Los_principales_amortiguadores_en_el_org.docx

INTRODUCCIÓN El presente trabajo pretende indagar e investigar sobre los principales amortiguadores en el organismo humano y su función reguladora. Entre los cuales podemos mencionar el amortiguador bicarbonato el cual consiste en regular el pH de la sangre, amortiguador fosfato el cual lo contienen el medio interno de todas las células, el amortiguador de proteínas este consiste de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos, y el amortiguador de hemoglobina que es el pigmento respiratorio presente en la sangre. Se dará a conocer el mecanismo de actuación de cada sistema de los amortiguadores que tiene su propio rango efectivo de pH el cual dependerá de las constantes de equilibrio del ácido o base empleado. Mostraremos los niveles de pH en el cuerpo humano debido que muchas biomoleculas actúan a un determinado valor de pH y solo toleran fluctuaciones mínimas en él, y para finalizar los sistemas tampón en el organismo entre los cuales mencionaremos el amortiguador bicarbonato el cual es el más importante de la sangre, amortiguador fosfato el cual actúa en el plasma y el líquido intersticial, y el amortiguador hemoglobina cuya función principal es transportar oxígeno por la sangre.

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OBJETIVO

Conocer la importancia de los principales amortiguadores en el organismo humano y la importancia en su función reguladora para comprender la actuación en los diversos contextos de la escala de pH.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

 Describir los diferentes tipos de amortiguadores en el organismo humano.

 Explicar la función de los amortiguadores en el organismos y categorizarlos según su escala de pH

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JUSTIFICACIÓN La presente investigación busca informar sobre las importancias que tienen los amortiguadores en el organismo humano ya que con estos aprendizajes guían a temas que se verán a mayor profundidad en un futuro como grupo se pretende brindar un aporte y dejar en claro la función amortiguadora en el organismo y poder diferenciar los tipos en el organismo humano. Lo que beneficiara para tener una idea plasmada de lo que es; es necesario saber ya que favorecen para el estudio de las personas como el tipo de amortiguador que contiene el bicarbonato tiene su relación cuando el pH de la sangre cae en el intervalo acido, este amortiguador actúa para formar dióxido de carbono. Los pulmones expulsan este gas durante el proceso de la respiración como pueden analizar cada amortiguador tiene una cierta relación con una de las partes de nuestro cuerpo también se puede fomentar el amortiguador de la hemoglobina que su función principal es dar el transporte de oxigeno por la sangre. Se dará a conocer los distintos niveles de pH en el cuerpo humano se sabe que los amortiguadores mantienen la cantidad de ácidos y de bases en equilibrio de un determinado pH en el cual la actividad biológica de las proteínas, hormonas, enzimas, bombas de iones sean óptima. Los amortiguadores son los primeros responsables de mantener estos niveles de pH constante, aunque en el organismo se produzca altas cantidades de ácidos debido al metabolismo. El pH cuando se les agregan ácidos o bases fuertes, una solución amortiguadora contiene un ácido y su base conjugada, de tal forma que puede reaccionar con el ácido o la base conjugada de tal forma que puede reaccionar con el ácido o la base que se le agregue para esto las soluciones se separan con ácido débil y una sal iónica soluble del ácido débil y la otra es una base débil y una sal iónica soluble de una base débil. En la finalidad de este trabajo es alcanzar los conocimientos necesarios para dar el conocimiento de los principales amortiguadores en el organismo humano y poder dar la actuación en los diversos contextos de la escala de pH.

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LOS PRINCIPALES AMORTIGUADORES EN EL ORGANISMO HUMANO Y SU IMPORTANCIA EN SU FUNCIÓN REGULADORA Un tampón, buffer, solución amortiguadora o solución reguladora es la mezcla en concentraciones relativamente elevadas de un ácido y su base conjugada, es decir, sales hidrolíticamente activas que se disuelven en el agua. Tienen la propiedad de mantener estable el pH de una disolución frente a la adición de cantidades relativamente pequeñas de ácidos o bases fuertes. Este hecho es de vital importancia en diversos contextos en donde es necesario mantener el pH en un umbral estrecho, por ejemplo, con un leve cambio en la concentración de hidrogeniones en la célula se puede producir un paro en la actividad de las enzimas. Un ácido buffer reacciona cuando un ácido débil o base débil se combinan con su correspondiente sal hidroloticamente en una solución de agua, se forma un sistema amortiguador denominado buffer. Cada sistema buffer tiene su propio rango efectivo de pH, el cual dependerá de la constante de equilibrio del ácido o base empleado. Son importantes en el laboratorio y en la industria, y también en la química de la vida. Tampones típicos son el par amoníaco-catión amonio, ácido acético-anión acetato, anión carbonato-anión bicarbonato, ácido cítrico-anión citrato o alguno de los pares en la disociación del ácido fosfórico.

