1
1.Bioelementos y biomoléculas:1.Bioelementos y biomoléculas:
agua y sales inorgánicasagua y sales inorgánicas
2
Unidad en la composición química de
los seres vivos
Todos los seres vivos están formados fundamentalmente por la combinación
de 25 elementos químicos y solo 6 de ellos constituyen el 98% de la materia
viva.
3
Al comparar las tres gráficas podemos llegar a estas conclusiones:
-La proporción es muy diferente en las tres gráficas.
-Los seres vivos son muy selectivos, pues no han utilizado los elementos más
abundantes, sino los más idóneos para sus estructuras y funciones.
-La vida, además de necesitar elementos idóneos, tuvo que tenerlos
disponibles. Así, por ejemplo, el Al (aluminio) es muy abundante en la corteza y,
sin embargo, apenas forma parte de los seres vivos. El Al, al no ser apenas
soluble en agua, es difícil de obtener. En cambio, los elementos más
abundantes (C, H, O, N) se obtienen fácilmente de la atmósfera e hidrosfera.
4
La idoneidad de los elementos químicos
Parámetros de
la selección
química
Comportamiento
en el medio acuoso
Reactividad de los átomos
y tipos de enlaces que
pueden establecer
Solubles o insolubles Orbitales atómicos
5
6
7
Bioelementos primarios [ > 95% en peso ]
C
H
O
N
P
S
Carbono
Hidrógeno
Oxígeno
Nitrógeno
Fósforo
Azufre
8
C
H
O
N
P
S
Carbono
Hidrógeno
Oxígeno
Nitrógeno
Fósforo
Azufre
Forman parte de todas las
biomoléculas orgánicas
Constituyen
el 95 % de
la materia
viva (Y también de moléculas inorgánicas como el H2O, etc.)
Bioelementos primarios [ > 95% en peso ]
9
C
H
O
N
P
S
Carbono
Hidrógeno
Oxígeno
Nitrógeno
Fósforo
Azufre
Forman parte de todas las
biomoléculas orgánicas
Constituyen
el 95 % de
la materia
viva
•Aminoácidos (=> y proteínas)
•Ácidos nucleicos (ADN y ARN)
•Nucleótidos (como el ATP)
•Clorofila
•Hemoglobina
•Muchos glúcidos y lípidos
•etc.
Forma parte de
(Y también de moléculas inorgánicas como el H2O, etc.)
Bioelementos primarios [ > 95% en peso ]
10
C
H
O
N
P
S
Carbono
Hidrógeno
Oxígeno
Nitrógeno
Fósforo
Azufre
Forman parte de todas las
biomoléculas orgánicas
Constituyen
el 95 % de
la materia
viva
•Aminoácidos (=> y proteínas)
•Ácidos nucleicos (ADN y ARN)
•Nucleótidos (como el ATP)
•Clorofila
•Hemoglobina
•Muchos glúcidos y lípidos
•etc.
Forma parte de
•Nucleótidos
•Coenzimas
•Fosfolípidos
•etc.
•Moléculas inorgánicas
como fosfatos y sales
minerales
Forma
parte
de
(Y también de moléculas inorgánicas como el H2O, etc.)
Bioelementos primarios [ > 95% en peso ]
11
C
H
O
N
P
S
Carbono
Hidrógeno
Oxígeno
Nitrógeno
Fósforo
Azufre
Forman parte de todas las
biomoléculas orgánicas
Constituyen
el 95 % de
la materia
viva
•Aminoácidos (=> y proteínas)
•Ácidos nucleicos (ADN y ARN)
•Nucleótidos (como el ATP)
•Clorofila
•Hemoglobina
•Muchos glúcidos y lípidos
•etc.
Forma parte de
•Cisteína y metionina (dos aminoácidos
presentes en casi todas las proteínas).
•Otras moléculas orgánicas (p.ej. Vitaminas B,
CoenzimaA,…)
•Nucleótidos
•Coenzimas
•Fosfolípidos
•etc.
•Moléculas inorgánicas
como fosfatos y sales
minerales
Forma
parte
de
Forma
parte
de
(Y también de moléculas inorgánicas como el H2O, etc.)
Bioelementos primarios [ > 95% en peso ]
12
Bioelementos secundarios [ 2,5 % ] Ca Mg Na K Cl
Ca
Forma parte del carbonato cálcico
(CaCO3)que es el componente principal de
las estructuras esqueléticas de muchos
animales.
En forma iónica (Ca 2+
) estabiliza muchas
estructuras celulares, como el huso mitótico,
en interviene en muchos procesos
fisiológicos, como la contracción muscular y
la coagulación de la sangre.
Mg Forma parte de la molécula de clorofila.
En forma iónica actúa como catalizador,
junto con enzimas, en muchas reacciones
químicas de los organismos. También
estabiliza la membrana celular, los ácidos
nucleicos y los ribosomas.
Na
K
Cl
Forman parte, como iones, de las sales minerales disueltas en el agua de los
organismos. Intervienen directamente en muchos procesos fisiológicos, como la
transmisión del impulso nervioso. El K regula la apertura y cierre de los estomas
de las hojas.
13
Oligoelementos [ < 0,5 % ] Mn Fe Co Cu Zn I F Si etc
[ del griego oligos = escaso]
Tanto su déficit como su exceso pueden producir graves trastornos en los seres vivos.
Mn Fe Co Cu Zn Son los oligoelementos universales
(presentes en todos los seres.)
Oliogoelementos esenciales
I F Si
V CrB
Se
Mo
Sólo se
encuentran en
algunos grupos de
seres vivos.
O. No esenciales
etc
Algunos ejemplos de las funciones que desempeñan:
Fe: Interviene en los procesos de respiración celular y de
fotosíntesis. Forma parte de la hemoglobina.
Mn: Activador de muchas enzimas. Indispensable para la
fotosíntesis.
Co: Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis
de la hemoglobina.
Zn: Esencial para la formación de muchas enzimas de gran
importancia. (etc)
14
Biomoléculas o principios inmediatos
Biomoléculas
Simples
Con átomos del
mismo elemento
Compuestas
Con átomos
de elementos
diferentes
Oxígeno molecular (O2)
Nitrógeno molecular (N2)
Inorgánicas
Orgánicas
Constituidas por polímeros
de carbono e hidrógeno
Agua (H2O)
Dióxido de carbono (CO2)
Sales minerales (NaCl, CaCO3, etc.)
Glúcidos.
Formados por C, H y O
Lípidos.
