Química del Agua PDF

QUÍMICA DEL AGUA INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA L.N. MIRIAM CAROLINA HERNÁNDEZ AVILÉS ESTRUCTURA QUÍMICA DEL AGUA CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES  EL ÁTOMO DE OXÍGENO ESTÁ UNIDO A DOS ÁTOMOS DIFERENTES DE HIDRÓGENO POR MEDIO DE ENLACES COVALENTES. LA DISPOSICIÓN ANGULADA DE LOS E...

QUÍMICA DEL AGUA INTRODUCCIÓN A LA BIOQUÍMICA L.N. MIRIAM CAROLINA HERNÁNDEZ AVILÉS ESTRUCTURA QUÍMICA DEL AGUA CARACTERÍSTICAS ESTRUCTURALES  EL ÁTOMO DE OXÍGENO ESTÁ UNIDO A DOS ÁTOMOS DIFERENTES DE HIDRÓGENO POR MEDIO DE ENLACES COVALENTES. LA DISPOSICIÓN ANGULADA DE LOS ENLACES POLARES O—H DEL AGUA PRODUCE UN DIPOLO PERMANENTE PARA TODA LA MOLÉCULA, LO QUE FAVORECE LA POLARIDAD DE LA MOLÉCULA DEL AGUA.  UN NÚCLEO DE OXÍGENO ATRAE A LOS ELECTRONES MÁS QUE EL PROTÓN ÚNICO DEL NÚCLEO DEL HIDRÓGENO AL SER MÁS ELECTRONEGATIVO. EL RESULTADO ES QUE SE SUSCITA UNA DISTRIBUCIÓN DESIGUAL DE CARGAS DENTRO DE CADA ENLACE O—H EN LA MOLÉCULA DE AGUA, CON EL OXÍGENO TENIENDO UNA CARGA NEGATIVA PARCIAL Y EL HIDRÓGENO CON UNA CARGA POSITIVA PARCIAL. ESTA DISTRIBUCIÓN DESIGUAL DE LA CARGA DENTRO DEL ENLACE SE LLAMA DIPOLO Y SE DICE QUE EL ENLACE ES POLAR.  LA POLARIDAD DE UNA MOLÉCULA ESTÁ RELACIONADA CON LA SOLUBILIDAD EN AGUA.  PUENTES DE HIDRÓGENO UNA DE LAS CONSECUENCIAS IMPORTANTES DE LA POLARIDAD DE LA MOLÉCULA DE AGUA ES QUE DICHAS MOLÉCULAS SE ATRAEN ENTRE SÍ. LOS ENLACES O PUENTES DE HIDRÓGENO SON ATRACCIONES ELECTROSTÁTICAS (DIPOLO-DIPOLO) MUCHO MÁS DÉBILES QUE LOS ENLACES COVALENTES TÍPICOS. EN UN PUENTE DE HIDRÓGENO ENTRE DOS MOLÉCULAS DE AGUA, EL ÁTOMO DE HIDRÓGENO PERMANECE ENLAZADO COVALENTEMENTE A SU ÁTOMO DE OXÍGENO QUE ES EL DONADOR DE HIDRÓGENO. AL MISMO TIEMPO, ESTÁ UNIDO A OTRO ÁTOMO DE OXÍGENO, LLAMADO ACEPTOR DE HIDRÓGENO.  LOS ENLACES DE HIDRÓGENO QUE SE ENCUENTRAN EN AGUA LÍQUIDA TIENEN UNA ENERGÍA DE DISOCIACIÓN DE ENLACE (ENERGÍA REQUERIDA PARA ROMPER UN ENLACE) DE APROXIMADAMENTE 23 KJ/MOL, EN COMPARACIÓN CON LOS 470 KJ/MOL DEL ENLACE COVALENTE H—O EN EL AGUA O DE LOS 348 KJ/MOL DE UN ENLACE COVALENTE C—C.  AL IGUAL QUE LOS ENLACES IÓNICOS, LAS INTERACCIONES HIDROFÓBICAS Y LAS FUERZAS DE VAN DER WAALS, LOS PUENTES DE HIDRÓGENO SON INDIVIDUALMENTE DÉBILES. TODOS ESTOS TIPOS DE INTERACCIONES INTERMOLECULARES DÉBILES COLECTIVAMENTE TIENEN UNA INFLUENCIA MUY SIGNIFICATIVA SOBRE LA ESTRUCTURA TRIDIMENSIONAL DE LAS PROTEÍNAS, ÁCIDOS NUCLEICOS, POLISACÁRIDOS Y LÍPIDOS DE MEMBRANA.  