Area Química Biológica Curso: Bioquímica Tema 2: AGUA 2015  Dra. Silvia M. Varas

AGUA El agua es el componente más abundante en los seres vivos. En el cuerpo humano ocupa un porcentaje aproximado de 60%.

60% 7-8% 25% Otros líquidos extracelulares: líquido cefalorraquídeo, líquido pleural, líquido intraocular 5-7%

Las células vivas son capaces de mantener constantes las propiedades y la composición química de estos líquidos celulares mediante distintos mecanismos fisiológicos

El agua que circula en el organismo proviene de una ingesta externa por medio de la dieta y en menor proporción, es sintetizada en las reacciones metabólicas que ocurren entre las células. Por otro lado es expulsada al exterior a través de la orina, las lágrimas y el sudor.

Funciones del agua en el organismo: Es disolvente universal Vehiculo para la circulación de nutrientes Es fácilmente ionizable e interviene en mayor o menor medida manteniendo ciertos límites de alcalinidad ó acidez

Estructura química del agua Químicamente el agua está formada por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno que se unen por medio de dos enlaces covalentes al oxígeno, su fórmula es H2O y su peso molecular 18 gr/mol. El agua se comporta como un dipolo eléctrico por la estructura que toman los tres átomos que existen en su molécula.

- Los átomos de hidrogeno y oxigeno se acomodan en una geometría no lineal donde el enlace H-O-H forma un ángulo de 104,5º. Esta disposición de electrones en la molécula de agua le confiere asimetría electrónica. Existen uniones débiles llamadas puente hidrógeno responsables de las fuerzas de cohesión entre moléculas (líquido).

Debido a la ordenación casi tetraédrica de los electrones alrededor del átomo de oxigeno, cada molécula de agua es potencialmente capaz de unirse mediante enlaces de hidrogeno con 4 moléculas de agua vecinas. Esta propiedad es la responsable de la elevada cohesión interna del agua al estado sólido.

Propiedades fisicoquímicas del agua y su relación con algunos procesos fisiológicos 1-Densidad. 2- Constantes Térmicas   efecto termoregulador y amortiguador térmico 3- Constante dieléctrica  4- El agua como disolvente universal

Clasificación moléculas según afinidad con el agua Debido a que los compuestos iónicos y polares tienen mayor preferencia por las moléculas de agua, se los denominan hidrofílicas. Los compuestos no polares, son insolubles en agua ya que carecen de iones o grupos funcionales polares, a estos compuestos se les denomino hidrófobos. Las compuestos son anfipáticos cuando tienen grupos hidrofílicas e hidrófobicos.

Moléculas polares, No polares y Anfipáticas

Conceptos: DIFUSIÓN ÓSMOSIS DIALISIS

Difusión Es el movimiento de un soluto en una solución para distribuirse homogéneamente en toda la solución

En el organismo:

Ósmosis Es la difusión pasiva del disolvente (agua) a través de una membrana semipermeable impulsado por diferencias en la presión osmótica

Dependiendo de la Presión osmótica podemos definir tipos de soluciones: Soluciones isotónicas: son las que tienen la misma Presión Osmótica que la solución dada porque la concentración de solutos puros no difusibles es igual en ambas. Soluciones hipotónicas : tienen menor presión osmótica porque su concentración de solutos no difusibles es menor que en la solución dada. Soluciones hipertónicas: tienen mayor presión osmótica porque su concentración de solutos no difusibles es mayor que en la solución dada.

Efectos sobre las células

Eritrocitos Natremia NaCl 0,9 % p/v H2O destilada NaCl 0,9 % p/v Medio Hipotónico Medio Isotónico Medio Hipertónico

Diálisis Permeable= para solutos pequeños y agua Las moléculas se mueven al azar o difunden hasta que la concentración de solutos es = en ambos lados de la membrana

Concepto de Ácidos y Bases Ácidos: se puede definir un ácido a las sustancias que al ionizarse liberan iones H+ al medio y que son captados por otras sustancias. Se los puede clasificar en ácidos fuertes y débiles HCl, HAc

Concepto de Ácidos y Bases Bases: son sustancias capaces de captar los protones liberados como tal por los ácidos ó liberar grupos hidróxilos. Hay bases fuertes y bases débiles. Ejemplos: NaOH, KOH, NH3 H+ + B HB+ protón + base Ácido conjugado Sales: Son electrolitos que al disociarse no producen ni H+ ni HO- sino cationes y aniones. Ej: ClNa Cl- + Na+ Sal neutra anión catión

Ionización del agua El agua es una molécula neutra con una tendencia muy leve a ionizarse. Expresamos esta ionización como: H2O + H2O H 3 O+ + HO- K= [ H3O+] x [ HO-]  Kw= [H3O+] x [HO-] [ H2O ] x [ H2O ] Donde K: es la constante de disociación. Kw= [H3O+] x [HO-]= 1x10-14 Kw: Producto iónico del agua

