ.
GUIA TEMA No 3: AGUA, Phy BUFFERS.
Consideraciones Generales.
El agua es el líquido más comúny más abundante de la superficie terrestre,
y posee unnumero de propiedades fisicoquímicas destacables de
importanciarelevante.
Las propiedades delagua sonconsecuenciade suestructuramolecular y
sonresponsables de que se lleve a cabo eldesempeño de sus funciones
intrínsecas enel organismo de los animales domésticos.
Estructura Molecular del Agua.
El papelprimordialdelagua en elmetabolismo de los seres vivos se debe
sus propiedades físicas y químicas, derivadas de la estructuramolecular.
La estructuramolecular delagua estadada por dos átomos de hidrogeno
(H) y un átomo de oxigeno (O) que se mantienenunidos entre si por
enlaces covalentes.

2. A temperaturaambientees líquida, al contrario de lo que cabríaesperar,
ya que otras moléculas de parecido peso molecular (SO2, CO2, SO2, H2S,
entre otras) songases.
Es una moléculaestrictamente polar,y formaciertos enlaces de naturaleza
especificadenominados puentes de hidrogeno conotras moléculas que se
encuentrentambiénenunmedio acuoso.
Este comportamiento se debe aque los dos electrones de los dos
hidrógenos estándesplazados hacia el átomo de oxigeno, por lo que enla
moléculaaparece unpolo negativo, donde estáel oxígeno, debido ala
mayor densidad electrónica, y dos polos positivos, donde estánlos dos
hidrógenos, debido a la menor densidad electrónica, porlo tanto, las
moléculas de agua se considerandipolos.

3. Entre los dipolos del agua se establecenfuerzas de atracciónllamados
puentes de hidrógeno, formándose grupos de 3-9moléculas.
Con ello se consiguenpesos moleculares elevados y elagua se comporta
como unlíquido.
Estas agrupaciones, le confierenal agua sus propiedades de fluido, en
realidad, coexistenestos pequeños polímeros de aguacon moléculas
aisladas que rellenan los huecos.
Aunque la naturalezade los puentes de hidrogeno que se establecende
formaindividual es débil, ya que los puentes de hidrogeno se rompeny se
vuelven a formar continuamente,lafuerzatotalde todos los puentes en
conjunto conotras moléculas paramantenerse unidos es muy grande.
Los enlaces por puentes de hidrógeno son, aproximadamente, 1/20más
débiles que los enlaces covalentes, el hecho de que alrededor de cada
moléculade agua se dispongan otras moléculas unidas por puentes de
hidrógeno, permite que se forme enelseno delagua una estructura
ordenada de tipo reticular, responsable engranparte delcomportamiento
anómalo y de sus propiedades físicas y químicas.
El agua tiene una ligera tendenciaa ionizarse (separarse) en sus principales
componentes: eniones de hidrogeno (H+) y eniones hidroxilo (-OH).
El agua pura, encondiciones de laboratorio, se ionizabásicamenteen
iones hidronio (H3O+) e iones hidroxilo (-OH).
Este comportamiento que expresala moléculade agua cuando se separa
en sus iones constituyentes sirve de base parael conocimiento del
comportamiento de ciertas sustancias (comolos ácidos y las bases) en
soluciones acuosas, tanto encondiciones de laboratorio comoen
situaciones clínicas reales que se sucedenen el organismo de los animales
domésticos, yaque elmayor porcentaje del componente que constituye
las células y los tejidos de estos seres vivos estaconstituido por las
moléculas de agua.