LOS PUENTES DE HIDRÓGENO ENTRE LAS MOLÉCULAS DE AGUA PROPORCIONAN LAS FUERZAS DE COHESIÓN QUE HACEN QUE EL AGUA SEA LÍQUIDA A TEMPERATURA AMBIENTE Y SÓLIDA CRISTALINA (HIELO), CON SUS MOLÉCULAS ALTAMENTE ORDENADAS A TEMPERATURAS BAJAS. ESTADO SÓLIDO ESTADO LÍQUIDO ESTADO GASEOSO  LA MAYORÍA DE LAS MOLÉCULAS EN EL AGUA LÍQUIDA ESTÁN UNIDAS POR PUENTES DE HIDRÓGENO, PERO EL TIEMPO DE VIDA DE CADA UNO DE ELLOS ES TAN SOLO DE ENTRE 1 A 20 PICOSEGUNDOS (1 PS = 10-12 S=MILLONÉSIMA PARTE DE 1 S). AL ROMPERSE UN PUENTE DE HIDRÓGENO, RÁPIDAMENTE SE FORMA OTRO CON LA MISMA MOLÉCULA O CON OTRA. CUANDO SE CALIENTA EL AGUA, EL INCREMENTO DE TEMPERATURA ES UN REFLEJO DEL MOVIMIENTO MÁS RÁPIDO DE LAS MOLÉCULAS INDIVIDUALES DEL AGUA.  EL ORDENAMIENTO CASI TETRAÉDRICO DE LOS ORBITALES ALREDEDOR DEL ÁTOMO DE OXÍGENO PERMITE QUE CADA MOLÉCULA DE AGUA FORME ENLACES DE HIDRÓGENO CON HASTA CUATRO MOLÉCULAS DE AGUA VECINAS. SIN EMBARGO, EN EL AGUA LÍQUIDA A TEMPERATURA AMBIENTE Y PRESIÓN ATMOSFÉRICA, LAS MOLÉCULAS DE AGUA ESTÁN DESORGANIZADAS Y EN MOVIMIENTO CONTINUO, DE FORMA QUE CADA MOLÉCULA FORMA ENLACES DE HIDRÓGENO CON UN PROMEDIO DE OTRAS 3,4 MOLÉCULAS SOLAMENTE.  POR EL CONTRARIO, EN EL HIELO SE FORMA UNA RED HEXAGONAL DONDE CADA MOLÉCULA DE AGUA ESTÁ FIJA EN EL ESPACIO Y PUEDE FORMAR PUENTES DE HIDRÓGENO CON OTRAS CUATRO MOLÉCULAS DE AGUA, DANDO UNA ESTRUCTURA RETICULAR REGULAR.  LA ROTURA DE UN NÚMERO DE PUENTES DE HIDRÓGENO SUFICIENTE PARA DESESTABILIZAR LA RETÍCULA CRISTALINA DEL HIELO REQUIERE MUCHA ENERGÍA TÉRMICA, LO QUE EXPLICA EL PUNTO DE FUSIÓN RELATIVAMENTE ELEVADO DEL AGUA (0°). CUANDO EL HIELO SE FUNDE, LA MAYOR PARTE DE LOS PUENTES DE HIDRÓGENO SE CONSERVA EN EL AGUA LÍQUIDA.  DURANTE LA FUSIÓN O LA EVAPORACIÓN, CONJUNTOS ALTAMENTE ORDENADOS DE MOLÉCULAS DE AGUA SE RELAJAN PARA DAR PASO A LOS CONJUNTOS DE ENLACES DE HIDRÓGENO MENOS ORDENADOS DE AGUA LÍQUIDA O A LAS MOLÉCULAS TOTALMENTE DESORDENADAS DE AGUA EN EL ESTADO GASEOSO. FUNCIONES QUÍMICAS EN LOS SERES VIVOS  FUNCIONES DEL AGUA ES PROBABLE QUE LA VIDA SE HAYA ORIGINADO EN EL AGUA, HACE MÁS DE TRES MIL MILLONES DE AÑOS. EL AGUA ES LA SUSTANCIA MÁS ABUNDANTE EN LOS SISTEMAS VIVOS Y CONSTITUYE APROXIMADAMENTE EL 70% O MÁS DEL PORCENTAJE DE LA MAYORÍA DE LOS ORGANISMOS.  