Lehninger-Capitulo 2

5/11/2018 Lehninger-Capitulo 2

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2 EIagua 473 Am inoa cides, pep tidos y pretefnas 75 .4 Est ructura t r idimensional de lasprotefnas 1165 ,Funci6nde las prote nas 1576 '[n lima s 1907 Glucidos'I glucobiologf3 2388 Nu cleO tido y a cid os n u cle lco s 2 739 Tecnolog ia s de a informa cion ba sa da sen el D N A 30610 Upidos 3431 Memoraf l8s biol6gicas y tra nsporte 36 9'12 Biosenal izacion 421

61 inves tigBdo r a leman Edua rd Bochner descu bri6 e n 1 89 7q ue era posible termeota r a wcar, no 56 10 con lev adu raordinaria sino ta m bien con la a yu da de extra ctos del evaoura qu e no contenien ning u na de la s ceiu la s deSa cc ha romy ce s ... I , P o r Q u e se consider6 q ue esteexpe rimento, apa rentemente tr iv ia l, te nia ta n tatrnporta ncia ? L a respu esta es ev idente si se eonstcerae l desarrol lo d e la s illlle stig a cio ne s d ed ica da sa lalelu cida cion de la na tu ra leza q u im ica (de la v id a ) .. . enelias" y de m odo mas in sis te llt e q u e en ta mayo ri'a d ecampo s de irw estig aci6 n, h a h ab ldo u na tendencia ac c e s i e e r a r 1 0 inex plica do como inex plica ble ... [)e estem odo la lev adu ra e s t a form a da pa r celu la s v iv a s yta f e r m e n t a c i o n er a c o n s i d e r a d a c o r ta m a y o r r a , dein ve stlg a do re s - Pa ste ur e ntre ello s- como unam anifesta ci6 n de la v ida , es declr, deberia esta W 'inex .trica blem ente a sncia da con los p ro ce so s v ita le s e n

S ISesa s celu la s. [I descu bdm iento de Bu chnerdem ostro 'qello no era asi. S e puede decir que, a pa rtir de entoncesde repente, u na pa rte im porta nte de los procesos vi talespaso de la s celulas a los la bora torios de los q ulm lcos pser estu dia dos m edia nte m etodolog la s q uim ica s. T am biep erm1 tio d emo str a r q u e , a d er na s d e la te rme nte cld n.lacombustion y la resplra cien, 1 8 rotu ra de prorefnas, g r a sy ghlcldos y much as o tm s re eccle nes sim ila res Q u eca ra cteriza n a la celula v iV a pod fan ser jmitadas en el tud e e ns ay o sin q ue h iiciera fa lta ning una cola bora ci6 11 pop arte d e la s c elu l a s y q ue , e n genera,I,estas r e a , c c i o n e slos procesos q ufm icos ordm arios esta n g o ' b e m a d o s porm lsma s le ye s.

-A . Tise l it Js , en la CDn~ r nc i a d e p r e s en t ade l P rem io N ob el d e Q u fm lc a oto tgado a J am es B . S umJ o hn H . N o r th ro p y Wen d IIM . Stan ley , 1

a d s ubrlmiento pioner d Buchner supuso el nf u lO '; r cien 'ia bi qufnii a. Su ha.llazgo abri


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46 ParteI Estructura y catallsls

n a a c r c a d la s te n o lo g Ia s u sa d a s tx e tu d ia rla s, A lg un asd las sec 'ones t.~cnicass halloo integradas en las d e s lip-one mol ulares, aunque s edica un capitulo nt TO (Ca-

pitulo ) una descrip i6n in! . grada dIm d r os vaneesde ta blote nologfa que han p rrnltido ac 1 rar el ritmo d 1 8hw ig a i n y lo s d c u bn au en so s.

La s mo l c u la s u s n u n tr a n e n in tu la s o u n aparte principal del J nguaj d

su stru ura qUirniOl,co SIISractertsncas unidas n pr cis s polimeros82.11 r s nlazados enrre sf s transform ne nt1g ia , n I lbr a s s t ru ctu ra l 5y n pu n to d re e o n o c lm le ru o

nuel 6t"dos enead aados en DNn tr u ci6n

td

c s o n r lc a s e n inf rm a 16n all c d man e ra c la r a edis u si6n d e 105 d do s n uc le ic o s e n elC ap itu lo 8 . N o 0 lam,l as p ro te m as y a lg un os po 1m r s COrtiOS d azU s l ig o se ri os) tambien

da s po otras ron remolscutas,Pa ra c a d a la s d In o le c u la s e n c o n tramo s u n j rarqui

cstru rural similar en Ia qu subunidad s ru tun detminad se onectan m dlante nla 5 d nexibilidad limi adf or r n an d o m a c romo l ec u la s

ua,


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2 . 12 . 2

Interacciones debi les en los sistem as a eu ososloniz aci6 n del a gu a , a oido s debi lesy bases d eb ile s 6 0Ta mpona mlento contra ca mbios de pHen los sistemas biol6g icos 65E I a gu a com o rea ctiv o 6 9La a decu aci6 n del a mbients a cu osoa los org anism os v iv os 70

47

2 . 3

2.42 . 5

C reo q ue con la prog re5iv a aplicacion de lo s m etod osde la q U l m i c a e sn uc ta ra l a lo s p ro blema s fis io l6 g ico s,observaremos que l a impor tanc ia del enla ce de hidrogenoen fisiologfa es ma yor qu e la d ie cua lqu ie r otraceraete r fs ti ca est ru c tu r a I

-uo u: P aulin g,1 l1 e N atu re of U le C hem ica l B ond , 1 939l .Que es 1 0 q ue B loom , a ma nte del a gu a, ex tra ctorde agua y de a g ua a ca rrea dor admiro en el a gu a a l volver?S u u iv ers aH da d, s u I lirtu dd emoc rc Hic a.

