Clase 2 Composición de las Células, Agua y pH 2024 PDF

COMPOSICIÓN DE LAS CÉLULAS GENERALIDADES. AGUA Y pH BMC Ciclo 2 2024  1. LA CÉLULA, INTRODUCCIÓN Citoplasma: citosol y organelos Propiedades de la célula Componentes iónicos y moleculares 2. EL AGUA...

COMPOSICIÓN DE LAS CÉLULAS GENERALIDADES. AGUA Y pH BMC Ciclo 2 2024  1. LA CÉLULA, INTRODUCCIÓN Citoplasma: citosol y organelos Propiedades de la célula Componentes iónicos y moleculares 2. EL AGUA Estructura molecular Contenido Puentes de hidrógeno.- Estructura y energía Propiedades físico-químicas Funciones en los seres vivos Producto iónico del agua 3. ACIDO –BASE: pH Teoría de Brownstead Lowry. Ecuación para calcular el pH Relación entre pH y pOH Escala de pH: pH neutro, ácido y básico Límites de pH compatibles con la vida. Alcalosis y acidosis Mecanismos reguladores del pH. Sistemas buffers, pulmones y riñones  MEMBRANA PLASMÁTICA ◦ INTRODUCCIÓN Los científicos Schwan, Schleiden (1839) y Virchow (1855) establecieron los postulados fundamentales de la TEORÍA CELULAR: 1. Todos los organismos vivos están compuestos de una o más células 2. La célula es la unidad estructural y funcional de la vida 3. Las células sólo pueden originarse por división de las células preexistentes CITOPLASMA  La Membrana Plasmática Citoplasma Es toda la fracción celular que se encuentra al interior de la célula. El citoplasma comprende: El citosol o fracción soluble del citoplasma Los organelos  3-Componentes iónicos y moleculares de la célula › Las células están compuestas por un número limitado de elementos, cuatro de los cuales –C, H, O, N- representan el 96.3% de su masa.  › Componentes de la célula son: Elementos que se encuentran en Iones cantidades mínimas ELECTROLITOS MINERALES TRAZA ULTRA TRAZA Sodio (Na+) Calcio (Ca2+) Yodo Manganeso Potasio (K+) Magnesio (Mg2+ ) Selenio Cromo Cloro (Cl-) Hierro (Fe2+ ) Zinc Molibdeno Azufre (S) Cobre Flúor  2. El Agua Estructura molecular El agua es la molécula más abundante de las células y de los organismos completos. H₂O 1 δ+ 1 δ+ Es una molécula de naturaleza DIPOLAR con 104.5° distribución asimétrica de las cargas generando a su alrededor una nube electrónica que permite la formación de puentes de hidrógeno. 2 δ-  Puentes de hidrógeno. Estructura y energía. Interacción electrostática que se da entre el núcleo de un hidrógeno que se encuentra unido a un elemento electronegativo como oxígeno o nitrógeno, con los electrones no compartidos de otro elemento electronegativo. Los puentes de hidrógeno son comunes en los sistemas biológicos. En el medio celular frecuentemente se forman entre:  Interacción por puentes 23 kJ/mol de hidrógeno Enlace 470 kJ/mol covalente Ej.: enlace covalente O-H en el agua En el agua líquida cada molécula de H₂O tiene la capacidad de formar puentes de hidrógeno con otras 4 moléculas de agua. Puentes de hidrógeno. Estructura y energía. Es una interacción débil, NO covalente sin embargo al establecerse de forma tan abundante genera suficiente tensión y cohesión en el agua Estos enlaces se rompen y restablecen continuamente Este enlace dura aproximadamente 10 picosegundos Este enlace es el responsable de muchas de las propiedades físico químicas del agua.  Propiedades físico-químicas del agua Sustancia Punto de Temperatura de Calor de Constante fusión ebullición oC vaporización dieléctrica oC cal/g Agua 0 100 540 80 Metanol -98 65 263 33 Etanol -117 78 204 24 Acetona -95 56 125 21.4 Benceno 6 80 94 2.3 Contenido de agua del cuerpo humano Funciones del agua en los seres vivos 1- SOLVENTE 2-TERMORREGULADORA 3-TRANSPORTADORA 4-ESTRUCTURAL 5-REACTANTE Y PRODUCTO  SOLVENTE 1. De sustancias polares sin carga: azúcares, alcoholes, aldehídos y cetonas  SOLVENTE 2. Sustancias iónicas: Ej. sales cristalinas como cloruro de sodio El agua debilita las interacciones electrostáticas entre iones gracias a su alta constante dieléctrica y a su carácter dipolar  TERMORREGULADORA El agua atenúa las variaciones de la temperatura corporal, Interviene en esta función el ALTO manteniéndola constante. Uno CALOR DE VAPORIZACIÓN Y ALTO de los mecanismos que se usan CALOR ESPECIFICO para tal fin es la sudoración, el El agua necesita una mayor cantidad agua que se expulsa toma el de calor para elevar su temperatura calor corporal para evaporarse, en comparación con otros líquidos, en consecuencia el cuerpo se debido a que se requiere mayor enfría. energía para romper los puentes de hidrógeno.  