Agua

El agua
    El agua como disolvente biológico. Ionización del agua. La escala de pH. Ionización de ácidos y bases débiles. Curvas de titulación y pKa. Soluciones tamponadoras de cambios de pH. Ecuación de HendersonHasselbalch.  El sistema tampón del bicarbonato como tampón fisiológico.

Bibliografía específica para este tema: L.N. Nelson y M.M. Cox . Lehninger. Principios de Bioquímica,5ª Ed. Cap.2 pp 43-65.

Algunos de los gráficos que serán utilizados en las diapositivas de clase se basan en figuras que pueden encontrarse en los libros de referencia

El agua
- Sustancia mas abundante de los seres vivos. - >70 % del peso de los organismos vivos. - La vida se inició en un entorno acuoso. - Muchas propiedades biológicas de las macromoléculas provienen de sus interacciones conmoléculas de agua. - Su alto calor específico es muy útil ya que permite que actúe como tampón térmico. - El reconocimiento entre biomoléculas está influído por las propiedades disolventes del agua.

Interacciones débiles en los sistemas acuosos
Enlace de hidrógeno :
H H

O
Enlace de hidrógeno 0.177 nm H Enlace covalente O-H 0.096 nm

- Atracción electrostática entre el átomo de oxígeno deuna molécula de agua y el hidrógeno de otra. - Enlaces débiles y más largos que los covalentes. - No son exclusivos del agua. Se forman entre un átomo electronegativo aceptor (O o N) y un átomo de hidrógeno donador unido covalentemente a otro átomo electronegativo.

O

H

Estructura del agua

Interacciones débiles en los sistemas acuosos
El agua como disolvente
- Disuelve solutospolares (hidrofílicos) con los que forma enlaces de hidrógeno. - Disuelve solutos cargados con los que interacciona electrostáticamente.

Algunos ejemplos de

Glucosa

Grupos polares Grupos no polares

Biomoléculas polares (hidrofílicas)

Aspártico

Glicerol

Biomoléculas apolares (hidrofóbicas)

Cera

Fenilalanina

Biomoléculas anfipáticas
Fosfatidilcolina

Ionización del agua,ácidos débiles y bases débiles
-El agua está ligeramente ionizada y contiene iones hidrógeno e iones hidroxilo. El grado de ionización viene dado por una constante de equilibrio Keq. [H+] [OH-] Keq = [H2O] , de la que se deduce el producto iónico del agua ( Kw ) Kw = [H+] [OH-] = (55,5 M) (Keq) = 10 -14 M2 [H+] = 10-7 M y [OH-] = 10-7 M

- Puesto que en el agua pura [H+] = [OH-],

- Dado que elproducto iónico del agua es constante, en cualquier disolución acuosa podemos calcular [H+] si conocemos [OH-], y viceversa.

Escala de pH: representa la concentración de H+ de una disolución acuosa pH = - log [H+]
[H2O] = 55,5 M = 1000 g/l / 18,015 g/mol; Keq = 1,8 x 10-16 M

La escala de pH
[H+ ] (M) pH [OH- ] (M)

pH

1 M NaOH Lejía doméstica

100 (1) 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-610-7 10-8 10-9 10-10 10-11 10-12 10-13 10-14

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

10-14 10-13 10-12 10-11 10-10 10-9 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2 10-1 100 (1)

Básico
NaHCO3 Agua de mar

Rango fisiológico

Neutro
Leche, Saliva

Café Cerveza, Vino tinto Vinagre, Coca cola Zumo de limón Jugo gástrico

Ácido

1 M HCl

Cálculo de la concentración de H+ y OH- en disolucionesacuosas.
a) ¿Cuál es la concentración de H+ y el pH de una disolución de NaOH 0,1 M ? b) ¿Cuál es la concentración de OH- en una disolución en la que la concentración de H+ es 1,3 x 10-4 M ?.

El producto iónico del agua a)

Kw = [H+] [OH-] = 10-14 M2 pH = 13

[H+] = Kw / [OH-] = 10-14 M2 / 0,1 M = 10-13 M

b)

[OH-] = Kw / [H+] = 10-14 M2 / 0,00013 M = 7,7 x 10-11 M

Ácidos débiles ybases débiles
Ácidos: dadores de protones Bases: aceptores de protones HAc H+ + AcLas curvas de titulación de un ácido en disolución ( pH frente a la cantidad de NaOH añadida ) revelan el pKa de los ácidos débiles

Un dador de protón y su correspondiente aceptor forman un par ácido-base conjugado (HAc / Ac-). Los ácidos y bases débiles tienen constantes de disociación características. [H+]...