- lilmes Jo yoe , U l is e s, 1 922a . I' sustancia mas abun ante en 10 sis mas viv '.

cons iuyt' do 170% 11I( d ti l d L rnayorfn de or-

c u rv a s d e Litulacion OJ r sld er nr em os la to rn u e n L a que 1a osas d cidos 0 debil 5Y e su sales a

Iormar nlac

2.1 nteraccto I es deblie s e n le s s is te ma sacuosos

son mu poco 50

'a mu SlgI' lcativa so r lu es ru 'tUJ'fl t r i d u n eprotein ..ir s n cleicos, polisacarldos y Lipi

do m mbrana.L os p uen te s d e h idr6 g eno co nflere n a l a g u asu s p ro p ie d ade s e x tr a or dln a ria sEI agua tie e un punto d Iuslrm, un puntn de ph tl '6n ycalor elf' a rizaci .1\ mas J ad que 1. may r t d disv ntes omunes (Tabla -1). Estas propi ad del agua


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48 C apftu lo 2 E I a g u a

TABLA 2-1 P u n to de fusion pu n to de ebu ll ic i6n 'i c a l o r de v a p o r i z a . c i O n de aJgu l losd lso lv en te s comunes

l1 un to d e fu sio n r O C ) P un ta d e ebul l ic i611 (OC) CaJo r de vapo r i zac ion (JIg)A g u aM eta no l (C H30H )B ana l (C H3CH20H )P ropano l (C H3C CH20H )B uta nol (C Ha (C H2nCH20H )A oe to na ( CH aCOCHa)H e xa n o (C H 3(C H2) ..C H 3)B e n e e n o (C H a )B uta no (C H 3(C H 2~ CH )C l o r o f o r m o (CHe I3)

o-98-117-127-90-95-986-135-63

100657897

1 1 7566980-0,561

22601100854687590523423394381247

'La e 'tel' c :a nOOllSi lriapara cot 'I I 'ef tr 1 ,0 de ttl I ' lJ iC Io UoJlltJrdJ) de eblAclOn.ll pres! 1 M m O S I ; ,ell J es t . a t i J g a se os o a lilm~~ ~, m It dlI1c:a d e laener a1 I!q l.Ier1 d8 ~ T Ia$ ' fl l l l!ZllS d e i! l1GcxIlIII III!!mo l4Q j 1 Illllld i fqlnd.

d

'. v (b)

Puente d hidr' no0171 ru n

Enlace CQV I nt0 ,096 n81


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gen tt n un 10'X, de cara t r ovale t , d bidomiento de los rbi les ! J 6

nd

All - 5 9 kJ/molill- 44,0 kJ/mol

Dura te la rsion 0 In vap r ac ion aum nta t a entr pfa elsistema acuoso a medida que c njuntos altarnen rdenadode m l' .ulas de agua se relajan ala dar paso a 1 S onjuntasd pu . t s d hi t6g n o m en o s ord na os del ague liquida 0alasmol ula t o t a l rn nt des nad < I. gu n I tadg amo !a evapon ci n

2.1 Interaccionesdebiles en I los s i stemas acuosos

FIG UR A2-2 Pu en te s. d e h id rog ; n o e n I h.lo. Cad a mo le c ua g u fo rma u n maximo d e c u a tro pu n t s d h ld r6g e n o . c r e a n dred rlstalina r e g u l a r . r I coneario, en el agu IIqulda a temtura ambiente y presi6n 01 ntemente a t m s

"c/Ac ptord " / \/ I I / ~/hidrog n o 0 0 NDa r d e H H II H Ii Hhidrogeno I I I I I I0 0 N NI I I I


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omane de f J U fl id ra ge llo e n 10

s o Ca pfW l o 2 E il a g u a

Entre I grupllh id r ox i l l Jde un aleeholy el aguaEn e elgrupo~rbonnuna I lOnay lugu

Entre grupospep d iOO5n polipeptidos

R H RI I~N, ....-.. . . /ell?H_",o ,l:f H HI~B rR

Ent ba ese om pl t :O e n tfl ridlDN

'FlG:URA2-4 Algunos puM d hiclr6 no qu l ie n e fl imp o rt a n ia :biol6 lea.

R

-, ,pO-p/

~1 1 Puenwd?idr JO d : ilI PuentedH hid geno fuerteRQURA2-5

el tom dor 1H (Fig. 2-5)-. L s puentes de hidr6g 11lenen pues tincaracter altament dlreccional y s 1 1 capamar tenet dos mole.cuIas 0grup unidos por puente d hi

drOgen c n un ord nami n geom tri 0 $P m o. V remmas sdelan lue 51a propiedad d 100 UeIlWS d hidrog noconfiere estrueturas tridjmensionales muy pr; cisas a m e la cu -la s de protetnas y a cid o o nu eicos en las que exist n muchpuent S de hidr6gell Intramot culares,E I a g u a i nt er a cc io n a electrostat icamenteC O i l 1 0 s s o ld tO S c a r g a d o s

~(lque tien n higar las mteracci ~.,.


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2.1 tnteracelones debiles en los s sternas aeuescs

TAB LA 2-2 A lg unos e lem ptos de b lorno lecu la s po la re s , a p ola re ~y a n fip a tic a s (mo stra d a s efl fo rm a i6 nica 'a pH 7 )P o Iares

Glucosa

GJldoaAspartato

Lactate

Glicerol

Apot resCer e t ip lc a

An f i p a t J c a sFen iI ala n in a

F o s t a t l d l J c o l i n a

HH z-CH- 'H20H

G r u p os pol a re s I- r u po s a e ol a re sS adan nstonal) iene m L a e ntro pia a um en ta c ua nd o se d lsue lve

u n a s u sta n cr a cr l s ta l lna

AGURA2-6 J aua como d i [v o le . E I" gu a d is ue lv e m oc ha s s ale sc r t s t a l l n a s bidratando 10 io a e qu I S l 'Qmp u n n . ta re t! ui I litldd e l ~ Is d tru a rrl;> (hc fa(I jo l u tJ d a u a g rupa 1-

diJ u lena sal tal c rn

Ion Nahidratado

In rhidmtatfo

iOTi CI y N '. La s .rg 5 i' ia s a s i p a rcm en te n e tra llza da Sf' d bi' l i t . n la s , a t ra c c i s dL'CltI c . i l lcac e s a d a s p ri1 l a f o rm a c i6 n d l a r ed .


