PDF: Agua y Entorno Acuoso - Universidad Galileo

AGUA Y ENTORNO ACUOSO Lic. Kevin Ortiz Bioquímica I *Volcán de Ipala, Guatemala INTRODUCCIÓN El agua es la sustancia más abundante en los organismos vivos. Las macromolélculas de la célula adoptan diversas estructuras...

AGUA Y ENTORNO ACUOSO Lic. Kevin Ortiz Bioquímica I *Volcán de Ipala, Guatemala INTRODUCCIÓN El agua es la sustancia más abundante en los organismos vivos. Las macromolélculas de la célula adoptan diversas estructuras en respuesta a su interacción con el agua. INTRODUCCIÓN En el ser humano adulto es el 60-70% Diversos factores afectan el porcentaje de agua en el cuerpo humano. Edad Sexo Cantidad de tejido adiposo El agua se distribuye de diferente forma en el cuerpo humano Estructura del Agua CASI UN TETRAHEDRO… “Si está quieta” = 0°C Forma 4 enlaces de hidrógeno En agua líquida = 25°C Energía térmica Forma 3.4 en promedio.  ESTRUCTURA DEL AGUA Forma de V El ángulo entre cada enlace de H es de 104.5° Existe una distribución desigual de los electrones en la molécula. ENLACE DE HIDRÓGENO CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS Energía de disociación de enlace 23 KJ/mol (470 KJ/mol [O-H]). Naturaleza 10 % covalente → Traslape en orbitales. 90 % electrostático Vida media = 1-20 ps. Al disociarse un puente de hidrógeno uno nuevo se forma dentro de 0.1 ps ENLACE DE HIDRÓGENO COHESIÓN INTERNA  ENLACE DE HIDRÓGENO Calor de vaporización Energía requerida para convertir 1 g de líquido en su temperatura de ebullición y a presión atmosférica a su estado gaseoso manteniendo la temperatura. Medida directa de la energía requerida para sobreponerse a las fuerzas de atracción en la fase líquida.  ENLACE DE HIDRÓGENO Calor específico La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de sustancia 1 °C. ¿Qué importancia posee para los organismos vivos? ENLACE DE HIDRÓGENO densidad El hielo posee menor densidad debido al ordenamiento de las moléculas del agua.  Agua y entorno acuoso ¿Por qué tan espontáneo?  EL AGUA INTERACTÚA CON SOLUTOS POLARES ¿Qué es un soluto polar? Átomo electronegativo (N u O) – H ¿Cómo se forma el enlace? Otra molécula con diferencia de electronegatividad No ocurre con C-H Intermoleculares (agua-agua; agua-biomolécula) Predecir solubilidad de biomoléculas  INTERACCIONES ELECTROSTÁTICAS DEL AGUA Interacciones electrostáticas La más fuerte de las fuerzas no covalentes. La sumatoria de interacciones del agua debilita la fuerza de las interacciones electrostáticas GASES APOLARES – NO SON SOLUBLES EN AGUA LOS COMPUESTOS APOLARES SON HIDROFÓBICOS Su disolución es termodinámicamente desfavorable: ordenan moléculas de agua e impiden la formación de enlaces de hidrógeno.  MOLÉCULAS ANFIPÁTICAS Cabeza hidrofílica + cola hidrofóbica. Orden Micelas → región apolar agrupada, región polar en contacto con el disolvente. Moléculas anfipáticas: proteínas, pigmentos, vitaminas y fosfolípidos. Menos orden Interacciones hidrofóbicas Mucho menos orden INTERACCIONES VAN DER WAALS Interacción entre dos átomos no cargados → Pueden formar dipolos transitorios. Radio de van der Waals: una medida de lo que un átomo permite acercarse al otro. FUERZAS NO COVALENTES Resumen ▪ Interacciones carga-carga. ▪ Puentes de hidrógeno. ▪ Fuerzas de Van del Waals. ▪ Interacciones Hidrófobas. LAS INTERACCIONES DÉBILES SON CRUCIALES PARA LA ESTRUCTURA Y FINCIÓN DE MACROMOLÉCULAS Son interacciones débiles, se forman y rompen continuamente. Efecto acumulativo. Tamaño grande → más interacciones. Ejemplos: enzima-sustrato, el ADN y ARN, el plegamiento de una proteína, Ag- Ac. LAS INTERACCIONES DÉBILES SON CRUCIALES PARA LA ESTRUCTURA Y FINCIÓN DE MACROMOLÉCULAS LAS INTERACCIONES DÉBILES SON CRUCIALES PARA LA ESTRUCTURA Y FINCIÓN DE MACROMOLÉCULAS  LOS SOLUTOS AFECTAN LAS PROPIEDADES COLIGATIVAS DE LAS DISOLUCIONES Afectan: presión de vapor, punto de ebullición, punto de fusión y presión osmótica. La concentración del agua es menor en disoluciones que en el agua pura. Dependen únicamente del número de partículas del soluto, no del tamaño.  