BIOQUIMICA I

CAPTULO I

EL AGUA Y SOLUCIONES ACUOSASI . Propiedades del aguaII. cidos, Bases y BuffersIII. Problemas y aplicacionesI. Propiedades del aguaA. Estructura e interacciones1. Geometra2. Enlaces Hidrgeno3. Propiedades Fsicas4. Conductividad, autoionizacin y otras propiedades qumicas.B. El agua como solvente1. Polaridad2. Propiedades anfipticas3. Movilidad de protones (iones Hidronio e Hidroxilo)II. Acidos, bases y buffersA. Reacciones cido-base1. Definiciones2. Fuerza de un cido: constante de disociacin3. El pH: concentraciones relativas de cidos y basesB. Buffers1. Qu es un buffer ?2. Como escoger y preparar un buffer BIOQUIMICA ICAPITULO I: AGUA

4PROPIEDADES DEL AGUAAlto punto de ebullicinSolvente universal Molcula dipolarCarga neta 0 Tensin superficial: debido a la interaccin dipoloDensidad del hielo menor que la del agua lquidaEl hielo tiene propiedades aislantes

5

Estructura del hielo: Los tomos de oxgeno e hidrgeno estn en rojo y blanco respectivamente.LA MOLCULA DE AGUA ES POLAR Y FORMA ENLACES DE HIDRGENOEl Oxgeno del agua posee una hibridacin sp3 dando una unin H-O-H de 104.5 (menor a la de un tetraedro por repulsin de e- del O), y no de 90 (si los H estaran unidos a los orbitales 2py y 2pz).El oxgeno es ms electronegativo que el H y por tanto el enlace O-H es polar.La carga parcial del oxgeno es de -0.82 y la del hidrgeno de +0.41 debyes,produciendo un dipolo permanente.La interaccin entre las dbiles cargas parciales del oxgeno y las del hidrgeno forman los enlaces hidrgenoEl enlace hidrgeno tiene una fuerza de 4Kcal/mol y por estabilidad se encuentra en forma colinear.

7

Estructura de la molcula de agua El permetro representa la envoltura de Van der Waals de la molcula (los componentes que se atraen estn balanceados con los que se repelen). El modelo esquemtico de la molcula indica los enlaces covalentes.(Tomado de la Bioqumica de Voet)

Enlace de hidrgeno entre dos molculas de aguaLa fuerza de la interaccin es mxima cuando el enlace covalente O-H apunta directamente hacia una nube de un par de electrones del tomo de oxgeno al que se une el hidrgeno.LOS ENLACES DE HIDRGENO SON IMPORTANTES EN LOS SISTEMAS BIOLGICOSSe forma cuando un tomo de H (unido de modo covalente a un O o N) se encuentra entre 0.27 y 0.30nm de un tomo de O o N.Un enlace C-H no forma enlaces de hidrgeno.Un enlace S-H puede formar enlaces dbiles de hidrgeno.Pueden ser intramoleculares (dentro de una molcula) o intermoleculares (entre molculas).La estabilidad en las dos formas anteriores es casi igual, razn por la que la ventaja energtica en el intercambio del tipo de enlace es muy pequea.10LOS ENLACES DE HIDRGENO SON IMPORTANTES EN LAS PROPIEDADES FISICAS DEL AGUACada molcula de agua puede formar cuatro enlaces de H, formando con ellos redes extensas.Cada molcula de agua est unida en promedio con otras 3.4, y su agrupacin vara entre 10-8 y10-11 seg.La densidad del agua es irregular: la densidad disminuye a 0C debido a que las molculas se hallan unidas por los enlaces hidrgeno, lo que hace que se formen cristales y esto reduzca la cintica molecular.Otros efectos de los enlaces de hidrgeno son el alto calor de vaporizacin y de fusin11LOS IONES ALTERAN LA ESTRUCTURA DEL AGUA EN ESTADO LQUIDOPor su polaridad y capacidad de formar enlaces de hidrgeno el agua acta rpidamente con solutos polares.En solucin, la esfera de solvatacin (capa de molculas de agua) rodea cada in del soluto.La atraccin por las cargas del in es tan fuerte como los enlaces de hidrgeno. Los iones disueltos alteran la estructura del agua: - El tiocianato destruye la estructura porque incrementa la movilidad y entropa. -El fosfato es constructor: disminuye la movilidad y entropa al interior de las molculas.12MOLECULAS APOLARES NO SON SOLUBLES EN AGUALas substancias apolares y los hidrocarburos no se disuelven en agua.Esto se debe a que las interacciones agua-agua son ms fuertes que las agua-hidrocarburo y las obliga a ubicarse en un solo lugar.Las substancias apolares son hidrofbicas (se repelen con el agua y son solubles en disolventes orgnicos)Las substancias polares son hidroflicas (afines a y solubles en agua y compuestos polares).13AUTOIONIZACIN DEL AGUAEl agua presenta conductividad elctrica debido a sus iones, ya que surgen porque el agua puede ser donador o aceptor de un protn con si misma. Esto es la autoionizacin. El hidrgeno se puede donar a una molcula de agua cercana unindose a electrones no compartidos del oxgeno. Esta misma molcula donadora puede aceptar un hidrgeno de una molcula distinta en estado H30+ o H2O. As, una molcula de agua puede actuar como cido generando una base conjugada: H-O-H + H-O-H H30+ (hidronio)+ OH- (hidroxilo)La constante de equilibrio es: Kc= [H+] [OH-] / [H2O] 14