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5.2 Gapftulo2 1 agua

n g iva,L os g ase s a pola re s S8 disuetven ma l en e J a g u a

L o s com pu estos a pola res fu ena n ca mbios desfavorab lesenerg etlca mente en la estru ctu ra del a u auando e rn zcl

dos 1 es;nlngunoo P U E 's"f rman

TABLA 2-3 S olu bilida d de a lg unes g ases en a gu a~ - -So f u b i l i d a d

G a s E s l : r : u c t u r a Po f andad e n a g u a (t iL )N i t T 6 g e n o =N Apolar 0,,018(40 oqOxfgeno 0=0 Apolar 0035 (50C)D I6 do de ca rbona 8 II Apolar 0,97 (45C)-0-Amoniaco J ii lJ H Polar 900 (10C)1/ S u l f u ro d e h id rO g e 0 H H Pota 1860 (40C)/ &

"u ft c n illS p Je S ef 1 ln " C l I PQ I O $e ll!ct 'l cos: I 1 1 1 1 1 c a r g ; t lie' rdal (I n e fa pV"" d o . l 1 e c h a y u n a U'e I I jlwal pcsltIr;lO M a qu i ) elIla ela s l ' I101~hllS po r so d i ! l I I q mu 1o mejo ' c lu so a m p .IRS b jaS q o la s m 1eQlla$apol 'IS I \eft lPelat l l

m la t ~ diJs.


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be l. ..

Grupe a l qw 1 . i 0h id f6bi 0

101 ' m a s de agua muy ordenadasfurman "j ulas" alr edor d 1en. ~ Iqu lieu hidro 6bicas

F IG l ! R A 2- 1 ompue to anfipatico en o lu e i n a c u o s . ( .) Lo c ; id g~ d ( l en a larg.1 t ie n n cade as alquilicas mu llidrof6-bicas, cada una de la s ud l t< rod ada por u n a pa d mnlecId::' d 'Hua altarnente ordenadas. (b) Agrup.indose en micclas, lamol' L J I J 5 dido g r a s - ponen .11a 'Vll 1;1min ima uperfi re h idrorOblca p < illl Y ~ necesua m nosmolecul deaguaen 1


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54 capitulo 2 El agua

Agua erdenadaque interne .Orl conl sn toy 1 nz.im

!

Inters ci u ensima-sustramediante int raccion pur pu nted hidr6g no, i(Sni a e hldrofl bien

F IGURA2 -8

tiene lugar al d splazar el nzima m I culas d tI~tuaord n -dasdel s treto (FiA.2 - ).la s i n t e r a c c i o n e s d e v a 'n d er Wa a l s son a t r a c c l o n e si n t e r a t omlcas debi les

el atorno rcano, Los dos dipolessf con 1 0 qu 1 S flU leo a ercan mas. Es t as atra j ned~ ile :s d van d r " aa]s.

na

La s t n t e ra c e l o a e s debiles son c ru cla le s p ara laest ruc tura 'i f unc l 6n de la s mac romoh~c uJ as

r n s lam

TAB LA 2-4 R a d ios de van d er W a a l s y rad iosde en l ace co va 'r en te ( en ta ce s im pT ,e ) d e a lg u no se l ementos

Rad io d e van R a d io c ova le n te d e lBem n to d e r W a a ls (n m ) e n/a ce s im p le (n rn )H 0,11 0,0300 015 0,066N 0,15 0,070C 0,17 0,077S 0,18 0,104P 0,19 0,110

0,21 0. .133AMlnt ' l lS : ,a ll ios d liaR oo r 1M od i c (m IlO of "de t

I llii J filly$. Ch!mJ .I& . P IIIC.L 11960) NaIUtire e l l e r - He a r B c J f 1 d . 3 .' e ! II . C r A I ' I I U n r lS I P!l lS' i , 1 1 l 1 a c a . . " .

I ts d e los i i t ornos .Cual1 l lo e e s I 'lD S C u nen aJlalffi m los [lIdl a l D f I ' l I : l o , ell eI u dI ! I ! f1 laceSOl1 m~res 10 $ .adIos 110m d . 1M l~ III pa r all eleetrooe5 C01\PiI r t ldo ~oe !1l os d 0 5 t Ol Tl Il5 . La c ll ta Iia :I ru e nlk le os !(1 11 M Irl .ear)(!d II derW100jI COi;l ole M l I p1 t PJ , "i ! dame ~ I I. $iAmB GI l los ra il l dra d IOs ~Iem del lIS ;i< JlI1 lO s. es pe ct m en .0 & este mooo, la 1 0 fl d u enlace simple camooo-ca1tJo1 'O 85 de i li II '1 ' ll m oo il ll lC n 1 e 0 . 0 71 Mill 0 ,077 nm :: 0 .154 n


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TABLA 2-5 Cuatro tipos de interaocionesno covalentes(" 'd eb ile s ) entre blomotecelase n d is olu ci6 n a cu osaEn laces de h id ro geno