EN EL ESTUDIO DE LA BIOQUÍMICA ES IMPORTANTE COMPRENDER AL AGUA, SUS PRODUCTOS DE IONIZACIÓN Y SUS PROPIEDADES DEBIDO A QUE LOS COMPONENTES MACROMOLECULARES DE LAS CÉLULAS — PROTEÍNAS, POLISACÁRIDOS, ÁCIDOS NUCLEICOS Y MEMBRANAS— ASUMEN SUS FORMAS CARACTERÍSTICAS COMO RESPUESTA AL AGUA. GRAN PARTE DE LA MAQUINARIA METABÓLICA DE LAS CÉLULAS DEBE OPERAR EN UN AMBIENTE ACUOSO PORQUE EL AGUA ES UN SOLVENTE ESENCIAL Y TAMBIÉN UN SUSTRATO DE NUMEROSAS REACCIONES CELULARES. PROPIEDADES ANÓMALAS  EL AGUA, UN LÍQUIDO INUSUAL EL AGUA HA SIDO EXTENSAMENTE ESTUDIADA YA QUE ES CONOCIDO QUE TIENE PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS INUSUALES SI SE COMPARA CON OTROS LÍQUIDOS. TIENE UNA ALTA CONSTANTE ES MUCHO MÁS COHESIVO QUE DIELÉCTRICA (CAPACIDAD PARA SER ES EL MEJOR SOLVENTE PARA LOS OTROS LÍQUIDOS DEL MISMO POLARIZADA), EN PARTE PORQUE IONES TAMAÑO MOLECULAR PORQUE LOS PUENTES DE HIDRÓGENO SE PUEDE FORMAR PUENTES DE POLARIZAN HIDRÓGENO  ALTO PUNTO DE EBULLICIÓN ALTA TENSIÓN SUPERFICIAL (100°) Y DE FUSIÓN (0°), ALTA RESULTADO DE LAS FUERZAS CAPACIDAD CALORÍFICA Y ALTO COHESIVAS DEL AGUA CALOR DE VAPORIZACIÓN COMO LÍQUIDO, ES MUCHO COMO SÓLIDO, ES MÁS LIGERO LA TENSIÓN SUPERFICIAL ES UN FENÓMENO MÁS DENSO DE LO ESPERADO DE LO ESPERADO SI SE COMPARA CON SU FORMA QUE RESULTA EN LA TENDENCIA DE LA (999 KG/M3) LÍQUIDA (917 KG/M3) SUPERFICIE DE UN LÍQUIDO A RESISTIRSE A LA RUPTURA CUANDO SE LE SOMETE A TENSIÓN O ESTRÉS.  NINGÚN OTRO MATERIAL ALTA CONDUCTIVIDAD ES COMÚNMENTE TÉRMICA ENCONTRADO COMO SÓLIDO, LÍQUIDO Y GAS LA CAPILARIDAD DEL AGUA EN VIDRIO ES DEBIDA A LAS FUERZAS DE ADHESIÓN SOLUBILIDAD  SOLUBILIDAD LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL AGUA SE COMBINAN PARA HACERLA UN EXCELENTE SOLVENTE. ADEMÁS, SE DEBEN TOMAR EN CUENTA OTROS ASPECTOS QUE FAVORECEN ESTA PROPIEDAD: EL PEQUEÑO TAMAÑO DE POSEE UNA VISCOSIDAD LAS MOLÉCULAS DE AGUA INTRÍNSECA QUE NO IMPIDE DETERMINA QUE MUCHAS DE ES UNA MOLÉCULA POLAR MUCHO EL MOVIMIENTO DE ELLAS PUEDAN ASOCIARSE LAS MOLÉCULAS DISUELTAS CON PARTÍCULAS DE EN ELLA. SOLUTO Y HACERLAS MÁS SOLUBLES.  LAS SUSTANCIAS QUE SE DISUELVEN CON FACILIDAD EN AGUA SE LLAMAN HIDROFÍLICAS O AMANTES DEL AGUA. EL AGUA PUEDE INTERACTUAR Y DISOLVER: Compuestos Compuestos que se polares ionizan (con carga) LA IONIZACIÓN SE RELACIONA CON LA GANANCIA O PÉRDIDA DE UN ELECTRÓN, QUE DA LUGAR A UN ÁTOMO O A UN COMPUESTO QUE PRESENTA UNA CARGA NETA. LAS MOLÉCULAS QUE SE PUEDEN DISOCIAR Y FORMAR IONES SE LLAMAN ELECTRÓLITOS.  POR EJEMPLO, EL CLORURO DE SODIO (NaCl): LAS MOLÉCULAS DE AGUA SON POLARES, LO CUAL SIGNIFICA QUE SE PUEDEN ALINEAR ENTRE SÍ, EN TORNO A LOS ELECTRÓLITOS, PARA QUE LOS ÁTOMOS NEGATIVOS DE OXÍGENO EN LAS MOLÉCULAS DE AGUA SE ORIENTEN HACIA LOS CATIONES (IONES CON CARGA POSITIVA) DE LOS ELECTRÓLITOS, Y LOS ÁTOMOS POSITIVOS DE HIDRÓGENO SE ORIENTEN HACIA LOS ANIONES (ÁTOMOS CON CARGA NEGATIVA).  