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Agua y pH
Peter J. Kennelly, PhD y Victor W. Rodwell, PhD
C A P Í T U L O
IMPORTANCIA BIOMEDICA
El agua es el componente quimico predominante de los organismos
vivos. Sus singulares propiedades fisicas, que incluyen la capacidad
para disolver una amplia gama de moleculas organicas e inorganicas,
se derivan de su estructura bipolar y de su excepcional capacidad
para formar enlaces dehidrogeno. La manera en que el agua
interactua con una biomolecula disuelta influye sobre la estructura
de cada una. El agua, un excelente nucleofilo, es un reactivo o un
producto en muchas reacciones metabolicas. El agua tiene una propension
leve a disociarse hacia iones hidroxilo y protones. La acidez
de soluciones acuosas por lo general se reporta usando la escala de
pH logaritmica. Elbicarbonato y otros amortiguadores en circunstancias
normales mantienen el pH del liquido extracelular entre
7.35 y 7.45. Las alteraciones sospechadas del equilibrio acidobasico
se verifican al medir el pH de la sangre arterial y el contenido de
C 0 2 de la sangre venosa. Algunas causas de acidosis (pH sanguineo
< 7.35) son cetosis diabetica y acidosis lactica. La alcalosis (pH >
7.45) puedepresentarse despues de vomitos de contenido gastrico
acido. La regulacion del equilibrio del agua depende de mecanismos
hipotalamicos que controlan la sed, de la hormona antidiuretica
(ADH), de la retencion o excrecion de agua por los rinones, y de la
perdida por evaporacion. La diabetes insipida nefrogenica, que
comprende la incapacidad para concentrar orina o para hacer ajustes
a cambiossutiles de la osmolaridad del liquido extracelular, se
produce por falta de capacidad de respuesta de los osmorreceptores
de los tubulos renales a la ADH.
EL AGUA ES UN SOLVENTE
BIOLOGICO IDEAL
Las moleculas de agua forman dipolos
Una molecula de agua es un tetraedro irregular, un tanto asimetrico,
con oxigeno en su centro (fig. 2-1). Los dos hidrogenos y los electrones
no compartidos delos dos orbitales sp:,-hibridados restantes
ocupan los angulos del tetraedro. El angulo de 105 grados entre los
hidrogenos difiere un poco del angulo tetraedrico ideal, de 109.5
grados. El amoniaco tambien es tetraedrico, con un angulo de 107
grados entre sus hidrogenos. El agua es un dipolo, una molecula
con carga electrica distribuida de manera asimetrica en toda su estructura.
El atomo deoxigeno fuertemente electronegativo empuja
los electrones en direccion contraria a los nucleos de hidrogeno, lo
que los deja con una carga positiva parcial, mientras que sus dos
pares de electrones no compartidos constituyen una region de carga
negativa local.
El agua, un fuerte dipolo, tiene una constante dielectrica alta.
Como se describe de manera cuantitativa mediante la ley deCoulomb, la fuerza de la interaccion F entre particulas que tienen
carga opuesta es inversamente proporcional a la constante dielectrica
￡ del medio circundante. La constante dielectrica para un vacio es
la unidad; para el hexano es 1.9; para el etanol, 24.3, y para el agua,
78.5. Por ende, el agua disminuye mucho la fuerza de atraccion entre
especies cargadas y polares en comparacion con ambienteslibres
de agua que tienen constantes dielectricas mas bajas. Su fuerte dipolo
y constante dielectrica alta permiten al agua disolver grandes cantidades
de compuestos cargados, como las sales.
Las moleculas de agua forman
enlaces de hidrogeno
Un nucleo de hidrogeno parcialmente desprotegido, unido de manera
covalente a un atomo de oxigeno o de nitrogeno que extrae
electrones, puedeinteractuar con un par de electrones no compartidos
sobre otro atomo de oxigeno o nitrogeno para formar un enlace
de hidrogeno. Dado que las moleculas de agua tienen estas dos
caracteristicas, la formacion de enlaces de hidrogeno favorece la autoasociacion
de moleculas de agua hacia disposiciones ordenadas
(fig. 2-2). La formacion de enlaces de hidrogeno ejerce una profunda
influencia sobre las...