QUÍMICA BIOLÓGICA

HISTORIA. CONCEPTO. FINALIDAD. METODOLOGÍA.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CÉLULA. BIOELEMENTOS

Y BIOMOLÉCULAS. EQUILIBRIO IÓNICO. pH

I. ANTECEDENTES HISTÓRICOS DE LA BIOQUÍMICA

Los seres vivos son un conjunto complejo de compuestos químicos que están

participando constantemente en una serie de reacciones interrelacionadas. Para

comprender la química de la vida, es necesario tener un conocimiento de los principios

químicos fundamentales. Los avances bioquímicos se dan rápidamente desde el S. XVI

hasta el XVIII; a principios del S. XIX el mundo se dividía en términos generales en

VIVO “orgánico” y MUNDO NO VIVO “inorgánico”.

Los orígenes de la bioquímica se remontan a los escritos de VON

HOHENHEIM (1493–1541) quien incorpora sus conocimientos de la química a la

medicina, conocida como “química médica”, y fue el primero en proponer que los

procesos vitales eran esencialmente químicos.

En el S. XVII, JOHANN RUDOLPH GLAUBER (1604–1670), ROBERT BOYLE

y otros sentaron los cimientos de la química científica y prepararon el terreno para la

“revolución de la química”. Con los estudios de KARL SCHEELE (1742–1786) y

ANTOINE LAVOISIER (1743–1794) surgen las bases científicas de la bioquímica

descriptiva y dinámica. Scheele aisló un gran número de sustancias como el ácido

cítrico a partir del jugo de limón; el ácido láctico, de la leche agria; el ácido tartárico, del

vino; el ácido málico, de la manzana; y el ácido úrico, de la orina. Estos y otros aportes

dieron origen a la química como ciencia, aunado al desarrollo del concepto de oxidación

por Lavoisier y el enunciado de la teoría atómica por DALTON (1766–1844).

El análisis de numerosos productos aislados de las plantas y animales

demostró que contenían carbono. El estudio de la estructura de estos compuestos se

convirtió en la tarea de la química orgánica y, hacia finales del S. XIX se había obtenido

en el laboratorio muchos de los compuestos presentes en las sustancias biológicas.

La diferencia entre lo viviente y lo no viviente se atribuía a la acción de una

fuerza vital, lo que llevó a considerar que las esferas orgánica e inorgánica obedecían a

leyes muy diferentes, una teoría que se conoce como VITALISMO. Esta teoría sostenía

que la urea sólo se podía obtener a partir de la orina de organismos vivos. Sin embargo

FRIEDERICH WÖHLER (1800–1882), al sintetizar la urea demostró que una sustancia

de los organismos vivos podía ser sintetizada en el laboratorio, mediante calentamiento

de cianato de amonio.

El investigador MIESCHER (1844–1895) descubre los ácidos nucleicos. El punto

culminante en el desarrollo de la bioquímica nace de los trabajos de EMIL FISCHER

(1852–1919), quien hizo contribuciones importantes como la comprensión de las

enzimas (estructura llave–cerradura) y la estructura y síntesis de los principales

componentes de la materia viva: azúcares, grasas y proteínas. El científico CHEVREUL

(1786–1889) estudió la estructura de los lípidos.

Los trabajos de Lavoisier aclaran la naturaleza de la respiración animal y la

relación de este fenómeno fisiológico con la producción de calor corporal. Hecho que

sirvió de base a ROBERT MAYER (1814–1878) para la formulación de la ley de

conservación de energía y establecer los fundamentos de la termodinámica.

Inicialmente se creía que la combustión de los alimentos ocurría en los pulmones; luego

LIEBIG, creador de la química fisiológica, fijó el proceso en la sangre; PFLÜGER

demostró que eran los tejidos el lugar donde acontecía este proceso.