E n tr e g ro po s n eu tr os o H-En t re en la ces peptidicos /H-N

Inleracc;ones'ionicas oII-0-Atracci6n - NHa_ .:5Repuls ion

a g u aInteraccioneshidrotobicas

tnte ra cclones de v an der W a a ls D os ~tomos cualesquie ramuy pro mos

. En un dis cnte a 'U()SO ad

muy signifi ativo. P je rpl ,J Ul n no covalente de un n-zima a su sustrato pued lmpll o a r varies p n s d hldi'6genodr r hit'

rue -as

2.t Interacciones deb l ies en los sistemas acuo os 5

I Ir its destruyan mlsmo tieropo ado Que 1,']S ite a ci nes flu t1lal1 a J azar, tal d struc in sim 1 1 m es mupoc probable. La t bili ad mole ular conf rida po doinco 02 inte c ieiones ()~bjJe s, por tanto, mucho ma 0

una slm J a .ci6n de la s que

(8) b)F IGURA2 - 9


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56 Capitulo2 EI a g u a

talina; 10nusmo urr D eristal s d R A 0 DNA. 'stas rno-I ulas d agua, d t tabl

u n a

Pr Z.'II Val.........H ~lnS9O-~_H --\ _p opionatoI ~delgruPQH he:mo~AlmZl2

HN\R}tSA l a Z 7

H

F IGURA2 - 1 0J

Los so lu t os afectan a la s p rop leda d ,e s co ltg a t iv a sd e la s diso lu cio nes a cu osa s

f is i

1.05 solutes a t ran las

, los cam

II= icRT


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ristal d hi 1 0n forma.ti n

(b

RGURA2-1 prop i d d fi g Ii d 1 .1dlsolu ione a uO U d P' Ion d 11k" n tml, el aguepu r :i h ie rv a 100" Y se c o n g la a 0 "C. (bl L p r n ia d 01 ' -u l a s d s o l 0 r ed u c e I ii p ro b ah il ld a d d e qu e 13 mol' u la s d a g u a

aban do n e n I d lSQ lu i n y n tre n la f s e g a , r e d u c i n d o d e e s aiorma la p re i0 de a po t d 1.1d i lu i6 e in c r em ntando I p u n 0d bulllclon, De modo similar. la prob bilidad d lue u a rr ult!-cula deaguachoq econ un 'rist I de hi I" en I rmacion y una alrm 010 It! 'lor undo Igunas d las moleculas que chocan COilcl c r is ta l n d so l t e n \ ' z. d a f:u (\. E l I' t o e s l a d is ml Tlu c i60 d e lpunto de cong lad' n,

solucion s de vanos (n) solu . 1I Ia SUlIlcion d eadu SI cie:

las ' 11.rl .bu-

d un a In m b ra nn la pres1611 o sm lmas ria las' -

11'alUi~ j,gl&t! osm larid a I Sf' cit'l mlnane a d a p r u n a diE ; l u cl o u i wt .o n i cl i n o gall11 n i pierde a g u a (Fig.:"'-13). Ell un a dis}l on hip rt6'1 j a aquella con 1111i1 smo. l . : ri la d rn a . 'o r qu I cuosol, 1


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$8 c aPi tu lo 2 E I agua

(a ula en 8oluci6nisot6nica; nohaymovimient new deagua.

Solutosintra lU I

' .

(b wa on selu . uhipert6nicai sale aguay lacelula n oge.

FIGURA2-13

p la sm tlc a en la d iry fu ra d la oelula.

I'll r o r n o l e c u lti

cone ntra .onr sa 0 algun 0 ro s

d la lisis osmotica.

RESUMEN 2.1 In te ra cc io e s debi les en los s is temasacuosos

h i d ro f bicas, a r a m i n im i za r Ia s u p e r f i iagus, los mpu ls no polares com p r [emploJipido5 forman ~g;ld em etas) nlos qu suspart s hidrof6bi . hallan secuest adas ell 1teracciones

polares

o lu o s t ie n una g r a nfisicas de las


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2.1 InteraCc10nes deb i les , en los ststorn s acuosos59

RECUADRO 2-1 E L MUNDO DE LA B IOQ u iM ICA

Respues ta tactil e n p la n ta s : fenameno osmot ico 11' ' in Iuera por . sm sis. Hall l ] lias dige Li~' ell la Slip rlicI til" I. h ~a Ii ra n HZlllUIS I I I 111Wn uurn nt . d I ln-s hu jn s a lta me nt 1" , pl" J r ia l iZ l 'u tl la V u s a rum l:I!. s

(lJIV(UU'CI 11111 r i p i l / c r ) ci nan rapidamente ell resuuestau unllg r I I ju ,II WI Insecto despr v nido, atrapando alIllSf'(I.C) para . 1I pusterior dig('sticm A . tiu 1 r el n~ Jar elf13 'Up rficip d(>las hojas, 1 insect ..twa I res JlPlns eearu-c ..u n ILL' ' ( ' l lsi1tIf 'S, (I" ncadenandn t'] ('j r r I I rOrl!t3 dtrarnpa til" III tUJ" (Fig. 1 . Est' mnvimi nto d' lu hoja sp r rx lu c td o po r ra p id a ~ ; rladonl". (I'll ,f)~) n In J r s io ll ( ,lllrgPlwj,l t i l ' las c lulus I1lPs{)fi,a. Ias c ~luh . ihl riores e lf' ~hoja ( . 11 llallJ !Iien Ie pT du idas pur In liherari(;n d j. nK- de las ('FInIal';), 1 xinslgulerue nl lJ r sultant

(8 ' (h)

(b)

AG URA 1 Kespu la I. III 'n 1.1flU J t r .lp a n a s , n a mo s . a

q u e ''.-It. rca a u na h [a abipr!p luH la d e la p la n ta s em i I (a ) sc i e u ,IO y e n (h) pM a p ro lc g o ra la p lo 1.1d d n ~trudUI


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60 GaprlulO2 EI ag l l a

2.2 l on iza c io n de a g u a , a c id os d eb ile sy ba se s d eb iles

del agua orao disol-

E I:agua puraesti Uge r ament e ion iz a daLas ol ulas d

H (2-1)

antanea:R- H"-H

...--H- +-H11 H

de iransferen .jH}59) .

n ion Wdronio c e u n p r o tOnH.....I+/_~ Saito d un proton~/O_~

H 0-/H

H\'0\_) -~H-O \.