Constituidos por C, H y un pequeño
porcentaje de O
Proteínas.
Formadas por C, H, O, N y S
Ácidos nucleicos.
Constituidos por C, H, O, N y P
15
El mundo orgánico: la idoneidad
del carbono
Debido a su configuración electrónica
(1s2, 2s2, 2p2)
el carbono puede actuar con valencia IV, lo
que le permitirá formar 4 enlaces
covalentes sencillos.
Los enlaces entre átomos de carbono
pueden ser simples, dobles o triples,
pudiendo construir cadenas mas o menos
largas.
Debido a la configuración tetraédrica de
los orbitales se van a generar moléculas
con estructuras tridimensionales diferentes
lo cual es muy importante para desempeñar
su función.
16
El mundo orgánico: la idoneidad
del carbono
C H O N P S
Propiedades físicoquímicas que los hacen
tan adecuados para la vida:
-Forman entre ellos con facilidad enlaces
covalentes, compartiendo pares de
electrones.
-Pueden compartir más de un par de
electrones => pueden formar enlaces
dobles y triples => pueden formar muchos
tipos de moléculas diferentes.
-Son los elementos más ligeros con
capacidad de formar enlaces covalentes
muy estables (cuanto menor es la masa
atómica mayor es la estabilidad del enlace).
-Debido a la configuración tetraédrica de los
enlaces del carbono, los diferentes tipos de
moléculas orgánicas tienen estructuras
tridimensionales diferentes. Ello da lugar a
la existencia de estereoisómeros.
17
C H O N P S
Propiedades físicoquímicas que los hacen
tan adecuados para la vida:
-Forman entre ellos con facilidad enlaces
covalentes, compartiendo pares de
electrones.
-Pueden compartir más de un par de
electrones => pueden formar enlaces
dobles y triples => pueden formar muchos
tipos de moléculas diferentes.
-Son los elementos más ligeros con
capacidad de formar enlaces covalentes
muy estables (cuanto menor es la masa
atómica mayor es la estabilidad del
enlace).
-Debido a la configuración tetraédrica de
los enlaces del carbono, los diferentes tipos
de moléculas orgánicas tienen estructuras
tridimensionales diferentes. Ello da lugar a
la existencia de estereoisómeros.
Estereoisomería
Estas dos moléculas
no son iguales (como
tampoco lo son
nuestras dos manos)
El mundo orgánico: la idoneidad
del carbono
18
C H O N P S
Propiedades físicoquímicas que los
hacen tan adecuados para la vida:
-Forman entre ellos con facilidad
enlaces covalentes, compartiendo
pares de electrones.
-Pueden compartir más de un par de
electrones => pueden formar enlaces
dobles y triples => pueden formar
muchos tipos de moléculas diferentes.
-Son los elementos más ligeros con
capacidad de formar enlaces
covalentes muy estables (cuanto menor
es la masa atómica mayor es la
estabilidad del enlace).
-Debido a la configuración tetraédrica
de los enlaces del carbono, los
diferentes tipos de moléculas orgánicas
tienen estructuras tridimensionales
diferentes. Ello da lugar a la existencia
de estereoisómeros.
-Los enlaces carbono-carbono son
muy estables, formando largas
cadenas lineales, ramificadas, en
anillo… También el C forma con
facilidad enlaces estables con otros
elementos, dando lugar a grupos
funcionales (carboxilo, aldehido,
cetona…). Todo ello contribuye a la
enorme diversidad de moléculas
orgánicas.
-C, H, O y N se hallan en los seres
vivos en estado reducido. Al oxidarse,
gracias al O2 del aire, desprenden
energía. Esta energía es
aprovechada por los seres vivos.
El mundo orgánico: la idoneidad
del carbono
19
20
Grupos funcionales
21
El agua: la vida se apoya
en su comportamiento anormal
La vida depende de la presencia de agua: impregna
todas las partes de la célula, constituye el medio en
el que se realiza el transporte de nutrientes, las
reacciones del metabolismo y la transferencia de
energía química, etc.
El agua es el componente mayoritario de los
seres vivos, si bien el % no es el mismo en todos
ellos, ni en las diferentes partes de un mismo ser.
En general, cuanto mayor es la actividad
metabólica, mayor es el contenido en agua.
Los órganos densos, con estructuras minerales,
como huesos y dientes, tienen poco % en agua.
La proporción de agua puede variar a lo largo de la
vida.
22
Estructura de la molécula del agua y su carácter dipolar
2 átomos de H unidos a un
átomo de oxígeno mediante un
enlace covalente.
Al ser muy electronegativo, el
oxígeno atrae hacia sí los
electrones compartidos con el
hidrógeno. Esto genera en el
hidrógeno una densidad de
carga positiva y en el oxígeno
una densidad de carga
negativa. Esta estructura de
polos se denomina dipolo
permanente. Por ello decimos
que el agua es una sustancia
polar.
23
Unión de unas moléculas de agua con otras: los PUENTES DE HIDRÓGENO
La naturaleza polar de las
moléculas de agua hace que el
oxígeno de una molécula
pueda interaccionar con el
hidrógeno de otra,
estableciendo lo que se
denomina enlace o puente de
hidrógeno.
Este tipo de enlace es débil, en
comparación con un enlace
iónico o covalente, lo que
implica que puede formarse y
deshacerse con facilidad.
Una molécula de agua puede
formar hasta 4 puentes de H
con sus 4 moléculas vecinas.
24
25
Propiedades fisicoquímicas del agua
y funciones biológicas del agua
-Regulación de la temperatura
-Capacidad disolvente
-Densidad en estado sólido
-Cohesión y tensión superficial
Estas y otras
propiedades hacen del
agua una sustancia
ideal para la vida
26
Acción disolvente
El H2O es un excelente disolvente de muchas sustancias, por lo que con frecuencia
recibe el calificativo de “disolvente universal”.
Disuelve muy bien los compuestos iónicos, como la sal común o cloruro sódico.
También disuelve sustancias con grupos polares.
27
Tipos de
disoluciones
D. moleculares
D. iónicas
D. coloidales
Los solutos son
moléculas orgánicas
polares o con carga
iónica
Los solutos son
electrolitos que se
disocian en iones
Los solutos son
macromoléculas.
Forman coloides
28
Propiedades de las dispersiones
Los líquidos presentes en el interior de los seres vivos son dispersiones de diversas
sustancias en el seno del agua.