Además del proceso respiratorio, otro fenómeno fisiológico, la digestión, ocupó

la atención de los pioneros de la bioquímica. Los trabajos iniciales corresponden a VAN

HELMONT, que postula una teoría química de la digestión de los alimentos en

animales. La prueba experimental decisiva de este punto de vista se debe a las

investigaciones de RÉAUMUR y SPALLANZANI (1729–1757) y a los trabajos de

SCHWANN (1810–1882); finalmente KÜHNE, propuso en 1878 el término de enzima y

otros conceptos sobre las enzimas digestivas.

Con IVAN PAVLOV (1849–1936) se alcanzó el desarrollo de la cirugía

experimental. La producción de la diabetes experimental por extirpación del páncreas es

una prueba de la estrecha relación entre la fisiología y la medicina. Otro proceso

biológico que marcó un gran impacto sobre el desarrollo de la bioquímica fue la

fermentación de PASTEUR, quien desarrolló la ciencia de la microbiología. La creencia

en la “generación espontánea” estaba también muy extendida antes de la mitad del S.

XIX; la aparición de gusanos en carne en putrefacción o de microorganismos en otros

materiales en descomposición se atribuía a la formación de nuevas formas de vida. En

1862, Pasteur demostró que los microorganismos no aparecían en soluciones

esterilizadas de materiales orgánicos, a menos que fueran expuestas al aire. A partir de

esto, Pasteur llegó a la conclusión de que los organismos vivos sólo provienen de otros

organismos vivos. En el periodo 1900–1950, la relación entre microbiología y bioquímica

se reforzó gracias a los trabajos de WINOGRADSKY y otros.

En 1897, EDWARD Y HANS BUCHNER demostraron que el “poder catalítico”

de las reacciones químicas reside en un grupo de proteínas que dirigen y controlan

dichas reacciones en los sistemas biológicos: las enzimas.

2

A principios del S. XX, los investigadores dedicaron la mayor parte de sus estudios al

aislamiento de biomoléculas, a la caracterización de sus estructuras, sus funciones y al

metabolismo (red de reacciones catalizadas por enzimas dentro de células vivas). Se

fundaron los primeros departamentos de bioquímica en algunas universidades de

Europa y Norteamérica; en la primera mitad de este siglo se descubrieron diversas vías

metabólicas con Embden, Meyerhof, Parnas, Warburg, Knoop, Krebs, entre otros.

JAMES SUMMER en 1926 demostró que una enzima se podía cristalizar y

demostró también que la ureasa es una proteína. Después se identificaron varias

enzimas como proteínas y se llegó a la conclusión de que todas las enzimas son

proteínas.

SANGER, en 1945, logró establecer la estructura primaria de la insulina de

buey, mientras que NICOL y SMITH (1960) describieron la estructura química de la

insulina humana. El descubrimiento de la insulina y su utilización terapéutica produjo

una verdadera revolución en el tratamiento de la diabetes mellitus.

En 1944 se demostró que los genes, hasta entonces unidades meramente

teóricas de la herencia biológica, están compuestos de ácido desoxirribonucleico (ADN);

estos estudios llevaron a la propuesta de la estructura tridimensional del ADN por

JAMES WATSON y FRANCIS CRICK en 1953.

A partir del descubrimiento del ADN, el avance del conocimiento de todos los

procesos relacionados con la bioquímica de la transmisión genética fue verdaderamente

vertiginoso, tales como el mecanismo de replicación del ADN, la naturaleza del código

genético, el fundamento estructural y funcional de la síntesis de proteínas, los

mecanismos de regulación de la expresión genética en microorganismos, los procesos

de reparación del ADN, mapa físico del genoma humano completo, secuenciamiento del

cromosoma 21, entre otros.

El desarrollo de la bioquímica, en los últimos años, se debe también al

reconocimiento de que la mayoría de las enfermedades son consecuencia de una

alteración molecular, y que para entender su fisiopatología, llegar al diagnóstico y

desarrollar una terapéutica adecuada se requiere fundamentos bioquímicos.

II. CONCEPTO

La química biológica o bioquímica comprende el estudio de las moléculas y de las

reacciones químicas de la vida; la bioquímica es el estudio de la composición química

de la materia viva y de los procesos bioquímicos que sustentan las actividades vitales

durante el crecimiento y mantenimiento de la vida.

