FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS QUÍMICO FARMACÉUTICO BIÓLOGO
4° “A”
Práctica No. 1
“
Preparación de Disoluciones Amortiguadoras y Determinación de la Capacidad Amortiguadora de Fluidos Biológicos” M en C Nélida Araceli Araceli Medina Pineda
Integrantes: Acevedo Zambrano Carlos de Jesús Bautista Roblada Carlos Eduardo Castillo López Patricio Alejandro Covarrubias de la Rosa Paola Alexandra Reyes Méndez Nancy Aidée
Coquimatlán, Colima, 01 de marzo de 2010
INTRODUCCIÓN •
Antecedentes
Una reacción química o cambio químico es todo proceso químico en el cual dos o más sustancias (llamadas reactivos), por efecto de un factor energético, se transforman en otras sustancias llamadas productos. Esas sustancias pueden ser elementos o compuestos. Un ejemplo de reacción química es la formación de óxido de hierro producida al reaccionar el oxígeno del aire con el hierro. Para que una reacción se lleve acabo se debe dar un intercambio de electrones, en palabras más sencillas: que una sea ácida y otra básica es decir, según la definición de Lewis la base será el compuesto que puede donar un par electrónico, y el ácido el que puede recibir dicho par electrónico. Dichas reacción deben estar en equilibrio cumpliendo con la ley de la conservación de masas, las reacciones acido-base son medidas con el pH el cual indica la concentración de iones hidrónio [H3O+] presentes en determinadas sustancias. La sigla significa "potencial de hidrógeno" Este término fue acuñado por el químico danés Sørensen, quien lo definió como el logaritmo negativo de base 10 de la actividad de los iones hidrógeno. Esto es:
Entendiendo esto se asigna una escala de pH que va desde el 1 al 14, su cero se encuentra en el 7, este valor es tomado para el agua pura, que no es ni acida ni básica, es neutra. Valores menores a 7 se consideran ácidos, y valores mayores a 7 son alcalinos o básicos. El pH corporal oscila entre 7.35-7.45. La concentración de H + compatible con la vida es relativamente estrecha: de 16 a 160 nEq/l (pH de 7.8 a 6.8). Ahora imagina que cada vez que ingieres algún alimento tu pH sube o baja es decir si tomas una coca tu pH corporal desciende por esos niveles o cada que respiras el intercambio de gases de CO2 y O2 variarían esos niveles (7.35-7.45) sin duda moriríamos, afortunadamente los mecanismos de defensa inmediatos, para evitar cambios en el pH en respuesta a modificaciones en la acidez de los líquidos corporales, son realizados por los sistemas amortiguadores (buffers) del cuerpo. (Baynes, J. W., Dominiczak, M. H., 2005) Las Soluciones Amortiguadoras (buffers o tampones) son aquellas soluciones cuya concentración de hidrogeniones varía muy poco al añadirles ácidos o bases fuertes. El objeto de su empleo, tanto en técnicas de laboratorio como en la finalidad funcional del plasma, es precisamente impedir o amortiguar las variaciones de pH y, por eso, suele decirse que sirven para mantener constante el pH. Los más sencillos están formados por mezclas binarias de un ácido débil y una sal del mismo ácido con base fuerte. La capacidad de amortiguación puede definirse como "La cantidad de ácido o base fuerte que deben añadirse a un litro de solución amortiguadora para producir un cambio de pH de una unidad". También puede definirse como" . El cambio de pH que se produce por la adición de una cantidad dada de ácido o base fuerte". (Heitz, U.; Horne, M. M., 2005)
Los amortiguadores contienen en proporciones análogas, las formas disociada y no disociada de un ácido débil (A) o de una base débil (B):
AH ↔ A- + H+ BH ↔ B + H+ Esto se consigue mezclando las proporciones adecuadas de ácido débil y base fuerte o base débil y ácido fuerte. Así se origina una mezcla de electrolito débil y una sal fuerte. En cualquiera de los casos, cualquier factor externo que tienda a aumenta la concentración de hidrogeniones desplazará el equilibrio correspondiente hacia la izquierda, hasta que la nueva [H +] sea parecida a la inicial. Por el contrario, el consumo de los hidrogeniones del medio desplazará el equilibrio hacia la derecha, restaurando una [H +] parecida a la inicial. Para todos los amortiguadores o tampones existen unas reglas las cuales nos indican que: 1. El pH de una disolución amortiguadora no de pende de las concentraciones absolutas de acido (o base) y sal, sino de las proporción entre las formas disociadas y no disociada (sal/ácido o base/sal). En consecuencia, se puede añadir agua a un amortiguador sin que varíe su pH. 2. Aunque el pH no varía con la concentración, los amortiguadores más concentrados tienen mayor capacidad de amortiguación, es decir, resisten mejor los intentos de cambiar el pH.´ 3. La amortiguación es máxima cuando el pH del medio coincide con el pK del amortiguador. Cuando la diferencia entre el pH y el pK es superior a 2, la capacidad amortiguadora es prácticamente nula 4. Un ácido débil funcionará como un amortiguador al añadirle una base fuerte, siempre que al reaccionar entre sí quede algún exceso de ácido: (Goi, Felix M.; Macarulla, José M.; Goñi, Félix M., 2000)
Ácido + base → sal + agua (reacción de neutralización) 5.