C C f ! '-HI~ I/ . , Jr O-HI

H-~)~/O-H

HE I gu ., pta un prot6u ytl1lnsform en un ion h . i d r o n i o

"IURA 2-14 . Ito d

A B~C+D 2pu d definir una tante del ilibri n funci n d

concentraci6n de los re l lc1 . iVi CA B y d los productos () presen n el equilibrio:

les, e


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pu d kAaf a n aproxirnacl6n tie fa onstante de equilibriomidi ndo las C01U"I"1ltrn .' II(1S en el quill rio. Por azonesqu eseapan a est discusion, las nstarues d quiHbli ondim nsl I tiles. RIo r harg ,ell lID xpr i !S cit' qtLilibriutl.liza las en es Iibre h mOB mant nido 011gen r las unlda-d 5 (> con en racion (\i) para I\'(~rdnr 1 Ia \ laridad es IaUl 'dad de con ~ in que uilliza ell 1 ICliI de l{ t.

una I' a i n dada a urn 1 mperatura det rminadr s] se conI,; n las con nira 'ion s en equilibrio d l; dos 1 s reacti sp ro d uc to s. C om ) her o s v is 0 n 01 Gn pt u )o 1 (p. 26),

r l; lc .I 1 1 1 eatandar d e n rg 1a Ii re (~Gt uent c o n 13 K < : q .L a ion iza Ci6 n de l a gu a se ex presa m ed l n teu na co ns ta nte de eq u ilib rioE I grade d iOrlizaci61 ld l ..g u a en e l u il ib"o (E _ ,2 -1 ) e s pe-que fio; a 2- 'a roxirna amcnt tan s o i a os e cada 1 ()mo1 e ula s e n I a gu a pu ra san iniz d as e l l u n memen to dado.La cons tan d quilibrio para 10 ioniza ion re e ibl d l:1g lw (Et:. -1) es

(2-3

E n a u a pu ra a 2 1 g u a d 55,5 \1

nstam,

[H'lfOH-1~oq = 55,5 r '

la cual, reord nan lo, S onvierle n(55,5 '1)([ ("'1 - [H HOH I ""K", (2-4

dond K t i g n O i el r idu 'Ie (~5.5 1)( \ " 1)' nOI unad,prcducto lon:ico d 1agua a 2.EI v ru I" de K " q , d I rII ina I) me Ji:l.uf rnedldas d con-ducl i , , ' i t iad l'tr ic ;.; l . I a gu a PU la , e s 1 8 X 10-111 III a 25 . L e it t.itll i(;n d st valor d K'.' l n in ECllacioll 2 du productn inieo ( I agua:

K.. . : [11 II H I = (55,5M 1,8 x 10-111 to fr .o x 114M2

ductu i6nico :&gUll de l' man ra siguient :

2.2 lonlzaclon del agua. acldos debiles y bases d 'niles 8

K" , rn+)[On-l- m4j2.esp ~antl [H 1 da

(H+] = v " K w =V 1X lO-H MIH 1 [Oa-l 10 7 111

Da 10q e 1 ro iu e t 0 i o n i 0 d I 3,g1l


19/31

6 2 C a pftu 1 0 2 a agua

RECUADRO2-2 BIOQuiMICA PRAcTICA

E I p roduc to i on l co del a g u a : dos p r ob lemasilustratlvosgl' r lu to i6n.i 0 del a g u< l p rrnit cal ular la on entra-.6n tl H+ d, da la 0 entn "ott d 0- y vi v rsa; los 51gnientes problemas 10 d muestran.1. ~ uM

. HO,l M '?H+ en lOa.disoln ! n de

J w =uri)(OH-lD sp j a n d o (H 1 - ] d

= 10 IS lit frespu to ,

2. ;.. J es la 'one ntracr Itd OH- en una disoluci n nla que L a C 11 entraci n d H+ell 1,3X I -I,'?

K "" ~ [HI J IOH-]D sp jan 1 0 I H-1 da

Kw 1.0 x 10 , ..M2[ R J= IB'1 13X 10 .IM

= 7,7 x 0 1I At t r e s p to)Al realizar to u0 "O S 'I 'ul " hay qu as gurarse d

utilizar el num ro c rrocto d m a s signlfi. lvus nil' sJ1US'

1 QU Pot

comparac no e

ngre de 18 onna $(1utillza nonnalm lit P


20/31

Ull dialJ grave no COl t..rulaua, pu r ej mplo , es c o n I -uencia inferior a t val r normal e ,4; ste estad conoom ,aei osis. En otros stado pal l o g i os 1pH d la s ngtes sup rior a t normal, stado q e 5 d n mina alealosis.Losacidos y bases dablles tienen constantesde d J s o c ia c io n c a r a ct e ri s ti c a sLos acidos clorhtdrf 0, ulft1dco y nftr"c ,d n min os '0-n u nm t cid fuertes, estan compJetam n e Ionizad s enolueion s acuosas diluidas; las bases fu rte OH y KOHtambi n s tA n i. r u z a d a s C I pl ta m ate. D m. 'l ,y r inL r epara los btequlmicos el comportamiento d los cici os 'Ibases dcb i l e s -los U 1\0 st. eompl tarn nte t o r u z a d o s aldis Ivers en 1agua-. Es s n f cu .t It los J ternasbioI' gicos y juegan papel s Importantes . n el m tabolismo y

Acidos m,oD.oproti.cos.cldocetlccII.'"1,74 x 10-11 1 > 1 )Ion amoni(K~ "" 6 16 2 X 1'0-10 hi)ido dip'l'otic.Qk:ido c a rbOn i 0(K" :; 1,70 X 10 M ;Bieaebonato(K".' ,31 X 10-11IG l i c ina c ru l l carbo. '10(K..""4,57. lO-a );, . Uc iM , grnpo am inoUi =2.51 x io II) fid triproti.coArido fosforico(K" : 7,U, X 10-3 M );Dihid rogOOD fosfatoe, 1,38 X 10-'1111);MOfiOhi tk6eu ii rO W

