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BIOL 4545

BIOQUÍMICA DE LA CÉLULA

EXPECTATIVAS: ¿Que usted espera aprender en esta clase?

BIOL 4545

BIOQUÍMICA DE LA CÉLULA

11.08.2014

AGUA Y pH

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE:

• Apreciar la importancia del agua en los sistemas vivos. • Explorar la importancia de la polaridad de la molécula de agua y los enlaces de hidrógeno en las interacciones moleculares. • Entender y aplicar conceptos de la ionización del agua, ácidos y bases débiles. • Familiarizarse con la escala de pH, su significado e implicaciones fisiológicas • Entender y aplicar el concepto de un par conjugado ácido-base, incluyendo la aplicación de este concimiento para evaluar una curva de titulación • Explorar la importancia de los sistemas que amortiguan los cambio en pH en sistemas biológicos

EVOLUCIÓN LA DIVERSIDAD DE LA VIDA EVOLUCIONÓ A LO LARGO DEL TIEMPO POR UN PROCESO DE MUTACIÓN, SELECCIÓN Y CAMBIO GENÉTICO

FORMA Y FUNCIÓN UNIDADES BÁSICAS DE ESTRUCTURA DEFINEN LA FUNCIÓN DE LOS ORGANISMOS VIVOS

FLUJO, INTERCAMBIO Y ALMACENAJE DE INFORMACIÓN EL CRECIMIENTO Y EL COMPORTAMIENTO DE LOS ORGANISMOS ESTA ACTIVADO A TRAVÉS DE LA EXPRESIÓN DE INFORMACIÓN GENÉTICA EN SU CONTEXTO

TRANSFORMACIONES DE ENERGÍA Y MATERIA LOS SISTEMAS BIOLÓGICOS CRECEN Y CAMBIAN POR PROCESOS BASADOS EN TRANSFORMACIONES QUÍMICAS DOMINADAS POR LEYES TERMODINÁMICAS

SISTEMAS LOS SISTEMAS VIVOS INTERACTÚAN Y ESTÁN INTERCONECTADOS

CONCEPTOS CENTRALES DEL CONOCIMIENTO BIOLÓGICO

CÉLULA EUCARIOTA

http://www.uvm.edu/~inquiryb/webquest/fa06/mvogenbe/Animal-Cell.jpg

CÉLULA

FLUÍDO INTRACELULAR: CYTOSOL O CYTOPLASMA

70% volumen de la célula

66% agua del cuerpo

40% peso del cuerpo

http://us.123rf.com/400wm/400/400/cornelius30/cornelius300703/cornelius30070300009/799862-blue-earth.jpg

AGUA LA SUBSTANCIA MÁS ABUNDANTE EN LOS SISTEMAS VIVOS

http://media.memrise.com/img/400sqf/from/uploads/course_photos/3392_stock-photo-6466951-human-body-of-a-man-with-muscles.jpg

HASTA 75% 70%

PROPIEDADES DEL AGUA: POLARIDAD ASIMETRÍA ELÉCTRICA

http://www.cultivatecuriosity.com/wp-content/uploads/2012/11/water.jpg

AGUA: ENLACES DE HIDRÓGENO

http://131.91.162.18/nasa/files/images/module_3/HydrogenBond.gif

PROPIEDADES DEL AGUA: FASES

RED CRISTALINA DEL HIELO

+ TEMPERATURE + ENTROPY

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/165/169061/GIFS/AACQJAL0.JPG

ENLACES DE HIDRÓGENO: FUERZAS COHESIVAS ENLACES DE HIDRÓGENO EN SISTEMAS BIOLÓGICOS DIRECCIONALIDAD DE ENLACES DE HIDRÓGENO

