Agua y pH

Agua y pHBIOQUIMICAImportancia BiomdicaComponente Qumico predominante de los organismos vivos.

Capacidad para disolver una amplia gama de molculas orgnicas e inorgnicas.

Excelente Nuclefilo: Participa como reactivo o producto en muchas reacciones metablicas.

La regulacin del agua depende de mecanismos hipotalmicos que controlan la sed, hormona antidiurtica, de la retencin o excrecin de agua por los riones y de la perdida por la evaporacin.Casi todas las reacciones qumicas del cuerpo se producen en un medio acuoso.

Por sus numerosas propiedades lo convierten en un compuesto indispensable para la vida.

Su propiedad ms importante es la Polaridad: Distribucin desigual de sus electrones de valencia que le confiere una carga parcial negativa (oxigeno) y dos cargas parciales positiva (Hidrgeno).

Esta propiedad le otorga cohesin; tienden a permanecer juntas y adems de resistencia a los cambios de temperatura. Solvente: en una solucin, es la cual disuelve a otra sustancia conocida como Soluto.

Una solucin contiene mayor proporcin de solvente que de soluto.

Esta se debe a sus enlaces covalentes polares y a su forma que permite que cada molcula de agua interacte con muchas molculas o iones vecinos. Los solutos que poseen carga o que contiene uniones covalentes polares son Hidrfilos; disuelven con facilidad en agua.Las molculas que contiene una mayor porcin de enlaces covalentes no polares son Hidrfobos; no son muy solubles en agua.

El Agua como solventeLa capacidad del agua de formar soluciones es esencial para la salud y la supervivencia.

Constituye un medio ideal para las reacciones metablicas.

Tambin disuelve productos de desecho, lo cual hace posible eliminarlos con la orina.

El agua permite que los reactivos disueltos choquen entre s para formar productos.

El Agua como solventeMolcula de Agua: Tetraedro, un tanto asimtrico con oxgeno en su centro.

El agua es un Dipolo; una molcula con carga elctrica distribuida de manera asimtrica en toda su estructura.

El tomo de Oxigeno fuertemente electronegativo empuja los electrones en direccin contraria a los ncleos de hidrgeno, lo que los deja con una carga positiva parcial, mientras que sus dos pares de electrones no compartidos constituyen una regin de carga negativa local.

El Agua como solvente

Disuelve con facilidad una gran diversidad de constituyentes de los Seres vivos, ejemplos; Iones sodio, potasio, cloro, los azucares y muchos de los aminocidos.

Su incapacidad para disolver otras sustancias como los lpidos y determinados aminocidos, hace posible la existencia de las estructuras supra moleculares (Membranas) y de numerosos procesos bioqumicos (Plegamiento proteico).

El Agua como solventeMolculas Anfipticas:

Contienen grupos polares y no polares.Esta propiedad afecta de forma significativa su comportamiento en el agua.

Cuando se mezclan con el agua, las molculas anfipticas forman estructuras denominadas Micelas.

En las micelas las especies cargadas (grupos carboxilato), denominadas cabezas polares, se orientan a si mismas de tal forma que hacen contacto con el agua, las colas hidrocarbonadas no polares quedan secuestradas en el interior hidrfobo.

El Agua como solvente

smosis: Pasaje espontneo de molculas de solvente a travs de una membrana semipermeable que separa una solucin con menor concentracin de soluto de una solucin con mayor concentracin de soluto. Los poros de la membrana tiene el tamao suficiente para permitir el paso de las molculas de solvente en ambas direcciones, pero son demasiadas estrechos para que pasen las molculas de soluto o los iones.

Presin Osmtica: presin que requiere para detener el flujo neto de agua a travs de la membrana. Fuerza impulsora de numerosos procesos biolgicos. El Agua como solvente

En trminos estrictos, las membranas celulares no son membranas osmticas, porque permiten el paso de sustancias a parte de solvente (agua), el trmino Membrana de Dilisis sera ms preciso.El Agua como solventeLa presin osmtica crea algunos problemas importantes para los seres vivos.

En general las clulas contienen concentraciones bastante elevadas de solutos (molculas orgnicas pequeas y sales inicas) y concentraciones menores de macromolculas. Por consiguiente las clulas pueden ganar o perder agua debido a la concentracin de soluto de su ambiente.

*Solucin Isotnica.*Solucin Hipotnica.*Solucin Hipertnica.El Agua como solvente*Solucin Isotnica:La concentracin de soluto y d e agua es la misma a ambos lados de la membrana plasmtica de permeabilidad selectiva. No hay movimiento neto de agua en ninguna direccin a travs de la membrana. Ejemplo: Solucin NaCl 0.9%.

*Solucin Hipotnica:Las clulas se colocan en una solucin con una concentracin de soluto menor. El agua se mueve hacia adentro de las clulas. Ejemplo: Hemlisis.