Según el Diccionario de la Real Academia de la Lengua Española, la bioquímica es la

parte de la química que estudia la composición y transformación de los seres vivos.

3

Según Laguna, la bioquímica estudia los seres vivientes aplicando las técnicas y los

principios fundamentales de la química al análisis de los fenómenos biológicos.

Según Boyer es la química de la célula viva; según Murray es la ciencia que estudia las

bases químicas de la vida y según Macarulla y Goñi la bioquímica explica la vida

utilizando el lenguaje de la química, además estudia los procesos biológicos a nivel

molecular.

En definitiva, la Bioquímica es la ciencia de la vida.

III. OBJETIVO Y FINALIDAD

Los objetivos fundamentales de la química biológica son estudiar las reacciones

individuales en una vía metabólica, la estructura y función de los componentes

enzimáticos, determinar cómo interactúan unos con otros los conjuntos de moléculas

inertes que constituyen los organismos vivos a fin de comprender cómo las reacciones

son coordinadas y controladas para mantener y perpetuar el estado vital.

IV. METODOLOGÍA

Los bioquímicos utilizan los métodos de todos los científicos: se hacen observaciones y

se elaboran y se prueban hipótesis. El método científico para el estudio de la vida ha

llevado a una comprensión de la bioquímica básica que es común a todos los

organismos vivos. La metodología que emplea esta ciencia debe ser considerada desde

el aspecto del material biológico y el aspecto de la técnica.

Del material biológico: porque los experimentos pueden hacerse sobre un animal

entero o un órgano aislado, o una preparación de tejidos, células, o sobre levaduras,

bacterias o virus.

De la Técnica: porque es necesario conocer los procesos que sigue un compuesto

químico natural dentro de la célula.

V. COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA CÉLULA

A pesar de la gran diversidad, todos los organismos vivos presentan una unidad de

organización común, tanto desde el punto de vista estructural como funcional: la célula.

Todos los organismos vivos poseen, en principio, una composición química semejante.

En el Cuadro N° 1 se compara la composición química aproximada de un organismo

completo (hombre de 70 Kg) y una célula bacteriana representativa:

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Cuadro N° 1

Componentes

Hombre

de 70

Kg

%

(Kg)

Célula

bacteriana

%

Compuestos

nitrogenados

19

(11)18

Grasas 15

(9)2

Carbohidratos 1,5

(1)3

Agua 70

(45)70

Minerales 5

(4)3,5

Los componentes estructurales básicos, ácidos nucleicos y proteínas, se encuentran en

la misma forma y en proporciones relativamente constantes, tanto en los unicelulares

como en los multicelulares, demostrándose de esta manera que la base bioquímica de

todos los seres vivos es común.

5.1 BIOELEMENTOS

Los compuestos biológicos están hechos a partir de los mismos elementos que se

encuentran en otras moléculas, pero el predominio de algunos elementos en las células

difiere marcadamente de su abundancia en la Tierra. De los 92 elementos que surgen en

forman natural, solo alrededor de 24 son indispensables en las células vivas, y de ellos, 06

son los más comunes: carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre (Cuadro N°

2).

El agua es un componente importante de las células y a ella se debe el alto porcentaje (en

peso) de oxígeno. El carbono es mucho más abundante en los organismos vivos, que en el

resto del universo, y algunos elementos, como el silicio, el aluminio y el hierro sólo existen

en trazas en las células, más, a pesar de estar en pequeñísimas cantidades, son necesarios

para la constitución de algunas sustancias; por ejemplo, el cobalto participa en la síntesis de

vitamina B12, el zinc es indispensable para algunas enzimas, etc., aunque éstos son muy

abundantes en la Tierra.

5

Una de las características de la vida es que las células concentran ciertos elementos y

excluyen otros. Aun la composición de los líquidos orgánicos extracelulares, por ejemplo el

plasma sanguíneo, difiere respecto a la de los líquidos no biológicos, por ejemplo, el agua

de mar.

