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Agua

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Bioquímica para enfermería

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Agua

  1. 1. El agua, pH y electrolitos.
  2. 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. 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. 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. 5. Agua OmnipresenteEl agua está omnipresente en nuestra biosfera, y éste espresumiblemente el motivo por el que no nos solemos fijar másen sus excepcionales propiedades. En realidad, el H2O sediferencia claramente de otras moléculas pequeñas y deestructura aparentemente similar; así:El sulfuro de hidrógeno (H2S) es un gas a –61°CEl amoníaco (NH) a –33 °C,Mientras que el agua en la Tierra se encuentra mayoritariamenteen estado líquido.
  6. 6. ESTRUCTURA MOLECULAR DEL AGUAEl oxígeno tiene seis electrones en la capa exterior. Cuatro deellos forman pares libres que no participan en uniones. Los dosrestantes establecen la unión con los átomos de H.El H2O es una molécula dipolar: los electrones del hidrógeno seencuentran gran parte de su tiempo cerca del átomo de O, quecon ello consigue una carga parcial negativa.
  7. 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. 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. 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. 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. 11. Propiedades Físicas y Químicas del Agua1. 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. 12. Propiedades Físicas y Químicas del Agua2. 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. 13. Propiedades Físicas y Químicas del Agua3. Elevada Temperatura de ebullición:En comparación con otros hidruros, la Temperatura deebullición del agua es mucho mas elevada (100 °C a 1atmósfera). Esto hace que el agua se mantenga liquida en unamplio margen de temperatura (0-100 °C), lo que posibilita lavida en diferentes climas, incluso a temperaturas extremas.
  14. 14. Propiedades Físicas y Químicas del Agua4. 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. 15. Propiedades Físicas y Químicas del Agua5. 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. 16. Propiedades Físicas y Químicas del Agua6. 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. 17. Propiedades Físicas y Químicas del Agua7. 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. 18. 8. Disolvente de MoléculasAnfipáticas:El agua solubiliza compuestosanfipáticos (se llaman asíaquellos que presentan en suestructura grupos polares yapolares simultáneamente).Esta solubilización llevaconsigo la formación demicelas, con los gruposapolares o hidrófobos en suinterior y los grupos polares ohidrófilos orientados hacia elexterior para contactar con elagua.El agua es considerada como eldisolvente universal,permitiendo la realización deprocesos de transporte,nutrición, osmosis, etc., cuyaausencia haría imposible eldesarrollo de la vida.
  19. 19. Propiedades Físicas y Químicas del Agua9. Elevada Tensión Superficial:Determina una elevada cohesión entre las moléculas de su superficie yfacilita su función como lubricante en las articulaciones.
  20. 20. Propiedades Físicas y Químicas del Agua10. 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. 21. Definiciones acido - baseSvante August Arrhenius (1859-1927) fue unSvante August Arrhenius (1859-1927) fue unquímico 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. 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. 23. Brønsted-Lowry (1923)Por ejemplo, HCl es un ácido fuerte en agua porque transfiere fácilmente un protón al aguaformando 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 deH2O, un ácido débil.El agua también actúa como ácido en presencia de una base más fuerte que ella (como elamoníaco): NH3 + H2O NH4+ + OH-La teoría de Brønsted y Lowry también explica que el agua pueda mostrar propiedadesanfóteras, esto es, que puede reaccionar como un ácidos o como una base. De este modo, el aguaactúa como base en presencia de un ácido más fuerte que ella (como HCl) o, como ácido enpresencia de una base (NH3) más fuerte que ella.
  24. 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. 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. 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
  27. 27. 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
  28. 28. Agua pura: [H3O+] = [OH−] ; [H3O+] = 10-7 ⇒ pH = 7 [OH−] = 10-7 ⇒ pOH = 7DISOLUCIÓN DISOLUCIÓN DISOLUCIÓN ÁCIDA NEUTRA BÁSICA[H3O+] > [OH−] [H3O+] = [OH−] [H3O+] < [OH−] pH < 7 pH = 7 pH > 7 7 ácida básica pH
  29. 29. Auto ionización del aguaH2O(l) H2O(l) H3O+ (ac) OH- (ac) [H+] [OH-] K =--------------------- [H2O] Kw = K [H2O] = [H+] [OH-] = 1x 10-14
  30. 30. Producto iónico del agua Kw = [H+] [OH-] = 1x 10-14Si aplicamos - log: - log Kw = - log [H+] [OH-] = - log 1x 10-14 pKw = - log [H+] – log [OH-] = 14 pKw = pH + pOH = 14
  31. 31. 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
  32. 32. Soluciones amortiguadoras ó reguladoras1. Sistema Ácido - Sal: Constituido por un ácidodébil 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 basedébil y una sal de esa base (un ácido fuerte). Ej.: NH3 / NH4Cl.(Amoniaco/Cloruro de Amonio)
  33. 33. Sistemas amortiguadores biológicos. Principales soluciones reguladoras del organismo•Sistema carbonato/ bicarbonato: Na2CO3 / NaCO3-•Sistema fosfatos: Na2HPO4 / NaH2PO4•Sistema de las proteínas
  34. 34. Características importantes de una disolución amortiguadora: * Su pH ⇒ depende de Ka y de las concentraciones * Su capacidad amortiguadoraCapacidad amortiguadora: Cantidad de ácido o base que se puedeagregar a un tampón antes de que el pH comience a cambiar demodo 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)
  35. 35. 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.
  36. 36. 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.
  37. 37. 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.
  38. 38. 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.
  39. 39. 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
  40. 40. Ingestión y Excreción del Agua – Excreción (2700 mL) • Respiración: 500 mL • Transpiración, evaporación: 700 mL • Orina: 1400 mL • Heces: 100 mL
  41. 41. GRACIAS POR SU FINA ATENCION“Nunca andes por el camino trazado, pues te conduciráúnicamente hacia donde los otros fueron”. Graham Bell.

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