LA ESFERA DE MOLÉCULAS DE AGUA QUE RODEA A CADA ION SE LLAMA ESFERA DE SOLVATACIÓN Y SUELE CONTENER VARIAS CAPAS DE MOLÉCULAS DE SOLVENTE. SE DICE QUE UNA MOLÉCULA O ION QUE ESTÁ RODEADO POR MOLÉCULAS DE SOLVENTE ESTÁ SOLVATADA O SOLVATADO. CUANDO EL SOLVENTE ES AGUA, SE DICE QUE LAS MOLÉCULAS O LOS IONES ESTÁN HIDRATADOS.  POR OTRO LADO, TODA MOLÉCULA POLAR TAMBIÉN EXHIBIRÁ UNA TENDENCIA A SOLVATARSE POR MOLÉCULAS DE AGUA. ADEMÁS, LA SOLUBILIDAD DE MUCHAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS AUMENTA POR LA FORMACIÓN DE PUENTES DE HIDRÓGENO CON LAS MOLÉCULAS DE AGUA.  LA PRESENCIA DE FUNCIONES QUÍMICAS ORGÁNICAS COMO COMO EL GRUPO AMINO, EL HIDROXILO O LOS GRUPOS CARBONILO EN LAS DIVERSAS MOLÉCULAS ORGÁNICAS LES CONFIEREN SOLUBILIDAD. LAS MOLÉCULAS QUE CONTIENEN ESOS GRUPOS SE DISPERSAN ENTRE LAS MOLÉCULAS DE AGUA Y SUS GRUPOS POLARES FORMAN PUENTES DE HIDRÓGENO CON ELLA. Hidroxilo Amino Carboxilo Cetona  LA CANTIDAD DE GRUPOS POLARES EN UNA MOLÉCULA AFECTA SU SOLUBILIDAD EN AGUA. TAMBIÉN LA SOLUBILIDAD DEPENDE DE LA RELACIÓN ENTRE GRUPOS POLARES Y NO POLARES EN UNA MOLÉCULA. AL AUMENTAR LA CANTIDAD DE GRUPOS POLARES EN UNA MOLÉCULA ORGÁNICA, SE INCREMENTA SU SOLUBILIDAD EN EL AGUA.  LAS BIOMOLÉCULAS POLARES SE DISUELVEN FÁCILMENTE EN EL AGUA PORQUE PUEDEN REEMPLAZAR LAS INTERACCIONES AGUA-AGUA POR INTERACCIONES AGUA-SOLUTO ENERGÉTICAMENTE MÁS FAVORABLES. INTERACCIONES HIDRÓFOBAS  INSOLUBILIDAD EN AGUA LOS HIDROCARBUROS Y OTRAS SUSTANCIAS NO POLARES PRESENTAN UNA SOLUBILIDAD MUY BAJA EN AGUA PORQUE LAS MOLÉCULAS DE AGUA TIENDEN A INTERACTUAR CON OTRAS MOLÉCULAS DE AGUA Y NO CON MOLÉCULAS NO POLARES. EL RESULTADO ES QUE LAS MOLÉCULAS DE AGUA EXCLUYEN A LAS SUSTANCIAS NO POLARES FORZÁNDOLAS A ASOCIARSE ENTRE SÍ.  POR EJEMPLO, EN LOS LÍPIDOS, EL AGUA ADOPTA EN TORNO A ELLOS UNA ESTRUCTURA MUY ORDENADA QUE MAXIMIZA LAS INTERACCIONES ENTRE LAS PROPIAS MOLÉCULAS DE AGUA, FORZANDO A LA MOLÉCULA LIPÍDICA AL INTERIOR DE UNA ESTRUCTURA EN FORMA DE JAULA, QUE TAMBIÉN REDUCE LA MOVILIDAD DEL LÍPIDO.  SE DICE QUE LAS MOLÉCULAS NO POLARES SON HIDROFÓBICAS (QUE “ODIAN” AL AGUA) Y A ESTE EFECTO DE EXCLUSIÓN DE SUSTANCIAS NO POLARES POR PARTE DEL AGUA SE LE LLAMA EFECTO HIDROFÓBICO. EL EFECTO HIDROFÓBICO ES CRÍTICO PARA EL PLEGAMIENTO DE LAS PROTEÍNAS Y EL AUTOENSAMBLAJE DE LAS MEMBRANAS BIOLÓGICAS. BICAPA LIPÍDICA  LOS DETERGENTES Y JABONES SON MOLÉCULAS QUE SON HIDROFÍLICAS E HIDROFÓBICAS A LA VEZ; EN GENERAL CUENTAN CON UNA CADENA HIDROFÓBICA DE CARBONO DE LONGITUD Y UN EXTREMO IÓNICO O