4. Principales Características del Agua relacionadas con su Estructura
Molecular.
1)Capacidadde expresar propiedades especificas que le son dadas por la
presenciade los puentes de hidrogeno, entre ellas:
a)Accióndisolvente.
El agua es el líquido que más sustancias disuelve (disolvente universal),
estapropiedadse debe a su capacidadpara formar puentes de hidrógeno
conotras sustancias, ya que estas se disuelven cuando interaccionancon
las moléculas polares delagua.
b)Fuerzade cohesiónentre sus moléculas.
Los puentes de hidrógeno mantienenalas moléculas fuertementeunidas,
formando una estructuracompactaque laconvierte enunlíquido.
c) Elevada fuerza de adhesión.
De nuevo los puentes de hidrógeno delagua sonlos responsables de la
capacidad que tienen de adherirse unas conotras las moléculas de agua y
las moléculas de agua en conjunto con otras moléculas polares
(“atracciónadhesiva”)
d) Grancalor específico.
El agua absorbe grandes cantidades de calor que utiliza en romper los
puentes de hidrógeno. Sutemperaturadesciende más lentamenteque la
de otros líquidos a medidaque va liberando energía al enfriarse. Esta
propiedadpermite alcitoplasmaacuososervir de protecciónparalas
moléculas orgánicas enlos cambios bruscos de temperatura.
e) Elevado calor de vaporización.
A 20ºCse precisan540 calorías paraevaporar ungramo de agua, lo que da
idea de la energíanecesariapararomper los puentes de hidrógeno
establecidos entre las moléculas delagua líquida y, posteriormente, para
dotar a estas moléculas de la energía cinéticasuficiente paraabandonar la
fase líquida y pasar al estado de vapor.

5. f) Elevada constante dieléctrica.
Por tener moléculas dipolares, elaguaes un gran medio disolvente de
compuestos iónicos, como las sales minerales, y de compuestos
covalentes polares comolos glúcidos.
g) Bajo grado de ionización.
De cada 107
de moléculas de agua, sólo una se encuentraionizada.
H2O H3O+
+ OH-
Esto explicaque la concentraciónde iones hidronio (H3O+
) y de los iones
hidroxilo (OH-
) sea muy baja.
Dado los bajos niveles de H3O+
y de OH-
, si al agua se le añade un ácido o
una base, aunque sea en pocacantidad, estos niveles varían bruscamente.

6. 2)Capacidadde comportarse como unamoléculaestrictamente polar,es
decir, que expresados polos iónicos biendefinidos (formaciónde dipolos).
3)Capacidad de incluir activamente enuna soluciónacuosaa las moléculas
polares.
4)Capacidad de excluir activamente de unasoluciónacuosaa las moléculas
no polares.
5)Capacidad de actuar como solvente debido ala polaridad manifiestade
las moléculas de agua, por lo que en soluciones acuosas tiendenaseparar
en sus iones constituyentes alas moléculas de sustancias iónicas,
separándolos unos de otros.
Propiedades del Agua conferidas por los Puentes de Hidrógeno.
Los puentes de hidrógeno sonlos responsables de las propiedades del
agua que se mencionaranacontinuación:
01)Accióndisolvente.
02)Fuerzade cohesiónentre sus moléculas.
03) Elevada fuerzade adhesión.
04) Grancalor específico.
05) Elevado calor de vaporización.
06) Elevada constante dieléctrica.
07)Bajo grado de ionización.
08)Alta tensiónsuperficial.
09)Capilaridad.
10)Imbibición.

7. El Agua como CompuestoQuímico Solvente.
Dentro de los sistemas orgánicos de los animales domesticos, muchas
sustancias se encuentranensoluciónacuosa.
Una solución es una mezclauniforme de moléculas de dos o más
sustancias.
La sustancia presente enmayor cantidad, que es habitualmente líquida, se
llama solvente, y las sustancias presentes encantidades menores se llaman
solutos.
La polaridad de las moléculas de agua es la responsable de la capacidad
solvente del agua.
Las moléculas polares de agua tienden a separar sustancias iónicas, como
el cloruro de sodio (NaCl), en sus iones constituyentes.
Las moléculas de agua se aglomeranalrededor de los iones concargay los
separanunos de otros.
En la siguiente figura se muestracomo las moléculas de cloruro de sodio
(NaCl) se disuelven enlas moléculas de agua a medidaque las moléculas
de éstase aglomeranalrededor de los iones individuales sodio y cloruro
separándolos unos de otros.

