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ASOCIACIÓN UNIVERSIDAD PRIVADA SAN JUAN BAUTISTA ESCUELA PROFESIONAL DE MEDICINA HUMANA PRACTICA N. O2 JESUS MEJIA TORBISCO CURSO BIOQUIMICA MEDICA

INTRODUCCION

En los organismos vivos se están produciendo continuamente ácidos orgánicos que son productos finales de reacciones metabólicas, catabolismo de proteínas y otras moléculas biológicamente activas. Mantener el pH en los fluidos intra y extracelulares es fundamental puesto que ello influye en la actividad biológica de las proteínas, enzimas, hormonas, la distribución de iones a través de membranas, etc… La manera en que podemos regular el pH dentro de los límites compatibles con la vida son: 1) los tampones fisiológicos y 2) la eliminación de ácidos y bases por compensación respiratoria y renal. Los tampones fisiológicos son la primera línea de defensa frente a los cambios de pH de los líquidos corporales, entre los que destacan: el tampón fosfato, el tampón bicarbonato y el tampón hemoglobina.

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MARCO TEORICO Una propiedad importante de los aminoácidos, consecuencia del hecho de que todos ellos tienen grupos carboxilo (-COOH) y grupos amino (-NH2) es su conducto como electrolitos. Es costumbre considerar los grupos COOH como de naturaleza acìdica y los grupos NH2 como de carácter básico. Hemos estudiado en las clases teóricas el comportamiento de los aminoácidos como iones dipolares y la conducta de ellos durante su titulación con ácido y álcalis de modo que se comportan como verdaderas sustancias tampones, amortiguadores ò buffers, para el sostenimiento del pH del medio interno dentro de estrechos límites (7.35 a 7.45). Explicamos también el comportamiento amortiguador del ion dipolar glicina al añadirle iones H+ o al añadirle OH- impidiendo las variaciones bruscas del pH sanguíneo. La representación de un aminoácido tal como la glicina por la fórmula NH2CH2COOH sugiere que se trata de una sustancia en la que el grupo amino actúa como una base conjugada y el grupo COOH como un ácido. Se ha observado, sin embargo, que esta formulación no es la correcta del estado iónico de un aminoácido en solución acuosa. La verdadera representación es aquella que dimos del ion dipolar (A) y que es la siguiente: (Estructura A) R

H C COOH Estructura (A)

NH3

H Estructura (B)

R C COONH2

Y que es la forma en la cual se encuentran en el torrente circulatorio, es decir, al pH fisiológico (7.4) los grupos carboxilo existen como la base conjugada, esto es, como ión carboxilato R-COO-; y al mismo pH, la mayoría de los grupos amínicos están predominantemente en la forma protónica R-NH3+ La estructura (A) iónica es la prevalente en la sangre y en la mayoría de los tejidos. La estructura (B) no puede existir a ningún pH. La conveniencia nos enseña sin embargo que la estructura (B) se use por razones didácticas y para explicar la mayoría de las ecuaciones que entrañan reacciones distintas a las de los equilibrios protónicos. La contribución más importante a la conducta de una proteína como electrolito procede de los grupos ionizables existentes en las cadenas laterales de los aminoácidos. La curva de titulación de una proteína ò aminoácido con ácido ò álcali vendrá determinada en gran medida por el número de cada uno de estos grupos ionizables de las cadenas laterales de sus unidades de aminoácidos. Por estas razones las soluciones de proteínas tienen una poderosa capacidad tampón.

Esta propiedad amortiguadora es de importancia decisiva en los sistemas biológicos y ha sido estudiada con especial cuidado con relación a los amortiguadores de la sangre humana cuyo pH es controlado dentro de estrechos límites, tal como les expliquè en la clase teórica. Les dije que los valores de pH sanguíneo varían dentro de lo normal entre

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7.35 a 7.45, cuando la sangre alcanza valores por debajo de 7.35 se produce acidosis; y cuando los valores de pH se elevan por encima de 7.45 se produce alcalosis. La sangre contiene otros dos sistemas tampones que son: 1) El Sistema bicarbonato/Acido carbónico (pK: 6,1) 2) El sistema fosfato monosòdico/disòdico (pK: 6,8) La proteína más importante de la sangre del ser humano es la Hemoglobina que tiene gran capacidad tampón en la proximidad del pH 7.4, lo cual se debe a su elevado contenido de histidina (grupo imidazol) Aproximadamente el 60% de la capacidad tampón de la sangre total se debe a la Hb, y un 20% es atribuible a las proteínas del plasma (seroalbùminas y globulinas). Recordemos que según lo propuesto por Bronsted: un ácido es una sustancia que al ionizarse genera iones Hidrógeno, H+, una base es toda sustancia capaz de aceptar estos iones hidrógeno. Como los àcidos ceden protones y las bases los captan, a cada ácido le corresponde, como es lógico, una base conjugada. Es decir, si un ácido cede un protón, el ion, así formado, puede captarlo de nuevo comportándose como base. Por lo tanto, los procesos de cesión ò captura de protones transcurren de forma reversible: Acido