POLAR. LAS MOLÉCULAS CON ESTA CARACTERÍSTICA SE DICE QUE SON ANFIPÁTICAS O ANFIFÍLICAS. CUANDO UN DETERGENTE O JABÓN SE ESPARCE CON SUAVIDAD SOBRE LA SUPERFICIE DEL AGUA SE FORMA UNA MONOCAPA INSOLUBLE, DONDE LAS COLAS HIDROFÓBICAS Y NO POLARES DE LAS MOLÉCULAS DEL DETERGENTE SE EXTIENDEN HACIA EL AIRE, MIENTRAS QUE LAS CABEZAS HIDROFÍLICAS Y IÓNICAS SE HIDRATAN Y PENETRAN EN EL AGUA.  CUANDO UNA CONCENTRACIÓN SUFICIENTEMENTE ALTA DEL DETERGENTE O JABÓN SE DISPERSA EN AGUA, MÁS QUE ESTRATIFICARSE EN LA SUPERFICIE, LOS GRUPOS DE MOLÉCULAS DEL DETERGENTE O JABÓN SE AGRUPAN Y FORMAN MICELAS. LAS MICELAS PEQUEÑAS Y COMPACTAS PUEDEN CONTENER DE UNAS 80 A 100 MOLÉCULAS DEL DETERGENTE. LAS COLAS NO POLARES DE LAS MOLÉCULAS DEL DETERGENTE SE ASOCIAN ENTRE SÍ EN EL CENTRO DE LA ESTRUCTURA Y MINIMIZAN EL CONTACTO CON LAS MOLÉCULAS DE AGUA. LAS CABEZAS IÓNICAS ENTRAN EN LA SOLUCIÓN ACUOSA Y EN CONSECUENCIA SE HIDRATAN.  LA ACCIÓN LIMPIADORA DE LOS JABONES Y DEMÁS DETERGENTES SE DERIVA DE SU CAPACIDAD DE ATRAPAR LA GRASA Y LOS ACEITES, INSOLUBLES EN AGUA, EN LOS INTERIORES HIDROFÓBICOS DE LAS MICELAS.  INTERACCIONES HIDRÓFOBAS LA ASOCIACIÓN DE UNA MOLÉCULA O GRUPO RELATIVAMENTE NO POLAR CON OTRAS MOLÉCULAS NO POLARES SE LLAMA INTERACCIÓN HIDROFÓBICA. LAS MOLÉCULAS O GRUPOS NO POLARES TIENDEN A AGREGARSE EN SOLUCIÓN ACUOSA NO POR LA ATRACCIÓN MUTUA SINO PORQUE LAS MOLÉCULAS POLARES DE AGUA ATRAPADAS EN TORNO A LOS COMPUESTOS NO POLARES TIENDEN A ASOCIARSE ENTRE SÍ Y NO CON LAS MOLÉCULAS NO POLARES. POR EJEMPLO, LAS MICELAS SE ESTABILIZAN POR INTERACCIONES HIDROFÓBICAS.  LAS INTERACCIONES HIDROFÓBICAS, AL IGUAL QUE LOS PUENTES DE HIDRÓGENO, SON MUCHO MÁS DÉBILES QUE LOS ENLACES COVALENTES. EL EFECTO ACUMULADO DE MUCHAS INTERACCIONES HIDROFÓBICAS PUEDE SER APRECIABLE SOBRE LA ESTABILIDAD DE UNA MACROMOLÉCULA.  EN LAS CÉLULAS VIVAS, LAS MEMBRANAS PERMEABLES AL AGUA SEPARAN AL CITOSOL DEL MEDIO EXTERNO. LAS COMPOSICIONES DE LAS SOLUCIONES INTRACELULARES SON BASTANTE DISTINTAS DE LAS DE LAS SOLUCIONES EXTRACELULARES, Y UNOS COMPUESTOS SE CONCENTRAN MÁS Y OTROS MENOS DENTRO DE LAS CÉLULAS. LA MEMBRANA CELULAR RESISTE EL AUMENTO DE VOLUMEN QUE CAUSARÍA ESE INFLUJO DE AGUA. EN ALGUNOS CASOS, EL TAMAÑO Y LA FORMA DE LA CÉLULA SE REFUERZA CON UNA PARED CELULAR RÍGIDA.  