PROF.: Bioq. Patricia Guillen 2DO CURSO-MEDICINA UPAP.

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1 PROF.: Bioq. Patricia Guillen 2DO CURSO-MEDICINA UPAP

2 AGUA El agua es una biomolécula inorgánica. Se trata de la biomolécula más abundante en los seres vivos. “El agua es el elemento mas llamativo de nuestro planeta tierra, donde hay agua, existe la vida” El agua es el disolvente en el que están disueltas o suspendidas las sustancias necesarias para la existencia de la celula. La vida tal como la conocemos depende de las propiedades físico-quimicas del agua.

3 ESTRUCTURA MOLECULAR DEL AGUA El agua es una molécula formada por dos átomos de Hidrógeno y uno de Oxígeno. La unión de esos elementos con diferente electronegatividad proporciona unas características poco frecuentes.

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5 PROPIEDADES BIOQUÍMICAS DEL AGUA: Disolvente polar universal: es el mejor disolvente para todas aquellas moléculas polares y compuestos ionicos (Electrolitos); debido a su elevada constante dieléctrica es el mejor disolvente. Forma puentes de hidrogeno: con los carbohidratos, aminoácidos, acidos nucleicos. Esto tiene un valor biológico importantísimo.

6 Por lo tanto esta capacidad disolvente es la responsable de tres funciones importantes para los seres vivos: Es el medio en que transcurren las mayorías de las reacciones del metabolismo, y el aporte de nutrientes y la eliminación de desechos metabólicos se realizan a través de sistemas de transporte acuosos. “No existe proceso vital alguno que pueda concebirse independientemente de la participación directa o indirecta del agua”.

7 Concepto de pH El pH es una medida de la acidez o alcalinidad de una solución. Lo que el pH indica exactamente es la concentración de iones hidronio (o iones hidrógeno) — [H3O+] o solo [H+]— presentes en determinadas sustancias. El pH típicamente va de 0 a 14 en disolución acuosa, siendo ácidas las disoluciones con pH menores a 7, y alcalinas las que tienen pH mayores a 7. El pH del plasma oscila entre 7,35 a 7,45

8 Los organismos vivos no soportan variaciones del pH mayores de unas décimas de unidad y por eso han desarrollado a lo largo de la evolución mecanismos que mantienen el pH constante.

9 SOLUCIONES TAMPON O AMORTIGUADORAS “LA CAPACIDAD DE AMORTIGUACION ES IMPORTANTE PARA CONTROLAR EL pH“ Amortiguacion: es la capacidad de una disolución para oponerse al cambio de pH cuando se añade un acido o una base. Según cientificos; los amortiguadores (buffers) en los fluidos corporales sirven como una defensa contra el cambio del pH.

10 Características y tipos de amortiguadores biológicos en animales

11 Cada compartimiento de fluido contiene tipos y características de sustancias disueltas, algunas que son amortiguadores a un pH fisiológico. Por eso, el pH sanguineo es estabilizado por la capacidad amortiguadora de los fluidos corporales. En animales existen básicamente cuatro principales amortiguadores que se localizan en los diferentes compartimientos y fluidos.

12 Tipos de amortiguadores fisiológicos y ubicación en los fluídos biológicos Sangre: Bicarbonato, Hemoglobina, Proteínas, Fosfatos. Extracelular : Bicarbonato, Proteínas, Fosfatos. Intracelular: Proteínas, Fosfatos, Bicarbonato. Orina: Fosfatos, Amoniaco. Como se puede observar, con excepción del amoníaco en la orina y la hemoglobina en la sangre, los amortiguadores en los compartimientos son idénticos. Sangre: Bicarbonato, Hemoglobina, Proteínas, Fosfatos. Extracelular : Bicarbonato, Proteínas, Fosfatos. Intracelular: Proteínas, Fosfatos, Bicarbonato. Orina: Fosfatos, Amoniaco. Como se puede observar, con excepción del amoníaco en la orina y la hemoglobina en la sangre, los amortiguadores en los compartimientos son idénticos.

13 Equilibrio ácido-base del organismo El pH en el organismo debe mantenerse en perfecta Homeostasis para el correcto funcionamiento de los diversos organos y sistemas. El equilibrio ácido-base del organismo es posible merced a la interrelación de tres sistemas: Tampones intra y extracelulares, que amortiguan la intensidad de los cambios agudos del equilibrio ácido- base. La compensación respiratoria, íntimamente relacionada con el sistema anterior. La excreción renal del exceso de ácidos.