8. Nótese ladiferencia entre elmodo enque las moléculas de agua están
dispuestas alrededor de los iones sodio y la maneraen que se disponen
alrededor de los iones cloruro.
Muchas de las moléculas importantes enlos sistemas vivos que presentan
uniones covalentes, como los azúcares,tienenregiones de cargaparcial
positivao negativa.
Estas moléculas, por lo tanto, atraenmoléculas de agua y tambiénse
disuelven enagua.
Las moléculas polares que se disuelvenrápidamente enagua son llamadas
hidrofílicas (que tienenafinidad por las moléculas de agua).
Estas moléculas se disuelven fácilmente enagua porque sus regiones
parcialmente cargadas atraenmoléculas de agua tanto o más que lo que
se atraen entre sí.
Las moléculas polares de agua compitende este modo conlaatracción
existente entre las moléculas de soluto.
Moléculas tales como las grasas, que carecende regiones polares, tienden
a ser muy insolubles en el agua.
Los puentes de hidrógeno entre las moléculas de agua actúan como una
fuerzaque excluye a las moléculas no polares. Como resultado de esta
exclusión, las moléculas no polares tiendena agruparse enel agua, al igual
que las gotitas de grasa tienden a juntarse, por ejemplo, enlasuperficie
del caldo de gallina.
Dichas moléculas sonllamadas hidrofóbicas (que no tienenafinidad por
las moléculas de agua) y los agrupamientos se producenporinteracciones
hidrofóbicas.

9. Ionización del Agua. Ácidos y Bases. Escala de pH.
Ionización del Agua.
Dos moléculas polares de agua pueden experimentarionización o
disociación debido a las fuerzas de atracciónpor puentes de hidrogeno
que se establecenentre ellas.
Ionización:
Una ionizaciónes la formaciónde iones de las sustancias que presentan
enlaces covalente al encontrarse ensolución acuosa.
Ejemplo:
H2SO4 H2O —> 2H + SO4

10. Disociación:
Una disociaciónes la separaciónde los iones que existenenuna sustancia
que presentaenlace iónico cuando se encuentraensoluciónacuosa.
Ejemplo:
NaCl + H2O —> Na + Cl
Un ion hidrogeno se disociade su átomo de oxigeno de la molécula
(unidos por enlace covalente), y pasaa unirse conel átomo de oxígeno de
la otramolécula, conel que ya manteníarelaciones mediante elenlace de
hidrógeno.
De maneraque el agua no es un líquido químicamente puro, yaque se
tratade una solucióniónicaque siempre contiene algunos iones H3O+
y OH-
(se utiliza el símbolo H+
en lugar de H3O+
como reglageneralparaexpresar
la disociacióno ionizacióndel agua).
El producto [H+
]·[OH-
]=10-14
, se denominaproducto iónico delagua, y
constituye labase paraestablecer laescala de pH, que mide la acidez o
alcalinidad de una disoluciónacuosa, es decir, suconcentraciónde iones
[H+
] o [OH-
] respectivamente.