ENLACES DE HIDRÓGENO ENTRE OTRAS MOLÉCULAS

AGUA COMO SOLVENTE POLAR INTERACCIONES ELECTROESTÁTICAS CON SOLUTOS

AGUA: INTERACCIONES HIDROFÓBICAS

HIDROFÍLICO

HIDROFÓBICO

AGUA COMO REACTANTE

CONDENSACIÓN

HIDROLISIS

+ + 6H2O C6H12O6 6O2 6CO2

2H2O + + 2A light

O2 2AH2

OXIDATION

REDUCTION

¡EXPLORA! Dibuje tres moleculas de agua

interactuando entre sí

IONIZACIÓN DE AGUA, ACIDOS Y BASES DÉBILES

IONIZACIÓN DE AGUA PURA

H3O+

ION DE HIDRONIO

IONIZACIÓN REVERSIBLE CONSTANTE DE EQUILIBRIO

PRODUCTO IÓNICO DE AGUA

En agua pura a 25OC

[H2O] = 55.5 M

Keq = 1.8 x 10-16 M* *Determinado por conductividad elécrtica

KW: producto ionico del agua

KW = [H+] [OH-]

pH Neutral

PRODUCTO IÓNICO DE AGUA: BASE DE LA ESCALA pH

PRODUCTO IÓNICO DE AGUA: BASE DE LA ESCALA pH

[H+] = 1 x 10-7 M

  Si dos soluciones difieren por 1 unidad de pH, una solución va a tener [H+] 10 veces mayor que la otra.   No nos dice la magnitud absoluta de la diferencia

pH LOGARÍTMICO, NO ARITMÉTICO

pH COMO HERRAMIENTA DIAGNOSTICA

pH de la sangre y orina de pacientes utilizado comunmente en diagnosticos médicos

ACIDOSIS: pH de la sangre debajo del valos normal de 7.4 en pacientes con casos severos de diabetes.

ALKALOSIS: pH de la sangre mas alto de lo normal. Ambas condiciones pueden ser letales.

IONIZACIÓN DE ÁCIDOS Y BASES DÉBILES

Ácidos y bases débiles juegan un papel importante en el metabolismo y la regulación de sistemas biológicos

Ácido Donante de protones (H+)

Ka = CONSTANTE DE IONIZACIÓN O CONSTANTE DE DISOCIACIÓN DE UN ÁCIDO

Base Aceptador de protones (H+)

PAR CONJUGADO DE ÁCIDO-BASE

PAR CONJUGADO DE ÁCIDO-BASE

pKa = ANÁLOGO AL pH Mientras mas fuerte el ácido, mas fuerte la tendencia de perder un

protón, menor será su pKa

CURVA DE TITULACIÓN DE ÁCIDOS Y BASES DÉBILES

CURVA TITULACIÓN: pH vs. OH- (o H+) añadido para determinar el pKa de un ácido (o base) debil

pKa :

AMORTIGUANDO CAMBIOS DE pH EN SISTEMAS BIOLÓGICOS

“BUFFER” : Sistema aquoso que tiende a resistir cambios de pH cuando pequeñas cantidades de ácido

o base son añadidos

SISTEMA DE “BUFFER” DEL PAR ÁCIDO ACÉTICO-ACETATO

ECUACIÓN HENDERSON-HASSELBALCH RELACIÓN ENTRE pH, pKa Y CONCENTRACIÓN DE “BUFFER”

ECUACIÓN HENDERSON-HASSELBALCH

IONIZACIÓN DE HISTIDINA SISTEMA DE “BUFFER” DE BICARBONATO

AMORTIGUANDO CAMBIOS DE pH EN SISTEMAS BIOLÓGICOS

pH 5 pH 7

* VER EJEMPLO 2.6 “PHOSPHATE BUFFERS”, PG. 65*

 HISTIDINA: Amino ácido, componente de proteínas  pKa = 6.0  Protonado y de-protonado cerca de pH neutral  En proteinas facilita reacciones enzimaticas al servir como donante/aceptador de electrones.  His-tag: herramienta experimental

 Effectivo cerca del pH fisiológico de 7.4  H2CO3 de la sangre está en equilibrio con una gran reserva de CO2 (gaseoso) de los pulmones  pH determinado por la concentración de HCO3

- en la fase acuosa y la presión parcial de CO2 en la fase gaseosa