LABORATORIO DE BIOQUMICA

SOLUCIONES Y BUFFERES

LABORATORIO DE BIOQUMICA

PRCTICA No.0 SOLUCIONES ACUOSAS

Es pertinente que los estudiantes que van a cursar el laboratorio de bioqumica deben manejar conceptos bsicos como lo son preparacin de soluciones y bferes. Es por ello que se ha establecido un periodo de prcticas en donde el estudiante logre retomar estos conocimientos que (en principio) fueron adquiridos en los primeros semestres. Se pretende que el estudiante adquiera soltura en la resolucin de los problemas, as como desarrollo en aspectos abstractos de los mismos. Se considera esencial el manejo de conceptos como: mol, nmero de Avogadro, molaridad, normalidad, molalidad, % p/v, % v/v, % p/p, constante de equilibrio, pH, pKa, bferes.

A continuacin se presentan una buena cantidad de ejercicios recomendados. Cabe decir, que con la resolucin de estos ejercicios no es suficiente para considerar el alcance de un manejo adecuado de los conceptos, es importante que el estudiante refuerce el conocimiento con textos que aparecen en la seccin de bibliografa.

1.- Disoluciones acuosas

1. Cuntos gramos de NaOH slido se requieren para preparar 500 ml de una disolucin 40 mM? Expresar el resultado es N, g/l y %p/v.

2. Cuntos gramos de H2O se requieren para disolver 150g de NaCl para producir una solucin al 20% p/p?

3. Hallar el volumen de una disolucin 0,4N de H2SO4 que contiene 2,5g del cido en cuestin.

4. Cuntos ml de una disolucin de 10M de NaOH se necesitan para preparar 5ml de una disolucin 2x109 pM?

5. Explicar qu hacer para preparar 4x10-1 L de una disolucin de NaCl 0,2M preparando primero una disolucin madre 1M (100ml).

6. Se toman 2x106 nl de una disolucin KNO3 2x1012 pM y se aade agua hasta 10ml, se agita y se vuelve a tomar 1ml y se aaden 4x109 picolitros de H2O. De esta ltima se toman 5x10-2 ml y se le agregan 9,5 ml de agua. Calcular la concentracin final.

7. Cul es la molaridad del etanol puro? La densidad del etanol es 0.789 g/ml y el PM es 46,07 g/mol. Cul es la molaridad del agua pura?.

8. Se disponen de 20 ml de una disolucin de HCl 5M, a sta se le aaden 15ml de agua destilada, luego se toman 15 ml y se colocan en un cilindro graduado. Posteriormente a una nueva disolucin de HCl 2M (43ml) se le aaden 100 ml de agua; de all se toman 15 ml y se vierten en el cilindro que contena la solucin anterior. Cul es la concentracin de la disolucin resultante?

9. Una solucin contiene 15 g de CaCl2 en un volumen total de 190 ml. Expresar la concentracin de esta solucin en (a) g / l, (b) %(p/v), (c) mg %, (d) M y (e) osmolaridad.

2.- cidos y bases pH, constante de disociacin, titulacin

1. Cul es: a.- La concentracin de iones H+ b.- pH

LABORATORIO DE BIOQUMICA

c.- concentracin de iones OH- d.- pOH

de una solucin 0,001 M de HCl.

2. Calcular: (a) [H+], (b) [OH-], (c) pH y (d) pOH de la disolucin obtenida despus de aadir 100ml de NaOH 0,2 M a 150 ml de H2SO4 0,4 M.

3. Calcular el pH y el pOH de una disolucin obtenida por la adicin de 0.2 g de KOH slido a 1,5 l de HCl 0,02 M.

4. Cuntos ml de H2SO4 0,12 M se requieren para neutralizar exactamente la mitad de los iones OH- que hay en 500 ml de NaOH 0,18 N?.

5. El cido dbil HA, est disociado en un 2,4% en una disolucin 0,22 M. Calcular (a) la Ka, (b) el pH, (c) la cantidad de KOH 0,1 N requerida para neutralizar 550 ml de la disolucin del cido y el nmero de protones en 550 ml de la disolucin.

6. El Ka de un cido dbil HA es 1,6x10-6 Cules son (a) el pH y (b) el grado de ionizacin del cido en una disolucin 10-3 M? (c) Calcular el pKa y el pKb.

7. Calcular los valores correspondientes y dibujar la curva de valoracin de 500 ml de un cido dbil HA, 0,1 M con KOH 0,1 M. Ka = 10-5.