EN GENERAL, LA CONCENTRACIÓN DE SOLUTOS ES MAYOR EN EL INTERIOR DE LA CÉLULA QUE EN EL EXTERIOR. LAS MOLÉCULAS DE AGUA TIENDEN A ATRAVESAR LA MEMBRANA CELULAR PARA ENTRAR A LA CÉLULA Y DILUIR LA SOLUCIÓN EN EL INTERIOR DE ÉSTA. ÓSMOSIS Y PRESIÓN OSMÓTICA  ÓSMOSIS SI UNA MEMBRANA PERMEABLE AL SOLVENTE SEPARA A DOS SOLUCIONES QUE CONTIENEN CONCENTRACIONES DISTINTAS DE SUSTANCIAS DISUELTAS, O SOLUTOS, LAS MOLÉCULAS DEL SOLVENTE SE DIFUNDIRÁN DESDE LA SOLUCIÓN MENOS CONCENTRADA HACIA LA MÁS CONCENTRADA EN UN PROCESO LLAMADO ÓSMOSIS.  EL TÉRMINO OSMOLARIDAD DESCRIBE LA CONCENTRACIÓN TOTAL DE LOS SOLUTOS EN LA SOLUCIÓN. UNA SOLUCIÓN CON OSMOLARIDAD BAJA TIENE POCAS PARTÍCULAS DE SOLUTO POR LITRO DE SOLUCIÓN, MIENTRAS QUE UNA SOLUCIÓN CON ALTA OSMOLARIDAD TIENE MUCHAS PARTÍCULAS DE SOLUTO POR LITRO DE SOLUCIÓN. CUANDO SOLUCIONES DE OSMOLARIDADES DIFERENTES SON SEPARADAS POR UNA MEMBRANA PERMEABLE AL AGUA, PERO NO AL SOLUTO, EL AGUA SE MOVERÁ DESDE EL LADO CON MENOR OSMOLARIDAD HACIA EL LADO CON MAYOR OSMOLARIDAD.  EN EL AMBIENTE DE LA ATENCIÓN A LA SALUD Y LAS PRÁCTICAS DE LABORATORIO, SUELE SER ÚTIL PENSAR EN CÓMO LAS SOLUCIONES AFECTARÁN EL PASO DEL AGUA HACIA DENTRO Y FUERA DE LAS CÉLULAS. LA CAPACIDAD DE UNA SOLUCIÓN EXTRACELULAR PARA HACER QUE EL AGUA ENTRE O SALGA DE UNA CÉLULA POR ÓSMOSIS SE CONOCE COMO SU TONICIDAD. LA TONICIDAD ES UN POCO DIFERENTE DE LA OSMOLARIDAD PORQUE TOMA EN CUENTA TANTO LAS CONCENTRACIONES RELATIVAS DE LOS SOLUTOS COMO TAMBIÉN LA PERMEABILIDAD DE LA MEMBRANA CELULAR A ESOS SOLUTOS. La osmolaridad de Igual osmolaridad La osmolaridad de la disolución que del citosol con la disolución que rodea la célula es respecto a la rodea la célula mayor que la del disolución que menor que la del citosol rodea la célula citosol  LA PRESIÓN NECESARIA PARA EVITAR O PARAR ESTE FLUJO DE SOLVENTE SE LLAMA PRESIÓN OSMÓTICA. LA PRESIÓN OSMÓTICA DE UNA SOLUCIÓN DEPENDE DE LA CONCENTRACIÓN MOLAR TOTAL DEL SOLUTO Y NO DE SU NATURALEZA QUÍMICA.  HAY MECANISMOS DE LA NATURALEZA QUE REGULAN LA LISIS OSMÓTICA PROVOCADA POR LA PRESIÓN OSMÓTICA: LA PARED CELULAR DE CÉLULAS VEGETALES, LA VACUOLA CONTRÁCTIL EN PROTOZOARIOS, Y EN LOS ANIMALES EL PLASMA SANGUÍNEO Y EL FLUIDO INTERSTICIAL (FLUIDO EXTRACELULAR DE LOS TEJIDOS) SE MANTIENE CON UNA OSMOLARIDAD CERCANA A LA DEL CITOSOL. UNA ESTRATEGIA PARA EVITAR QUE LA PRESIÓN OSMÓTICA SE VUELVA TAN GRANDE QUE HAGA EXPLOTAR A LAS CÉLULAS CONSISTE EN CONDENSAR MUCHAS MOLÉCULAS INDIVIDUALES Y FORMAR UNA MACROMOLÉCULA. IONIZACIÓN DEL AGUA Y KW  EQUILIBRIO IÓNICO DEL AGUA LAS MOLÉCULAS DE AGUA TIENEN UNA LIGERA TENDENCIA A IONIZARSE REVERSIBLEMENTE DISOCIÁNDOSE UN ION HIDRÓGENO (PROTÓN) Y UN ION HIDROXILO, DANDO EL EQUILIBRIO.  