Cuadro N° 2

Composición elemental de tres organismos

CLASIFICACIÓN

a) De acuerdo a su abundancia:

Bioelementos primarios: O, H, C, N. Son los más abundantes. En el caso del cuerpo

humano representan un 99,3% del total, el H y O están en mayor proporción y forman parte

de la biomolécula más abundante: el agua.

Bioelementos secundarios: Ca, P, K, S, Na, Cl, Mg, Fe. Constituyen prácticamente el

0,7% del total de átomos del cuerpo humano.

Oligoelementos: Mn, I, Cu, Zn, F, Mo, Se, y otros. Aparecen sólo en trazas (huellas) o en

cantidades ínfimas; pero su presencia es esencial para el correcto funcionamiento del

organismo. Su ausencia determina diversas enfermedades carenciales.

b) Según la función que desempeñan:

Plástica o estructural: elementos que integran la arquitectura del organismo (C, H, O, N, P,

S, Ca)

Catalítica: catalizan reacciones y procesos bioquímicos (Fe, Co, Cu, I, Zn)

Osmótica y electrolítica: intervienen en forma iónica; mantienen y regulan fenómenos

osmóticos y de potencial químico y electrónico (Na, K, Cl)

Energética: forman parte de moléculas energéticas (C, O, H, P)

Esquelética: Confieren rigidez (Ca, Mg, P, F, Si)

Elemento Humano Alfalfa Bacterias

Carbono 19,37 % 11,34 % 12,14 %

Hidrógeno 9,31 8,72 9,94

Nitrógeno 5,14 0,83 3,04

Oxígeno 62,81 77,90 73,68

Fósforo 0,63 0,71 0,60

Azufre 0,64 0,10 0,32

Total 97,90 % 99,60 % 99,72 %

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5.2 BIOMOLÉCULAS

La biología de la célula es inseparable de las moléculas; porque de la misma manera que

las células son los bloques con que se edifican los tejidos y los organismos, las moléculas

son la base a partir de la cual se forman los diferentes organelos de las células. Las

moléculas integrantes de los seres vivos se denominan biomoléculas o principios

inmediatos.

CLASIFICACIÓN

Según su naturaleza química:

AguaGases: O2, CO2, N2

a) Biomoléculas Sales inorgánicas Inorgánicas Aniones: PO4

–3, HCO3–, SO4

–2, Cl– Iones Cationes: Na+, K+, Ca+2, Mg+2, Zn+2, Fe+2

Proteínas, enzimas, hemoglobina, colágeno Glúcidos: glucosa, glucógeno

b) Biomoléculas Lípidos: triacilglicéridos, colesterol Orgánicas Acidos nucleicos: ADN, ARN

Metabolitos intermediarios: ácido pirúvico, ácido láctico, urea, ácido cítrico, etc.

El tamaño y la masa de las biomoléculas son muy variables, desde el agua de 18 daltons de

masa molecular, hasta el ADN de varios millones de daltons.

a) Biomoléculas Inorgánicas: sales minerales

Además del agua, existen otras biomoléculas inorgánicas como las sales minerales. En

función de su solubilidad en agua se distinguen dos tipos: insolubles y solubles en agua.

1. Sales Insolubles en Agua: forman estructuras sólidas, que suelen tener función de sostén

o protectora, como:

Esqueleto interno de vertebrados, en el que se encuentran fosfatos, cloruros

y carbonatos de calcio.

Caparazones de carbonato de calcio en crustáceos y moluscos.

Endurecimiento de células vegetales, como en las gramíneas (impregnación

con sílice).

Otolitos del oído interno formados por cristales de carbonato cálcico

(equilibrio).

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2. Sales Solubles en Agua: se encuentran disociadas en sus iones (cationes y aniones) que

son los responsables de su actividad biológica. Desempeñan las siguientes funciones:

Función catalítica: algunos iones como Cu+, Mn2+, Mg2+, Zn2+ y otros que

actúan como cofactores enzimáticos.