Disoluciones verdaderas
Dispersiones coloidales
Geles
Soles
Tipos:
•Tamaño de las partículas muy pequeño (< 10 -7
cm)
•Son transparentes
Las concentradas reciben el nombre de
•Tamaño más grande (entre 10 -5
y 10 -7
cm) de las
partículas (proteínas, polisacáridos…)
•No son transparentes
Las diluidas reciben el nombre de
( = coloides)
Hidrófilas
Hidrófobas
Con partículas dispersas afines al agua
Con partículas dispersas sin afinidad por el agua
Pueden estabilizarse formando emulsiones
Según la
afinidad de las
partículas por
el agua
Según la
concentración
de partículas
dispersas
p.ej. Grasas de la leche
Las dispersiones coloidales suelen tener aspecto translúcido
Propiedades de las dispersiones coloidales
Sol
Gel
Fase dispersa
(sólido)
Fase dispersante
(líquido)
Fase dispersante
(sólido con fibras
entrelazadas)
Tema 1
32
Funciones del agua
como disolvente
Es el medio donde transcurre la
mayoría de las reacciones del
metabolismo
El aporte y la eliminación de los
productos de desecho se realizan
a través de la sangre en animales
y la savia en las plantas
33
Elevada fuerza de cohesión entre moléculas
Los puentes de H mantienen unidas las moléculas de agua. Estas uniones
se están formando y deshaciendo continuamente de manera que en
cualquier instante la mayor parte de las moléculas de agua se hallan
unidas por dichos enlaces. Debido a ello el agua líquida tiene una gran
cohesión interna. No obstante, como la duración media de un puente de
H es muy breve ( 10 -9
segundos) el agua no es viscosa sino muy fluida.
Esta alta cohesión permite que el agua ascienda desde las raíces hasta
las copas de los árboles. También hace que el agua sea un buen relleno
de las células y de muchas estructuras biológicas.
El H2O tiene una elevada tensión
superficial, lo que significa que en su
superficie se forma una película difícil de
romper, en comparación con otras
sustancias en estado líquido. Esto
permite a ciertos insectos caminar sobre
su superficie.
34
Gran calor específico
El H2O tiene un elevado calor específico. Esto
significa que para aumentar la temperatura del agua
un grado centígrado es necesario comunicarle mucha
energía ( 1 caloría para que 1 gramo de agua
aumente su temperatura 1ºC ) para poder romper los
puentes de Hidrógeno que se generan entre las
moléculas.
EL H2O tiene un elevado calor de vaporización. Esto
significa que para pasar al estado gaseoso (vapor) es
necesario comunicarle mucha energía (540 calorías
para un gramo de agua) para poder romper los
puentes de Hidrógeno que se generan entre las
moléculas.
El agua es un buen regulador térmico ya que, en comparación con otras sustancias,
es capaz de absorber mucho calor sin aumentar mucho su temperatura, ya que esta
energía calorífica se utiliza para romper puentes de hidrógeno antes de que aumente
el movimiento (energía cinética) de las moléculas.
El H2O regula la temperatura del planeta y de los seres vivos.
Se denomina calor específico a la
capacidad de almacenar energía para un
aumento determinado de la Tª
35
Densidad en estado sólido
El hielo flota sobre el agua líquida, al ser menos
densa que ésta.
Al solidificarse, el H2O forma unos “huecos”
debido al establecimiento de puentes de H fijos
(en cambio, en estado líquido los puentes de H
se forman y deshacen continuamente, dando
una red dinámica empaquetada).
La vida continúa bajo el hielo
36
Usos bioquímicos
• En la fotosíntesis, las enzimas utilizan el agua como
fuente de átomos de hidrógeno.
H2O + fotón→ ½ O2 + 2H+ + 2e-
• En las reacciones de hidrólisis, las enzimas
han explotado la capacidad del agua de romper determinados
enlaces para degradar los compuestos orgánicos en otros más
simples.
37
LAS SALES MINERALES
En los seres
vivos pueden
presentarse
Sólidas o
precipitadas
Disueltas
Por ejemplo
CaCO3
Ca3(PO4)2
Carbonato cálcico
Fosfato cálcico
Concha de moluscos
Esqueleto de
vertebrados
Esqueleto
de corales
Bivalvos
Gasterópodos
P.ej.
P.ej.
Aniones más
abundantes e
importantes:
Sulfato SO4
2-
Bicarbonato HCO3
-
Fosfatos HPO4
2-
y H2PO4
-
Nitrato NO3
-
Cloruro Cl-
Cationes más
abundantes e
importantes:
Sodio Na+
Potasio K+
Calcio Ca2+
Magnesio Mg2+
Al disolverse
se ionizan
Intervienen en
numerosas
reacciones del
metabolismo
del pH
del equilibrio
osmótico
Contribuyen a
la regulación
38
Propiedades de las dispersiones
Las partículas dispersas pueden
provocar tres fenómenos en relación con
su movimiento en el seno del agua:
DIFUSIÓN
DIÁLISIS
ÓSMOSIS
Veamos en qué consisten…
39
Difusión
La difusión es el fenómeno por el cual
las moléculas de un soluto se mueven
continuamente en todas direcciones,
tendiendo a distribuirse uniformemente
en el seno del agua hasta ocupar todo
el espacio disponible.
Las moléculas se mueven desde las
zonas de mayor a menor concentración
hasta que sea la misma en todo el
espacio de difusión.
La difusión puede ocurrir también a
través de una membrana cuyos poros
permitan el paso de las partículas del
soluto.
Importantes
ejemplos de
difusión en los
ss.vv.
40
Diálisis
Es una difusión selectiva
que separa uno o varios
solutos de una disolución a
través de una membrana
cuya permeabilidad
solamente permite el paso
de las partículas más
pequeñas.
La diálisis de la sangre o hemodiálisis sustituye
a la filtración renal en las personas en las que
ésta no funciona, utilizándose membranas
artificiales. De elimina así de la sangre la urea y
otros metabolitos y se mantienen las moléculas
más grandes como las proteínas plasmáticas.
41
Ósmosis
Ocurre cuando hay una membrana
semipermeable separando dos
disoluciones de diferente concentración,
de manera que tiende a igualarse la
concentración de ambas.
Esta membrana semipermeable permite
el paso del agua, pero no del soluto.
Las moléculas de agua se mueven
desde las zonas de mayor
concentración de agua (agua pura o
disoluciones diluidas) a las zonas donde
la concentración de agua es menor
(disoluciones concentradas). Hay
entonces un flujo asimétrico del agua:
pasa de la disolución diluida a la
concentrada.