Una base funcionará como un amortiguador al añadirle un ácido fuerte, siempre que al reaccionar entre sí quede algún exceso de base:
Base + ácido → sal + agua •
Interés fisiológico
El funcionamiento armónico de los procesos biológicos en el organismo requiere la acción concentrad de numerosas encimas, cuya acción catalítica depende críticamente del pH. En los medios extracelulares el pH se mantiene constante en torno a 7.4. Variaciones de unas décimas por encima o por debajo de este valor pueden ser incompatibles con la vida. (Goi, Felix M.; Macarulla, José M.; Goñi, Félix M., 2000)
•
Utilidad
Como ya sabemos el pH de los distintos tejidos y células se hallan rigurosamente controlados, de los amortiguadores fisiológicos. Algunos usos en los laboratorios clínicos de estas disoluciones tampón pueden ser las siguientes:
a) preparación de disoluciones de pH conocido y estable para la calibración de pHmetros, b) preparación de disoluciones de pH controlado para ensayos de actividad enzimática, o para el mantenimiento de de cultivos celulares. c) programación de variaciones paulatinas (gradientes) de pH para los análisis de aminoácidos y proteínas, u otras técnicas. d)
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Por ultimo las disoluciones amortiguadoras de utilizan a veces con fines farmacológicos, en forma de sueros inyectables, cuando por alguna razón hay que suplementar la capacidad amortiguadora del enfermo (por ejemplo, se administra lactosa en tratamiento de acidosis).
Tampones fisiológicos
Los tampones están presentes en todos los líquidos corporales y actúan inmediatamente (en cuestión de 1 segundo) después de que tenga lugar una anomalía en el pH. Se combinan con el exceso de ácidos o bases para formar sustancias que no afecten al pH. Sin embargo, el efecto de los tampones es limitado. Las disoluciones amortiguadoras del cuerpo humano se basan en los mismos principios expuestos a)
fosfatos. El acido fosforito tiene 3 átomos de hidrogeno disociables. Sin embargo, su disociación es grupal: cada uno de ellos tiene un pK específico.
Solo la disolución del 2ª protón (pK 2 = 6.8) tiene interés fisiológico. En los tejidos el fosfato se halla o bien como sal inorgánica o, lo que mas importante, en forma de fosfatos orgánicos, combinado con azucares, lípidos o ácidos nucleicos. En casi todos estos casos el fosfato tiene algún protón con pK próximo a 7, es decir, con propiedades amortiguadoras en condiciones fisiológicas. (Goi, Felix M.; Macarulla, José M.; Goñi, Félix M., 2000) b)
bicarbonato. el equilibro correspondiente a este amortiguador es:
Pero, además, el acido carbónico se hallan en equilibrio con su anhídrido volátil
La cantidad de CO 2 y por lo tanto, la concentración de H2CO3 en sangre se pueden modificar rápida y eficazmente variando la ventilación pulmonar. En general, como se deduce de su pK, la mayor parte de este amortiguador se halla en forma salina (HCO-3). Sin embargo, en caso de necesidad, la concentración de acido puede aumentar fácilmente al disminuir la eliminación pulmonar de CO 2. c) Proteínas. Como vemos, las proteínas contienen grupos funcionales que son ácidos y bases débiles con una amplia gama de pK, de manera que funcionan como buenos amortiguadores casi a cualquier pH. Las proteínas son amortiguadores intercelulares más importantes. d)
Hemoglobina. Por su abundancia en la sangre y su papel protagonista en la respiración, la hemoglobina debe destacarse como amortiguador entre el rastro de las proteínas. Su peculiaridad más notable es que, según esté o no esté oxigenada, su pK varia, y esto le confiere una capacidad amortiguadora adicional. En este sentido, la hemoglobina es un súper amortiguador. (Goi, Felix M.; Macarulla, José M.; Goñi, Félix M., 2000)
Son los sistemas encargados de mantener el pH de los medios biológicos dentro de los valores compatibles con la vida. Permitiendo con ello la realización de funciones bioquímicas y fisiológicas de las células, tejidos, órganos, aparatos y sistemas. Según su naturaleza química, los amortiguadores se clasifican en orgánicos e inorgánicos y, así mismo, atendiendo a su ubicación, se distribuyen en plasmáticos y tisulares. (Heitz, U.; Horne, M. M., 2005)
Ejemplos •
Amortiguador en leche
La leche contiene una gran cantidad de sustancias que pueden actuar tanto como ácidos débiles o como bases débiles, debido a las propiedades características de las proteínas que contiene la leche. Cuando la leche se acidifica, se añade un gran número de iones hidrógeno (H +), casi todos estos iones están unidos a grupos amino de las cadenas de los aminoácidos, formando los iones NH 2+ y el valor del pH apenas se ve afectado; pero cuando se añade una base a la leche se liberan lo iones H + de los grupos COOH de los aminoácidos, formando grupos COO-, debido a esto el valor del pH permanecerá más o menos constante. Cuanto mayor es la cantidad de base añadida, mayor es el número de iones hidrógeno liberados. La propiedad de actuar como solución tampón de la leche se pierde casi por completo cuando ésta se acidifica debido a un largo almacenamiento a altas temperaturas. En este caso sólo con una pequeña adición de ácido se podrá cambiar el valor de pH. (Gösta B., A.; López G., A.; 2003)
