Ácidos bases y buffersÁcidos, bases y buffers

La vida de la célula depende en gran medida del grado de acidez ybasicidad del medio. La estructura y función de muchoscomponentes celulares dependen del pH.

Es difícil exagerar en el funcionamiento celular, la importancia deácidos y bases, pues participan en innumerables procesos queocurren en los seres vivos. La síntesis de ATP en la fotosíntesis yen la respiración, ocurre gracias a la formación de un gradiente depH. La transmisión nerviosa entre neuronas, ocurre a través de lainteracción entre una molécula de naturaleza básica (elneurotransmisor: serotonina dopamina) y una molécula deneurotransmisor: serotonina, dopamina) y una molécula denaturaleza ácida (el receptor). Asimismo, los ácidos y bases soncatalizadores en múltiples reacciones (HCl estomacal). Sin dejarde mencionar que algunas reacciones enzimáticas ocurren víaq gmecanismos ácido-base. El equilibrio ácido-base de los fluidosbiológicos depende de la acción de los buffers presentes intra yextracelularmente. Además el pH es una variable fisicoquímicai t t i t l i iimportante para sistemas como: suelos, agua, microorganismos,plantas y animales, pues determina muchos aspectos de laestructura y actividad de las moléculas que los componen,regulando así la conducta de esas células. Igual de importante esregulando así la conducta de esas células. Igual de importante esel pH para productos tan diversos como ensilados y algunosmedicamentos, en los que la magnitud del pH, puede determinarsu calidad.

Definición de ácidos y bases de Bronsted-LowryDefinición de ácidos y bases de Bronsted-Lowry

Á idÁcido es… “toda aquella sustancia que cede protones

(H )”(H+)”

Ácido: HA + H20 H30+ + A-

pH < 7.0, [H+] > 10-7 molar

Constante de disociación ácida (Ka )( )HA + H2O H3O+ + A-

]][[ 3 AOHKeq−+

=]][[ 2OHHA

q

][]][[

][]][[ 3

HAAH

HAAOHKa

−+−+

==][][ HAHA

pKa= - log Ka……

Una Base es… “toda aquella sustancia que acepta protones “q q p p

B: + H20 BH+ + OH-Ejemplos: :NH CH NH CH COO- Cl-1Ejemplos: :NH3, CH3-NH2, CH3COO-,Cl-1

H>7 0 [H ] 10 7 lpH>7.0, [H+] < 10-7 molar

Constante de Disociación básica (Kb)Constante de Disociación básica (Kb)

]][[ OHBH −+

][]][[

:BOHBHKb =][

pKb= - log Kb

• La Fuerza de un ácido o base puede calcularse a• La Fuerza de un ácido o base puede calcularse a partir de:

a) pH o pOH de la disolución b) El grado de disociación del ácido (α), ) g ( )

entendido como… “ Número moléculas disociadas en una disolución de determinada molaridad” = ([H+]/[HA])* 100molaridad”. α= ([H+]/[HA])* 100

– c) La Ka o Kb– c) La Ka o Kb

Relación entre Ka y KbRelación entre Ka y Kb

• Ka x Kb= [B:][H+] x [BH+][OH-] =[H+][OH-]Ka x Kb= [B:][H+] x [BH+][OH ] =[H+][OH ][BH+] [B:]

• Ka x Kb= [A-][H+] x [HA][OH-] =[H+][OH-][HA] [A-]

Ka*Kb= Kw…. al tomar –log

K + Kb 14pKa + pKb= 14

EjerciciosEjercicios

• Calcular el pH de Acético 0 1 molar yCalcular el pH de Acético 0.1 molar y (α)= 1.35% H ½ K ½ d l C• pH = ½ pKa – ½ de log C

• α= ([H+]/[HA])*100• Respuesta: pH= 2.88

Buffersó

Amortiguadores

Los sistemas amortiguadores de pH(Buffers, tampons), mantienen el pH casi ( , p ), p

constante

Están Formados

(a)

Un ácido débil (HA) y su base ó sal (A-)Formadospor un

Ej: (CH3COOH + CH3COO-)

“par conjugado” (b)

Un base débil (B) y su ácido ó sal (BH+)

Ej: (NH3 + NH4Cl)

UN PAR CONJUGADO CONSISTE DE…

UN DONADOR DE H+ (HA) Y UN ACEPTOR DE H+ (A-)

REACCIONES QUE OCURREN EN UN BUFFER

La regulación del pH por un buffer es consecuencia de 2buffer es consecuencia de 2

reacciones reversibles tomando lugar simultáneamente y

alcanzando sus puntos de pequilibrio, gobernadas por:

Kw y Ka

ECUACIÓN DE

HENDERSON-HASSELBACH

Ka= [H+][A-]/[HA]↓

↓

UTILIDAD: Calcular las moles de ácido y base conjugada,UTILIDAD: Calcular las moles de ácido y base conjugada, necesarios para preparar un buffer de “X” pH y “Y” molaridad.

LAS CURVAS DE TITULACIÓN PERMITEN IDENTIFICAR EL VALOR DEL pKa DE ÁCIDOS Y BASES DÉBILES

OTROS EJEMPLOS DE CURVAS DE TITULACIÓN

Nucleótidos como el ATP y diversos metabolitos de peso molecularpequeño contribuyen a “bufferear” el citosol. Las vacuolas y el espacioe tracel lar contienen altas concentraciones de b ffers

El grupo R (IMIDAZOL) del aminoácido HISTIDINA es un ácido débil tiene

extracelular contienen altas concentraciones de buffers.

un valor de pKa de 6.0 y las proteínas que lo contienen pueden regular pHs cercanos a 7.0

La actividad de las enzimas depende del pH, ellas trabajan mejor a su pH óptimo

BUFFER DE CARBONATOS

Es el más importante para regular el pH en el medio

GH

p p g pextracelular. Está formado por HCO3

- y H2CO3

RESPUESTAS: a) En la zona del centro, cerca de 9.6, b) 4/5, c)1 x 10-2 litros, d) pH – pKa = - 2

RESPUESTA: NaH2PO4. H2O, 5.8 g y Na2HPO4, 8.23 g

RESPUESTA:

CO2 + H2O H+ + HCO3-

a) El pH de sangre es controlado por buffer de HCO D t l hi til ió lHCO3

-. Durante la hipoventilación la concentración de CO2 aumenta en los pulmones y sangre arterial. Esto desvía el equilibrio a la derecha y eleva la concentración de iones H+. El pH es diminuido.

b) Durante la hiperventilación ocurre lo contrario.

c) El Lactato es un ácido moderadamente más f t l t t b j l H d lfuerte y por lo tanto baja el pH de la sangre y músculo. Hiperventilación es útil, pues remueve H+, subiendo el pH de sangre y tejidos.