.. '"~,9S x 10 1lI d

gO ,-90CH3C~ =CRaC~ ~ R+OIl o:I K. -4,7

H2COa - H OJ H'pK. '"3,77

2.2 lo nlza clo n d el a g ua . aetdos deblles y bases deblles

di: a eptor de PlOWH , on~li uy n un par 'ido- aconjugades r a ion do por la reacci6n reve rs ib l e

ORa OR ~ B+ + C 000-a a ido :i 01: una t nd ncia earactenstica a p e r u su prto e n d o lu c i n a c u o s a , Cu an to l i 'I A s fu er te s e e l 3 .c ic lo rn

yor sen 1 ten net 1 1 rd r $1 pr t n, L a t nd It tsualqui addo (fiA) p rd 'r un protO y forruar su basejugada (A-) s efine mediant Ia con tsnte d quilibK ) par la r o n r versibl

.IA ~ g++A-,ql1 !>

(H'UA-)K @ I C J = [RAJ =K.L a s c o n s ta n t e e equ i l l b '0 d la s r e a 'o n s d e i o n i z a c i 6nsu len denominar eonstantes de ~oeiacion 0 e ioniz.j n ,'1 rn n u 10 d s ig n a d a s c mo K . E n la Fi gu r a 2-1 s dla s on s t a n t e s de d is oc ia ct n d a l gu n o s a c . i dos . L os 6 cld Ttuertes, tales como el Iosf rico y P .I carp -nl(-O, tl n tn onsta

d ls o 'a in ma s altas; 1 a e id o s ma s d bile s , ta le s o nel men hidr6g no fosfato (lIP ;-), 'ti ne l l cot tantes ds oc la c io n m as ba ja s.

~~Nll:t+H'pK'. 9,25

HC03 ~ O~-...H'pK , : 10,2

H a P < I r=1POi + H2P ~HPOl IH' fIl' 04- .--PO!--pK. = 2,14 pIC. =6, PI< . . '" ' 12 ,6 7 9 1 11 12 1 3

pHAGURA2-1 IG n ' l I" c i 6 o o l l -p r o t o n y r u n , . p tG f Ii pr o O A 1 " " 1 , 1 1 '1 0 om pu 0 ta l C 0 1 0el cld ac:kti 0 y el ion amo io, son monoproticos; p ued en co o r so-I menle un pf()t6n. OlIO son d ipr6 tJ os (H2 OJ ( c ld rb6n i 0) y

g li i 1 e trlpr6ti s I I - I JPO I( .k id fosf6ricoll. em esnan (as sec io n d e d l faci6t11para c ia p r e n doode t ie n e n lu a r a 10 l ade u n g ra d le m e de pH . P a ra ca da r e a c c i on se m ue str a la c n s t a n t

ui l ibr i 0 d iso d I n (1(.) y 5 1 , 1l o g il ri tm o n e g ~ ti v o , eI p .


21/31

Ca p it ulo 2 EI.agua

Figura 2-16 cambi n S l1Ic)uyen los valores d pI(,r '1 n an ( uoga a I .d pH qu defin m diant la

1 .pK. = logIf' - -log 14uanto m Iu rt sea la t n ncia a di i.T un pr ton, ms 1 cido y m nor es su pl(; . Como r rno a '011 i-

ued det rmlnar r a c i l m nt ) pK d ualqu r

L as c u rv a s d e . titu la ci6 n p ro poro io n an e l pK ad e lo s a cid o s d eb ile s

'i6nn una soluciull dada. En stt' p

t rminado d

(2-6(2 6Ac~H +

L s equllibrios deb n cum lir imuJU1t\ am nl F IS onstantese qllilibrio cara etisUcas que S 1 .rosp ctivar lit,

1.74 10" Mafuldir nada ,II" N

9r-------------------------,

pH

76

2 -{CH3~ 1-1

OJl- i'i,adid ( quivalcntcs)o 100%0Poroentaje tituJad

.xiscad uno


22/31

2.3 "famponamiento contra cembles de pHen los sistemas blol6gicos65

14~-----------------------------'13

o 0.1 0.2 0,3 0,4 0,5 06 0.7 0,8 ~,9 1,0OH- adido( qui.yaln

o 50Foroentaje titulado 100%

FlGURA2-18 Compara io n de las CON s d titol iO n d t rC!S"-dos !I'biles. e muestran I s curvas de tittJlaci6n de CH1 OOH,HlPO';- H;. En lo s recuadro s mueslran la s formas i6ni as pre-dominantes en los [luI'IIO~ seiialados de la lit la iOn.la5 regtones concapacidad tamponan; estan indlcadas a la derecba. los pares acido-b 0 J u g dos s o n tampo n . el tlvo nlre pr' lmadam n. IlO y I 0 % de 1 0 1ncoltaliz,} i6n d lel P i dado d pretones.

s midis dado. . l dihidrog n f. sfa 0pi r un p r o t on conmen r facilidsd y esta samidlso iado a H , , El in amonieas '1' ido mas d il los es y no esu s 'n itjs dado h~~tpH 9,25.cid Q U 1 1 ' 1 estru n1;ficam nt Q _ U un ii 'ld

su a n io n , u n pa r ' c i o -ba s c o n j u g a I p u c d n ac t u a l " omntampon s.RESUMEN ,2 .2 lo niz a cio n d el a gu a , a c i d o s debi lesy bases debUes

E l il,gtla P u :a st1iU .s ramente iO~liZ~tdayc n tl 1Ia misrna can 'dad d Jones hidr6g no (iones hidronlo,H,O ) qu d iones h ld ro xit . ffilgrado c i ionlza . ns est:ribe m diant.e una eonstarue de quilib' [l'I+l[OH-]K t ! ( 4 - [HzO j d I ' (IU S I iu c .lp r odue t oi nn i co d l a g tra , K ,i' 25 DC, Kw = {HI)( }q-65,5 K,q) -10-1 r . F l .

E l pH u n a s lu c i6n a 05 a r n e ja , en e s c a l alogaritmi Ila cone nlraci6n de ion s hid:r6g no:IpH"lOg1WT -log [Htl.