Función osmótica: intervienen en los procesos relacionados con la

distribución de agua entre el interior celular y el medio donde vive la célula. Los iones Na+,

K+, Ca++, y Cl– participan en la generación de gradientes electroquímicos, imprescindibles en

el mantenimiento del potencial de membrana y del potencial de acción, y en la sinapsis

neuronal.

Función tamponadora: se lleva a cabo por los sistemas carbonato–

bicarbonato y monofosfato–bifosfato.

b) Biomoléculas orgánicas

Las biomoléculas de los seres vivos cumplen diversas funciones: estructural, transporte,

defensa, reguladora, etc. Su gran diversidad se logra a partir de las unidades estructurales

elementales diferentes o sillares: 20 aminoácidos en las proteínas y cuatro nucleótidos en

ácidos nucleicos.

Numerosas estructuras celulares están formadas por moléculas muy grandes denominadas

macromoléculas o polímeros, compuestos por unidades repetitivas llamadas monómeros

o bloques estructurales (Cuadro N° 3), que se enlazan por uniones covalentes.

En los organismos vivos existen tres ejemplos importantes de polímeros:

1. Ácidos Nucleicos.- ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN): secuencia

lineal de muchos nucleótidos unidos por enlaces fosfodiéster. Todo nucleótido está formado

por un azúcar, una base nitrogenada y ácido fosfórico. La secuencia lineal de estos

nucleótidos en la molécula de ADN es la fuente primaria de la información genética.

2. Polisacáridos.- que pueden ser polímeros de glucosa, con los que se forma almidón,

celulosa y glucógeno. La repetición de otros monosacáridos o compuestos derivados sirven

para formar polisacáridos más complejos.

3. Proteínas.- que se hallan constituidas por 20 tipos de aminoácidos combinados en

proporciones y secuencias diferentes, lo que da lugar a un gran número de estructuras,

determinando su especificidad y actividad biológica de las diferentes moléculas proteicas.

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Cuadro N° 3

Principales biomoléculas

Biomolécula Bloque estructural Funciones

principales

A D N Desoxirribonucleótido Material genético

ARN Ribonucleótido Molde para la síntesis

proteínica

Proteínas Aminoácidos Numerosas, por lo general constituyen las moléculas de la célula que realizan trabajo (por ejm. Enzimas, elementos contráctiles)

Polisacáridos (glucógeno)

Monosacárido (glucosa) Almacenamiento de energía a corto plazo aportado por la glucosa

Lípidos* Ácidos grasos Numerosas, por ejm. componentes de membrana y almacenamiento a largo plazo de energía como los triacilgliceroles

* Los lípidos en realidad no son considerados como biopolímeros.

VI. EQUILIBRIO IÓNICO – pH

Los organismos vivos dependen absolutamente del agua para su existencia. El agua es la

biomolécula más abundante y constituye la mayor parte de la masa de las células vivientes

(60 – 90%). El agua es el medio en el cual están disueltas una parte considerable de las

sustancias celulares.

La capacidad del agua para ionizarse y participar en las reacciones ácido-base es

fundamental para las funciones de las proteínas, de los ácidos nucleicos y de muchas otras

biomoléculas. Una importante función de la sangre es el mantenimiento del equilibrio ácido-

base. Si bien los pulmones y los riñones juegan también roles vital, la sangre constituye la

primera línea de defensa contra las alteraciones del pH de los líquidos orgánicos y tejidos.

La oxidación de diversos metabolitos en el organismo viviente produce la formación de

una variedad de ácidos y bases. Los protones por ejemplo, pueden provenir de la ionización

de diversos ácidos orgánicos que constituyen compuestos intermedios en el metabolismo

de glucosa, ácidos grasos y aminoácidos.

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El ácido úrico proveniente del catabolismo de las purinas, es otra fuente de protones (iones

H+) como lo es el sulfato formado en la oxidación del azufre de la cistina-cisteína y la

metionina. Asimismo, el dióxido de carbono, si bien es excretado principalmente por los

pulmones, puede combinarse con el agua formando ácido carbónico, siendo retenido hasta

cierto grado en los tejidos y líquidos orgánicos; éste se ioniza en forma limitada

transformándose en otra fuente de protones.