•
Amortiguadores del semen
Al momento en el que el semen atraviesa el conducto deferente, se hace una mezcla con las secreciones liquidas de las vesículas seminales y la próstata. El liquido prostático (pH: 6.5) es rico en ácido cítrico y ascórbico, fosfatasa acida, Zinc e iones de magnesio, mientras que el de la vesícula seminal (mas del 60% de su composición) tiene mucha fructosa (la cual es su principal fuente de energía) y prostaglandinas. También contiene agua, enzimas y amortiguadores de fosfato y bicarbonato. ( Crooks, R.; Baur, K., 2000)
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Amortiguadores de la orina
El pH mínimo de la orina es de alrededor de 4,5, lo que corresponde a una [H +] de 104,5 mEq/L. La excreción de grandes cantidades de H + por la orina solo puede hacerse mediante la combinación de estos iones H con los amortiguadores del liquido tubular , los mas importantes son el fosfato y el amoniaco. El amortiguador de fosfato está formado por HPO 42+ y H2PO4-. El H+ que permanece en el túbulo renal sobrante tras la reacción con el HCO 3- puede reaccionar con el HPO 42+ para formar H2PO4-, que puede excretarse en forma de sal sódica (NaH 2PO4). Por cada H+ excretado co el amortiguador fosfato se genera en el túbulo un nuevo HCO 3- que se reabsorbe. En condiciones normales, alrededor del 75% del fosfato filtrado se reabsorbe y solo existen 30-40 mEq/día disponibles para la amortiguación del H +. El sistema amortiguador del amoniaco esta formado por NH 3 e ion amonio NH 4+. El ion de amonio se de sintetiza a partir de la glutamina, transportada de forma activa al interior de las células de los túbulos proximales, las ramas gruesas del asa de Henle y los túbulos dístales. Una vez dentro de la célula, cada molécula de glutamina se metaboliza para formar dos NH4+ y dos HCO3-. El NH4+ se secreta hacia la luz tubular mediante intercambio con el sodio y el HCO 3- pasa por la membrana basolateral junto con el ion de sodio reabsorbido. Por cada molécula de glutamina metabolizada, se secretan a la orina dos moléculas de NH 4+ y se reabsorben hacia la sangre dos de HCO 3-. Una de las características más importantes del sistema renal amortiguador del amoniaco es que la acidosis produce una importante estimulación del metabolismo renal de la glutamina lo que aumenta la formación de NH 4+ y de nuevo HCO 3-, que se utilizan para el amortiguamiento de los iones hidrogeno. (Guyton, Arthur C., 2007) •
Amortiguadores de la saliva
La saliva es una secreción mucoserosa clara y ligeramente acida, compuesta en su mayor por agua (99%) y de constituyentes orgánicos e inorgánicos (1%) que actúan colectivamente para modular el medio ambiente oral. La saliva completa es una mezcla de fluidos de las glándulas salivales mayores y menores y menores y de fluido gingivical cervicular, que contiene bacterias orales, virus, restos de alimentos y restos de expectoraciones bronquiales. Desempeña un papel primordial en el mantenimiento de las condiciones normales de los tejidos orales y es un factor de gran importancia en las caries, ya que ejerce una acción de autolimpieza y tiene alta capacidad de amortiguación que ayuda a neutralizar los ácidos producidos en la placa bacteriana. Sus principales componentes son el calcio y fosfatos. (Acosta, A. G.; Agudelo, C. M.; Barrientos, S. S.; Chávez, M. C) Amortiguadores del plasma y suero sanguíneo •
Para dar una idea de la importancia de los amortiguadores de la sangre, sabemos que la concentración de hidrogeniones del agua pura experimenta una elevación cuando se
añade un mínimo de cualquier acido, y crece paralelamente a la cantidad del acido añadido. En la sangre no ocurre así, pues admite cantidades del mismo acido, notablemente mayores, sin que aumente la concentración de hidrogeniones. En el hombre, uno de los principales sistemas amortiguadores que mantienen el pH de la sangre en el par fosfato-difosfato (H 2PO4-/HPO42-) los sistemas amortiguadores en sangre son tan eficientes, que si se agarra un mililitro de HCL 10 M a un litro de sangre, el pH es de ésta sólo varía de 7.4 a 7.2 en cambio, si se agrega la misma cantidad a un litro de solución salina fisiológica (NaCl 0.15 M) el pH varia de 7.0 a 2.0. En el primer caso la concentración de H+ sólo aumenta 1.58 veces mientras que en el segundo aumenta 100 000 veces. La utilidad de las mezclas amortiguadoras en la regulación del equilibrio acido-base del plasma sanguíneo, estriba en la posibilidad de mantener la concentración de iones hidrogeno dentro de límites estrechos, que puede considerarse invariable. El pH se puede mantener muy aproximadamente al nivel que convenga, escogiendo las mezclas adecuadas.
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Capacidad de amortiguación
La capacidad de amortiguación puede definirse como “La cantidad de acido o base fuerte que deben añadirse a un litro de solución amortiguadora para producir un cambio de pH de una unidad”. O bien como “El cambio de pH que se produce por la adición de una cantidad dada de acido o base fuerte”.
OBJETIVOS •
Objetivo General
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Preparar y experimentalmente determinar algunas propiedades básicas de las disoluciones amortiguadoras.
Objetivos Específicos
Preparar disoluciones amortiguadoras de acetatos y fosfatos
Demostrar la acción amortiguadora que ejercen las disoluciones de acetatos y fosfatos
Comprobar el efecto de dilución sobre el pH de la disolución amortiguadora y su capacidad amortiguadora
Calcular la capacidad amortiguadora en fluidos biológicos (suero de sangre, semen, saliva, orina, jugo gástrico, leche) y comprobar los resultados obtenidos con los reportados en literatura
MATERIALES • •
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15 Tubos de ensayo de 13 x 100 1 Gradilla metálica para tubo de ensayo 2 Pinzas para tubo de ensayo 2 Pipetas graduadas 1ml 3 Pipetas graduadas de 5 ml 2 Pipetas graduadas de 10 ml 2 Propipetas 2 Pipetas Pasteur c/ émbolo de succión 4 Matraces Erlen Meyer de 50 ml 1 Bureta graduada de 50 ml 1 Soporte universal 1 Aro metálico 1 Pinzas para bureta 1 Taza de porcelana
REACTIVOS Fosfato potásico monosustituído disolución 0.15 M Fosfato sódico disustituído disolución 0.15 M Ácido acético 0.1N Acetato sódico disolución 0.1 N •
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EQUIPO •
Indicador universal - Azul de timol - Azul de bromotimol - Dimetilaminoazobenceno - Rojo de metilo - Fenolftaleína - Etanol Disolución de fenolftaleína Disolución de Rojo Congo Hidróxido de sodio 0.1N HCl 0.1N Agua destilada.
1 Potenciómetro manual
MATERIAL BIOLÓGICO
Suero de sangre Leche Orina Saliva Semen Plasma
PROCEDIMIENTO 1.- PREPARACIÓN DE DISOLUCIONES AMORTIGUADORAS
Marcha de los trabajos. 1. En seis tubos de ensayo previamente numerados se vierten las disoluciones de ácido acético y acetato sódico en las siguientes proporciones: DISOLUCIÓN Cantidad (ml) de CH3COOH 0.1N Cantidad (ml) de CH3COONa 0.1N Magnitud de pH calculada
1
NÚMERO DE TUBO DE ENSAYO 2 3 4 5
6
9
8
5
3
2
1
1
2
5
7
8
9
3.7
4.0
4.6
5.0
5.2
5.6
A las mezclas preparadas, se añadieron 2 gotas de indicador universal y por el carácter de la coloración se determinó el pH de cada mezcla. Se determinó el pH de las soluciones preparadas por el método potenciométrico.
2. Se numeraron ocho tubos de ensayo y se vertieron en cada uno de ellos disoluciones 0.15 M de KH2P04 en las siguientes proporciones (Mezclar cuidadosamente). DISOLUCIÓN KH2 PO4 0.15M Acetato de sodio 0.1N Magnitud de pH calculada
1 9.5
2 9.0
NÚMERO DE TUBO DE ENSAYO 3 4 5 6 8.0 7.0 6.0 5.0
0.5
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
5.59
5.91
6.24
6.47
6.64
6.81
6.98
7.17
7 4.0
8 3.0
2.- PROPIEDADES DE LAS DISOLUCIONES AMORTIGUADORAS A).- ACCIÓN AMORTIGUADORA DE LA DISOLUCIÓN.En un matraz se midieron y se vertieron 4 ml de ácido acético 0.1N y 16 ml de disolución de acetato sódico 0.1N. Se numeraron 4 tubos de ensayo. Y se hicieron los ensayos siguientes: 2. a. En los tubos de ensayo 1 y 3 se vierten en cada uno de ellos 5 ml de mezcla amortiguadora preparada, y en los tubos de ensayo 2 y 4 5 ml de agua destilada. b. En los tubos de ensayo 1 y 2 se añaden 1 o 2 gotas de fenolftaleína y su contenido se valoran de una bureta con álcali, contando las gotas o ml hasta la aparición de una coloración rosada. En los tubos de ensayo 3 y 4 se añaden 1 o 2 gotas de Rojo Congo y el c. contenido se valoran con HCl, contando las gotas o los ml hasta la aparición de una coloración azul B).- EFECTO DE LA DILUCIÓN SOBRE EL pH DE LA DISOLUCIÓN AMORTIGUADORA Y LA CAPACIDAD AMORTIGUADORA. 1.
1. Se toman tres tubos de ensayo. 2. En cada uno de ellos se vierten 2 ml de ácido acético y 2 ml de acetato de sodio.
El contenido del tubo de ensayo 1 se deja sin diluir. El contenido del tubo de ensayo 2 se diluye en dos veces, añadiendo a la mezcla amortiguadora obtenida igual volumen de agua (4 ml) . 4. El contenido del tubo de ensayo 3 se diluye en cuatro veces añadiendo (12 ml) de agua. 3.
Las disoluciones en cada tubo de ensayo se agitan y se usan para el experimento:
I. Se numeran tres tubos de ensayo y en cada uno se vierten respectivamente 2 ml de disolución amortiguadora: No diluida, Diluida en dos veces; Diluida en cuatro veces. Luego se añaden en cada tubo de ensayo tres gotas de indicador universal y por su coloración se evalúa la reacción (pH) de cada disolución amortiguadora. II. Se numeran tres tubos de ensayo y en ellos se vierten respectivamente 2 ml de una disolución amortiguadora no diluida, diluida en dos veces y diluida en cuatro veces. En cada tubo de ensayo se añaden de 2 a 3 gotas de fenolftaleína, y se valora de una bureta con álcali, contando las gotas o ml hasta la aparición de una coloración rosada. 3.- CAPACIDAD AMORTIGUADORA DE LOS LÍQUIDOS BIOLÓGICOS Con la ayuda de un indicador universal determina en una taza de porcelana el pH aproximado de los líquidos biológicos que va a investigar. 2. Se miden y se vierten en tubos de ensayo 5 ml de los líquidos que va a investigar y se añaden 2 o 3 gotas de fenolftaleína y se valora de la bureta con álcali hasta la aparición de una coloración rosada, contando las gotas o los ml gastados. 3. Se miden otra vez y se vierten en tubos de ensayo 5 ml. De los líquidos biológicos y se añaden a cada uno de ellos de 2 a 3 gotas de Rojo Congo. Se valora de la bureta con HCl contando las gotas o ml hasta la transición de la coloración roja a azul. 4. Para obtener datos absolutos sobre la capacidad amortiguadora, se ll eva una cuenta exacta de la cantidad de ácido o álcali consumida en la valoración hasta el desplazamiento del pH en una unidad (control se realiza por medio de un potenciómetro. 1.
OBSERVACIONES
RESULTADOS 1.- Preparación de disoluciones amortiguadoras Ensayo 1.- Marcha de disoluciones amortiguadoras
DISOLUCIÓN Cantidad (ml) de CH3COOH 0.1N Cantidad (ml) de CH3COONa 0.1N Magnitud de pH calculada Magnitud de pH experimental
1
NÚMERO DE TUBO DE ENSAYO 2 3 4 5
6
9
8
5
3
2
1
1
2
5
7
8
9
3.7
4.0
4.6
5.0
5.2
5.6
4
4.5
5
5.5
6
6.5
Ensayo 2.- Marcha 2 de disoluciones amortiguadoras DISOLUCIÓN KH2 PO4 0.15M Acetato de sodio 0.1N Magnitud de pH calculada pH experimental
1 9.5
2 9.0
NÚMERO DE TUBO DE ENSAYO 3 4 5 6 8.0 7.0 6.0 5.0
0.5
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
5.59
5.91
6.24
6.47
6.64
6.81
6.98
7.17
5.5
6
6
6.5
6.5
7
7
7
7 4.0
8 3.0
2.- Propiedades de las disoluciones amortiguadoras a)
Acción amortiguadora de la disolución.
Ensayo 3 Tubos Gotas b)
1 mezcla amort c/ NaOH 20
2 agua dest c/NaOH
3 mezcla amort c/HCl
4 agua dest c/HCl
2
108
2
Efecto de la dilución sobre el pH de la disolución amortiguadora y la capacidad amortiguadora.
Ensayo 4 Tubo pH
1 4.5
2 5.5
3 4.5
Tubo Gotas
1 11
2 6
3 5
3.- Capacidad amortiguadora de los líquidos biológicos.
Ensayo 5.- Tabla de resultados de los líquidos biológicos Fluido Suero sanguíneo Plasma Leche Saliva Semen Orina
a1: cantidad de ácido consumido
a2: cantidad de álcali consumido
b: cantidad de liquido biológico
pH0 investigado en literatura
4 gotas
Se resistió
1 ml
7.35-7.4
Se resistió Se resistió 2 gotas 9 gotas 37 gotas
3 gotas 1 gota 1 gota 1 gota 6 gotas
1 ml 1 ml 1 ml 0.5 ml 1 ml
7.36-7.42 6.8-7.3 6.5-7.5 7.5 5-8
pH1: pH del liquido biológico al final de la valoración Ácido Álcali No se ----reportó ----7.5 ----7 7 7 5 10 2.3 7
En base a los datos obtenidos se calcula la capacidad amortiguadora del líquido según la fórmula:
C = (N) (a) (1000) (pH1 – pH0) (b) C = Capacidad amortiguadora N = Normalidad del ácido o álcali a = Cantidad de ácido o álcali consumida en la valoración de la prueba b = Cantidad de líquido biológico utilizado en la valoración pH0 = Índice de hidrógeno del líquido biológico a investigar antes de la valoración pH1 = Índice de hidrógeno del líquido biológico al final de la valoración Ensayo 6.- Tabla con las capacidades amortiguadoras de los fluidos biológicos utilizados en la práctica. Fluido Suero sanguíneo Plasma Leche Saliva Semen Orina
Capacidad amortiguadora Ácido Álcali No se reportó ------Se resistió a se ácido 187.5 Se resistió a se ácida -16.6 10 -20 -36 4 -68.51 -30
Nota: se tomó en cuenta el pH menor (del rango de pH de los fluidos) para el pH0 ácido y el pH mayor para el pH0 álcali. Ejemplo: Para la orina los cálculos son: rango de pH 5-8 pH0 ácido: 5 pH0 álcali: 8 C = (0.1 N) (1.85 ml) (1000) = -68.51 (2.3 - 5) (1 ml)
C = (0.1 N) (0.3 ml) (1000) = -30 (7 - 8) (1 ml)
DISCUSIONES
Para el mecanismo de la acción amortiguadora tomamos un amortiguador constituido de acido acético y acetato de sodio. El acido está parcialmente disociado estableciendo equilibrio entre las partículas de acido sin disociar los iones hidrógenos y los iones de base conjugada. El acetato de sodio, esta disociado completamente y, por eso el ion acetato desplaza el equilibrio hacia la formación de acido, disminuyendo la concentración de hidrogeniones libre. La presencia conjunta de la sal y el acido hace decrecer la acidez libre. Si las cantidades de sal y acido son del mismo orden de magnitud, la concentración de iones hidrógenos se regulara por la reacción de equilibrio del acido, es decir:
Es común que en los textos se considérenla par ácido carbónico bicarbonato como un sistema amortiguador en sangre. Sin embargo, si se toma en cuanta que el pKa del acido carbónico es de 6.1, y el pH de la sangre es de aproximadamente 7.4, entonces queda claro que por lo que hemos mencionado (estos sistemas funcionan bien, hasta una unidad de pH por encima, y una unidad por debajo del pKa) que este par no es un sistema amortiguador eficiente. El acido carbónico y el bicarbonato participa en la regulación de pH de la sangre porque cuando éste cambia, aumentan o disminuyen las concentraciones de ambos elementos del par, debido a la ventilación pulmonar; pero ello no quiere decir que estos compuestos representan un sistema amortiguador importante. Si añadimos al sistema un acido fuerte, como HCl, se produce un aumento instantáneo de la concentración de iones hidrógenos, los cuales son neutralizados por la base conjugada del acido, liberando así una cantidad equivalente de acido débil. Si añadimos al sistema una base fuerte como NaOH, los iones hidroxilos consumen rápidamente iones hidrógenos del sistema para formar agua, lo que provoca la trasformación de una parte del acido acético libre en acetato que es menos fuerte que el NaOH. En la práctica se considera que una mezcla de un acido débil y su base conjugada forman un amortiguador satisfactorio sobre el margen de pH desde pK -1 hasta pK +1. Una mezcla cuyo pH sea igual a pK -1 en la que la producción sal / acido es 0.1, es un amortiguador efectivo contra un álcali, pero mucho menos efectivo contra un acido fuerte y la eficacia máxima está en el punto de pH igual a pK - 0.5. Una mezcla cuyo pH es igual a pK mas uno y cuya proporción sal / acido es 10, es un amortiguador efectivo contra ácidos fuertes, pero mucho menos efectivos contra bases y la eficacia máxima esta en el punto de pH igual a pK + 0.5. El interés fisiológico de los aminoácidos como amortiguadores sanguíneos depende de la proximidad del pK al pH fisiológico, destacando por su importancia la histidina por su pK2= 6.0. Las proteínas del plasma, cuyo pK es débilmente acido, a pH ligeramente alcalino se comportan como ácidos débiles y así, el pH de la sangre son aniones, efecto esencial para la interpretación correcta de su acción amortiguadora correspondiente al contenido de proteína.
El sistema bicarbonato/anhídrido carbónico es uno de los amortiguadores sanguíneos principales. El acido carbónico se ioniza como un acido diprótico débil típico. Sin embargo,
la mayoría del acido conjugado disuelto en la sangre y en el citoplasma esta como anhídrido carbónico y no como acido carbónico. El anhídrido carbónico disuelto esta en equilibrio con el anhídrido carbónico gaseoso relacionados de acuerdo a La Ley de Henry. En el plasma sanguíneo la etapa de ionización de interés biológico es la segunda cuyo pK 2 = 6.1, y para un pH sanguíneo de 7.4 la relación concentración de bicarbonato / concentración de anhídrido carbónico es de 20/1. Todo cambio en esta relación significa, variación de pH. Su aumento corresponde al trastorno denominado alcalosis y si disminuye se llama acidosis. En condiciones in vivo, el amortiguador bicarbonato / anhídrido carbónico es un sistema abierto en el que la concentración de anhídrido carbónico disuelto se mantiene constante. Cualquier exceso de anhídrido carbónico producido por la reacción entre el ion hidrogeno y el ion bicarbonato es eliminado por los pulmones y contribuye, por lo tanto, a mantener el pH alrededor de 7.4. A primera vista podría parece que en un sistema abierto, la reserva de bicarbonato podría agotarse rápidamente. Sin embargo, in vivo, el bicarbonato se recupera constantemente mediante los procesos metabólicos oxidativo.
CONCLUSIONES
Los amortiguadores se usan en todo tipo de reacciones químicas en las que se desean mantener el pH de una solución a un nivel relativamente constante. Estas soluciones tienen la capacidad tanto de ácidos como de bases. Podemos concluir que un cambio brusco de pH en un sistema biológico puede causar daños irreversibles el cuerpo humano. La eficacia de un sistema amortiguador depende del pH de la disolución amortiguadora, el pKa del ácido débil debe ser parecido al pH deseado lo cual asegura tener cantidades comparables de ese ácido y de su base conjugada.
BIBLIOGRAFÍA
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CUESTIONARIO
Cuestionario de procedimiento
b).- Efecto de la dilución sobre el pH de la disolución amortiguadora y la capacidad amortiguadora. ¿Varía o no el pH a consecuencia de la dilución de la mezcla amortiguadora? Si no varía ¿Por qué? Varia en lo mínimo, ya que las sustancias amortiguadoras tienen la propiedad de hacer que las concentraciones de hidrogeniones existentes varíen solo un poco.
¿Cómo influye la dilución sobre la capacidad amortiguadora de la disolución?
En la variación del pH que se produce por la adición de un ácido o base fuerte
3.- Capacidad amortiguadora de los líquidos biológicos. ¿Qué líquido a investigar posee la mayor capacidad amortiguadora? La saliva, por que su mecanismo de amortiguación tiene una velocidad muy alta. Pero también el suero sanguíneo y el plasma ya que contienen pares fosfato-difosfato, anhídridos carbonicos y además la hemoglobina que es un súper amortiguador.
¿En relación a que sustancia (ácido o álcali) es más pronunciada la capacidad amortiguadora de los líquidos biológicos?
A los ácidos ¿Qué sistemas amortiguadores contiene el suero de la sangre? Sistema amortiguador de bicarbonato.
Cuestionario de Práctica.
1.- ¿Cuáles son las funciones que desarrolla el agua en el organismo humano? Explique cada una de ellas
“solvente universal” en ella son transformados la mayoría de los nutrientes y sustancias necesarias para el buen funcionamiento celular. Es desintoxicante, los residuos generados durante el metabolismo de las proteínas, se disuelven en la sangre y son removidos antes de que se acumulen en concentraciones tóxicas. El trabajo de los riñones consiste en filtrar esos residuos de la sangre y excretarlos, mezclados con el agua formando la orina. Es amortiguadora, básicamente de las articulaciones, ya que de hecho protege de traumatismos. Lubricante, del aparato digestivo y de todos los tejidos que son protegidos por mucosas, evitando fricción entre ellos. Termo reguladora: Regula la temperatura corporal mediante la transpiración, que se traduce en el refrigerante del cuerpo. La piel es el principal órgano mediante el cual se elimina el exceso de calor corporal. Además el agua es fundamental para mantener la piel saludable.
Provoca intercambio gaseoso en los alvéolos pulmonares, sacando el aire pobre en el oxígeno resultante de las combustiones energéticas, junto con el vapor de agua. Produce saciedad: Esto es especialmente importante para aquellas personas que se encuentran bajo un plan de adelgazamiento. Esta función se debe a que el líquido defiende las paredes gástricas además de combinarse con la fibra y brindar volumen retrasando el vaciado del estómago y contribuyendo a comer menos. Es activadora del metabolismo: Beber líquido en abundancia favorece el aumento del gasto metabólico, es decir beber 2 litros de agua por día puede llegar a producir un incremento del gasto calórico de alrededor de 30 a 60 calorías. Es diurética: Al beber agua en cantidades, los riñones funcionan mejor, evitando retención de líquidos. Es laxante: Al formar parte de la materia fecal y aumentar su volumen, los movimientos intestinales se ven estimulados previniendo enfermedades como el estreñimiento, los divertículos y las hemorroides.
2.- ¿La molécula del agua tiene efecto amortiguador? ¿Sí o No? ¿Por qué? El agua si es un amortiguador debido a su calor específico que es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una cierta masa de agua. El agua almacena o libera una gran cantidad de calor al calentarse o al enfriarse; lo que permite que el agua actúe como amortiguador térmico, evitando bruscas alteraciones de la temperatura y evitando de esta forma que, algunas moléculas, muy sensibles a los cambios térmicos, se alteren.
3.- ¿Cuáles son las proporciones de agua en el cerebro, pulmones, hígado, piel dientes, huesos, corazón, riñones y músculo?
Cerebro: 90% Pulmones: 79% Hígado: 70% Piel: 71% Dientes: 10%
Huesos: 22% Corazón: 79% Riñones: 80% Músculos: 77%
4.- ¿Cuáles de los componentes químicos tienen capacidad amortiguadora?
Ac. cloroacético Ac. nitroso Ac. fórmico Ac. hipoclorito Ac. cianhídrico Ac. acético Ac. carbónico Ac. fosfórico
dietilamina metilamina amoniaco hidracina hidroxilamina piridina anilina
5.- Investigue la composición química del fluido biológico que utilizó en su práctica
Semen
Saliva
Fosfatasa Ácida Ácido cítrico Fructosa Ácidos grasos combinados Ácidos grasos libres Ácidos orgánicos Amoníaco Lípidos neutros Lípidos totales Nitrógeno Tripsina Urobilinógeno Proteínas Aminoácidos Cloruros Glucosa Fósforo inorgánico Fósforo Colesterol Ácido láctico CO2 Fosfatasa ácida Fosfatasa alcalina Hialuronidasa fosforilcolina Ác. Ascórbico Espermina Ácido cítrico Fibrinolisina
Proteínas -Mucina acido siálico o N- acetil neuroamínico fucólico D-galactosa N-acetil glucosamina Manosa Aminoácidos -nihidrina Vitaminas -Vitamina B12 Fosfoetanolamina Urea Glucosa Lactato CO2 O2 N2 Calcio Fósforo Sodio Potasio Flúor Cloro
Leche Lactosa triacilglicéridos diacilglicéridos monoacilglicéridos fosfolípidos ácidos grasos libres esteroles ésteres carbohidratos caseína-αs1, -β y –κ
Plasma y suero sanguíneo Proteínas plasmáticas (70%) -fibrinógeno (7%) -inmunoglobulinas (38%) -albúminas (54%) Otras proteínas (1%): -VLDL -LDL -HDL -protrombina -transferrina... Componentes inorgánicos (10%) -NaCl -Bicarbonato -Fosfato -CaCl2 -MgCl2 -KCl -Na2SO4
Orina urea nitrógeno cloruros cetosteroides fósforo amonio creatinina ácido úrico
