AGUA y pH

El agua es el medio de la mayoría de las

reacciones bioquímicas.

Los productos y reactivos de las

reacciones metabólicas, los nutrientes y

los productos de desecho, dependen del

agua para su transporte en el interior y

exterior celular

El agua es el componente químico de los organismos vivos.

La regulación del equilibrio del agua depende de mecanismos del hipotálamo que controlan la sed, de la hormona antidiurética (ADH), de la retención o excreción de agua por los riñones y de la pérdida por evaporación.

ESTADO NATURAL

El agua es la única sustancia que existe a

temperaturas ordinarias en los tres

estados de la materia: sólido, líquido y

gaseoso.

ESTRUCTURA MOLECULAR

DEL AGUA

CARÁCTER TETRAÉDRICO

El ángulo formado entre (H-O-H) es de 104.5º.

La distancia entre el oxígeno y el hidrógeno es de

0.096nm.

PROPIEDADES FÍSICAS Y

QUÍMICAS DEL AGUA

PROPIEDADES DEL AGUA

ALGUNAS PROPIEDADES DEL AGUA

Masa molecular.......... 18 da

Punto de fusión......... 0°C (a 1 atm)

Punto de ebullición .... 100°C (a 1 atm)

Densidad (a 4ºC)........ 1g/cm3

Densidad (a 0ºC).......... 0'97g/cm3

http://web.educastur.princast.es/proyectos/biogeo_ov/2BCH/B1_BIOQUIMICA/t12_

AGUA/informacion.htm

DENSIDAD MAXIMA A 4 °C

Permite que el hielo flote.

> Volumen en estado sólido y < volumen

en estado líquido.

Casquetes polares ayudan a aislar la

temperatura para que el océano no se

congele.

DIPOLO ELÉCTRICO

La mayor

electronegatividad del

oxígeno con respecto al

hidrógeno induce a una

distribución asimétrica

entre estos átomos.

PUENTES DE HIDRÓGENO

Se establece entre un

átomo electronegativo y el

hidrógeno unido

covalentemente a otro

átomo electronegativo.

ENLACE PUENTE HIDROGENO

Entre los dipolos del agua se establecen

fuerzas de atracción llamados puentes

de hidrógeno, formándose grupos de 3 a

9 moléculas.

ELEVADA TEMPERATURA DE EBULLICIÓN

100º C a 1 atmósfera.

Hace posible la vida en condiciones “adversas”.

ELEVADO CALOR ESPECIFICO

1 cal/g/ºC ó 4,184 J/g °C.

Es el calor necesario para elevar la temperatura de

1gramo de agua en 1ºC.

Permite definir cambios de calor en el organismo, sin

modificaciones importantes de la temperatura corporal.

CONDUCTIVIDAD CALORÍFICA

Permite la adecuada conducción de calor en el interior

corporal y garantiza la termorregulación (Mantener la

temperatura constante e igualarla en las diferentes

zonas del organismo).

ELEVADA CONSTANTE DIELÉCTRICA

Є = 80 a 20 ºC.

Impide la fuerza de atracción electrostática entre

iones de la misma carga en las moléculas de H2O.

ELEVADO CALOR DE VAPORIZACIÓN

536cal/g.

Permite eliminar exceso de calor, por el sudor (620

Kcal/día), por medio de la piel y por los pulmones.

ELEVADA TENSIÓN SUPERFICIAL

Determina la cohesión entre las moléculas de su

superficie.

Tensoactivos facilitan la mezcla y emulsión de grasas en

medio acuoso (Sales biliares, surfactante pulmonar y

líquido sinovial articular).

CAPACIDAD DE HIDRATACIÓN O

SOLVATACIÓN DE IONES

Por su capacidad de formar puentes de hidrógeno con

grupos polares de moléculas iónicas y sales, facilita la

separación de iones de diferente carga y así como

solubilización de compuestos no iónicos (Alcoholes,

ácidos orgánicos, aminas y glúcidos).

Se considera disolvente de moléculas anfipáticas,

contribuyendo a la formación de micelas,

Solvatación del NaCl en agua

ELECTROLITO DÉBIL

Sustancia que al disolverse en agua

produce iones parciales, con reacciones

de tipo reversible.

Se comporta como anfótero (Ácido o

base).

DISTRIBUCIÓN

LIQUIDO

INTRACELULAR

66% DE AGUA

LIQUIDO

EXTRACELULAR

33% DE AGUA

DISTRIBUCIÓN

Biomolécula más abundante en el ser humano:

65-70% del peso corporal.

Importancia: Mayoría de reacciones bioquímicas

del organismo se realizan en medios acuosos.

Una tercera parte (33%) LEC

Dos terceras partes (66%) LIC

INGESTA

Ingesta primaria:

♪ Hace referencia al agua que se ingiere como

líquidos, o formando parte de los alimentos

sólidos.

♪ Sed normal: Ingesta de líquido en respuesta a

una deficiencia de agua.

INGESTIÓN:

2700 ml/día

♫ Bebida: 1300 ml.

♫ Alimentos: 900 ml.

♫ Oxidación metabólica:

500 ml.

EXCRECIÓN:

2700 ml/día

♫ Respiración: 500 ml.

♫ Transpiración,

evaporación: 700 ml.

♫ Orina 1400 ml.

♫ Heces 100 ml.

CONSTANTE DE IONIZACION DEL

AGUA

H2O OH- + H+

IONIZACION DEL AGUA.

El agua pura tiene la capacidad de

disociarse en iones, por lo que en realidad

se puede considerar una mezcla de:

agua molecular (H2O )

protones hidratados (H3O+ ) e

iones hidroxilo (OH-)

La probabilidad real de que un átomo de

hidrógeno en agua pura exista como un

ión hidrógeno es cerca de 1.8 x 10-9.

