El agua

Composición aproximada en elorganismo (%)

AGUA 70%

MINERALES 5,5

LÍPIDOS 20

ACIDOS NUCLEICOS >1

CARBOHIDRATOS 1

PROTEINAS 14

Estructura de la molécula de agua

H2O

Disposición no lineal

Gran cohesividad

Propiedades fisico-químicas

1. Elevada fuerza de cohesión

- Elevado

- Elevado

- Elevado

punto de fusión

punto de ebullición

calor de vaporización

2. Elevada tensión superficial

3. Acción disolvente

Interacciones del agua con otras biomoléculas

Iónicas

Polares

No polares

Anfipáticas

Interacciones del agua con moléculas IÓNICAS

El agua disuelve sales cristalinas hidratando sus iones

Ion Na+

hidratado

Ion Cl-

hidratado

“esferas de hidratación”

Interacciones del agua con moléculas POLARES

Mediante la formación de enlaces de hidrógeno.

El agua compite con las interacciones intermoleculares.

Alcoholes, aminas, ésteres, -SH, COOH(capaces de formar enlaces de H)

Interacciones del agua con moléculas NO POLARES

El agua no interacciona con moléculas no polares

Adaptación del H2O al soluto

Reorganización de los enlaces de

H del H2O

Unión de las cajas de solvatación

Las moléculas no polares seexcluyen del medio acuoso

EFECTO HIDRÓFOBO

Interacciones del agua con moléculas ANFIPÁTICAS

Grupo hidrofílico(polar)Hidratación del grupo polar

Exclusión del grupo no polar

H2O

Grupo polar

Grupo apolar

Estructura ordenada de moléculas de agua“jaulas”

Interacciones del agua con moléculas ANFIPÁTICAS

Efecto hidrófobo

Hidratación del grupo polar

Exclusión del grupo no polar

Estructuras de las

moléculas anfipáticas en

agua

Interacciones débiles entre biomoléculas en disolución acuosa

Equilibrios iónicos

Prácticamente, todas las reacciones químicas que se dan en el

organismo tienen lugar en un medio acuoso, ensu

el que eldecomportamiento

ionizaciónde las moléculas depende de estado

Por ello es importante conocer bien:

Ionización del agua

Equilibrios ácido-base

Disoluciones amortiguadoras

Ionización del agua. El pH

[H+] [OH-]= KwKeq =

[H2O]

[H+] [OH-] 10-14 M2 [H+] [OH-] 10-7Kw M= = = =

[H+] = [OH-] 10-7 M pH 7= =

pH = - log [H+]

H2O H+ + OH-

Ionización del agua. El pH

[H+] = [OH-] 10-7 M pH 7Neutras : = =

[H+] > [OH-] [H+] 10-7 M pH < 7Ácidas: >

[H+] < [OH-] [H+] 10-7 M pH > 7Básicas : <

Equilibrios ácido-base

Disociación de ácidos y bases

Ácido: cede

Base: capta

H+

H+

Ácidos y bases fuertes están totalmente disociados

HCl H+ Cl-+

Na+ OH-NaOH +

Ácidos y bases débiles están parcialmente disociados

CH3-COO-

base conjugada

H+CH3-COOH

ácido

+

Equilibrios ácido-base

CH3-COO-

base conjugada

H+CH3-COOH

ácido

+

AH A- H++

[A-] [H+]Keq = = Ka

[AH]

pKa: es el valor de pH al cual el 50% del ácido se encuentra disociado

Ka grande pKA pequeño ácidos fuertes

Ka pequeña pKA grande ácidos débiles

pKa = - log Ka

Equilibrios ácido-base

La disociación de un ácido aumenta a medida que aumenta el pH

H2O

AH

H+ OH-+

A- H++

OH-+ H O2

A- H+AH +

50% ácido disociado cuando pH = pKa

pKa: es el valor de pH al cual el 50% del ácido se encuentra disociado

Equilibrios ácido-base

A- H+AH +

pKa: es el valor de pH al cual el 50% del ácido se encuentra disociado

Disoluciones amortiguadoras

El mantenimiento del pH se consigue mediante:

1. Disoluciones amortiguadoras o tampones fisiológicos

2. Ventilación pulmonar

3. Filtración renal

Tampón biológico: sistemas acuosos que tiendencuando se añaden pequeñas cantidades de ácido (H+)

a resistir cambios de pH(OH-).o de base

Un sistema tampón consiste en un ácido débil (donador de H+) y su baseconjugada fuerte (aceptor de H+).

Capacidad amortiguadora: cantidad de ácido o de base que añadida a unadisolución produce una variación máxima de pH de una unidad.

CH3-COONa CH3-COO- + NA+

Disoluciones amortiguadoras

OH- H2O

ácido A- H+ baseAH +

H+CH -COOH CH -COO- H++3 3

AH A- + H+

ANa A- + Na+

Disoluciones amortiguadoras

[A-] [H+] Ka [AH][H+] =Ka =

[A-][AH]

[AH]-log [H+] = -log Ka - log

[A-]

pH = pKa + log

Ecuación de Henderson-Hasselbalch

[aceptor de protones]pH = pKa + log

[donador de protones]

[A-] = [AH] pH = pKa

[A-]

[AH]

Sistemas tampón de la sangre y del citosol celular

Amortiguador fosfato

H2PO4- HPO4

2- + H+

pKa = 6.86

Puede resistir cambios de pH en el intervalo entre 5.9 y 7.9

Concentración baja en plasma

Importante en líquidos intracelulares y compartimentos citoplasmáticos

Sistemas tampón de la sangre y del citosol celular

Amortiguador bicarbonato

H2CO3 HCO3- + H+

CO2(g) + H2O CO2(d) + H2O H2CO3 HCO3- + H+

pKa = 6.1

[HCO3-]

pH = pKa + logpCO2

Principal tampón extracelular, tanto en sangre como en líquidos intersticiales

Permite pH sangre arterial a pH = 7.4

Permite pH sangre venosa a pH = 7.35

Sistemas tampón de la sangre y del citosol celular

Órganos implicados

-Pulmones. Controlan el intercambio de

entre la sangre y la atmósfera exterior.

dióxido de carbono y oxígeno

-Eritrocitos. Transportan gases entre los pulmones y los tejidos

(hemoglobina).

- Riñones. Controlan la concentración de bicarbonato en el plasma y

excretan el ión hidrógeno en la orina.

Acidosis y alcalosis respiratorias

Amortiguador bicarbonato

CO2(g) + H2O CO2(d) + H2O H2CO3 HCO3- + H+

HIPERVENTILACIÓN

→ baja la conc. H2CO3

→ baja la concentración→ alcalosis metabólica

AIREde H+

HIPOVENTILACIÓN

→ sube la conc. H2CO3

→ sube la concentración→ acidosis metabólica

de H+

SANGRE