8. Cul es la concentracin final de H+ y el pH de una disolucin obtenida al mezclar 250 ml de cido ctrico 0,1 M con 300 ml de KOH 0,1 M? Los pKa son 3,06; 4,74 y 5,40.

9. El H2SO4 concentrado tiene un 96 % de H2SO4 en peso y una densidad de 1,84 g / ml. Calcular el volumen del cido concentrado requerido para preparar (a) 750 ml de H2SO4 1 N, (b) 600 ml de H2SO4 1 M, (c) 1000 g de una solucin de H2SO4 diluido del 12 % p/p, (d) una solucin de un litro que tenga 6,5 equivalentes por litro y (e) una solucin diluida de H2SO4 de pH 3,8.

10. El HCI concentrado tiene un 37,5 % de HCI en peso y una densidad de 1,19 g / ml. (a) Calcular la molaridad del cido concentrado.

11. Calcular la molalidad del NaOH slido. PM 40 g/mol.

3.- Soluciones bufferes

1. A 100 ml de cido actico 0,3 M cuyo pKa es 4,74 se le aaden 15 milimoles de NaOH. Determnese el pH final. Considerara usted esta mezcla un buffer?. A que pH esta mezcla presentara su capacidad mxima de tamponamiento?

2. HEPES (N-2-hidroxietilpiperazin-N`-2-etanosulfonico) es un buffer orgnico zwitterinico, se utiliza ampliamente en cultivos celulares, en gran parte porque es uno de los mejores bferes para mantener el pH fisiolgico, a pesar de los cambios de concentracin de dixido de carbono (producido por la respiracin celular) en comparacin con los bferes de bicarbonato, que tambin son utilizados en cultivos celulares. La disociacin del agua disminuye con la cada de la temperatura, pero las constantes de disociacin (pKa) de muchos otros bferes no cambian mucho con la temperatura. HEPES es como el agua que en su disociacin disminuye a medida que la temperatura disminuye. Esto hace del HEPES un agente ms eficaz para mantener la estructura y la funcin de enzimas a bajas temperaturas.

LABORATORIO DE BIOQUMICA

Dicho esto prepare 800 ml de una solucin tampn pH 7,3; 200 mM a partir de la sal HEPES (PM 238,51 g/mol y pKa 7,5) y NaOH (PM 40 g/mol).

3. Preparar un litro de una solucin buffer actico-acetato 0,2 M de pH 4 a partir de una solucin de acetato de sodio 0,5 M y una solucin de cido actico 1 M pKa 4,7.

4. Se tiene 100 ml de una solucin 0,1 M de Tris-HCl pH 8,1. Cul sera el pH resultante si a dicha solucin se le agregase 3 ml de HCl 0,5 M?. Cul sera el pH de la misma solucin si se le agregase 3 mg de NaOH? PM 40 g/mol.

5. Cuando se mezclaron 100 ml de cido actico 0,1 M con 50 ml de acetato de sodio 0,1 M se obtuvo una solucin cuyo pH fue de 4,44. Se desea calcular la constante de disociacin de este cido.

6. Tris es el nombre abreviado del compuesto orgnico conocido como tris (hidroximetil) aminometano, de frmula (HOCH2)3CNH2. Es una amina primaria, con la reactividad tpica, por ejemplo la condensacin con aldehdos y el establecimiento de un equilibrio cido-base (responsable de su capacidad tamponante). El Tris tiene un pKa de 8,06, lo que le aporta capacidad tamponante efectiva en un intervalo de pH entre 7,0 y 9,2. La forma de uso ms frecuente se llama Tris base (es la forma bsica, no ionizada, de la amina); en ocasiones se utiliza tambin la forma cida o hidrocloruro (Tris-HCl). Para ajustar el buffer a un pH especfico se puede usar OH- para Tris-HCl o H+ para Tris base, o bien mezclar dos disoluciones de Tris-HCl y Tris base hasta que el pH sea el deseado. El resultado es equivalente en los 3 casos, pero para conseguir la concentracin esperada de buffer debe tenerse en cuenta que las masas moleculares de las formas bsica y cida (hidrocloruro) son diferentes.

La denominacin Tris-HCl, que se usa habitualmente para los bferes, no indica que el buffer se haya preparado con el hidrocloruro de Tris, sino que se puede haber preparado con Tris base y la cantidad precisa de cido clorhdrico para ajustar el pH al valor deseado. Como alternativa, por ejemplo, un buffer Tris-Gly est preparado con Tris base y glicina suficiente para ajustar el pH (el contrain en este caso, en lugar de cloruro, ser la forma aninica de la glicina). Prepare 300 ml de un buffer Tris-HCl 50 mM, pH 9, a partir de la sal Tris base (121, 14 g/mol) empleando adems una solucin de HCl 1 M.

