clase 2 p h, amortiguadores, agua
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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 pHpH= - 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+.
• 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.
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
PL
AS
MA
PL
AS
MA
TE
JID
O
RE
SP
IRA
TO
RIO
TE
JID
O
RE
SP
IRA
TO
RIO
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
PL
AS
MA
PL
AS
MA
PU
LM
ON
ES
PU
LM
ON
ES
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 H3PO47,11 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.