La cantidad de agua que atraviesa una membrana semipermeable depende de la
concentración de partículas disueltas a uno y otro lado, y no de su naturaleza.
La ósmosis genera una
PRESIÓN OSMÓTICA
Cuando hay dos disoluciones
separadas por una membrana
de este tipo se habla de
HIPERTÓNICA
HIPOTÓNICA
ISOTÓNICA
La más concentrada
La más diluida
Cuando ambas tienen la
misma concentración
42
Ósmosis y ss.vv.
En estos dibujos se
resume muy bien lo que
ocurre si el medio en el
que vive una célula es
hiper, iso e hipotónico:
Las células, si no están
en un medio isotónico,
sufrirán:
-PLASMÓLISIS
-TURGESCENCIA:
http://www.youtube.com/watch?v=lzDlGl3b4is&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=nHWUAdkYq4Q&feature=related
44
Algunos ejemplos:
Los protozoos de agua dulce como el
Paramecium bombean continuamente agua al
exterior, ya que entra mucha por ósmosis.
La planta carnívora Dionaea o
“Venus atrapamoscas” se cierra muy
rápido al perder turgescencia las
células que la mantienen abierta.
Las raíces absorben agua cuando las disoluciones del
suelo son hipotónicas respecto del citoplasma de las
células de la planta. En caso contrario, el agua sale de la
planta y ésta acaba secándose.
45
El agua pura es, en realidad, una mezcla de tres especies en equilibrio químico:
2H2O H3O+
+ OH-
Agua sin
disociar
Protones
hidratados
Iones
hidroxilo
Por comodidad, suele expresarse así:
H2O H+
+ OH-
Agua sin
disociar
Protones o
hidrogeniones
Iones
hidroxilo
Esta disociación es muy débil. El producto iónico Kw a 25ºC es:
Kw = [H+
] [OH-
] = 1,0 .
10 -14
Por tanto [H+
] = [OH-
] = 10 -7
Este producto iónico es constante, lo cual significa que un aumento en la
concentración de uno de los iones supondría una disminución en la
concentración del otro, para mantener constante el producto mencionado.
Ionización del agua y escala de pH
46
H2O + H2O H3O+
+ OH-
+ -
En 1 mol de agua hay 10-7
moles de moléculas ionizadas. El pH se define como el
logaritmo con signo negativo de la concentración de iones H3O+
.
pH= -log [H3O+
]
El pH del agua será por lo tanto de 7
pH= -log [10-7
]= 7
++
47
+
-
H2O + H2O H3O+
+ OH-
+ -++
Ión hidronio
Ión hidroxilo
48
Acidez y basicidad o alcalinidad
Determinadas sustancias, al disolverse en agua, pueden alterar la concentración
de hidrogeniones, utilizándose entonces los términos de acidez y alcalinidad.
Disolución acuosa ácida [H+
] > 10 -7
moles/litro
Disolución acuosa alcalina [H+
] < 10 -7
moles/litro
Disolución acuosa neutra [H+] = 10 -7
moles/litro
Para simplificar los cálculos se ideó expresar
las concentraciones utilizando logaritmos:
El pH se define como el logaritmo,
cambiado de signo, de la
concentración de hidrogeniones
Según esto:
Disolución neutra pH = 7
Disolución ácida pH < 7
Disolución alcalina o básica pH > 7
49
Acidez y basicidad o alcalinidad
Disolución neutra pH = 7
Disolución ácida pH < 7
Disolución alcalina o básica pH > 7
Al ser el pH una escala logarítmica, resulta que,
por ejemplo:
pH = 3 significa que [H+
] = 0,001 mol / litro
pH = 4 significa que [H+
] = 0,0001 mol / litro
pH = 5 significa que [H+] = 0,00001 mol / litro
Por tanto, una disolución a pH = 3 contiene 10
veces más H+
que una a pH = 4, y ésta 10 veces
más que a pH = 5
50
+
-
Los ácidos disminuyen el valor del pH del agua pues aportan iones [H3O+
].
H2O + HA H3O+
+ A-
51
¿Por qué el valor del pH disminuye al añadir un ácido, si los
ácidos aumentan la cantidad de iones [H3O+
]?
Para explicar esto supongamos que tenemos agua pura. La
cantidad de iones [H3O+
] en el agua es de 10-7
, pH=7, como ya
sabemos. Ahora le añadimos un ácido y, volvamos a suponer, que
este aumenta en un factor de 100 la cantidad de iones [H3O+
].
Ahora tendremos:
[H3O+
]= 10-7
*100=10-5
pH= -log [H3O+
]= -log [10-5
]=5
Luego el valor del pH ha pasado de 7 a 5.
+
+
Las bases aumentan el valor del pH del agua pues captan iones [H3O+
].
HOB + H3O+
2H2O + B+
¿Por qué el valor del pH aumenta al añadir una base, si las bases
disminuyen la cantidad de iones [H3O+
]?
Para explicar esto supongamos que tenemos agua pura. La cantidad de
iones [H3O+
] en el agua es de 10-7
, pH=7, como ya sabemos. Ahora le
añadimos una base y, volvamos a suponer, que los iones OH-
desprendidos
por la base captan los iones [H3O+
] y estos disminuyen en un factor de
1000. Ahora tendremos:
[H3O+
]= 10-7
/1000=10-7
x10-3
=10-10
pH= -log [H3O+
]= -log [10-10
]=10
Luego el valor del pH ha pasado de 7 a 10.
54
Acidez y basicidad o alcalinidad
Aquí podemos ver el pH de algunas disoluciones presentes en los seres
vivos y de otras de uso corriente.
Los procesos bioquímicos y, por tanto, la vida, se desarrollan, en general, a
valores próximos a la neutralidad.
55
Sistemas Tampón o “buffer”
Regulación del pH
El mantenimiento de la vida requiere que el pH se
mantenga dentro de ciertos límites, ya que de lo
contrario cambia la estructura de muchas moléculas y
se alteran muchas reacciones bioquímicas. Para ello,
en las soluciones acuosas de los seres vivos están
presentes los denominados sistemas tampón o
amortiguadores de pH, formados por disoluciones de
ácidos débiles y de su correspondiente base
conjugada.
La adición de pequeñas cantidades de H+ o de OH- a
uno de estos sistemas no produce cambios de pH en
un cierto intervalo. Ello se debe a que el ácido
neutraliza los iones OH- y la base los H+.
Los tampones más frecuentes en los ss.vv. son:
-TAMPÓN BICARBONATO
-TAMPÓN FOSFATO
56
Regulación del pH
TAMPÓN BICARBONATO:
Es común en los líquidos intercelulares.
