Tema 5.

Regulación del pH. Soluciones amortiguadoras y su mecanismo de regulación del pH. Ecuación de Henderson-Hasselbach. Estudio de los principales amortiguadores biológicos. Acidosis y Alcalosis

Profa. María Jesús Sánchez del Pino

Bibliografía:

Mathews CK, van Holde KE, Ahern KG. Bioquímica (3ª ed.), McGraw-Hill. Interamericana, 2002

Devlin TM. Bioquímica (4ª ed.), Ed. Reverté S.A., 2004

¿Es importante mantener dentro de unos límites los valores de pH?

¿Cómo se controlarán las variaciones de pH?

SISTEMAS AMORTIGUADORES,

TAMPONES O BÜFFER

Una solución amortiguadora está formada por:

Ácido débil y sal conjugada de dicho ácido con base fuerte (más frecuente en nuestro organismo)

O bien por

Base débil y sal conjugada de dicha base con ácido fuerte

Capacidad o Eficacia amortiguadora

Cantidad de ácido o de base que hay que añadir a una solución amortiguadora para que varíe el pH en una unidad

¿De qué depende esta eficacia?

1.Concentraciones absolutas del sistema

2.Proporción relativa de las formas disociadas y no disociadas próxima a la unidad

CH3-COOH (ácido acético) / CH3-COONa (acetato sódico)

¿Cómo funciona un sistema amortiguador?

CH3-COOH CH3-COO- + H+

CH3-COONa CH3-COO- + Na+

ión acetato

CH3-COOH CH3-COO- + H+

CH3-COONa CH3-COO- + Na+

Si aumenta la [H+]:

CH3-COOH CH3-COO- + H+

CH3-COONa CH3-COO- + Na+

Si disminuye la [H+]:

Cálculo del valor de pH de una solución amortiguadora: Ecuación de Henderson-Hasselbach

AcH + H2O Ac- + H3O+

Kc x [H2O] = [H3O+] x [Ac-]

[AcH] = Ka

Kc =[H3O+] x [Ac-]

[H2O] x [AcH]

Ka =[H+] x [Ac-]

[AcH]

= [H+] [Ac-]

[AcH]

Si aplicamos logaritmos:

log Ka = log [H+] +

[Ac-]

[AcH]

log

[H+] = - log - log Ka +[Ac-]

[AcH]

log

pH = pKa + log[Ac-]

[AcH] = pKa + log

[SAL]

[ÁCIDO]

Factores de los que depende una solución amortiguadora:

1. Naturaleza del ácido (débil: Ka bajo)

2. Temperatura

3. Relación sal / ácido (pH próximo a pKa): 10-100

Eficacia amortiguadora

-2 -1

50

pK 1 2

19

91

99

50% de sal corresponde a pH = pK

91% de sal corresponde a pH = pK + 1

99% de sal corresponde a pH = pK + 2

9% de sal corresponde a pH = pK – 1

1% de sal corresponde a pH = pK -2

50 moléculas de ácido acético

50 moléculas de acetato sódico

pH = pKa}

1. Añadimos 41 moléculas de ClH

91 moléculas de ácido (50+41)

9 moléculas de sal (50-41)

pH = pK - 1

2. Añadimos 41 moléculas de NaOH

91 moléculas de sal (50+41)

9 moléculas de ácido (50-41)

pH = pK + 1

Principales amortiguadores biológicos

1.Plasmáticos

1.1. amortiguador de fosfato

1.2. amortiguador de bicarbonato

1.3. sistema amortiguador de las proteínas

2. Globulares: Hemoglobina

pH en la sangre arterial es de 7,40 y de 7,35 en sangre venosa

PO4H3

Tampón Fosfato

PO4H2- + H+

pKa 2,14 sal/ácido = 2x105/1

PO4H2- + H+

pKa 6,7 sal/ácido = 4/1

PO4H2- PO43- + H+

pKa 12,7 sal/ácido = 1 / 2x105

PO4H2-

Tampón Bicarbonato

CO3H2 CO3H- + H+

pKa 6,37 sal/ácido = 20 /1

CO2 + H2Oanhidrasa carbónica

pH = pKa + log[CO3H-]

pCO2 x

Tampón Hemoglobina

HbH Hb- + H+

Hemoglobina desoxigenada

HbO2H HbO2- + H+

Hemoglobina oxigenada

HbH + O2HbO2HpH ácido

pH básico

EFECTO BÖHR

Hb- / HbH = 1/4

HbO2-/ HbO2H = 4/1

pKa = 8,9

pKa = 6,7

Acción conjunta de los tampones Hemoglobina y Bicarbonato

Hb- + H+HbO2- + H+

HbH + O2HbO2HpH ácido

pH básico

CO3H2 CO3H- + H+CO2 + H2O

1. Si aumenta [H+]: baja pH

Hb- + H+HbO2- + H+

HbH + O2HbO2HpH ácido

pH básico

CO3H2 CO3H- + H+CO2 + H2O

2. Si baja [H+]: aumenta pH

Acción conjunta de los tampones Hemoglobina y Bicarbonato

ALTERACIONES DEL pH: ACIDOSIS Y ALCALOSIS

1. ACIDOSIS METABÓLICA: Aumento en la producción de ácidos orgánicos.Ejemplos: diabetes mellitus, hipertermia, aumento del catabolismo proteico, etc.

El organismo responde compensando a nivel respiratorio aumentando la ventilación (hiperpnea) y a nivel renal reteniendo CO3H- o eliminando H+ por orina (acidificación de la orina).

2. ACIDOSIS RESPIRATORIA: Se retiene CO2 y se produce un aumento de la concentración de H+.Ejemplos: insuficiencia respiratoria, hipoventilación, enfisema, bronquitis crónica, etc.

El organismo responde aumentando la reabsorción de CO3H- a nivel renal.

ALTERACIONES DEL pH: ACIDOSIS Y ALCALOSIS

3. ALCALOSIS METABÓLICA: se presenta con un aumento del pH al incrementarse la pérdida de ácidos.Ejemplos: vómitos de repetición (pérdida de ClH)

El organismo responde compensando a nivel respiratorio disminuyendo la ventilación, con lo que aumentará la pCO2, y a nivel renal aumentando la excreción de CO3H- (alcalinización de la orina).

4. ALCALOSIS RESPIRATORIA: Se produce un aumento de la eliminación de CO2 y, por lo tanto, una disminución en la concentración de H+.Ejemplos: hiperventilación, histeria, hipo, etc.

El organismo responde aumentando la eliminación de CO3H- a nivel renal.