TRANSPORTADORA El papel del agua como vehículo de transporte es consecuencia directa de su capacidad de disolvente, por esta función se incorporan los nutrientes y se eliminan los productos de desecho a través de las membranas celulares y se distribuyen por la sangre o linfa. SOLUTOS  ESTRUCTURAL / MECÁNICA Gracias a su tensión superficial relativamente alta y su alta cohesividad se da el fenómeno de capilaridad, además las células mantienen su forma y su volumen permitiendo cambios y deformaciones del citoplasma  REACTANTE, o como PRODUCTO El agua es el medio donde ocurren todas las reacciones químicas en los seres vivos. a) REACTANTE: en las reacciones de hidrólisis y en las de hidratación EJEMPLOS DE REACCIONES DE HIDRÓLISIS b) PRODUCTO: Glucosa + 6 O2 6 CO2 +H2O+energía 1. En la Cadena Respiratoria, que forma parte de la Respiración Celular 2. En la formación del enlace peptídico 3.CONCEPTOS GENERALES SOBRE ACIDO - BASE LA TEORÍA DE BRONSTEAD - LOWRY APLICANDO LA TEORÍA DE BRONSTEAD - LOWRY  EL AGUA PRESENTA CARÁCTER ANFOTÉRICO Tiene la capacidad de actuar como ácido o como base  Producto iónico del agua El agua tiene una mínima tendencia a sufrir ionización reversible: H2O H+ + OH- La tendencia del agua a disociarse se expresa mediante la fórmula del producto iónico del agua (Kw) que se calcula con agua pura a 25°C  pH Es el logaritmo negativo de la pH = -log [H+] concentración de iones hidrógeno Por lo tanto el pH es la medida de la concentración de iones hidrógeno presentes en una solución. Por ejemplo: La [H+] en agua pura es de 0.0000001 o 10 ⁻⁷mmol/L esta concentración se expresa como logaritmo negativo por lo tanto el pH del agua es 7  La escala de pH Establece valores de pH desde cero hasta 14 A menor pH habrá una mayor [H+] A mayor pH habrá una menor [H+] El pH del agua es neutro porque tiene la misma cantidad de [H+] que de [OH-] por lo tanto: Las soluciones ácidas (pH menor de 7) tienen mayor [H+] que de [OH-] Las soluciones Básicas (pH mayor de 7) tienen mayor [OH-] que de[H+] pOH De la misma manera que se define el pH, se define también una escala logarítmica para la [OH-] cuya expresión es: pOH pOH = - log [OH-] Relación entre pH y pOH: Concentración de H+ y OH-  Límites de pH compatibles con la vida Acidosis NORMAL Alcalosis pH 6.8 pH 7.9 pH 7.45 Límites compatibles con la vida MUERTE MUERTE El pH de las células puede variar como consecuencia de su actividad metabólica o de la ingesta de sustancias ácidas ó básicas.  Mecanismos reguladores de pH Los organismos pluricelulares superiores disponen de mecanismos especiales o líneas de defensa para regular el pH tanto del medio interno como de sus células. Primera línea: LOS SISTEMAS BUFFER Segunda línea: El SISTEMA RESPIRATORIO Tercera línea: EL SISTEMA RENAL Primera línea: SISTEMAS BUFFER, TAMPONES O AMORTIGUADORES SISTEMA BUFFER: Es una mezcla de un ácido débil y su base conjugada (sal) Permiten resistir cambios de pH en una solución cuando se agregan iones H+ y OH- BASE CONJUGADA (SAL) Suelen representarse así: ACIDO DEBIL Ejemplo: HCO3 - Bicarbonato H2CO3 Acido carbónico  UNO DE LOS PRINCIPALES SISTEMAS AMORTIGUADORES LO CONSTITUYE EL BUFFER BICARBONATO /ÁCIDO CARBÓNICO ANHIDRASA CARBÓNICA Es una reacción reversible donde a es la enzima ANHIDRASA CARBÓNICA que se encuentra presente de forma importante en los eritrocitos y en las células tubulares renales y b es una reacción de disociación espontánea. SI SE AGREGA ACIDO REACCIONA EL BICARBONATO SI SE AGREGA BASE REACCIONA EL ACIDO CARBÓNICO Principales buffers del organismo PRINCIPALES BUFFERS DE LA SANGRE HCO3 - Bicarbonato H2CO3 Acido carbónico (en el plasma) Hb- Hemoglobinato- (se encuentra en HHb Hemoglobina los glóbulos rojos) PRINCIPALES BUFFERS QUE ACTÚAN A NIVEL INTRACELULAR Proteinato- (Intracelular) Proteína HPO4 2- (Intracelular) H2PO4-  Segunda línea de defensa: SISTEMA RESPIRATORIO Contribuye eliminando o reteniendo CO2 Si hay una disminución del pH en sangre el sistema respiratorio reacciona con HIPERVENTILACIÓN Aumenta la eliminación de CO2 a nivel de pulmones H+ + HCO3- H2CO3 CO2 +H2O Si hay un aumento del pH en sangre el sistema respiratorio reacciona con HIPOVENTILACIÓN Disminución de la eliminación de CO2 o retención a nivel de los pulmones CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3-  > Tercera línea: SISTEMA RENAL Es lenta en su acción. Elimina H+ y regula la concentración de HCO3- Si hay una disminución del pH en sangre El sistema renal aumenta tanto la eliminación de H+ en la orina como la reabsorción de HCO3- en la sangre H+ + HCO3- ------ H2CO3------- CO2 +H2O Si hay un aumento del pH en sangre Ocurre una disminución de la eliminación H+ en la orina y de la reabsorción HCO3- en la sangre Referencias bibliográficas: Biología celular y molecular Gerald Karp 8ª edición McGraw Hill Bioquímica Médica Básica: un enfoque clínico 6ª edición Michael Lieberman,Allan Marks Editorial Wolters Kluwer Sección 2: Agua, ácidos, bases y amortiguadores Dra Laura Mejía: [email protected]