Mantiene el pH en valores próximos a 7,4 gracias al equilibrio entre el ión bicarbonato y el ácido
carbónico, que a su vez se disocia en dióxido de carbono y agua:
HCO3-
+ H+
H2CO3 CO2 + H2O
Si aumenta la concentración de H+
en el medio por cualquier proceso químico, el equilibrio se
desplaza hacia la derecha. Si por el contrario disminuye la concentración de H+
del medio, el
equilibrio se desplaza hacia la izquierda, para lo cual se toma CO2 del medio.
TAMPÓN FOSFATO:
Se encuentra en los líquidos intracelulares, manteniendo el pH en torno a 6,86 debido al
equilibrio:
HPO4
2-
+ H+
H2PO4
-

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  • 1. 1 1.Bioelementos y biomoléculas:1.Bioelementos y biomoléculas: agua y sales inorgánicasagua y sales inorgánicas
  • 2. 2 Unidad en la composición química de los seres vivos Todos los seres vivos están formados fundamentalmente por la combinación de 25 elementos químicos y solo 6 de ellos constituyen el 98% de la materia viva.
  • 3. 3 Al comparar las tres gráficas podemos llegar a estas conclusiones: -La proporción es muy diferente en las tres gráficas. -Los seres vivos son muy selectivos, pues no han utilizado los elementos más abundantes, sino los más idóneos para sus estructuras y funciones. -La vida, además de necesitar elementos idóneos, tuvo que tenerlos disponibles. Así, por ejemplo, el Al (aluminio) es muy abundante en la corteza y, sin embargo, apenas forma parte de los seres vivos. El Al, al no ser apenas soluble en agua, es difícil de obtener. En cambio, los elementos más abundantes (C, H, O, N) se obtienen fácilmente de la atmósfera e hidrosfera.
  • 4. 4 La idoneidad de los elementos químicos Parámetros de la selección química Comportamiento en el medio acuoso Reactividad de los átomos y tipos de enlaces que pueden establecer Solubles o insolubles Orbitales atómicos
  • 5. 5
  • 6. 6
  • 7. 7 Bioelementos primarios [ > 95% en peso ] C H O N P S Carbono Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno Fósforo Azufre
  • 8. 8 C H O N P S Carbono Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno Fósforo Azufre Forman parte de todas las biomoléculas orgánicas Constituyen el 95 % de la materia viva (Y también de moléculas inorgánicas como el H2O, etc.) Bioelementos primarios [ > 95% en peso ]
  • 9. 9 C H O N P S Carbono Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno Fósforo Azufre Forman parte de todas las biomoléculas orgánicas Constituyen el 95 % de la materia viva •Aminoácidos (=> y proteínas) •Ácidos nucleicos (ADN y ARN) •Nucleótidos (como el ATP) •Clorofila •Hemoglobina •Muchos glúcidos y lípidos •etc. Forma parte de (Y también de moléculas inorgánicas como el H2O, etc.) Bioelementos primarios [ > 95% en peso ]
  • 10. 10 C H O N P S Carbono Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno Fósforo Azufre Forman parte de todas las biomoléculas orgánicas Constituyen el 95 % de la materia viva •Aminoácidos (=> y proteínas) •Ácidos nucleicos (ADN y ARN) •Nucleótidos (como el ATP) •Clorofila •Hemoglobina •Muchos glúcidos y lípidos •etc. Forma parte de •Nucleótidos •Coenzimas •Fosfolípidos •etc. •Moléculas inorgánicas como fosfatos y sales minerales Forma parte de (Y también de moléculas inorgánicas como el H2O, etc.) Bioelementos primarios [ > 95% en peso ]
  • 11. 11 C H O N P S Carbono Hidrógeno Oxígeno Nitrógeno Fósforo Azufre Forman parte de todas las biomoléculas orgánicas Constituyen el 95 % de la materia viva •Aminoácidos (=> y proteínas) •Ácidos nucleicos (ADN y ARN) •Nucleótidos (como el ATP) •Clorofila •Hemoglobina •Muchos glúcidos y lípidos •etc. Forma parte de •Cisteína y metionina (dos aminoácidos presentes en casi todas las proteínas). •Otras moléculas orgánicas (p.ej. Vitaminas B, CoenzimaA,…) •Nucleótidos •Coenzimas •Fosfolípidos •etc. •Moléculas inorgánicas como fosfatos y sales minerales Forma parte de Forma parte de (Y también de moléculas inorgánicas como el H2O, etc.) Bioelementos primarios [ > 95% en peso ]
  • 12. 12 Bioelementos secundarios [ 2,5 % ] Ca Mg Na K Cl Ca Forma parte del carbonato cálcico (CaCO3)que es el componente principal de las estructuras esqueléticas de muchos animales. En forma iónica (Ca 2+ ) estabiliza muchas estructuras celulares, como el huso mitótico, en interviene en muchos procesos fisiológicos, como la contracción muscular y la coagulación de la sangre. Mg Forma parte de la molécula de clorofila. En forma iónica actúa como catalizador, junto con enzimas, en muchas reacciones químicas de los organismos. También estabiliza la membrana celular, los ácidos nucleicos y los ribosomas. Na K Cl Forman parte, como iones, de las sales minerales disueltas en el agua de los organismos. Intervienen directamente en muchos procesos fisiológicos, como la transmisión del impulso nervioso. El K regula la apertura y cierre de los estomas de las hojas.
  • 13. 13 Oligoelementos [ < 0,5 % ] Mn Fe Co Cu Zn I F Si etc [ del griego oligos = escaso] Tanto su déficit como su exceso pueden producir graves trastornos en los seres vivos. Mn Fe Co Cu Zn Son los oligoelementos universales (presentes en todos los seres.) Oliogoelementos esenciales I F Si V CrB Se Mo Sólo se encuentran en algunos grupos de seres vivos. O. No esenciales etc Algunos ejemplos de las funciones que desempeñan: Fe: Interviene en los procesos de respiración celular y de fotosíntesis. Forma parte de la hemoglobina. Mn: Activador de muchas enzimas. Indispensable para la fotosíntesis. Co: Forma parte de la vitamina B12, necesaria para la síntesis de la hemoglobina. Zn: Esencial para la formación de muchas enzimas de gran importancia. (etc)
  • 14. 14 Biomoléculas o principios inmediatos Biomoléculas Simples Con átomos del mismo elemento Compuestas Con átomos de elementos diferentes Oxígeno molecular (O2) Nitrógeno molecular (N2) Inorgánicas Orgánicas Constituidas por polímeros de carbono e hidrógeno Agua (H2O) Dióxido de carbono (CO2) Sales minerales (NaCl, CaCO3, etc.) Glúcidos. Formados por C, H y O Lípidos. Constituidos por C, H y un pequeño porcentaje de O Proteínas. Formadas por C, H, O, N y S Ácidos nucleicos. Constituidos por C, H, O, N y P
  • 15. 15 El mundo orgánico: la idoneidad del carbono Debido a su configuración electrónica (1s2, 2s2, 2p2) el carbono puede actuar con valencia IV, lo que le permitirá formar 4 enlaces covalentes sencillos. Los enlaces entre átomos de carbono pueden ser simples, dobles o triples, pudiendo construir cadenas mas o menos largas. Debido a la configuración tetraédrica de los orbitales se van a generar moléculas con estructuras tridimensionales diferentes lo cual es muy importante para desempeñar su función.
  • 16. 16 El mundo orgánico: la idoneidad del carbono C H O N P S Propiedades físicoquímicas que los hacen tan adecuados para la vida: -Forman entre ellos con facilidad enlaces covalentes, compartiendo pares de electrones. -Pueden compartir más de un par de electrones => pueden formar enlaces dobles y triples => pueden formar muchos tipos de moléculas diferentes. -Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlaces covalentes muy estables (cuanto menor es la masa atómica mayor es la estabilidad del enlace). -Debido a la configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes. Ello da lugar a la existencia de estereoisómeros.
  • 17. 17 C H O N P S Propiedades físicoquímicas que los hacen tan adecuados para la vida: -Forman entre ellos con facilidad enlaces covalentes, compartiendo pares de electrones. -Pueden compartir más de un par de electrones => pueden formar enlaces dobles y triples => pueden formar muchos tipos de moléculas diferentes. -Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlaces covalentes muy estables (cuanto menor es la masa atómica mayor es la estabilidad del enlace). -Debido a la configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes. Ello da lugar a la existencia de estereoisómeros. Estereoisomería Estas dos moléculas no son iguales (como tampoco lo son nuestras dos manos) El mundo orgánico: la idoneidad del carbono
  • 18. 18 C H O N P S Propiedades físicoquímicas que los hacen tan adecuados para la vida: -Forman entre ellos con facilidad enlaces covalentes, compartiendo pares de electrones. -Pueden compartir más de un par de electrones => pueden formar enlaces dobles y triples => pueden formar muchos tipos de moléculas diferentes. -Son los elementos más ligeros con capacidad de formar enlaces covalentes muy estables (cuanto menor es la masa atómica mayor es la estabilidad del enlace). -Debido a la configuración tetraédrica de los enlaces del carbono, los diferentes tipos de moléculas orgánicas tienen estructuras tridimensionales diferentes. Ello da lugar a la existencia de estereoisómeros. -Los enlaces carbono-carbono son muy estables, formando largas cadenas lineales, ramificadas, en anillo… También el C forma con facilidad enlaces estables con otros elementos, dando lugar a grupos funcionales (carboxilo, aldehido, cetona…). Todo ello contribuye a la enorme diversidad de moléculas orgánicas. -C, H, O y N se hallan en los seres vivos en estado reducido. Al oxidarse, gracias al O2 del aire, desprenden energía. Esta energía es aprovechada por los seres vivos. El mundo orgánico: la idoneidad del carbono
  • 19. 19
  • 21. 21 El agua: la vida se apoya en su comportamiento anormal La vida depende de la presencia de agua: impregna todas las partes de la célula, constituye el medio en el que se realiza el transporte de nutrientes, las reacciones del metabolismo y la transferencia de energía química, etc. El agua es el componente mayoritario de los seres vivos, si bien el % no es el mismo en todos ellos, ni en las diferentes partes de un mismo ser. En general, cuanto mayor es la actividad metabólica, mayor es el contenido en agua. Los órganos densos, con estructuras minerales, como huesos y dientes, tienen poco % en agua. La proporción de agua puede variar a lo largo de la vida.
  • 22. 22 Estructura de la molécula del agua y su carácter dipolar 2 átomos de H unidos a un átomo de oxígeno mediante un enlace covalente. Al ser muy electronegativo, el oxígeno atrae hacia sí los electrones compartidos con el hidrógeno. Esto genera en el hidrógeno una densidad de carga positiva y en el oxígeno una densidad de carga negativa. Esta estructura de polos se denomina dipolo permanente. Por ello decimos que el agua es una sustancia polar.
  • 23. 23 Unión de unas moléculas de agua con otras: los PUENTES DE HIDRÓGENO La naturaleza polar de las moléculas de agua hace que el oxígeno de una molécula pueda interaccionar con el hidrógeno de otra, estableciendo lo que se denomina enlace o puente de hidrógeno. Este tipo de enlace es débil, en comparación con un enlace iónico o covalente, lo que implica que puede formarse y deshacerse con facilidad. Una molécula de agua puede formar hasta 4 puentes de H con sus 4 moléculas vecinas.
  • 24. 24
  • 25. 25 Propiedades fisicoquímicas del agua y funciones biológicas del agua -Regulación de la temperatura -Capacidad disolvente -Densidad en estado sólido -Cohesión y tensión superficial Estas y otras propiedades hacen del agua una sustancia ideal para la vida
  • 26. 26 Acción disolvente El H2O es un excelente disolvente de muchas sustancias, por lo que con frecuencia recibe el calificativo de “disolvente universal”. Disuelve muy bien los compuestos iónicos, como la sal común o cloruro sódico. También disuelve sustancias con grupos polares.
  • 27. 27 Tipos de disoluciones D. moleculares D. iónicas D. coloidales Los solutos son moléculas orgánicas polares o con carga iónica Los solutos son electrolitos que se disocian en iones Los solutos son macromoléculas. Forman coloides
  • 28. 28 Propiedades de las dispersiones Los líquidos presentes en el interior de los seres vivos son dispersiones de diversas sustancias en el seno del agua. Disoluciones verdaderas Dispersiones coloidales Geles Soles Tipos: •Tamaño de las partículas muy pequeño (< 10 -7 cm) •Son transparentes Las concentradas reciben el nombre de •Tamaño más grande (entre 10 -5 y 10 -7 cm) de las partículas (proteínas, polisacáridos…) •No son transparentes Las diluidas reciben el nombre de ( = coloides) Hidrófilas Hidrófobas Con partículas dispersas afines al agua Con partículas dispersas sin afinidad por el agua Pueden estabilizarse formando emulsiones Según la afinidad de las partículas por el agua Según la concentración de partículas dispersas p.ej. Grasas de la leche
  • 29. Las dispersiones coloidales suelen tener aspecto translúcido
  • 30. Propiedades de las dispersiones coloidales Sol Gel Fase dispersa (sólido) Fase dispersante (líquido) Fase dispersante (sólido con fibras entrelazadas)
  • 32. 32 Funciones del agua como disolvente Es el medio donde transcurre la mayoría de las reacciones del metabolismo El aporte y la eliminación de los productos de desecho se realizan a través de la sangre en animales y la savia en las plantas
  • 33. 33 Elevada fuerza de cohesión entre moléculas Los puentes de H mantienen unidas las moléculas de agua. Estas uniones se están formando y deshaciendo continuamente de manera que en cualquier instante la mayor parte de las moléculas de agua se hallan unidas por dichos enlaces. Debido a ello el agua líquida tiene una gran cohesión interna. No obstante, como la duración media de un puente de H es muy breve ( 10 -9 segundos) el agua no es viscosa sino muy fluida. Esta alta cohesión permite que el agua ascienda desde las raíces hasta las copas de los árboles. También hace que el agua sea un buen relleno de las células y de muchas estructuras biológicas. El H2O tiene una elevada tensión superficial, lo que significa que en su superficie se forma una película difícil de romper, en comparación con otras sustancias en estado líquido. Esto permite a ciertos insectos caminar sobre su superficie.
  • 34. 34 Gran calor específico El H2O tiene un elevado calor específico. Esto significa que para aumentar la temperatura del agua un grado centígrado es necesario comunicarle mucha energía ( 1 caloría para que 1 gramo de agua aumente su temperatura 1ºC ) para poder romper los puentes de Hidrógeno que se generan entre las moléculas. EL H2O tiene un elevado calor de vaporización. Esto significa que para pasar al estado gaseoso (vapor) es necesario comunicarle mucha energía (540 calorías para un gramo de agua) para poder romper los puentes de Hidrógeno que se generan entre las moléculas. El agua es un buen regulador térmico ya que, en comparación con otras sustancias, es capaz de absorber mucho calor sin aumentar mucho su temperatura, ya que esta energía calorífica se utiliza para romper puentes de hidrógeno antes de que aumente el movimiento (energía cinética) de las moléculas. El H2O regula la temperatura del planeta y de los seres vivos. Se denomina calor específico a la capacidad de almacenar energía para un aumento determinado de la Tª
  • 35. 35 Densidad en estado sólido El hielo flota sobre el agua líquida, al ser menos densa que ésta. Al solidificarse, el H2O forma unos “huecos” debido al establecimiento de puentes de H fijos (en cambio, en estado líquido los puentes de H se forman y deshacen continuamente, dando una red dinámica empaquetada). La vida continúa bajo el hielo
  • 36. 36 Usos bioquímicos • En la fotosíntesis, las enzimas utilizan el agua como fuente de átomos de hidrógeno. H2O + fotón→ ½ O2 + 2H+ + 2e- • En las reacciones de hidrólisis, las enzimas han explotado la capacidad del agua de romper determinados enlaces para degradar los compuestos orgánicos en otros más simples.
  • 37. 37 LAS SALES MINERALES En los seres vivos pueden presentarse Sólidas o precipitadas Disueltas Por ejemplo CaCO3 Ca3(PO4)2 Carbonato cálcico Fosfato cálcico Concha de moluscos Esqueleto de vertebrados Esqueleto de corales Bivalvos Gasterópodos P.ej. P.ej. Aniones más abundantes e importantes: Sulfato SO4 2- Bicarbonato HCO3 - Fosfatos HPO4 2- y H2PO4 - Nitrato NO3 - Cloruro Cl- Cationes más abundantes e importantes: Sodio Na+ Potasio K+ Calcio Ca2+ Magnesio Mg2+ Al disolverse se ionizan Intervienen en numerosas reacciones del metabolismo del pH del equilibrio osmótico Contribuyen a la regulación
  • 38. 38 Propiedades de las dispersiones Las partículas dispersas pueden provocar tres fenómenos en relación con su movimiento en el seno del agua: DIFUSIÓN DIÁLISIS ÓSMOSIS Veamos en qué consisten…
  • 39. 39 Difusión La difusión es el fenómeno por el cual las moléculas de un soluto se mueven continuamente en todas direcciones, tendiendo a distribuirse uniformemente en el seno del agua hasta ocupar todo el espacio disponible. Las moléculas se mueven desde las zonas de mayor a menor concentración hasta que sea la misma en todo el espacio de difusión. La difusión puede ocurrir también a través de una membrana cuyos poros permitan el paso de las partículas del soluto. Importantes ejemplos de difusión en los ss.vv.
  • 40. 40 Diálisis Es una difusión selectiva que separa uno o varios solutos de una disolución a través de una membrana cuya permeabilidad solamente permite el paso de las partículas más pequeñas. La diálisis de la sangre o hemodiálisis sustituye a la filtración renal en las personas en las que ésta no funciona, utilizándose membranas artificiales. De elimina así de la sangre la urea y otros metabolitos y se mantienen las moléculas más grandes como las proteínas plasmáticas.
  • 41. 41 Ósmosis Ocurre cuando hay una membrana semipermeable separando dos disoluciones de diferente concentración, de manera que tiende a igualarse la concentración de ambas. Esta membrana semipermeable permite el paso del agua, pero no del soluto. Las moléculas de agua se mueven desde las zonas de mayor concentración de agua (agua pura o disoluciones diluidas) a las zonas donde la concentración de agua es menor (disoluciones concentradas). Hay entonces un flujo asimétrico del agua: pasa de la disolución diluida a la concentrada. La cantidad de agua que atraviesa una membrana semipermeable depende de la concentración de partículas disueltas a uno y otro lado, y no de su naturaleza. La ósmosis genera una PRESIÓN OSMÓTICA Cuando hay dos disoluciones separadas por una membrana de este tipo se habla de HIPERTÓNICA HIPOTÓNICA ISOTÓNICA La más concentrada La más diluida Cuando ambas tienen la misma concentración
  • 42. 42 Ósmosis y ss.vv. En estos dibujos se resume muy bien lo que ocurre si el medio en el que vive una célula es hiper, iso e hipotónico: Las células, si no están en un medio isotónico, sufrirán: -PLASMÓLISIS -TURGESCENCIA:
  • 44. 44 Algunos ejemplos: Los protozoos de agua dulce como el Paramecium bombean continuamente agua al exterior, ya que entra mucha por ósmosis. La planta carnívora Dionaea o “Venus atrapamoscas” se cierra muy rápido al perder turgescencia las células que la mantienen abierta. Las raíces absorben agua cuando las disoluciones del suelo son hipotónicas respecto del citoplasma de las células de la planta. En caso contrario, el agua sale de la planta y ésta acaba secándose.
  • 45. 45 El agua pura es, en realidad, una mezcla de tres especies en equilibrio químico: 2H2O H3O+ + OH- Agua sin disociar Protones hidratados Iones hidroxilo Por comodidad, suele expresarse así: H2O H+ + OH- Agua sin disociar Protones o hidrogeniones Iones hidroxilo Esta disociación es muy débil. El producto iónico Kw a 25ºC es: Kw = [H+ ] [OH- ] = 1,0 . 10 -14 Por tanto [H+ ] = [OH- ] = 10 -7 Este producto iónico es constante, lo cual significa que un aumento en la concentración de uno de los iones supondría una disminución en la concentración del otro, para mantener constante el producto mencionado. Ionización del agua y escala de pH
  • 46. 46 H2O + H2O H3O+ + OH- + - En 1 mol de agua hay 10-7 moles de moléculas ionizadas. El pH se define como el logaritmo con signo negativo de la concentración de iones H3O+ . pH= -log [H3O+ ] El pH del agua será por lo tanto de 7 pH= -log [10-7 ]= 7 ++
  • 47. 47 + - H2O + H2O H3O+ + OH- + -++ Ión hidronio Ión hidroxilo
  • 48. 48 Acidez y basicidad o alcalinidad Determinadas sustancias, al disolverse en agua, pueden alterar la concentración de hidrogeniones, utilizándose entonces los términos de acidez y alcalinidad. Disolución acuosa ácida [H+ ] > 10 -7 moles/litro Disolución acuosa alcalina [H+ ] < 10 -7 moles/litro Disolución acuosa neutra [H+] = 10 -7 moles/litro Para simplificar los cálculos se ideó expresar las concentraciones utilizando logaritmos: El pH se define como el logaritmo, cambiado de signo, de la concentración de hidrogeniones Según esto: Disolución neutra pH = 7 Disolución ácida pH < 7 Disolución alcalina o básica pH > 7
  • 49. 49 Acidez y basicidad o alcalinidad Disolución neutra pH = 7 Disolución ácida pH < 7 Disolución alcalina o básica pH > 7 Al ser el pH una escala logarítmica, resulta que, por ejemplo: pH = 3 significa que [H+ ] = 0,001 mol / litro pH = 4 significa que [H+ ] = 0,0001 mol / litro pH = 5 significa que [H+] = 0,00001 mol / litro Por tanto, una disolución a pH = 3 contiene 10 veces más H+ que una a pH = 4, y ésta 10 veces más que a pH = 5
  • 50. 50 + - Los ácidos disminuyen el valor del pH del agua pues aportan iones [H3O+ ]. H2O + HA H3O+ + A-
  • 51. 51 ¿Por qué el valor del pH disminuye al añadir un ácido, si los ácidos aumentan la cantidad de iones [H3O+ ]? Para explicar esto supongamos que tenemos agua pura. La cantidad de iones [H3O+ ] en el agua es de 10-7 , pH=7, como ya sabemos. Ahora le añadimos un ácido y, volvamos a suponer, que este aumenta en un factor de 100 la cantidad de iones [H3O+ ]. Ahora tendremos: [H3O+ ]= 10-7 *100=10-5 pH= -log [H3O+ ]= -log [10-5 ]=5 Luego el valor del pH ha pasado de 7 a 5.
  • 52. + + Las bases aumentan el valor del pH del agua pues captan iones [H3O+ ]. HOB + H3O+ 2H2O + B+
  • 53. ¿Por qué el valor del pH aumenta al añadir una base, si las bases disminuyen la cantidad de iones [H3O+ ]? Para explicar esto supongamos que tenemos agua pura. La cantidad de iones [H3O+ ] en el agua es de 10-7 , pH=7, como ya sabemos. Ahora le añadimos una base y, volvamos a suponer, que los iones OH- desprendidos por la base captan los iones [H3O+ ] y estos disminuyen en un factor de 1000. Ahora tendremos: [H3O+ ]= 10-7 /1000=10-7 x10-3 =10-10 pH= -log [H3O+ ]= -log [10-10 ]=10 Luego el valor del pH ha pasado de 7 a 10.
  • 54. 54 Acidez y basicidad o alcalinidad Aquí podemos ver el pH de algunas disoluciones presentes en los seres vivos y de otras de uso corriente. Los procesos bioquímicos y, por tanto, la vida, se desarrollan, en general, a valores próximos a la neutralidad.
  • 55. 55 Sistemas Tampón o “buffer” Regulación del pH El mantenimiento de la vida requiere que el pH se mantenga dentro de ciertos límites, ya que de lo contrario cambia la estructura de muchas moléculas y se alteran muchas reacciones bioquímicas. Para ello, en las soluciones acuosas de los seres vivos están presentes los denominados sistemas tampón o amortiguadores de pH, formados por disoluciones de ácidos débiles y de su correspondiente base conjugada. La adición de pequeñas cantidades de H+ o de OH- a uno de estos sistemas no produce cambios de pH en un cierto intervalo. Ello se debe a que el ácido neutraliza los iones OH- y la base los H+. Los tampones más frecuentes en los ss.vv. son: -TAMPÓN BICARBONATO -TAMPÓN FOSFATO
  • 56. 56 Regulación del pH TAMPÓN BICARBONATO: Es común en los líquidos intercelulares. Mantiene el pH en valores próximos a 7,4 gracias al equilibrio entre el ión bicarbonato y el ácido carbónico, que a su vez se disocia en dióxido de carbono y agua: HCO3- + H+ H2CO3 CO2 + H2O Si aumenta la concentración de H+ en el medio por cualquier proceso químico, el equilibrio se desplaza hacia la derecha. Si por el contrario disminuye la concentración de H+ del medio, el equilibrio se desplaza hacia la izquierda, para lo cual se toma CO2 del medio. TAMPÓN FOSFATO: Se encuentra en los líquidos intracelulares, manteniendo el pH en torno a 6,86 debido al equilibrio: HPO4 2- + H+ H2PO4 -