=1x10-14

pH En el agua pura la concentración de hidroxilos [HO-] es igual a la [H+]= 1x10-7, entonces podemos decir que el agua es químicamente neutra. pH es una escala para medir la concentración de protones [ H+] en una solución dada. Por definición pH = - log [ H+].

pH pH =7 la solución es neutra ya que [ H+] = [ HO- ]= 1 x 10-7 pH < 7 solución ácida porque la [ H+] es mayor que en una solución neutra ej: 10-5 entonces el pH es 5. pH >7 solución básica ó alcalina, la [ H+] es menor que en una solución neutra Ej: 10-12 entonces el pH es 12.

pH normal de la sangre arterial es de 7,4 El limite inferior de pH con el que la vida es posible unas cuantas horas es de alrededor de 6 y el limite superior de alrededor de 8

Equilibrio Acido-Base Por ejemplo si comparamos la variación del pH de agua y de la sangre cuando a ambas se les agrega la misma cantidad de ácido, se observa una variación de pH brusca en el agua, mientras que no ocurre lo mismo con la sangre. Estas soluciones amortiguadoras ó buffers pueden estár constituidas por una mezcla de dos sustancias:

Solución amortiguadora o Buffer Se lo define como la mezcla de un ácido débil y su base conjugada.

En el organismo existen varias soluciones amortiguadoras cuya función es regular el equilibrio ácido-base, es decir mantener el pH dentro de los límites fisiológicos, los más importantes son:

1-Sistema ácido carbónico-bicarbonato. Este es el principal sistema buffer del plasma sanguíneo. Está constituido por una mezcla de ácido carbónico (H2CO3) que actúa como dador de H+ y el ión bicarbonato (HCO3-) que actúa como aceptor de protones. Este sistema es muy eficaz para mantener el pH plasmático aproximadamente en 7,4 que es el pH óptimo de la sangre. 2

PULMON: Valores Normales: [HCO3-]= 22-26 mEq/L PaCO2= 35-45 mm de Hg Lo importante de este sistema de regulación es que actúa en forma conjunta con la respiración, ya que el ácido carbónico se forma a expensas de dióxido de carbono (CO2) y H2O. Valores Normales: [HCO3-]= 22-26 mEq/L PaCO2= 35-45 mm de Hg

2-Sistema fosfato monobásico-fosfato dibásico Este es el segundo sistema amortiguador en importancia y actúa en el interior de las células, donde la concentración de fosfato es abundante. El fosfato monobásico actúa como dador de protones y el dibásico como aceptor de protones. El pH que regula es de aprox. 7,4 similar al del plasma sanguíneo. H2PO4-/HPO42-

3-Sistema de proteínas plasmáticas 3-Sistema de proteínas plasmáticas. Las proteínas poseen carácter anfótero, lo que les permite actuar como ácidos en los sistemas básicos y bases en los sistemas ácidos y de esa forma pueden regular el pH como en los sistemas anteriores.

HISTIDINA

3.1-Sistema Hemoglobina Es un sistema amortiguador que a corto plazo es más potente que el sistema bicarbonato, su capacidad amortiguadora está basada en la diversidad de grupos ácidos y básicos existentes en los aminoácidos de sus moléculas.

A corto plazo: El sistema Hemoglobina es más potente que el sistema de Bicarbonato /Carbonato

Efectos de las alteraciones del equilibrio ácido-base El pH normal del plasma es de 7,4. Un pH más bajo esta indicando una anomalía que se denomina acidosis. Si el pH es más alto se denomina alcalosis.

Alteraciones en equilibrio ácido-base Acidosis metabólica: Reducción en la [HCO3-] por pérdidas de HCO3- (digestivas, renales), por efecto buffer de ácidos fijos, aparición de aniones o desaparición de cationes. Alcalosis metabólica: Aumento en la [HCO3-] por aporte exógeno excesivo (resucitación cardiopulmonar, dieta vegetariana, diálisis con AFB "acetate free buffer"), desaparición de aniones orgánicos o generación de cationes. Acidosis respiratoria: Aumento de la PCO2 por hipoventilación alveolar de causa central (intoxicaciones con neurolépticos, heroína, cocaína), traumatismos, ictus, etc.) o periférica (volet costal, distress respiratorio, bronconeumopatía crónica obstructiva, etc.). Alcalosis respiratoria: Disminución de la PCO2 por hiperventilación alveolar de causa central (hipoxemia, intoxicación por salicilatos, endotoxinas, etc.) o periférica (ventilación mecánica).

Integración metabólica  INTERPRETACIÓN CLÍNICA!!

Vamos por la 2º Parte!