*Solucin Hipertnica:Concentraciones de solutos mayores, las clulas se encogen debido a que existe un movimiento neto de agua hacia afuera de la clula.

El Agua como solventeEnlaces de Hidrgeno: cuando un tomo de hidrgeno con una carga parcial positiva (d+), atrae la carga parcial negativa (d-) de los tomos electronegativos vecinos, por lo general oxigeno o nitrgeno.

Resultan de la atraccin de partes de molculas con cargas opuestas, ms que compartir electrones como ocurre en los enlaces covalentes, o de la prdida o ganancia de electrones como en los enlaces inicos.

Los puentes de hidrgeno son dbiles en comparacin con los enlaces inicos o los covalentes. Pese a que un nico puente es dbil, las molculas pueden contener miles de estas uniones, juntos proveen una fuerza y estabilidad considerable.

Las molculas de Agua forman enlaces de Hidrgeno.

Los puentes de hidrgeno entre molculas vecinas de agua le proporcionan un importante grado de Cohesin; la tendencia de partculas similares a mantenerse juntas.

La cohesin de las molculas de agua crea una gran Tensin Superficial; la medida de la resistencia para estirar o romper la superficie de un liquido.

Las molculas de Agua forman enlaces de Hidrgeno.

Hidrlisis: Molculas grandes se degradan a pequeas mediante la adicin de molculas de agua. Ejemplo: Digestin.En las clulas catalticos protena llamadas Enzimas aceleran el ndice de reacciones hidrolticas cuando es necesario.Proteasas; Protenas AminocidosNucleasas; DNA _ RNA.

Reaccin de Sntesis y Deshidratacin: Cuando dos molculas pequeas se unen para formar una molcula ms grande, uno de los productos que se forma es el agua.

El Agua en reacciones Qumicas.Las Interacciones hidrofbicas; tendencia de compuestos no polares a auto asociarse en un ambiente acuoso.

Puentes de Sal; interacciones entre grupos que tienen carga opuesta dentro de biomolculas o entre las mismas, las cuales tienen fuerza comparable a la de los enlaces de hidrgeno, pero actan a distancias mayores. Facilitan el enlace de molculas y iones cargados a protenas y cidos nucleicos.

Fuerzas de Van der Waals; surgen por atracciones entre dipolos transitorios generados por el movimiento rpido de electrones de todos los tomos neutros. Ms dbiles que los puentes de hidrgeno, pero ms abundantes.El Agua en reacciones Qumicas.Los puentes de Sal, las interacciones hidrofbicas y las fuerzas de van der Waals participan en el mantenimiento de la estructura molecular. El Agua en reacciones Qumicas.El agua puede absorber o liberar una cantidad relativamente grande de calor solo mediante un ligero cambio en su temperatura; Capacidad Calorfica.

Esta propiedad se debe a la gran cantidad de puentes de Hidrgeno que hay en el agua. A medida que absorbe energa trmica, parte de esta energa se utiliza para romper esos puentes, por lo tanto queda menor cantidad de energa para aumentar el movimiento de las molculas de agua, lo cual elevara su temperatura.

Ayuda a mantener la homeostasis de la temperatura corporal.Propiedades Trmicas del Agua.Calor de vaporizacin:La energa que se requiere para evaporar un mol de un lquido bajo la presin de una atmsfera.

Capacidad Calorfica:Energa que debe aadirse o eliminarse para cambiar la temperatura un grado Celsius.

La Elevada capacidad calorfica del Agua junto con su elevado contenido en el cuerpo humano, ayuda a mantener la temperatura interna del Organismo.Propiedades Trmicas del Agua.El agua es un componente importante del moco y otros lquidos lubricantes del cuerpo.

La lubricacin es necesaria sobre todo en el Trax (Cavidades pleurales y pericrdica) y en el Abdomen ( Cavidad peritoneal), donde los rganos internos se rozan y deslizan entre s.

Tambin se necesita en las articulaciones, donde los huesos, ligamentos y tendones se ponen en contacto unos con otros.

Dentro del tracto gastrointestinal, el moco y otras secreciones acuosas humedecen los alimentos, favoreciendo el trnsito a travs del tuvo digestivo.El Agua como Lubricante.cidos , Bases y Sales inorgnicas BIOQUIMICA

DR. JULIO JOSE PEREZ PACHECOCuando los cidos, bases o sales se disuelven en agua, se DISOCIAN; se separan en iones que son rodeados por molculas de agua.

Acido: sustancia que se disocia en uno o ms iones Hidrgeno (H+) y uno o ms aniones.Dado que el H+ es un protn nico con carga positiva, tambin se conoce a los cidos como Dadores de Protones.Base: Capta H+ de una solucin y por ende es un Aceptor de Protones. Muchas bases disocian en uno o ms iones Hidroxilo (OH-) y uno o ms cationes.

