ASOCIACION UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD ESCUELA MEDICINA HUMANA BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR Agua , ACIDOSIS , ALCALOSIS

Agua y Vida Los organismos vivos están compuestos de 60 a 90% de agua aproximadamente y toda la vida en la tierra depende de las propiedades del agua. El agua representa cerca del 70% del peso de la célula y la mayor parte de las reacciones intracelulares ocurren en un medio acuoso. ¿por qué es tan importante el agua para la vida?

Estructura del agua En cada moléculas de agua (H2O), los dos átomos de H están unidos al átomo de O por enlaces covalentes. Los dos enlaces son altamente polares por que el O atrae con mayor fuerza a los electrones mientras que el H los atrae débilmente.

Estructura del agua Las moléculas de agua se unan en forma transitoria y forman un entramado de enlaces de hidrógeno. La naturaleza cohesiva del agua explica muchas de sus propiedades extraordinarias, como los valores altos de tensión superficial, del calor específico y del calor de vaporización.

Unión extramolecular 2,76 A ESTRUCTURA DEL AGUA Las uniones intramoleculares: 0,99 Å Debido al carácter dipolar Unión extramolecular 2,76 A Puente de Hidrógeno: Mucho más débil (1% de fuerza) que el enlace covalente. Dinámico: Continuamente reorganizándose. 3 uniones como máximo. Principal determinante de las propiedades del H2O.

Los tres estados físicos del agua Líquida -se comporta como el resto de los líquidos, tiene masa, ocupa volumen, y se adapta al recipiente que lo contiene. La estructura molecular del agua liquida es una red de puentes de H, se mueven con cierta libertad al interior del liquido. Sólida: Estructura molecular rígida , ordenada con forma y volumen definidos. Las moléculas se ordenan de tal modo que ocupan mayor espacio que en el liquido, característica única del agua, puesto que los demás líquidos se contraen, en cambio el agua se expande. Vapor de agua : Se libera desde el agua hirviendo, la masa de gas se eleva y ocupa todo el espacio disponible. Es decir, en su estructura molecular, están totalmente separadas las moléculas de agua gaseosa. 6

Cuando el agua cambia de estado, experimenta una verdadera metamorfosis. Los siguientes esquemas muestran como las moléculas de agua se ordenan en los distintos estados. 7

AGUA COMO SOLVENTE Cuando una sustancia se disuelve en un liquido la mezcla formada se denomina solución. Las sustancia disuelta (por ejemplo el azúcar en agua) es el soluto, y el líquido que la disuelve (el agua en donde si disuelve el azúcar) es el solvente.

AGUA COMO SOLVENTE El agua es una molécula polar, forma puentes H consigo misma y con otros solutos. El agua es un excelente solvente para muchas sustancias por que poseen enlaces polares. Los compuestos no polares se disuelven mal formando micelas.

FORMACION DE MICELAS Palmitato de sodio Grandes moléculas o estructuras del citoplasma no se disuelven sino que forman un coloide (suspensión estable de partículas sólidas en un líquido).

ACCIÓN DISOLVENTE Disolvente universal Puentes de hidrógeno Hidratación o solvatación de iones (debido al carácter dipolar) Importante en los seres vivos

Acción disolvente del agua, se observa la interacción entre las moléculas de agua y los iones. solvatación

Moléculas hidrófilas Las sustancias que si disuelven con facilidad en el agua se llaman hidrófilas. Están compuestas por iones o por moléculas polares que atraen a las moléculas de agua por efecto de sus cargas eléctricas. Las moléculas de agua rodean a cada ion o molécula polar de la superficie de una sustancia sólida y la mantienen en la solución.

Las sustancias iónicas como el cloruro de sodio se disuelven por que las moléculas de agua son atraídas por la carga positiva (Na+) o negativa (Cl-) de cada ion. Las sustancias polares como la urea se disuelven por que sus moléculas forman enlaces de hidrógeno con las moléculas de agua que las rodean.

Moléculas hidrófobas Las moléculas en las que predominan los enlaces no polares por lo general son insolubles en agua y se denominan hidrófobas. Las moléculas de agua no son atraídas por estas moléculas y por ende tienen poca tendencia a rodearlas y mantenerlas en solución. Los hidrocarburos, que contienen muchos enlaces C-H, son especialmente hidrófobos.