11. Ácidos y Bases
Los ácidos y las bases, son dos tipos de compuestos químicos que
presentancaracterísticas opuestas.
Su existenciase conoce desde antiguo, cuando sudiferenciaciónse
efectuabapor elnada recomendable procedimientode comprobar su
sabor: los ácidos suelenser agrios mientras que las bases presentan
aparienciajabonosa.
Los ácidos y bases se estudiande acuerdo a los enlaces (iónico o
covalente) que presentanensolución acuosa.
Definiciónde Ácidos:
Sonsustancias que en soluciónacuosaaumentanla concentración [] de
iones de hidronio (H3O+) o de iones hidrógeno (H+) cuando están en
solucióno tambiénson sustancias capaces de ceder protones (H+
) aotras
sustancias.
Definiciónde Bases o Álcalis:
Sonsustancias que aumentan la concentración [] de iones oxidrilo o
hidroxilo (OH-) cuando están ensolucióno tambiénson sustancias capaces
de aceptar protones (H+
) de los ácidos.
Ejemplo:
HNO3 + H2O —> H3O + NO3
Por lo tanto, concluimos que elácido nítrico (HNO3) es un ácido, ya que los
iones H+ liberados se asocian con las moléculas del agua formando iones
hidronio (H3O):
H + H2O —> H3O
De una maneraanáloga, el hidróxido de sodio (NaOH) es una base, porque
en solución reacciona así:
NaOH + H2O —> Na + OH

12. Escala de pH.
El pH es un indicador del número de iones de hidrógeno o la concentración
de iones hidrogeno (H+) en una sustancia o solución; dicho de otramanera,
es un indicador de la acidez o de la basicidad o alcalinidad de una sustancia.
El pH sirve como unindicador que compara algunos de los iones más
solubles enagua.
El pH no tiene unidades; se expresasimplementepor unnúmero.
El resultado de una mediciónde pH viene determinado por una
consideraciónentre elnúmero de protones (iones H+
)yelnúmero de iones
hidroxilo (OH-). Cuanto más se aleje el pHpor encimao por debajo de 7,
más básicao ácida serála solución.
 Cuando una soluciónes neutra, el número de protones igualaal
número de iones hidroxilo.
 Cuando el número de iones hidroxilo es mayor, la soluciónes básica.
 Cuando el número de protones es mayor, lasoluciónes ácida.
El pH es un factor logarítmico; cuando unasoluciónse vuelve diez veces
más ácida, el pH disminuiráen una unidad.
Cuando una soluciónse vuelve cienveces más ácida, el pH disminuiráen
dos unidades.
Establecemos laformulade pHcomo:
pH=-log[H+]

13. El pH del agua es 7 y por regla generalse considera neutro.
Valores menores serán ácidos y valores mayores seránbásicos o alcalinos
en la escala de pH, dependiendo los iones polares que esténtambién
involucrados enla soluciónacuosacomo por ejemplosodio (Na+) o cloro
(Cl-), iones que son componentes por excelencia de unsoluto clásico
como lo es la sal común(clorurode sodio o NaCl)
La fuerza de un ácido se puede medir por sugrado de disociaciónal
transferir un protónalagua, produciendo elionhidronio, H3O+
.
De igual modo, la fuerzade una base vendrá dada por su grado de
aceptaciónde un protóndelagua.
Puede establecerseunaescalaapropiadade ácido-base segúnla cantidad
de H3O+
formadaen disoluciones acuosas de ácidos, o de la cantidad de
OH-
en disoluciones acuosas de bases, tal como es laescala pH, que se
representagráficamentede la siguiente manera:

14. Ácidos y Bases más comunes

15. El Agua en el Organismo de los Animales Domésticos.
Principales Funciones del Agua en el Organismo de los Animales
Domésticos.
1)Principalcompuesto que esta presente entodas las células y tejidos de
los animales domésticos, representando elmayor porcentaje.
2)Facilitaciónde las principales funciones celulares.
3)Interviene enla hidrólisis de biomoléculas estrictamente hidrosolubles,
como proteínas y carbohidratos.
4)Transporte de productos metabólicos através del tracto gastrointestinal
y riñón.
5)Interviene enla transmisióndelimpulso nervioso.
6)Es el principalcomponente de lasangre y la linfa.
Casos Clínicos de ImportanciaVeterinaria relacionados con el Agua y
con los Ácidos y Bases presentes enel Organismo de los Animales
Domésticos (EquilibrioHidroelectrolítico)
 Edema
 Deshidratación
 Acidosis respiratoria
 Acidosis metabólica
 Alcalosis respiratoria
 Alcalosis metabólica