A ilia or acidez un dtsotu . n, men r eraLos,' id os d 'biJu n Io n ru dr

mola

K. .I pK .. . r sa la f 11 ' rM l relat iva d u d I)

d bll en s ala I gantrruea;1p K . = I g -K = -\ gK~.a

Cu a to Ill.' fu r C' u n a d . m no r s r " su l(tJ;c u a to ma s fu e r te s w mayo r s 111s u pK .E l pI\; se pu d d e t rm in a r xp ri entalmente; e sII d I unto IT t dia de fa urva tilllla i6n del, i

2.3 T a mpona miento contra ca mb ios de pHen los sistem a s bio16g icos

n1 0 ~ ci n o para la s rn u 'h

Describir mas aquf los quiltbrios d Ionizaei 'n irnp!idos en el tamp nami nto y mo rar m s la r e m i6n cuantittiv entr el pH de una s o t u c i en tampon d a el pK"tampo . El tamponamlentc biol6gj 0 se ilnstra m dlaraes is te ma s ta mpo n d el fosfato y e l c ar - onato e n 1hom r e o


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66 Capitulo 2 [I a g u a

L os tamp on es so n m ez clas de acidos deb liesy s us b as es conjugadas

o n -su ac ptoru~ t adoff~u OH-

U na ex presro n sen cillarelacfo na p H,pK Y concentr ac lon de tampOnL a s u rv a s

Addo cet.i 0n, H)

K.. = [H" '" l (OH 11I . -XAc Ac~

eetaca, 0

K a [H'llAc IiIlIAcI

nimurtaneam nte y qu aln lntesd uillbrlc, K ,u-

l. que es imp rtan ara comprender Is aceion dt mpon s y 1 quilibrio acido- ase n la sangre iido1 brad 5. Esta ec acton s simp! m fit una formad r euuncl r 1


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2.3 Tamponamlento contra camblos de pH en los sist ma bio l6g l cos

lnvirtl ltd ah ra -I glHAj/[ -],] Q U implica arnbiar suIgno, 0 U ne la ecua ion de Henderson-Hasselbalchr

pH - pKa (2---9)qu s n u n ia ~ rm n a s g n e r 1 :

pH - pK" + log] - pK ; + 0 = p

re dador y torLosaddos 0 bases debiles ta m po na n c elu la s y tejidoscontra ca mb ios de pHLos Iluidos intrac lular y xtrae lula r de los rganismos multi-elulare n un pH cars t nsti 0 y pra ticarn nte ionsrant . Los sis mas tampon roporcionan la primera linea ('

s ~:!a ~ I II, , _ ? C H , _ ? C + II

AGURA2-20 1:1ami o.icido hislidina, om n rite des u n acido ~ ) I L I p .de I l I t r O g no protona do de 1


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6 :8 C u p i t u lo 2 lE i a g u a

D es ta mp on es bio 16g ic os e sp ela lmer im po rta nt i s s o nlos sistemas del fos.fato y e l bi r onato, El sist rna tampondel fosfato, qu tu a en I cito lasma detodas las celulas,consiste n 1HsP 4 como d'dd r d p r tones y e l HP i, omo a ptor de protone :

'v id a d axima

comoP I' to e s :

Hi 0:1 ~ R1' + H .;.K, _ [1 ; r"n l JOO;J

(H2CO~Este sistema tarnpen s m a s compl j qu otr parbas conjugados, jla Q u e uno deu com. onen tes , elarb6r co (H2COa), se forma a . partir d di6.x1do de carbonedisuelto d) YR , s g U n Ia r acclon r versibl :

CO,ld) H~O~ HII 03[H2Ca lK2= rCO,(d J lH 20)

a: a~"C. r g'~: g "0~~ItJ'js~~

0pH

FIGURA2-21 pH 6ptimo de algunos e nz ima s . La pe~in es unzlm a d ig ti\rQ r t d o n I jo g g .1 tr l 0; I a t r l ps ln a, u n en zim ag s r iv o q u ttl n I in e su n d d o ; I , f fa r< a l l intejldo 65e es un eozima idrolftico que se ere qu particlpa em in er al iza d6n d el h ue so ,

irreperables y a ta mu rte cellar. En otras enIerm dadpH pu de ascend r niv slat "

Au n qu e B o n m ac ho s lo s s p e to s d la s t r u e tu r a yci6n elulares influidos pO T H, es la acuvtdad "a lftical o s e n z ima s 1 0 qu e s ec i . a lmen te sen s t le o Lo s 'e n z inmsn e n u n mA:xiJll de a t iv id a d c a ta lft ic a u n H e a ra te r fs tdenomlnado p 6p 0Fig. 2-21), A amb s la O S del6ptiroo su aetivid d cataliti a d iel1d a menudo de fonbru ta. Asi , un equeno cambio C1 el pH pu de rovocargran direr ncia n la velocid d de alguna rea ci6n crucialtal:i.zada enzin'lAtlcatuetlle. El ontrol bio16gi d 1pH dlulas y fluidos erporal es, p r co siguient ,de impOl

cia crucial en todos 1 s aspectos d ~m tabolismo 'lde las avidad s lulares.