14 TIPOS DE ACIDOSIS Y ALCALOSIS Acidosis y alcalosis se refieren a todas las situaciones que tienden a disminuir o aumentar el pH, respectivamente. Las Causas de la disminucion o aumento de pH pueden deberse a variaciones de la presion parcial de CO2, variacion de la concentracion de Bicarbonato con la consecuente variacion de la concentracion de iones Hidrogeno. De acuerdo a esto podemos tener Acidosis/Alcalosis Resperatoria y Acidosis/Alcalosis Metabolicas.

15 Las alteraciones primarias de la pCO 2 se denominan acidosis respiratoria (pCO 2 alta) y alcalosis respiratoria (pCO 2 baja). Las alteraciones en la concentracion de HCO3- y/o H+ se denominan Acidosis metabolica ([HCO3-] bajo) y Alcalosis Metabolica ([HCO3-] alta). La alteracion del pH plasmatico es determinado por el estudio laboartorial denominado Gasometria.

16 La Gasometria puede ser Arterial (sangre arterial) o Venosa (sangre venosa). Se realiza con un aparato especializado llamado Gasometro que mide la concentracion de los gases disueltos en el plasma, la concentracion del ion hidrogeno y bicarbonato, el pH.

17 SISTEMA BICARBONATO (anhídrido carbónico/bicarbonato) Este es el buffer amortiguador principal en el fluído extraceular, dentro de la célula roja de la sangre(eritrocitos) y en el plasma. En este sistema el CO 2 se comporta como ácido volátil y su concentración puede ser controlada por medio de la tasa de respiración. El CO2 es transportado por el eritrocito desde los tejidos, el HCO3- se encuentra principalmente en el plasma. El CO2 es liberado del eritrocito en los pulmones.

18 La Siguiente ecuación muestra la formación de iones hidrógeno en las células rojas de la sangre como resultado del transporte del gas carbónico del tejido a los pulmones. CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - pulmones tejidos Dentro de los tejidos corporales esta reacción va hacia la derecha. En los pulmones la reacción va hacia la izquierda. Además, la presión parcial del CO 2, es más alta dentro de los tejidos y más baja en los pulmones.

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23 ALTERACION DEL pH La reducción en la tasa de respiración permite la acumulación de CO 2 y mueve la ecuación hacia la derecha, la concentración de hidrogeniones se incrementa y el pH del fluído se reduce, lo que produce una condición conocida como acidosis respiratoria. CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - El aumento de CO2 gaseoso hace que mas CO2 se disuelva en el plasma, esto aumenta la formacion de H2CO3 que es un acido que se disocia en H + + HCO 3 - aumentando la cantidad de iones H del plasma esto hace que sea mas acido con lo que disminuye el pH. La reducción en la tasa de respiración permite la acumulación de CO 2 y mueve la ecuación hacia la derecha, la concentración de hidrogeniones se incrementa y el pH del fluído se reduce, lo que produce una condición conocida como acidosis respiratoria. CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - El aumento de CO2 gaseoso hace que mas CO2 se disuelva en el plasma, esto aumenta la formacion de H2CO3 que es un acido que se disocia en H + + HCO 3 - aumentando la cantidad de iones H del plasma esto hace que sea mas acido con lo que disminuye el pH.

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27 Alcalosis Respitaroria Si la tasa de respiración es más rápida que lo normal, la ecuación se mueve hacia la izquierda y resulta la alcalosis respiratoria. CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 - Si la frecuencia respiratoria aumenta significa que mayor cantidad de CO2 se elimina, lo que resulta en que mayor cantidad de CO2 disuelto en el plasma pasa al estado gaseoso (disminuye la presion parcial de CO2) y es eliminado a traves de los pulmones.

28 Esta mayor formacion de CO2 gaseoso para excrecion lleva a la disminucion de H + del plasma, ya que este se liga al HCO3- para formar H2CO3 y dar CO2 disuelto y agua. La disminucion de H + por disminucion de pCO2 lleva a la alcalosis respiratoria. La Compensacion renal viene dada por retencion de H + y eliminacion de HCO3-.

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31 TRANSTORNOS METABOLICOS Cuando los cambios son en la concentración de HCO3- se denominan: Acidosis metabólica (HCO3- bajo) y Alcalosis metabólica (HCO3- alto)

32 ACIDOSIS METABOLICA La acidosis metabólica es uno de los trastornos del equilibrio ácido-base, caracterizado por un incremento en la acidez del plasma sanguíneo y es, por lo general, una manifestación de trastornos metabólicos en el organismo. Es causada por aumento en la generación de H + y/o pérdida de bicarbonato (HCO 3 ) a traves de los riñones o el sistema digestivo por ejemplo. El bicarbonato se pierde cuando se combina con el H + por produccion excesiva de acidos en el organismo.