Sal: Cuando se disuelve en agua, se disocia en cationes y aniones, ninguno de los cuales es H+ o OH-.Sal:En nuestro organismo, las sales como el Cloruro de Potasio son electrolitos importantes para la transmisin de las corrientes elctricas, sobre todo en el tejido muscular y en el nervioso.

Los iones de sales proveen muchos elementos qumicos esenciales en el LIC y LEC, como la sangre, linfa y el liquido intersticial de los tejidos.Los cidos y las Bases reaccionan entre si para formar Sales. Ej.: Acido Clorhdrico (HCl) e Hidrxido de Potasio (KOH) , su unin produce una SAL: El Cloruro de Potasio (KCl) y Agua (H2O).

(HCl )+ (KOH)-> (H+)+ (Cl-)+ (K+) + (OH- )-> KCl + H2O Equilibrio Acido Base: Concepto pH.BIOQUIMICA

DR. JULIO JOSE PEREZ PACHECOPara asegurar la Homeostasis, los lquidos corporales deben contener cantidades similares de cidos y Bases.

Cuanto mayor sea el nmero de iones Hidrogeno (H+) disueltos en una solucin, ms cida ser sta, cuanto mayor sea el nmero de iones hidroxilo (OH-) ms bsica ser la solucin.Cualquier desviacin de los estrechos rangos normales de las concentraciones de H+ y OH- ocasiona grandes trastornos en las funciones corporales.

La acidez o alcalinidad, de una solucin se expresa en la Escala de pH: se extiende desde 0 hasta 14.

pH= -Log [H+]

Esta escala se basa en la concentracin de iones Hidrogeno en moles por litro de solucin.Un pH de 7 significa que la solucin contiene una diezmillonsima parte de mol de iones de hidrgeno por litro (0.0000001) se expresa 1 x 10 7.

Es importante advertir que el cambio de un nmero en la escala de pH representa un cambio de diez veces el nmero de H+.

El punto medio de la escala de pH es el numero 7, donde las concentraciones de H+ y OH- son iguales.

Una sustancia con pH de 7 como el agua es NEUTRA.

Una solucin que tiene ms H+ que OH- es una Solucin cida y su pH es menor que 7.

Una solucin que tiene ms OH- que H+ es una Solucin Alcalina y su pH es mayor que 7.

Mantenimiento el pH: Sistemas Amortiguadores o Buffers.BIOQUIMICA

DR. JULIO JOSE PEREZ PACHECOLos mecanismos Homeostticos mantiene el pH de la sangre entre 7.35 y 7.45; un poco ms alcalino que el del Agua.

Aunque en el organismo se incorporan o se forman continuamente cidos o bases fuertes, el pH de los lquidos dentro y fuera de las clulas se mantiene casi constante. RAZON SISTEMAS AMORTIGUADORES o BUFFERS, que convierten cidos o bases fuertes en dbiles. Los cidos o bases fuertes se ionizan con facilidad y aportan muchos H+ u OH- a la solucin en la que se encuentran. De esta manera pueden cambiar drsticamente en el pH y alterar el metabolismo corporal.

Los cidos o bases dbiles no se ionizan tanto y aportan menor cantidad de H+ u OH- , por lo tanto , tiene menor efecto sobre el pH.Los Buffers: son compuestos qumicos que pueden convertir cidos o bases fuertes en cidos o bases dbiles. Lo hacen extrayendo o agregando protones (H+).

Un sistema Buffer importante en el cuerpo es el Sistema cido Carbnico- Bicarbonato.

El cido Carbnico(H2CO3) puede actuar como un cido dbil. Y el ion Bicarbonato (HCO3) puede actuar como una base dbil.

De ah que este sistema puede compensar tanto un exceso como una falta de H+.

Ej. Si hay un exceso de H+ (ACIDOSIS) el HCO3-acta como una base dbil y lo elimina de la manera siguiente.

(H+) + (HCO3-) -> H2CO3

Al contrario, si hay una disminucin de H+ (ALCALOSIS) el H2CO3 puede actuar como un cido dbil y aportar los H+ necesarios de esta manera:(H2CO3) -> (H+) + (HCO3-)

BIBLIOGRAFIA

*Bioqumica. Las Bases Moleculares de la Vida. Cuarta Edicin; Trudy McKee, James R. McKee. Editorial Mc Graw Hill. Capitulo 3; El Agua: el medio de la vida.

*Harper, Bioqumica Ilustrada. 28 Edicin. Editorial Mc Graw Hill. Robert K Murray, David A. Bender, Kathleen M. Botham, Peter J. Kennelly, Victor W. Rodwell, P. Anthony Weil. Captulo 2; Agua y pH.

* Tortora Derrickson. Principios de Anatoma y Fisiologa. 11 Edicin. Editorial Panamericana. Capitulo 2. El nivel qumico de organizacin, Compuestos y soluciones inorgnicos. Agua.