Solvatacin de los iones negativos y positivos segn la orientacin de las molculas de aguaLa concentracin del agua es 55,6 molar, por lo que se deduce que: 55,6 M = [H2O]. As, Kw es igual a multiplicar Kc por la molaridad: Kw = Kc (55.6) = [H+] [OH-]. La constante Kw se denomina constante del producto inico del agua; a 25 grados centgrados su valor es de 1.0 x 10-14 . Este valor es una constante real, por lo que permanece valida aunque cambien las concentraciones de los iones: si [H+] es mayor que [OH-] se producir una solucin cida, mientras que si [OH-]es mayor que [H+] habr una solucin alcalina.Estas dos concentraciones son recprocas: nicamente cuando son iguales la solucin ser neutra. 16CONCEPTO ACIDO - BASELos pares de electrones libres del oxgeno de la molcula de agua determinan el comportamiento de la misma.Segn Bronsted & Lowry:Acido.- Sustancia capaz de donar un protn al solvente formando el in hidronio (H3O+)

Base.- Sustancia capaz de aceptar un protn del solvente y formar el in hidroxilo (OH-)

17CONSTANTE DE DISOCIACINSoluciones cidas.-HX --> H+ + X- cido base conjuga

Constante cida: Ka = [H+] [X-] / [HX]Mientras ms bajo sea el valor de Ka, ms dbil es el cido.H - C --> no se ionizaH - O --> se ionizaDel valor de Ka se calcula [H+] en una solucin cidaSi Ka es bajo no se utiliza la ecuacin cuadrtica18Soluciones alcalinas.-

NH3 + H2O --> NH4 + OH- base cido acido base conjugado conjugadaConstante bsica: Kb = [NH4+] [OH-] * [ NH3] [H2O]* El trmino [H2O] al ser constante, es incorporado dentro de la constante de equilibrio: Kc [H2O] = Kb = [NH4+] [OH-] / [ NH3]

19RELACIN CIDO-BASE CONJUGADOSSi un cido es de carcter fuerte, su base conjugada ser relativamente dbilNH4+ --> NH3. + H+ (1)

Si la base es de carcter dbil, su cido conjugado es relativamente fuerte. NH3 + H2O --> NH4+ + OH- (2)

20PRINCIPIO DE EQUILIBRIO QUMICONH4+ --> NH3. + H+ (1)

NH3 + H2O --> NH4+ + OH- (2)

Si: reaccin (1) + reaccin (2) = reaccin (3)entonces, K1 x K2 = K3por tanto, Ka x Kb = Kw

Kw= constante de disociacin del agua21pH - MEDIDA DE ACIDEZpH = - log [H+] = log 1 [H+]

Kw= [H+] [OH-] = 1.0 X 10-14

pH < 7.0 --> [H+] > [OH-] cido

pH = 7.0 --> [H+] = [OH-] neutro

pH > 7.0 --> [H+] < [OH-] bsico

22SOLUCIONES TAMPN (buffers)Son mezclas de cidos dbiles con sus sales o de bases dbiles con sus sales, debido a que estas soluciones resisten a un cambio en la [H+] al aadir cantidades pequeas de cidos o bases (fuertes).Existe una relacin entre el pH y el pKa, que es el pH al cual se disocia la mitad de un cido. K= [H+] [A-] pK = -log K [HA]Ecuacin de Henderson-Hasselbach pH = pKa + log ([A-]/ [HA])23