También se pueden originar bases en el catabolismo de ciertos metabolitos; por

ejemplo, la formación de amoniaco por la desaminación de aminoácidos, la formación de

aniones como bicarbonato, difosfato y acetato, el efecto alcalinizante de ciertas sales

básicas como los citratos (de frutas cítricas).

Por consiguiente, en los procesos metabólicos normales se forman ácidos y bases; sin

embargo, usualmente predominan las sustancias ácidas. Éstas pueden ingresar al plasma

sanguíneo y otros líquidos extracelulares para fines metabólicos o de excreción. En una

variedad de condiciones patológicas, cantidades excesivas de ácidos o bases pueden

acumularse en las células y tejidos del organismo, conduciendo a trastornos del equilibrio

ácido-base.

Son muchos los procesos bioquímicos que dependen de la concentración de iones H+,

entre los que podemos citar:

El transporte de oxígeno en la sangre.

La catálisis de reacciones por enzimas

La generación de energía metabólica durante la respiración o la fotosíntesis.

Debido a que el nivel de la concentración de iones H+ es enorme en las soluciones

acuosas, es conveniente utilizar una escala logarítmica llamada pH para medir la

concentración de iones H+.

CONCEPTO DE pH.- El concepto de pH fue introducido en 1909 por Sörensen para

designar la actividad del ión hidrógeno. El pH se define como el logaritmo negativo de la

actividad o concentración del ión hidrógeno.

FÓRMULA: pH = – log. [ H+ ]

Ejemplo: ¿Cuál es el pH de una solución cuya concentración de H+ es de 3,2 x 10–4?

pH = – log. [ H+ ]

pH = – log. (3,2 x 10–4)

pH = – log. (3,2) – log. (10–4)

pH = – 0,5 + 4

10

pH = 3,5

En forma similar se define pOH como el logaritmo negativo de la actividad o concentración

del ión o iones hidroxilo.

FÓRMULA: pOH = – log. [ OH– ]

Como la escala de pH es logarítmica, un cambio de pH en una unidad corresponde a

un cambio 10 veces mayor o menor en la concentración de iones hidrógeno.

La escala de pH proporciona una medida de la acidez y la basicidad de una solución.

De acuerdo a esta escala, una solución neutra tiene un valor de pH = 7,0; las soluciones

ácidas tienen valores de pH menores de 7,0 y las básicas tienen valores mayores de 7,0.

Cuanto menor sea el pH mayor será la acidez de la solución y cuanto mayor sea el pH por

arriba de 7,0 más básica será la solución.

pH de diferentes líquidos o fluidos:

NaOH 1M

14,0

Amoniaco

11,6

Leche de magnesia

saturada 10,5

Jugo pancreático

humano 8,8

Bicarbonato de sodio

8,4

Clara de huevo fresca

7,8

Plasma sanguíneo

humano 7,4

Saliva de humano

7,0

Contenido duodenal

humano 7,0

Orina de humano

7,0

Leche de vaca

6,4

Jugo de tomate

4,0

Vinagre

3,0

Jugo de limón

2,2

Contenido gástrico

humano 2,2

Ácido clorhídrico 1 M

0,0

En todas las disoluciones acuosas debe cumplirse el equilibrio de ionización del agua; es

decir:

11

[ H+ ] [ OH- ] = Kw = 1 x 10–14

Si se conoce [ H+ ], fácilmente se puede determinar [ OH- ]. Entonces se puede deducir la

siguiente relación entre pH y pOH:

[ H+ ] [ OH- ] = Kw

Tomando logaritmos en ambos miembros:

Log. [ H+ ] + log. [ OH- ] = log. Kw

Cambiando signo:

– Log. [ H+ ] – log. [ OH- ] = – log. Kw

y como: – Log. [ H+ ] es pH; – log. [ OH- ] es pOH y – log. Kw es pKw

entonces:

pH + pOH = pKw

y como: Kw = 10–14; pKw = – log. 10–14 = 14

entonces: pH + pOH = 14

Los ácidos y las bases reflejan las propiedades del agua. Los ácidos clorhídrico,

sulfúrico y nítrico, llamados corrientemente ácidos fuertes, se hallan completamente

ionizados en disoluciones acuosas diluidas; de igual manera, las bases fuertes como el

NaOH y el KOH, se hallan también completamente ionizadas.