R E S I J M E N 2 .3 Tamponam iento c on tr a c amb lo sde p ti en lo s s is temas b io l6 g io os UM rnezcra d un 'j' Q bas) ebUy su sal resll os c am bl os de pH pro o c a d o s po r 1a adici61 d e H "

H-. E s ta rn z la a c u la . m u n t . r u : n p 6 n . El pH de una disclu ion d cido d btl (0 ba s deby su sa l s de u c e de la ecua ion e Hend e r s o n

]Hasselbal h: pH =pKIi- iog [A-] , n la s c u l a s y os t [idos, los sist mas tamp6r

de fo sfa to ic a rbon , to mar t fe n n lo s t1u id os5y xtcac I u l a r s en BU pH 6ptimo

(fisiol gi 0), qu es normalmem c ano 7. Loenzimas s e le n a tu a r d e rn a n e r s 6p t ima a e s te p I . }


26/31

2.4 e agua como reactivQ 6

T RECUADRO2-4 BIOQuiMICA ENMEDICINAS a n g re , p u lmo ne s y tampon: 0 1 s is tem a tam p dndel b carbonatoEn los arurnal !Ipulmonados 1si 'L rna k1 l l1pQn d 1bicar 0-nat, un tam n Ii 0 1 gico efici ru cerea de pH 1,4 yaqu LRa e :1 del plasma sanguine est6 en .qntlihrlo . 1 1una gran capacidad d res rva C03 g) en el espacio a e -reo de los pulmon s. Este 9.' t mil tamp6n impllca tres equi-

de 1 s pulmones Itel plasma sangulneo La v 10 idad d 18p r . 1 6 1 ' 1 , S f s , la v 10 id a d d e in h a l llc .!O )0 xha l a i6 n

de O2 pu de aiu at rapidamen sacs uWb n o s y an-t n e r e a s t c on se an te e pH

d Ii! san t esta en un cu si- quilibrio C II una gr n r rva potencial d C~.

2.4 E J a g u a com o re ac tiv on e 1 que tiene Ingar las

rl I s c lu t v iv a s ; rn e n u d e , parUclpa

AGURA 2-2 2 P a. rt id p il ci 6n d I a gu e n re ac cio ne s bio lO gic as . (8) E IATP~ n nhidrido fo~f, 10 formed medi: file una r eel n dd nsacion (perdidil de los el m nt 5 d I agua) l!ntl ADP ato,Rrep Ia I ademlll monofosf I (AMP).bta r cd6n dd nsa ion rc .qu i r n rg ra .d I a g u a ) d el A TP l ibc ra u n,v (el) repr

I1 - 1 . ) ;:=...:: R-O-P~Oll + J-I( -P- 6 , 6(ADP

Anhidrio C o fato (a )~R-O-P -+ll.() ~ R-Oll II-~,0-

E ter Io fato b)R ' ,f0 ~1l0-R

OR 2E ter carboxilato (c

oR_I_ - f -

0-#,0- +u.o ~ R-C +II -P-- , I011

Acil fo .s fa to (d


27/31

1 Q C pfuJlo"2 E J a g u a

B I ' " gu m tabolica" as! Iormads partiralrnacenada

p -It '( 'rIA:'

u n n

ode 1 a foiosmtesis:

RESUMEN 2.4 E I a g u a como reactive

2 .5 a ad ecu ac ion d e am b ien te acuesoa los l o r g a n l s m o s vivos

d I agua (la f>nergia C


28/31

Pa lab ra s c la ve

Gapftulo2 Blbllogra 1 < ' 1

par addoeonstasrt

Todos los termino ena grita eslan dtifini4()en 1010 arlo.nlace de hidrog no 57D rgja de enl 4 57llidro ~ 0 50hJdrot! bi 0 50anfip to 52micela 53 .d.rof6bi 53int rae . n van del Waals 5osrnolaridad 56

Bibl iograf ia

titnldOl166

63

Genera lBelton, P.. (2 0) c J atmagne resonances


29/31

72 capItulo2 EI a g u a

in om biolicaJ processes.

Intera cclone d lib iles en los sistem as a cu ososF r b A.R. 1 "') The hydrogen bond in rno ecular fee grution,1hmd< Biochem: Sci. 12,3 1-3 .

Una d isc u siOn c u e titllti\'ll. c l a ra C ncisa sobre la c on fbucl nde los pue tes de hirlr ' ocimt'l III lar YILl

tlied n, E, (1915) Non- ovalenl interactions. 'I'}' to biological11xiblll t and specificity. J. O ue m . E clu 52,7. -7 I

RevlSl n d Laseu t.ro elase de int m o o n I hi1 B 1]1 1estabilizanl- rraeromoteculas y les conlleren -spectri dadbioi glca rulene ejemplos dares

P r o b l ema s

d tallada de In estruc UTa yd hldrogeno, ind -end los

A Cidos deb J es, ba ses deb iles y ta pones:p ro ble ma s p ara pract icaregel, I .H. (I' 7 ) B l l J C hM~ Iml hlm/rmom, 2. ( ,J hll W 11

. S o n s , In " N w Yo r r.

oAceWeolina

003-11-0- H-oblalin

nsayo, de nnlnan los 15 mL d ) mu

La r

c r(mlti)

c a 2 ~(m r)

Mg(m

R . canc r i l lOra 122 1 0 00 2

(c Com rodas las ranas, Is 'ana d voradora d anS puede inl rcarnbiar 'as a t,ra~fS d su pIp rmea10qu 1 penn' t estar ajo el u durant largos peride tienlpo sin I' sptrar, i. '6mo afecta la el ada p rill ea


30/31

(FW 0) d b ret n r para8Laminoacido glicinsdiente d un tarnprin n

'. I >J im fit bi qu in . o s . El g ru p amin o d l a g l ic il 1D . q u eti fie un JlK I 9.6, pu d e lstir et Laf rma proLQoadd(- H:d 0 C InO base Ii r (- 112) d bldu ul q illbrio re-vers t 1

R-NR~~ R-Nfi2 rI t gli ia

na-OH oIIacido nz i l ; ( J

pK" 5 Ion b neeato

Capitulo2 Problemas

;. u lo s.gwenl.eS . rnp estes mas olu Ies ell una luacu sa a H ,1 10 d H ,1O,l ",'1 (L s pro lit'S dlsobl s e s e n ala n e n ro jo .)oIB[onpiridln

pK...~5 I 3 -Naf lo lpK . 1 0(b)a

HiD - HO-CHa

r.Acctilt.irosina m > b I e rpK . . . .. l(c)

.&] na larga.

SJ I I 'C:LOr hubl a la hi

l im n

K. c3.5.

/ 0CH~IIU 'OHSe nbs irb a


31/31

14 C plio 2 E I agua

guineo p uene i:\ .l'epu d1 a resp

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Lehninger-Capitulo 2