33 ACIDOSIS METABOLICA

34 La actividad compensatoria viene dada por aumento de la excresion de H + y retencion de Bicarbonato. Tambien hay aumento de la fracuencia respiratoria o hiperventilacion. Es frecuente ver Acidosis metabolica en Diabeticos descompensados, principalmente en la Diabetes insulinodependiente.

35 ALCALOSIS METABOLICA La alcalosis metabólica es uno de los trastornos del equilibrio ácido-base en que una concentración baja de hidrogeniones circulantes y el consecuente aumento de la concentración de bicarbonato, eleva el pH del plasma sanguíneo por encima del rango normal (7.35-7.45). Se produce a causa de ganancia neta de [HCO3–] o de pérdida de ácidos no volátiles (en general HCl) procedentes del líquido extracelular.

36 ALCALOSIS METABOLICA

37 En cualquiera de estas condiciones existe compensación respiratoria, que consiste en una disminución de la ventilación alveolar con aumento de la PaCO2 y el subsiguiente aumento de protones en sangre al desplazarse el equilibrio del tampón bicarbonato provocando una caída del pH que vuelve a rangos fisiológicos. Sin embargo, ésta es limitada, ya que la hipercapnia produce hipoxemia que estimula la ventilación.

38 La compensación metabólica de los trastornos respiratorios tarda de 6 a 12 horas en empezar y no es máxima hasta días o semanas después. La compensación respiratoria de los trastornos metabólicos es más rápida, aunque no es máxima hasta 12-24 horas.

39 SISTEMA FOSFATOS: A un pH de 7.40, la mayoría del fosfato en los compartimientos fluídos existe en la forma de las especies iónicas H 2 PO 4 -1 (Fosfato diacido) y HPO 4 -2 (fosfato acido o monoacido) Cuando el pH en los fluídos corporales comienza a decaer, la especie HPO 4 -2 se vuelve importante como un aceptante de protones y se convierte en la especie H 2 PO 4 -1,así cuando el pH se eleva por encima de 7.40, la especie H 2 PO 4 -1 dona un protón al fluído y se convierte de nuevo en la especie HPO 4 2.

40 El sistema fosfatos es el amortiguador más importante en la orina, debido a que los protones excretados en la orina son principalmente en la forma de la especie H 2 PO 4 -1.

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42 Durante la acidosis prolongada, la amortiguación por fosfato es muy importante, lo cual se relaciona con los huesos, debido a que son una buena reserva de amortiguadores como el fosfato cálcico, el cual no es muy soluble, pero su solubilidad es mayor durante la acidosis y algo de fosfato cálcico en los huesos se convierte en solución.

43 Durante la acidosis esta reacción continúa y la especie HPO 4 -2 acepta otro protón y se convierte a H 2 PO 4 -1. Así pues, durante la acidosis los huesos pueden ayudar a mantener el equilibrio ácido-base por medio de proporcionar la especie de fosfato que acepta protones, incrementando el pH al nivel deseado 7,40.

44 SISTEMA HEMOGLOBINA La hemoglobina es un amortiguador muy importante y sólo se encuentra en la célula roja de la sangre. Sirve como un amortiguador excelente Las dos razones principales son su alta concentración en la sangre y su altísimo contenido del aminoácido Histidina. La histidina puede atraer a los protones y sacarlos de los fluidos corporales o puede donar protones a dichos fluidos en el intento de mantener el pH cerca de 7,40 La hemoglobina es un amortiguador muy importante y sólo se encuentra en la célula roja de la sangre. Sirve como un amortiguador excelente Las dos razones principales son su alta concentración en la sangre y su altísimo contenido del aminoácido Histidina. La histidina puede atraer a los protones y sacarlos de los fluidos corporales o puede donar protones a dichos fluidos en el intento de mantener el pH cerca de 7,40

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46 SISTEMA DE PROTEINAS O AMINOACIDOS “Las otras proteínas en los compartimentos de fluído, también le deben su capacidad de amortiguar a esta cadena lateral.” La albúmina es la proteína del plasma más abundante y contribuye en forma significativa a la amortiguación de la sangre. “Las otras proteínas en los compartimentos de fluído, también le deben su capacidad de amortiguar a esta cadena lateral.” La albúmina es la proteína del plasma más abundante y contribuye en forma significativa a la amortiguación de la sangre.

47 ACTIVIDADES DE EVALUACION DE CLASE 1. Habla sobre las diferentes propiedades del agua que permiten realizar funciones importantes en los seres vivos. 2. Describe las reacciones reversibles de los sistemas amortiguadores Fosfato y Bicarbonato en estado normal. 3. Haz un esquema de las compensaciones activadas en nuestro organismo por cada uno de los sistemas biologicos tras la alteracion del pH.