10. La molécula de agua es un dipolo
El agua es el medio líquido
fundamental en el que se van a desarrollar la mayor parte de las reacciones
químicas de la célula. La molécula de agua se comporta como un dipolo: el átomo
de O, que presenra una carga parcial negativa, y los dos átomos de H con una carga
parcial positiva. Esta disposición es debida a la diferencia de
electronegatividad entre los átomos de H y O.
La
distribución de las cargas y la geometría de la molécula posibilitan la interacción entre una molécula de agua y sus vecinas. Estas interacciones se realizan
mediante puentes de hidrógeno.Gracias a este tipo de interacción se van a poder disolver, en este medio, muchas moléculas biológicas.
La formación y la rotura de los
puentes de hidrógeno, a temperatura fisiológica, es constante, sin embargo, rara vez una molécula de agua se disocia
en dos especies iónicas (iones
hidronio e hidroxilo).
Habitualmente se denomina protón
(H+) al catión
disociado de una molécula de agua.
11. Química de los ácidos y de las bases
El comportamiento de la
ionización del agua es la base para comprender el concepto de ácido y base. Se
acepta la definición de Lewis, según la cual una base es una sustancia con un
par de electrones disponibles para formar un enlace covalente dativo, mientras
que un ácido es una molécula en la que existe un átomo capaz de aceptar un par
de electrones, ya que posee un orbital externo.
En muchos casos resulta útil la
definición de Bronsted-Lowry, en la que un ácido es una sustancia que puede
ceder un protón y una base aquella que lo acepta. El ácido al perder el protón
se convierte en una sustancia que tiende a recuperarlo, lo que se denomina base conjugada. Las sustancias que
pueden comportarse como ácidos y como bases se denominan sustancias anfóteras. El agua es un ejemplo de
este tipo.
11.1 El pH y el pKa
La acidez de una solución se mide
por la concentración de iones hidronio, o protones, que presente. Esta
concentración abarca el rango desde 1 molar (1 M)-->disolución muy ácida,
hasta una concentración de 10-14 M --> disolución muy básica.
Para evitar el uso de números tan pequeños se decidió convertir estas
concentraciones a una escala logarítmica, denominada escala de pH, que comprende valores desde 0 a 14.
Se define por tanto el pH= -log10[H+], donde [H+] es la concentración molar (número de moles de H+ por
litro de disolución).
Las disoluciones ácidas tendrán
un pH menor a 7, las básicas un pH mayor a 7 y las neutras un pH de 7.
11.2 Las soluciones tampón regulan el pH de la célula
Ciertos grupos funcionales
presentes en las moléculas biológicas pueden comportarse como ácidos o como
bases débiles. Su estado de ionización dependerá de la concentración de
protones del medio. La mayoría de las enzimas contienen estos grupos ionizables,
por eso son importantes en el estado de las mismas las pequeñas variaciones de pH.
Tanto en el medio intracelular
como extracelular será imprescindible una regulación del pH para que las
moléculas puedan operar de manera óptima. Los tampones son sistemas acuosos que tienden a amortiguar los cambios
que se producen en el pH. Están constituidos por un ácido débil y su base
conjugada o viceversa. Por ejemplo, una situación en la que exista un aumento de H+,
estos podrán ser absorbidos por la base conjugada, y si se incrementa la
concentración de OH-, será el ácido débil quien ceda un protón al
medio para que neutralice el ión hidroxilo.
El principal tampón biológico
intracelular es el tampón fosfato, que presenta un pKa de 6,86, y
por lo tanto, es capaz de resistir los cambios de pH entre 5,9 y 7,9.
El principal tampón sanguíneo es
el sistema tampón bicarbonato, compuesto por el ácido débil carbónico y la
base conjugada bicarbonato.
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