Concentración celular y difusión Menor movilidad de solutos en el citoplasma. La viscosidad del interior del citoplasma es mayor. Moléculas cargadas se unen de manera transitoria. Las colisiones entre moléculas inhiben la difusión (multitud molecular).  El agua como nucleófilo ▪Nucleófilos (amantes de los núcleos). ▪ Con cargas negativas o ricos en electrones.. ▪ Por lo general oxígeno, nitrógeno, azufre y carbono. ▪Electrófilos (amantes de los electrones). ▪ Con cargas positivas  EL AGUA PURA ESTA LIGERAMENTE IONIZADA Agua pura: H2O + H+ + OH- Al añadir un ácido débil, aumenta H+, al agregar base débil, disminuye H+ La ionización del agua: No existe!!! Salto protónico ▪ La ionización del agua puede medirse al evaluarse su conductividad eléctrica. ▪ Los protones saltan de una molécula a otra por largas distancias.  EL PRODUCTO IÓNICO DEL AGUA… En agua pura, a 25°C: [H2O] = Sustituyendo:  Y A pH NEUTRO… [H+] = [OH-] El producto iónico del agua es constante, sirve para determinar [H+] y de [OH-]; si sabemos uno, podremos saber el otro. EL Kw ES LA BASE DE LA ESCALA DE pH… Y en una solución neutra, donde [H+] = [OH-], LA ESCALA DE pH… Es logarítmica, un aumento de 1 unidad es igual a un aumento de 10 veces. LOS ÁCIDOS SE IONIZAN EN SOLUCIÓN ACUOSA… Ácidos y bases fuertes → completamente ionizados. Ácidos y bases débiles → no están completamente ionizados. Los ácidos y bases débiles están presentes en TODOS los sistemas biológicos.  PAR ÁCIDO-BASE CONJUGADO Ácidos y bases, Brönsted- Lowry. Un dador de protón y su ¿Cómo se determina la aceptor → par ácido- fuerza de un ácido base conjugado. débil? Mayor Ka, menor pKa y mayor fuerza; por tanto, a menor Ka, mayor pKa y menor fuerza. Constantes de ionización.  ¿CÓMO SE DETERMINA EL pKa? [OH-] En disolución: [H+] 2 equilibrios: [H+] ¿Qué ocurre a medida que añadimos OH-? TAMPONES BIOLÓGICOS Son sistemas acuosos que tienden a resistir cambios de pH. Los organismos mantienen un pH constante. El pH se regula gracias a tampones biológicos: mezclas de ácidos débiles y sus bases conjugadas. LOS TAMPONES SON MEZCLAS DE ÁCIDOS DÉBILES Y SUS BASES CONJUGADAS  ¿Cómo se determina la fuerza de un ácido débil? Mayor Ka, menor pKa y mayor fuerza; por tanto, a menor Ka, mayor pKa y menor fuerza.  HENDERSON-HASSELBALCH Importante para comprender la acción de los tampones en organismos vivos. ¿Qué ocurre cuando [HA] = [A-]? Región buffer.  HENDERSON-HASSELBALCH Permite: (1) Calcular el pKa a partir del pH y la relación molar. (2) Calcular el pH a partir del pKa y la relación molar. (3) Calcular la relación molar a partir del pH y del pKa.  TAMPONAMIENTO CONTRA CAMBIOS DE PH EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS Los organismos tienen pHs característicos y constantes. Por ejemplo, las proteínas → aminoácidos (ácidos débiles o bases débiles), TAMPONES BIOLÓGICOS Sistema tampón del fosfato → actúa en el citoplasma de las células. TAMPONES BIOLÓGICOS TAMPONAMIENTO CONTRA CAMBIOS DE PH EN LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS ¿Qué son los tampones? Ecuación de Henderson-Hasselbalch Tampones de células y tejidos. Acidosis y Alcalosis EL AGUA COMO REACTIVO Reacciones de condensación. Reacciones de hidrólisis. ¡Gracias!