ᴜɴɪᴅᴀᴅ ɪ ᴘʀɪɴᴄɪᴘɪᴏꜱ QᴜÍᴍɪᴄᴏꜱ ʏ ᴛᴇʀᴍᴏᴅɪɴÁᴍɪᴄᴏꜱ
Para empezar con el tema del agua y su ionización empezaremos por ver la forma en la que reacciona.
Debe tenerse en cuenta el pequeño grado de ionización del agua en iones de hidrogeno e iones de hidroxilo. Al igual que todas las reacciones reversibles, se puede describir la ionización del agua mediante una constante de equilibrio.
Se representa de la siguiente forma:
Cuando se disuelven acido débiles en agua, su ionización aporta H+ (hidrogeno); las bases débiles consumen H+ al protonarse. La concentración total de ion hidrogeno se puede medir experimentalmente y se expresa como el pH de la solución.
-El agua pura está ligeramente ionizada
Las moléculas de agua tienden a ionizarse reversiblemente, dando un hidrogeno como protón y un hidroxilo. Los iones hidrogeno formados en el agua son inmediatamente hidratados a iones hidronio. La formación de enlaces de hidrogeno entre las moléculas de agua hace que la hidratación de los protones sea virtualmente instantánea.
.-La ionización de agua puede medirse a partir de su conductividad eléctrica. Como resultado de la elevada movilidad iónica del H+, las reacciones acido-base en disolución acuosa son generalmente excepcionalmente rápidas. Los ácidos y bases débiles tienen constantes de disociación características.
Los ácidos fuertes, como ácido clorhídrico, sulfúrico y nítrico, están completamente ionizados en soluciones acuosas diluidas. Quienes son de mayor interés para los bioquímicos son los ácidos y bases débiles, los cuales no están completamente ionizados al disolverse en el agua. Por si fuera poco, estos compuestos forman parte de todos los sistemas biológicos y juegan papeles importantes en el metabolismo y su regulación.
A los ácidos se le define como dadores de protones y a las bases como aceptores de protones. B.-Un dador de protones y su correspondiente aceptor forman un par ácido–base conjugado, relacionados por la reacción reversible.
Cada ácido tiene una tendencia característica a perder su protón en disolución acuosa. Cuanto más fuerte sea el ácido mayor será la tendencia a perder su protón. La tendencia de cualquier acido (HA) a perder un protón y formar su base conjugada
Se define mediante la constante de equilibrio (Keq) de la reacción reversible B.-Las constantes de equilibrio de las reacciones de ionización se suelen denominar Constantes de Ionización o Constantes acidas de Disociación. Los ácidos fuertes tienen constantes de disociación más altas, mientras que los ácidos más débiles tienen constantes de disociación más bajas.
Se incluyen los valores de las pKa (Constantes de ionización), una expresión análoga a la del pH y que se define mediante la ecuación
-Cuanto más fuerte sea la tendencia a disociar un protón, más fuerte es el ácido y menor es su pKa (Constante de ionización). Tamponamiento contra cambios de pH en los sistemas biológicos.
La mayoría de los procesos biológicos son dependientes del pH, ya que cualquier variabilidad en el pH produce un gran cambio en la velocidad del proceso.
-Un ejemplo claro de ello son los grupos amino y carboxilo protonados de los aminoácidos y el grupo fosfato de los nucleótidos, ya que funcionan como ácidos débiles y su estado iónico depende del pH del medio que los rodea.
Las células y los organismos mantienen un pH citosòlico específico y constante, normalmente cerca de pH 7, que mantiene las biomoléculas en su estado iónico óptimo. En los organismos multicelulares, el pH de los fluidos extracelulares también se mantiene estrechamente regulado. El pH se mantiene constante principalmente gracias a los tampones biológicos, que son mezclas de ácidos débiles y de sus bases conjugadas. Los tampones son mezclas de ácidos débiles y de sus bases conjugadas.
-Los tampones son sistemas acuosos que tienen a resistir cambios en su pH cuando se añaden pequeñas cantidades de ácido (H+) o base (OH-). Un sistema tampón consiste en un ácido débil o dador de protones y su base conjugada, conocido como aceptor de protones. Siempre que se añade (H+) u (OH-) a un tampón, el resultado es un pequeño cambio en el cociente de las concentraciones relativas del ácido débil y de su anión y, por tanto, un pequeño cambio de pH. A.-El pH de una disolución de ácido débil, o base débil, y su sal viene dada por la ecuación de Henderson-Haseelbalch, la cual se representa de la siguiente manera Ácidos o bases débiles tamponan células y tejidos contra cambios de pH. B.-Los fluidos intracelulares y extracelulares de los organismos multicelulares poseen un pH característico y prácticamente constante.
Los sistemas tampón proporcionan la primera línea de defensa del organismo contra los cambios del pH interno. El citoplasma de la mayoría de las células contiene elevadas concentraciones de proteínas, las cuales contienen muchos aminoácidos con grupos funcionales que son ácidos débiles o bases débiles. En el caso de la histidina puede tamponar de manera eficiente a pH cercano a la neutralidad.
Dos tampones biológicos, especialmente importantes, son los sistemas del fosfato y del bicarbonato. El sistema tampón del fosfato, que actúa en el citoplasma de todas las células, consiste en H2PO4- como dador de protones y HPO42- como aceptor de protones.
El sistema tampón del fosfato presenta su efectividad máxima a un pH próximo a su pK (Constane de ionizacion) de 6,86 y tiende a resistir cambios de pH en el intervalo entre 5,9 y 7,9. Es por tanto un tampón efectivo en los fluidos biológicos.
Los enzimas normalmente tienen un máximo de actividad catalítica a un pH característico denominado pH óptimo. Su actividad catalítica desciende a ambos lados del pH óptimo, a menudo de forma abrupta.
Esto explica como un pequeño cambio en el pH puede provocar una gran diferencia en la velocidad de alguna reacción enzimática crucial. A.-El control biológico del pH de la células y fluidos corporales son de gran importancia en todos los aspectos del metabolismo y de las actividades celulares, y cambios en el pH de la sangre tienen marcadas consecuencias fisiológicas.
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