7. A 200 ml de CH3COOH 0,25 M cuya Ka es 1,82x10-5 M se le aaden 150 ml de una solucin de NaOH 0,2 M. Determine el pH de esta solucin.

8. Un buffer contiene cido actico 0,1 M y acetato de sodio 0,1 M. Calclese el pH despus de la adicin de 3 ml de HCl 25 mM a 10 ml de esta solucin.

LABORATORIO DE BIOQUMICA

9. A partir de una solucin 200 mM de cido actico y acetato de sodio 0,2 M cunto debera agregar de uno y otro para preparar 100 ml de un buffer actico acetato 0,2 M pH 4, pH 5, pH 5,6? Cunto debera pesar de acetato de sodio para preparar la solucin indicada inicialmente? Frmula: C2H3O2Na.

10. Se pesan 27,8 g de fosfato de sodio monobsico (NaH2PO4) y se mezclan con 1000 ml de agua. Posteriormente se pesan 53,65 g de fosfato de sodio dibsico (Na2HPO4) en 1000 ml. Qu cantidad debera agregar de una solucin y de otra para obtener 200 ml de un buffer 200 mM pH 6,8? Cul sera el pH de la solucin si mezclo 33 ml de NaH2PO4 y 67 ml de Na2HPO4? pKa1 2,12; pKa2 7,2; pKa3 12,32.

11. MOPS es el nombre comn para el compuesto 2-N-morfolino propanosulfnico, un buffer cido introducido por Bueno et al. en la dcada de los 60. Es un anlogo estructural de MES. Su estructura qumica contiene un anillo de morfolina. Con un pKa de 7.2, MOPS es un excelente buffer para muchos sistemas biolgicos prximo a pH neutro

Ahora bien, prepare un buffer 20 mM 500 ml pH 7 partiendo de una solucin de 1 M del mismo compuesto y 500 ml de una solucin 0,5 M de NaOH. PM. 190,15 g/mol.

12. Describir la preparacin de 3 l de buffer acetato 0,2 M pH 5 partiendo de CH3COO-Na+3H2O slido y una disolucin de 1M de cido actico.

13. Describir la preparacin de 40 litros de buffer fosfato 0,02 M, pH 6,9; partiendo de (a) una disolucin de H3PO4 2M y una de KOH 1M; (b) una disolucin de H3PO4 0,8M y NaOH slido; (c) una disolucin comercial concentrada (14,8M) de H3PO4 y KOH 1M; (d) disoluciones 1M de KH2PO4 y Na2HPO4; (e) KH2PO4 y K2HPO4 slidos.

14. Considerando un buffer que contiene HA 10-3 M y A- 10-3 M a un pH = pKa = 5. Supongamos que se aaden 5x10-4 moles de H+ a 1 litro de buffer. Calcular: (a) las concentraciones exactas de A- y de HA y el pH de la disolucin despus de aadir el HCl. (b) La concentracin de A- y HA y el pH de la disolucin suponiendo que el incremento en la cantidad de HA (y la disminucin de A-) es igual a la cantidad de H+ aadido.

15. Una reaccin catalizada enzimticamente, se analiz en un buffer Tris 0,2 M pH 7,8. Como producto de la reaccin, se formaron 0,03 moles/litro de protones. (a) Cul era la proporcin de Tris+/Tris (cido conjugado/base conjugada) al principio de la reaccin? (b) Cules eran las concentraciones de Tris+ y Tris al principio de la reaccin? (c) Cules fueron las concentraciones de Tris+ y Tris al final de la reaccin? (d) Cul fue el pH final de la reaccin? (e) Cul sera el pH final si no hubiese habido buffer? El pKa del Tris es 8,1.

16. Se tiene 1l de disolucin de fosfato potsico KH2PO4 0,5 M pH 7 qu volumen de cido o base ser necesario para llevarlo a pH 13?. Se dispone de HCl 2N, NaOH 6N y NaOH 3N.

LABORATORIO DE BIOQUMICA

BIBLIOGRAFA:

Segel, Irwin. 1982. Clculos de Bioqumica. Editorial Acribia.

Bohinski, Robert. 1994. Bioqumica. 5ta edicin. Editorial Addison Wesley.

Voet & Voet. 2004. Bioqumica. Tercera edicin. Editorial Mdica Panamericana.

Cox, M. y Nelson, D. 2005. Principios de bioqumica (Lehninger).Cuarta edicin. Editorial Omega.