Dicho de otra manera por cada ion de

hidrógeno e hidroxilo en el agua pura hay

1.8 miles de millones o 1.8 x 109

moléculas de agua.

Para la disociación del agua.-

[OH-] + [H+]

K = -------------------

[H2O]

Debido a que:

El agua pesa 18g, un litro (1000g).

1000 / 18 = 55.56 mol.

Así el agua pura es 55.56 molar.

La concentración molar de los iones H+ (o

de iones OH-) en agua pura es el producto

de la probabilidad, 1.8x10-9

La probabilidad de que un hidrógeno en agua pura exista como un ion hidrogeno es de 1.8x10-9

La concentración molar de los iones H+ o de iones OH- en agua pura es:

1.8x10-9 x 55.56 mol/L = 1.0 x 10-7 mol/L

Por lo tanto K para el agua es:

[OH-] + [H+] [10-7] + [10-7]

K = ------------------- = ---------------------

[H2O] [55.56]

= 0.018 x 10-14 = 1.8 x 10-16 mol/L

Esta constante se incorpora para producir una

nueva constante Kw (producto iónico).

[OH-] + [H+]

K = ------------------- = 1.8 x 10-16 mol/L

[H2O]

Kw = (k)[H2O] = [OH-] + [H+]

= (1.8 x 10-16 mol/L) (55.56mol/L)

=1.00 x 10-14 (mol/L)2

El producto iónico es igual al producto de las

concentraciones molares de:

Kw = [OH-] + [H+] = 10-14

A 25°C, Kw = 10-7)2, o bien, 10-14 (mol/L)2.

A temperaturas:

< a 25°C es < que 10-14

> a 25°C es > que 10-14

Se utiliza Kw para calcular el pH de

soluciones ácidas y básicas.

pH

En1909 Sörensen definió como :

el logaritmo negativo de la concentración de hidrogeniones.

pH = - log [H+]

A valores menores de pH corresponden concentraciones altas de H+ .

A valores mayores de pH corresponden concentraciones bajas de H+ .

pH y pOH

Los ácidos son donadores de protones y las

bases son aceptoras de protones.

Los ácidos fuertes se disocian por completo en

aniones y cationes incluso en soluciones muy

acidas (pH bajo).

Los ácidos débiles se disocian solo de forma

parcial en soluciones acidas.

Las bases fuertes se disocian, pero no las bases

débiles están disociadas por completo a pH alto.

PROBLEMAS:

Cual es el pH de una solución cuya

concentración de ion hidrogeno es de 3.2 x 10-4

mol /L.

Cual es el pH de una solución cuya

concentración de ion hidroxilo es de 4.0 x 10-14

mol /L.

Los grupos funcionales de ácidos débiles

tienen gran importancia fisiológica.-

Los ácidos y bases débiles (R-COOH y R-

NH3+) poseen grupos funcionales de

importancia bioquímica.

Ácidos débiles representativos.-

Constantes de disociación de dos ácidos

débiles.-

(R-COOH y R-NH3+)

Los valores numéricos de Ka para ácidos

débiles son números con exponentes

negativos, donde:

pKa = -log K

El pKa se utiliza para expresar las fuerzas

relativas de ácidos y bases.

Puesto que -log K se define como pKa y -

log [H+] define al pH, la ecuación es:

pKa = pH

Ecuación de Henderson-Hasselbalch.-

Describe el comportamiento de los ácidos

débiles y los amortiguadores.

pH = pKa + log [A-] / [HA]

Las soluciones de ácidos débiles y sus

sales amortiguan los cambios de pH.-

ALTERACIONES DEL EQUILIBRIO

HÍDRICO

DESHIDRATACIÓN

• Condición en la cual el cuerpo pierde suficiente líquido

como para funcionar correctamente.

• Puede ser causada por una pérdida excesiva de

agua del organismo secundario a: Vómito, diarrea,

poliuria, diaforesis excesiva.

• La pérdida exagerada de agua, se relaciona con

múltiples manifestaciones patológicas como: Cefalea,

mareo, tos, vómito pérdida de peso, cambios de estado

de ánimo e inversión en el patrón de sueño.

EDEMA

♣ INTRACELULAR:

Depresión de los sistemas

metabólicos de los tejidos

falta de nutrición suficiente de las

células.

♣ EXTRACELULAR:

Disminución de la presión osmótica.

Obstrucción linfática.

Incremento de la presión

hidrostática.

Aumento de la permeabilidad capilar

ALTERACIÓN TIPO DESPLAZAMIENTO

DE AGUA

CAUSAS

DESHIDRATA

CIÓN

Isotónica Inexistente Pérdida de líquidos isotónicos

(Sangre, plasma, etc).

Vómito, diarrea.

Hipertóni

ca

Hacia el espacio

extracelular

Aporte insuficiente de agua a

través del intestino, vía aérea y

piel.

Hipotóni

ca

Hacia el espacio

intracelular

Aporte insuficiente de Na+.

Pérdida renal de Na+ (IR e

hipoaldosteronismo)

EXPANSIÓN Isotónica Inexistente Infusiones isotónicas.

Déficit de proteínas.

Insuficiencia cardiaca.

Hipertóni

ca

Hacia el espacio

extracelular

Infusiones o ingestión de

soluciones hipertónicas.

Síndrome Conn. Síndrome

Cushing.

Hipotóni

ca

Hacia el espacio

intracelular

Aporte oral excesivo de agua.

Infusión de soluciones sin sal.