Cesiòn de protones AH captación de protones Base

A-

+

H+

El ácido y la base conjugada forman un par ácido/base. Las soluciones que contienen àcidos débiles y sus sales se llaman soluciones tampón, buffers ò amortiguadores. Su finalidad es impedir ò amortiguar las bruscas variaciones del pH. El pH de una solución amortiguadora puede calcularse utilizando la ecuación de Henderson-Haselbach: SAL pH = pK + log -----------ACIDO A partir de esta ecuación se deduce que el pH de una disolución tampón depende de la naturaleza del àcido que la integra y de la proporción entre la sal y el àcido (logaritmo de la relación entre ambos) y no de las concentraciones absolutas de cada uno de estos componentes. La eficacia amortiguadora es máxima cuando el cociente de la relación sal/àcido es próximo a la unidad. El objetivo de la presente pràctica es demostrar la capacidad tampón de un sistema amortiguador empleando un àcido débil y la sal del àcido débil y estudiar la curva de titulaciòn ò valoración de un àcido débil HA, como el àcido acètico (0.1N) y una base fuerte NaOH 0.1N y las variaciones del pH con respecto a diferentes proporciones relativas

entre la sal y el àcido de una solución tampón. (el pKa del àcido acètico es 4.76) antes de agregar la base, el pH se debe solamente a la presencia del àcido. Pero tan pronto como se añade algo de la base (NaOH 0.1N), ésta reacciona con una cantidad equivalente del àcido y forma una cantidad equivalente de sal y agua. El àcido débil más su sal disuelta constituyen una solución tampón (par amortiguador), cuyo pH puede calcularse mediante el uso de la ecuación de H-H: pH = pK – log sal/àcido. Se determinará el pH con el potenciómetro y se evaluarán los cambios en el pH con la adición de volúmenes definidos de una base conocida (NaOH 0.1N). Graficaremos en un sistema de coordenadas cartesianas los valores de pH vs los ml de base agregados y obtendremos así la curva de

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titulaciòn para el àcido. Se empleará el equipo potenciómetro para determinar el pH, instrumento que determina el pH en función de la fuerza electromotriz (p de Nernst) de una celda formada por un electrodo de referencia, la solución problema y un electrodo de vidrio muy sensible a los hidrogeniones.

OBJETIVO

Determinar como funciona una solución de tampón , asi como la importancia de los tampones fisiológicos en el organismo humano

MATERIALES Potenciómetro. Beakers de 50 ml de vidrio (11 para cada mesa de trabajo). Baguetas de vidrio (3 por cada mesa). Pipetas de 10 ml graduadas 1/10 (3 por cada mesa). Agua destilada. Solución de CH3-COOH 0.1N. Solución de NaOH 0.1N. Papel milimetrado ò cuadriculado

PROCEDIMIENTO

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PARTE EXPERIMENTAL: Mezclar los volúmenes de CH3-COOH 0.1N y de NaOH 0.1N con agua destilada señalados en la tabla siguiente, mezclar bien y luego medir el pH en cada uno de los 11 beakers con el potenciómetro: BEAKER N.

AC.ACETICO 0,1 N (ml)

NaOH 0,1 N(ml)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

AGUA DESTILADA (ml) 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

pH

En cada mesa los alumnos construirán su gráfica de valoración colocando en las coordenadas los valores de pH en orden creciente y en el eje de las abscisas los volúmenes de NaOH 0.1N añadidos en cada beaker.

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CONCLUSIONES Un aspecto fundamental en la fisiología de todos los organismos es la homeostasis o capacidad para mantener una situación de equilibrio dinámico favorable. En este fenómeno tiene gran importancia los sistemas amortiguadores que equilibran la presencia de sustancias ácidas y básicas para mantener el pH dentro de los límites fisiológicos. Los objetivos de la presente práctica son el conocimiento de conceptos elementales (ácido, base, pH, pK, amortiguador, etc.) así como entender la base química del funcionamiento de los tampones fisiológicos.

CUESTIONARIO 1.- Graficar la curva de valoración del àcido acètico 0.1N vs. NaOH 0.1N. 2.- Identificar el punto de semi-valoraciòn y máxima capacidad tampón. 3.- Explique que es un par tampón, como funciona y porqué las proteínas sanguíneas son amortiguadores. Un tampón, buffer, solución amortiguadora o solución reguladora es la mezcla en concentraciones relativamente elevadas de un ácido débil y su base conjugada, es decir, sales hidrolíticamente activas. Tienen la propiedad de mantener estable el pH de una disolución frente a la adición de cantidades relativamente pequeñas de ácidos o bases fuertes. Este hecho es de vital importancia, ya que meramente con un leve cambio en la concentración de hidrogeniones en la célula se puede producir un paro en la actividad de las enzimas. Las proteinas tienen un comportamiento anfótero y ésto las hace capaces de neutralizar las variaciones de pH del medio, ya que pueden comportarse como un ácido o una base y por tanto liberar o retirar protones (H+) del medio donde se encuentran.

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4.- Describa las principales sustancias amortiguadoras del organismo humano. Saliva pH 6 – 7 Jugo gástrico pH 1 – 3.5 Jugo pancreático pH 8 – 8.2 Bilis pH 7.8 Leche pH 6.5 – 7 Orina pH 7.4 - 8.4 Sangre pH 7.33 - 7.45 Líquido ruminal pH 5.5 – 7 Líquido abomasal pH 2 – 3 Fluido vaginal pH 3.8 - 4.5 Semen masculino pH 7.2 - 8.0 Secreción intestinal pH 7.5 – 8 Sudor pH 5.5 Líquido Amniótico pH 7 - 7.5 Lágrimas pH 7.5 Vomito pH 3.8 Heces pH 6 – 7 Cerumen pH 6.1 Plasma sanguíneo pH 7.40

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BIBLIOGRAFIA 

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Rodríguez-Segade M, Sánchez A (eds): “Bioquímica Clínica”, 1ª ed. Editorial

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Alhambra (Madrid, España), pp. 529 – 552.

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Berezov TT, Korovkin BF (1992): Blood. En Berezov TT, Korovkin BF (eds):

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“Biochemistry”, 1ª ed. Editorial Mir Publishers Moscow (Moscú, Rusia), pp. 415 –

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