AUNQUE NORMALMENTE SE MUESTRA EL PRODUCTO DE DISOCIACIÓN DEL AGUA COMO H+, LOS PROTONES LIBRES NO EXISTEN EN DISOLUCIÓN; LOS IONES HIDRÓGENO FORMADOS EN EL AGUA SON INMEDIATAMENTE HIDRATADOS A IONES HIDRONIO (H3O+). LA FORMACIÓN DE ENLACES DE HIDRÓGENO ENTRE LAS MOLÉCULAS DE AGUA HACE QUE LA HIDRATACIÓN DE LOS PROTONES DISOCIADOS SEA VIRTUALMENTE INSTANTÁNEA.  ESTA ELEVADA MOVILIDAD IÓNICA ES EL RESULTADO DEL “SALTO DE PROTONES”. SALTOS DE PROTONES A CORTA DISTANCIA A TRAVÉS DE UNA SERIE DE MOLÉCULAS DE AGUA UNIDAS POR ENLACES DE HIDRÓGENO DAN COMO RESULTADO EL MOVIMIENTO NETO EXTREMADAMENTE RÁPIDO DE UN PROTÓN A UNA GRAN DISTANCIA. CUANDO UN ION HIDRONIO CEDE UN PROTÓN, UNA MOLÉCULA DE AGUA A CIERTA DISTANCIA ADQUIERE UNO, CONVIRTIÉNDOSE EN UN ION HIDRONIO.  PUESTO QUE LA IONIZACIÓN DEL AGUA REVERSIBLE ES CRUCIAL PARA EL PAPEL DEL AGUA EN LA FUNCIÓN CELULAR, SE DEBE DISPONER DE UNA MANERA DE EXPRESAR EL GRADO DE IONIZACIÓN EN TÉRMINOS CUANTITATIVOS. LA POSICIÓN DEL EQUILIBRIO DE CUALQUIER REACCIÓN QUÍMICA ESTÁ DADA POR SU CONSTANTE DE EQUILIBRIO (Keq), LA CUAL ES FIJA Y CARACTERÍSTICA PARA CADA REACCIÓN QUÍMICA A UNA TEMPERATURA DADA; DEFINE LA COMPOSICIÓN DE LA MEZCLA FINAL EN EL EQUILIBRIO, INDEPENDIENTEMENTE DE LAS CANTIDADES INICIALES DE REACTIVOS Y PRODUCTOS. EL GRADO DE IONIZACIÓN DEL AGUA EN EL EQUILIBRIO ES BAJO; A 25°C APROXIMADAMENTE, TAN SOLO DOS DE CADA 109 MOLÉCULAS EN AGUA PURA ESTÁ IONIZADAS EN UN MOMENTO DADO.  PRODUCTO IÓNICO DEL AGUA EN AGUA PURA A 25°C, LA CONCENTRACIÓN MOLAR DE H2O ES DE 55.5 M (CONSIDERANDO 1000 G EN 1 L DE AGUA, LA CUAL TIENE UN PESO MOLECULAR DE 18.015 G/MOL). POR OTRO LADO, LA MOLARIDAD DE H2O ES ESENCIALMENTE CONSTANTE EN RELACIÓN A LAS BAJÍSIMAS CONCENTRACIONES DE H+ Y OH- QUE SON DE 1 X 10-7 M. DE ACUERDO CON ELLO PODEMOS SUSTITUIR EL DENOMINADOR DE LA EXPRESIÓN DE LA CONSTANTE DE EQUILIBRIO REORDENANDO, (55.5 M) (KEQ)= [H+][OH-]=KW DONDE KW DESIGNA EL PRODUCTO (55.5 M) (KEQ), DENOMINADO PRODUCTO IÓNICO DEL AGUA A 25°C.  EL VALOR DE Keq, DETERMINADO MEDIANTE MEDIDAS DE CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA DEL AGUA PURA ES DE 1.18 X 10-16 M A 25°C. LA SUSTITUCIÓN DE ESTE VALOR DE KEQ EN LA ECUACIÓN DA EL VALOR DEL PRODUCTO IÓNICO DEL AGUA. Kw= [H+][OH-]=(55.5 M) (1.8 x 10-16 M)= 1.-0 x 10-14 M2. ASÍ EL PRODUCTO DE [H+][OH-] EN DISOLUCIONES ACUOSAS A 25°C ES SIEMPRE IGUAL A 1 X10-14 M2.  EL PRODUCTO IÓNICO DEL AGUA, Kw= [H+][OH-]=10-14 , CONSTITUYE LA BASE DE LA ESCALA DE pH (POTENCIAL DE HIDRÓGENO). pH + pOH= 14 pH= LOGARITMO NEGATIVO DE LA CONCENTRACIÓN DE HIDROGENIONES.  