Unidad 3 EL AGUA Y pH Dra. Shirley Rocio Siles Zenteno

IMPORTANCI A BIOMÉDICA  Componente químico predominante de los seres vivos.  Estructura bipolar.  Capacidad para formar enlaces de hidrógeno.  Excelente nucleófilo, es un reactivo o un producto en reacciones metabólicas.  En el estudio de la bioquímica es importante comprender al agua y sus propiedades. Los componentes macromoleculares de las células (proteínas, polisacáridos, ácidos nucleicos y membranas) asumen sus formas características como respuesta al agua. Algunos tipos de moléculas interaccionan en forma extensa con el agua y en consecuencia son muy solubles. Otras moléculas no se disuelven con facilidad en el agua y tienden a asociarse entre sí para evitar el agua.

IMPORTANCI A BIOMÉDICA

 El agua tiene una propensión leve a disociarse hacia iones hidróxido y protones. La concentración de protones, o acidez, de soluciones acuosas por lo general se reporta usando la escala de pH logarítmica.  El bicarbonato y otros amortiguadores en circunstancias normales mantienen el pH del líquido extracelular entre 7.35 y  Las alteraciones sospechadas del equilibrio acidobásico se verifican al medir el pH de la sangre arterial y el contenido de CO2 de la sangre venosa.  Las causas de acidosis (pH sanguíneo 7.45) puede presentarse después de vómitos de contenido gástrico ácido.

COMPOSICI ÓN DEL MEDIO INTERNO

20% 40% 5% 15% 10,5L 3,5L

BALANCE HÍDRICO El agua que ingresa en el organismo procede de dos fuentes principales: a)La que se ingiere como líquidos o formando parte de los alimentos sólidos. b)La sintetizada en el organismo durante los procesos metabólicos celulares. c)Oxidación metabólica. Las pérdidas de agua deben estar estrictamente ajustadas a los ingresos diarios del organismo para obtener un balance neto cero. Las fuentes diarias de pérdidas son: a)Perdidas hídricas insensibles. Ocurren sin que seamos conscientes de ellas y se producen de manera continua. Se deben a los fenómenos de convección (piel) y evaporación (calentamiento del aire en los pulmones). b)Pérdidas de agua por el sudor. Depende del ejercicio físico y de la temperatura ambiente, entre otros muchos factores. c)Pérdidas de agua con las heces. Normalmente se pierde solo una pequeña cantidad de agua con las heces. d)Pérdidas de agua por la orina. Las restantes pérdidas de agua se producen con la orina producida por los riñones.

BALANCE HÍDRICO 24 HORAS 1

COMPOSICIÓ N IÓNICA DE LOS LÍQUIDOS CORPORALES

ESTRUCT URA QUÍMICA DEL AGUA Una molécula de agua es un tetraedro irregular, un tanto asimétrico, con oxígeno en su centro. Los dos hidrógenos y los electrones no compartidos de los dos orbitales sp3­ hibridados restantes ocupan los ángulos del tetraedro. El ángulo de 105 grados entre los hidrógenos difiere un poco del ángulo tetraédrico ideal, de grados. El átomo de oxígeno fuertemente electronegativo en el agua empuja los electrones en dirección contraria a los núcleos de hidrógeno, lo que los deja con una carga positiva parcial, mientras que sus dos pares de electrones no compartidos constituyen una región de carga negativa local. LAS MOLÉCULAS DE AGUA FORMAN DIPOLOS

ESTRUCTUR A QUÍMICA DEL AGUA LAS MOLÉCULAS DE AGUA FORMAN ENLACES DE HIDRÓGENO La polaridad de las moléculas de agua permite que ellas puedan atraerse electrostáticamente entre sí, la carga parcial positiva de un hidrógeno en una molécula es atraída por la carga parcial negativa del oxígeno de otra molécula, estableciéndose así un enlace o puente de hidrógeno. Izquierda: asociación de dos moléculas de agua dipolares mediante un enlace de hidrógeno (línea punteada). Derecha: agrupación de cuatro moléculas de agua con enlaces de hidrógeno. Note que el agua puede servir de manera simultánea como donador y como aceptor de hidrógeno.

ESTRUCTUR A QUÍMICA DEL AGUA LAS MOLÉCULAS DE AGUA FORMAN ENLACES DE HIDRÓGENO La formación de enlaces de hidrógeno ejerce una profunda influencia sobre las propiedades físicas del agua, lo que explica su viscosidad, tensión superficial y punto de ebullición excepcionalmente altos. La formación de enlaces de hidrógeno permite al agua disolver muchas biomoléculas orgánicas que contienen grupos funcionales que pueden participar en la formación de enlaces de hidrógeno. El enlace o puente de H se forma entre, un átomo electronegativo (comúnmente O o N) y un átomo de hidrógeno unido covalentemente a otro átomo electronegativo de otra molécula de agua.

ESTRUCTUR A QUÍMICA DEL AGUA EL AGUA COMO SOLVENTE La propiedad del agua de servir como solvente para iones de numerosas moléculas orgánicas se debe a su carácter bipolar y a su capacidad para formar puentes de hidrógeno. A) Compuestos iónicos:

ESTRUCTUR A QUÍMICA DEL AGUA EL AGUA COMO SOLVENTE A) Compuestos iónicos:

ESTRUCTUR A QUÍMICA DEL AGUA EL AGUA COMO SOLVENTE B) Compuestos polares no iónicos: En el caso de los alcoholes, aldehídos, o cetonas, por ejemplo, el agua puede formar enlaces de hidrógeno con los grupos hidroxilos o carbonilos presentes en esas moléculas, lo cual facilita su disolución. Los compuestos iónicos y polares no iónicos en general son hidrófilos, porque interactúan con el agua y forman soluciones estables.

ESTRUCTUR A QUÍMICA DEL AGUA EL AGUA COMO SOLVENTE C) Compuestos apolares: Son insolubles en agua, porque no se establecen uniones entre sus moléculas y las de agua. Se las llama sustancias hidrófobas, generalmente se disuelven bien en solventes orgánicos no polares o poco polares (benceno, tetracloruro de carbono, cloroformo). Las moléculas apolares pueden ejercer entre sí atracciones de un tipo denominado interacciones hidrofóbicas.

ESTRUCTUR A QUÍMICA DEL AGUA EL AGUA COMO SOLVENTE D) Compuestos anfipáticos: Son sustancias que poseen grupos hidrófobos e hidrófilos en la misma molécula (fosfolípidos). En concreto con el agua se colocan por su porción hidrofílica dirigida hacia la superficie del agua o sumergida en ella, mientras e resto apolar se proyecta hacia el exterior de la fase acuosa. Cuando estas moléculas se encuentran en el seno del agua, pueden formar agrupaciones esféricas llamadas MISCELAS, las cadenas apolares se dirigen hacia el interior de la miscela, y las hidrófilas al exterior.

FUNCIONES DEL AGUA EN LOS SERES VIVOS

OSMOLARID AD La osmolaridad es el número de moléculas disuelto en 1 Kg de disolvente. Se expresa en mOsm/kg de agua. El proceso de difusión de agua dependiente de un gradiente de concentración se denomina ósmosis. La ósmosis consiste en la difusión final de agua a través de una membrana semipermeable desde una zona de mayor dilución a otra con menor dilución. La membrana celular tiene permeabilidad selectiva a solutos pero el agua se mueve libremente. Si es necesario se desplazará para diluir la solución más concentrada. Un concepto derivado del fenómeno de la osmosis es el de presión osmótica que se define como el grado de presión que debe aplicarse a una solución para detener el flujo neto de disolvente a través de una membrana semipermeable.

OSMOLARID AD

TONICIDAD A diferencia de la osmolaridad es un concepto relativo (no tiene unidades). La tonicidad de una solución se describe como el cambio de volumen que una célula en equilibrio sufre cuando se coloca en una solución. Soluciones con una concentración de solutos osmóticamente activos iguales al plasma y presión osmótica similar son isotónicas respecto al plasma. Una célula en dicha solución no modifica su volumen, ya que no se produce difusión neta de agua. Las soluciones con una concentración de solutos osmóticamente activos inferior al plasma y presión osmótica menor se denominan hipotónicas. Si se sitúa una célula en una solución hipotónica, el agua penetrará en ella haciendo que se hinche y explote (hemólisis). Las soluciones con una concentración de solutos osmóticamente activos superior al plasma y una presión osmótica mayor se llaman hipertónicas. Si se sitúa una célula en una solución hipertónica, difundirá agua de la célula hacia el espacio extracelular. Disminuye el volumen celular (la célula se arruga).

TONICIDAD