Propiedades físicas del agua

1.- Punto de ebullición y Punto de fusión El agua tiene punto de ebullición y de fusión mas elevados que los de la mayoría de los líquidos. A nivel del mar, son 100º y 0º C respectivamente. Por eso a T⁰ ambiente el agua es liquida.

2. Tensión superficial Es la fuerza que mantiene unidas las moléculas de la superficie de un liquido. Las moléculas que están bajo de la superficie experimentan fuerzas de atracción entre sí y en todas direcciones, las que se encuentran en la superficie están ligadas solo por otras moléculas superficiales y por aquellas inmediatamente debajo. Esto crea una tensión sobre la superficie del liquido, que en el agua es muy alta.

3.CALOR ESPECIFICO Es la dificultad que opone el agua a ser calentada. Tiene un valor elevado (1 cal/g°C) debido a que los puentes de hidrógeno absorben mucha energía y retrasan el calentamiento. Esta propiedad es importante para los seres vivos (y la Biosfera en general) ya que gracias a esto, el agua reduce los cambios bruscos de temperatura, siendo un regulador térmico muy bueno.

Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas FUNCIONES DEL AGUA Soporte o medio donde ocurren las reacciones metabólicas Amortiguador térmico Transporte de sustancias Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos. Favorece la circulación y turgencia Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos Puede intervenir como reactivo en reacciones del metabolismo, aportando hidrogeniones (H+) o hidroxilos ( OH - ) al medio. 21

La regulación del pH es una actividad universal y esencial de los seres vivos. Tampones biológicos: sistemas acuosos que amortiguan las variaciones en el pH cuando se añaden pequeñas cantidades de ácido o de base

Escala de pH (1909) Soren Sorensen (1868 - 1939) escala de pH y fue propuesta por vez primera por el bioquímico S.P.L Sorensen en 1909 fue introducida para expresar de forma mas cómoda las concentraciones H+ Soren Sorensen (1868 - 1939)

Disociación del agua Sorensen, químico danés estudió la disociación del agua: Encontró que de 1 mol de agua (18 gr) 1 x 10-7 mol de iones H+ se ionizaban 1 x 10-7 mol de iones OH-1 (0.00000017 gr) La constante de disociación del agua es: Kw = [H+][OH-] = 1,0-14  escala de pH (0.0000001 gr)

Sorensen y los logarítmos Las concentraciones son muy pequeñas y para evitar errores se convirtieron a cantidades logarítmicas. Se introdujo el concepto de pH (potencial de hidrógeno) pH

Escala de pH sangre arterial, 7.4 sangre venosa 7.35 líquido intracelular 6 a 7.4 orina 6.8 a 7.2 sudor 5 a 7.0 jugo gástrico 2.0 a 2.5 Acidosis: pH sanguíneo menor 7.35 Alcalosis: pH sanguíneo mayor 7.45 26

Importancia del pH El pH es esencial en el metabolismo de los organismos y en reacciones que son básicas para la producción de un producto como: Fraguado de un cemento Separación de combustibles Concepción de un ser viviente Tratamiento de aguas residuales, En la medicina, etc.

ALTERACIONES ACIDO BASICAS ACIDOSIS: Aumento de hidrogeniones o disminucion del pH. ALCALOSIS: Disminucion de hidrogeniones o aumento de PH. Acidemia o Alcalemia se refiere al aumento o disminucion del PH en cambio el sufijo osis denota los cambios fisiopatologicos que producen en el cuerpo.

TRANSTORNO ACIDOBASICO Las alteracionesa acido basicas son cuatro: Acidosis metabolica Acidosis respiratoria Alcalosis metabolica Alcalosis respiratoria

Amortiguación Principios de amortiguación Amortiguador es una mezcla de un ácido débil con su base conjugada (o viceversa). Una solución amortiguada resiste cambios de pH. Los líquidos del cuerpo contienen gran variedad de amortiguadores que representan una primera defensa importante contra los cambios de pH.

Equilibrio Acido-Base Amortiguación

Equilibrio Acido-Base Extracelular  Bicarbonato Intracelular  proteínas  hemoglobina  fosfatos orgánicos