AUNQUE GRAN PARTE DE LAS PROPIEDADES DEL AGUA COMO DISOLVENTE SE PUEDEN EXPLICAR EN FUNCIÓN DE LA MOLÉCULA NEUTRA DE H2O, DEBE TENERSE TAMBIÉN EN CUENTA EL PEQUEÑO GRADO DE IONIZACIÓN DEL AGUA EN IONES HIDRÓGENO (H+) Y EN LOS IONES HIDROXILO (OH-).  EL AGUA ES UNA MOLÉCULA ANFÓTERA PORQUE PUEDE REACCIONAR COMO ÁCIDO O COMO BASE, SEGÚN LAS CIRCUNSTANCIAS. AMORTIGUADORES  AMORTIGUACIÓN LA CAPACIDAD DE UNA SOLUCIÓN PARA RESISTIR CAMBIOS DE pH SE LLAMA CAPACIDAD DE AMORTIGUACIÓN. UN EJEMPLO EXCELENTE SE ENCUENTRA EN EL PLASMA SANGUÍNEO DE LOS MAMÍFEROS, QUE TIENE UN pH NOTABLEMENTE CONSTANTE.  LAS CÉLULAS Y LOS ORGANISMOS POSEEN UN pH CITOSÓLICO ESPECÍFICO Y CONSTANTE , NORMALMENTE CERCA DE pH 7, QUE MANTIENE A LAS BIOMOLÉCULAS EN SU ESTADO IÓNICO ÓPTIMO. EN LOS ORGANISMOS MULTICELULARES, EL pH DE LOS FLUIDOS EXTRACELULARES TAMBIÉN SE MANTIENE ESTRECHAMENTE REGULADO. EL pH SE MANTIENE CONSTANTE PRINCIPALMENTE GRACIAS A LOS AMORTIGUADORES O TAMPONES BIOLÓGICOS, QUE SON MEZCLAS DE ÁCIDOS DÉBILES (DADOR DE PROTONES) Y DE SUS BASES CONJUGADAS (ACEPTOR DE PROTONES).  LOS TAMPONES, BUFFERS O AMORTIGUADORES SON SISTEMAS ACUOSOS QUE TIENDEN A RESISTIR CAMBIOS EN SU pH CUANDO SE AÑADEN PEQUEÑAS CANTIDADES DE ÁCIDO (H+) O BASE (OH-). pka= CUANTO MAYOR SEA LA TENDENCIA A DISOCIAR UN PROTÓN, MÁS FUERTE ES EL ÁCIDO Y MENOR ES SU VALOR DE PKA.  CASI TODOS LOS PROCESOS BIOLÓGICOS SON DEPENDIENTES DE pH; UN PEQUEÑO CAMBIO PRODUCE UN GRAN CAMBIO EN LA VELOCIDAD DEL PROCESO. LAS ENZIMAS QUE CATALIZAN LAS REACCIONES CELULARES Y MUCHAS DE LAS MOLÉCULAS SOBRE LAS QUE ACTÚAN, CONTIENEN GRUPOS IONIZABLES. LOS GRUPOS AMINO Y CARBOXILO PROTONADOS DE LOS AMINOÁCIDOS Y EL GRUPO FOSFATO DE LOS NUCLEÓTIDOS, POR EJEMPLO, FUNCIONAN COMO ÁCIDOS DÉBILES; SU ESTADO IÓNICO DEPENDE DEL pH DEL MEDIO QUE LOS RODEA.  CUANDO EN UNA SOLUCIÓN AMORTIGUADORA LA CONCENTRACIÓN DEL DADOR DE PROTONES ES EXACTAMENTE IGUAL A LA DEL ACEPTOR DE PROTONES, EL PODER TAMPONANTE DEL SISTEMA ES MÁXIMO Y SE PRODUCE UN MENOR CAMBIO DE pH AL ADICIONAR OH- O H+. AMORTIGUADORES FISIOLÓGICOS PROTEÍNAS Y HEMOGLOBINA ANIMOÁCIDOS DIÓXIDO DE FOSFATO CARBONO/BICARBONATO  REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS NELSON, D., COX, M. (2018). LEHNINGER, PRINCIPIOS DE BIOQUÍMICA. 7A EDICIÓN. ESPAÑA: OMEGA. HORTON, H., MORAN, L., SCRIMGEOUR, K., ET AL. (2008). PRINCIPIOS DE BIOQUÍMICA. 4A EDICIÓN. NAUCALPAN DE JUÁREZ, MÉXICO: PEARSON. CUAUTLE ARMAS, R. (2015). ANOMALÍA EN LA DENSIDAD DE UN FLUIDO CON PARTÍCULAS INTERACTUANDO CON UN POTENCIAL CONTINUO DE CORAZA SUAVE. UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA.