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BIOL 4545
BIOQUÍMICA DE LA CÉLULA
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EXPECTATIVAS: ¿Que usted espera aprender en esta clase?
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BIOL 4545
BIOQUÍMICA DE LA CÉLULA
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11.08.2014
AGUA Y pH
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OBJETIVOS DE APRENDIZAJE:
• Apreciar la importancia del agua en los sistemas vivos. • Explorar la importancia de la polaridad de la molécula de agua y los enlaces de hidrógeno en las interacciones moleculares. • Entender y aplicar conceptos de la ionización del agua, ácidos y bases débiles. • Familiarizarse con la escala de pH, su significado e implicaciones fisiológicas • Entender y aplicar el concepto de un par conjugado ácido-base, incluyendo la aplicación de este concimiento para evaluar una curva de titulación • Explorar la importancia de los sistemas que amortiguan los cambio en pH en sistemas biológicos
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EVOLUCIÓN LA DIVERSIDAD DE LA VIDA EVOLUCIONÓ A LO LARGO DEL TIEMPO POR UN PROCESO DE MUTACIÓN, SELECCIÓN Y CAMBIO GENÉTICO
FORMA Y FUNCIÓN UNIDADES BÁSICAS DE ESTRUCTURA DEFINEN LA FUNCIÓN DE LOS ORGANISMOS VIVOS
FLUJO, INTERCAMBIO Y ALMACENAJE DE INFORMACIÓN EL CRECIMIENTO Y EL COMPORTAMIENTO DE LOS ORGANISMOS ESTA ACTIVADO A TRAVÉS DE LA EXPRESIÓN DE INFORMACIÓN GENÉTICA EN SU CONTEXTO
TRANSFORMACIONES DE ENERGÍA Y MATERIA LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS CRECEN Y CAMBIAN POR PROCESOS BASADOS EN TRANSFORMACIONES QUÍMICAS DOMINADAS POR LEYES TERMODINÁMICAS
SISTEMAS LOS SISTEMAS VIVOS INTERACTÚAN Y ESTÁN INTERCONECTADOS
CONCEPTOS CENTRALES DEL CONOCIMIENTO BIOLÓGICO
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CÉLULA EUCARIOTA
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http://www.uvm.edu/~inquiryb/webquest/fa06/mvogenbe/Animal-Cell.jpg
CÉLULA
FLUÍDO INTRACELULAR: CYTOSOL O CYTOPLASMA
70% volumen de la célula
66% agua del cuerpo
40% peso del cuerpo
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http://us.123rf.com/400wm/400/400/cornelius30/cornelius300703/cornelius30070300009/799862-blue-earth.jpg
AGUA LA SUBSTANCIA MÁS ABUNDANTE EN LOS SISTEMAS VIVOS
http://media.memrise.com/img/400sqf/from/uploads/course_photos/3392_stock-photo-6466951-human-body-of-a-man-with-muscles.jpg
HASTA 75% 70%
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PROPIEDADES DEL AGUA: POLARIDAD ASIMETRÍA ELÉCTRICA
http://www.cultivatecuriosity.com/wp-content/uploads/2012/11/water.jpg
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AGUA: ENLACES DE HIDRÓGENO
http://131.91.162.18/nasa/files/images/module_3/HydrogenBond.gif
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PROPIEDADES DEL AGUA: FASES
RED CRISTALINA DEL HIELO
+ TEMPERATURE + ENTROPY
http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/165/169061/GIFS/AACQJAL0.JPG
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ENLACES DE HIDRÓGENO: FUERZAS COHESIVAS ENLACES DE HIDRÓGENO EN SISTEMAS BIOLÓGICOS DIRECCIONALIDAD DE ENLACES DE HIDRÓGENO
ENLACES DE HIDRÓGENO ENTRE OTRAS MOLÉCULAS
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AGUA COMO SOLVENTE POLAR INTERACCIONES ELECTROESTÁTICAS CON SOLUTOS
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AGUA: INTERACCIONES HIDROFÓBICAS
HIDROFÍLICO
HIDROFÓBICO
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AGUA COMO REACTANTE
CONDENSACIÓN
HIDROLISIS
+ + 6H2O C6H12O6 6O2 6CO2
2H2O + + 2A light
O2 2AH2
OXIDATION
REDUCTION
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¡EXPLORA! Dibuje tres moleculas de agua
interactuando entre sí
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IONIZACIÓN DE AGUA, ACIDOS Y BASES DÉBILES
IONIZACIÓN DE AGUA PURA
H3O+
ION DE HIDRONIO
IONIZACIÓN REVERSIBLE CONSTANTE DE EQUILIBRIO
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PRODUCTO IÓNICO DE AGUA
En agua pura a 25OC
[H2O] = 55.5 M
Keq = 1.8 x 10-16 M* *Determinado por conductividad elécrtica
KW: producto ionico del agua
KW = [H+] [OH-]
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pH Neutral
PRODUCTO IÓNICO DE AGUA: BASE DE LA ESCALA pH
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PRODUCTO IÓNICO DE AGUA: BASE DE LA ESCALA pH
[H+] = 1 x 10-7 M
Si dos soluciones difieren por 1 unidad de pH, una solución va a tener [H+] 10 veces mayor que la otra. No nos dice la magnitud absoluta de la diferencia
pH LOGARÍTMICO, NO ARITMÉTICO
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pH COMO HERRAMIENTA DIAGNOSTICA
pH de la sangre y orina de pacientes utilizado comunmente en diagnosticos médicos
ACIDOSIS: pH de la sangre debajo del valos normal de 7.4 en pacientes con casos severos de diabetes.
ALKALOSIS: pH de la sangre mas alto de lo normal. Ambas condiciones pueden ser letales.
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IONIZACIÓN DE ÁCIDOS Y BASES DÉBILES
Ácidos y bases débiles juegan un papel importante en el metabolismo y la regulación de sistemas biológicos
Ácido Donante de protones (H+)
Ka = CONSTANTE DE IONIZACIÓN O CONSTANTE DE DISOCIACIÓN DE UN ÁCIDO
Base Aceptador de protones (H+)
PAR CONJUGADO DE ÁCIDO-BASE
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PAR CONJUGADO DE ÁCIDO-BASE
pKa = ANÁLOGO AL pH Mientras mas fuerte el ácido, mas fuerte la tendencia de perder un
protón, menor será su pKa
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CURVA DE TITULACIÓN DE ÁCIDOS Y BASES DÉBILES
CURVA TITULACIÓN: pH vs. OH- (o H+) añadido para determinar el pKa de un ácido (o base) debil
pKa :
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AMORTIGUANDO CAMBIOS DE pH EN SISTEMAS BIOLÓGICOS
“BUFFER” : Sistema aquoso que tiende a resistir cambios de pH cuando pequeñas cantidades de ácido
o base son añadidos
SISTEMA DE “BUFFER” DEL PAR ÁCIDO ACÉTICO-ACETATO
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ECUACIÓN HENDERSON-HASSELBALCH RELACIÓN ENTRE pH, pKa Y CONCENTRACIÓN DE “BUFFER”
ECUACIÓN HENDERSON-HASSELBALCH
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IONIZACIÓN DE HISTIDINA SISTEMA DE “BUFFER” DE BICARBONATO
AMORTIGUANDO CAMBIOS DE pH EN SISTEMAS BIOLÓGICOS
pH 5 pH 7
* VER EJEMPLO 2.6 “PHOSPHATE BUFFERS”, PG. 65*
HISTIDINA: Amino ácido, componente de proteínas pKa = 6.0 Protonado y de-protonado cerca de pH neutral En proteinas facilita reacciones enzimaticas al servir como donante/aceptador de electrones. His-tag: herramienta experimental
Effectivo cerca del pH fisiológico de 7.4 H2CO3 de la sangre está en equilibrio con una gran reserva de CO2 (gaseoso) de los pulmones pH determinado por la concentración de HCO3
- en la fase acuosa y la presión parcial de CO2 en la fase gaseosa