En cambio los ácidos y las bases débiles (ác. acético, ác. cítrico, ác. oxalacético;

amoniaco, purinas, pirimidinas) no se ionizan completamente cuando se disuelven en agua.

Estos compuestos son comunes en los sistemas biológicos y desempeñan un papel muy

importante en el metabolismo y su regulación.

De acuerdo al concepto de Bronsted y Lowry sobre ácidos y bases, un ácido se define

como una sustancia que puede donar protones y una base como una sustancia que puede

aceptar protones. Un dador de protón y el correspondiente aceptor de protón constituyen un

par ácido – base conjugado. Por ejemplo: el ácido acético (CH3COOH) que es un dador de

protón, y el anión acetato (CH3COO–) que viene a ser el aceptor de protón correspondiente,

constituyen un par ácido–base conjugado, relacionados entre sí por la siguiente reacción

reversible:

12

CH3COOH H+ + CH3COO–

Cada ácido (HA) muestra una tendencia característica a perder su protón (H+) en disolución

acuosa. Cuanto más fuerte es el ácido, mayor es su tendencia a perder su protón. La

tendencia de cualquier ácido a perder su protón y formar una base conjugada (A–) está

definida por una constante de equilibrio, donde:

[ H+ ] [ A- ] K´ = -------------------------------

[ HA ]

(A una constante de equilibrio también se le conoce como constante de ionización o de

disociación)

Un ácido débil y su anión pueden actuar como un TAMPÓN. Si el pH de una solución

permanece constante cuando se añaden pequeñas cantidades de ácido o de base fuerte, se

dice que la solución está amortiguada o tamponada.

Los TAMPONES, llamados también soluciones reguladoras de pH o soluciones buffer,

son sistemas acuosos que tienden a resistir los cambios en su pH cuando se les añade

pequeñas cantidades de ácido (H+) o de base (OH–). Un sistema tampón está constituido por

un ácido débil (dador de protón) y su base conjugada (aceptor de protón).

Las relaciones cuantitativas entre el pH, la acción tampón de una solución y el pK´ del

ácido débil, están expresadas por la Ecuación de Henderson – Hasselbalch. Esta

ecuación es sencillamente otro modo de expresar la constante de disociación de un ácido,

donde:

[ A– ]pH = pK´ + log. -----------------

[ HA ]

Cuya fórmula más general es la siguiente:

[ aceptor de protón ]pH = pK´ + log. ----------------------------------

[ dador de protón ]

o:

[ base conjugada ]pH = pK´ + log. ----------------------------------

[ ácido débil ]

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Problemas:

1.- Calcúlese el pK´ del ácido láctico, teniendo en cuenta que cuando la concentración de ácido

láctico libre es 0,010 M y la concentración de ión lactato es 0,087 M, el pH es 4,80.

[ lactato ]pH = pK´ + log. ----------------------------------

[ ácido láctico ]

[ lactato ]pK´ = pH – log. ----------------------------------

[ ácido láctico ]

0,087pK´ = 4,80 – log. -----------------

0,010

pK´ = 4,80 – log. 8,7

pK´ = 4,80 – 0,94

pK´ = 3,86

2.- Calcular el pH de una mezcla de ácido acético 0,1 M y de acetato de sodio 0,2 M. El pK´ del

ácido acético es 4,76.

[ acetato ]pH = pK´ + log. ----------------------------------

[ ácido acético ]

0,2pH = 4,76 + log. ------------

0,1

pH = 4,76 + 0,301

pH = 5,06

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Mag.Margarita L. Geng Olaechea

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