Principales Amortiguadores  Amortiguador Bicarbonato: El mantenimiento del pH de la sangre se regula a través del amortiguador bicarbonato. Este sistema consiste en ácido carbónico e iones de bicarbonato. Cuando el pH de la sangre cae en el intervalo ácido, este amortiguador actúa para formar dióxido de carbono. Los pulmones expulsan este gas fuera del cuerpo durante el proceso de respiración. En condiciones alcalinas, este amortiguador trae de nuevo el pH a neutro, causando la excreción de los iones bicarbonato a través de la orina.  Amortiguador Fosfato: El sistema del amortiguador fosfato actúa de una manera similar al del bicarbonato, pero tiene una acción mucho más fuerte. El medio interno de todas las células contiene este amortiguador que comprende iones de hidrógeno e iones de fosfato de dihidrógeno. En condiciones donde un exceso de hidrógeno entra en la célula, este reacciona con los iones de fosfato de hidrógeno, que los acepta. En condiciones alcalinas, los iones de fosfato de dihidrógeno aceptan los iones de hidróxido en exceso que entran a la célula.

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 Amortiguador de Proteínas: Las proteínas consisten de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos. Los aminoácidos poseen un grupo amino y un grupo ácido carboxílico. El pH fisiológico, el ácido carboxílico existe como ión carboxilato (COO-) y el grupo amino existe como ión NH3 +. Cuando el pH es ácido, el grupo carboxilo ocupa el exceso de iones de hidrógeno para volver de nuevo a la forma de ácido carboxílico. Si el pH de la sangre se vuelve alcalino, se produce una liberación de un protón desde el ión NH3 +, que toma la forma de NH2.  Amortiguador de Hemoglobina: El pigmento respiratorio presente en la sangre, la hemoglobina, también tiene acción amortiguadora dentro de los tejidos. Tiene una capacidad de unirse ya sea con protones o con oxígeno en un punto dado de tiempo. La unión de uno libera al otro. En la hemoglobina, la unión de los protones se produce en la porción globina mientras que la unión del oxígeno se produce en el hierro de la porción hemo. En el momento del ejercicio, se generan protones en exceso. La hemoglobina ayuda en la acción amortiguadora por la toma de estos protones, y al mismo tiempo libera oxígeno molecular.

Mecanismo de Actuación de las Soluciones Amortiguadora El mecanismo que utiliza el organismo para evitar cambios significativos de pH, un ejemplo de actuación del tampón de más importancia en el organismo, el equilibrio de ácido carbónico (H2CO3) y bicarbonato (HCO3-), presente en el líquido intracelular y en la sangre. Como producto del metabolismo se produce CO2 que al reaccionar con las moléculas de agua produce ácido carbónico, un compuesto inestable que se disocia parcialmente y pasa a ser bicarbonato según el siguiente equilibrio: CO2 + H2O -----> H2CO3 ----> HCO3- + H+ Entonces, el bicarbonato resultante se combina con los cationes libres presentes en la célula, como el sodio, formando así bicarbonato sódico (NaHCO3), que actuará como tampón ácido. Supongamos que entra en la célula un ácido fuerte, por ejemplo, ácido clorhídrico (HCl): HCl + NaHCO3 → NaCl + CO2 + H2O Como se puede ver en la anterior reacción el efecto ácido clorhídrico queda neutralizado por el bicarbonato de sodio y resultan como productos sustancias que no provocan cambios en el pH celular y lo mantienen en su valor normal, que es 7,4.

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Calculo de pH de Disoluciones LA ESCALA DEL pH El pH (Potencial de Hidrógeno) es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución. El pH indica la concentración de iones hidrógeno [H]+ presentes en determinadas disoluciones. La escala del pH va desde 0 a 14. El punto medio de la escala del pH es 7, aquí hay un equilibrio entre la acidez y alcalinidad. Dicha solución sería neutral. De 0 a 6.9 es ácido y de 7.1 a 14 es base.  El pH-metro o potenciómetro: Es un aparato más sensible y complejo de utilizar que las tiras reactivas. El medidor de voltaje lo interpreta y convierte a un valor de pH, mostrando el resultado en la pantalla digital. 

Gotas para medir el pH: Se trata de un líquido reactivo, que, al entrar en contacto con el agua o fluido a medir, cambia de color. El test es muy sencillo, su funcionamiento está basado en una reacción química y que consiste en añadir unas gotas del reactivo (la cantidad indicada por el fabricante) a una cantidad determinada del líquido a medir.

Frecuentemente se utiliza la ecuación de Henderson-Hasselbalch para el cálculo del pH en soluciones reguladoras. Sin embargo, debe aclararse que esta ecuación no es aplicable en todos los casos, ya que para su deducción se realiza una serie de suposiciones. Para el cálculo del pH, se debe saber el pKa del ácido y la relación entre la concentración de sal y ácido. PH= pka + log 10 ([Sal] / [Ácido]) Recordemos que pKa de un ácido débil se obtiene a partir de su constante de acidez (Ka) y es específico para cada ácido. Supongamos que disponemos de una determinada cantidad de un ácido débil, por ejemplo, ácido láctico de concentración 10 mM. Sabemos, que la concentración de su sal conjugada, el lactato, es de 2 mM y que el pKa ácido del ácido láctico és 3,86. Por tanto, podemos calcular el pH del ácido láctico en una solución acuosa sin ningún tipo de sistema tamponador con la ecuación de Henderson-Hasselbalch: CH3-CHOH-COOH CH3-CHOH-COO- + H+ pH = 3,86 - log (2 mM/ 10mM) = 3,86 - 0,7 = 3,16 Por tanto, el pH de una solución acuosa de ácido láctico de concentración 10 mM, sin la intervención de ningún tampón es 3,16. Es decir que si esto se produjese en el líquido intracelular y no existieran las soluciones amortiguadoras su pH estándar de 7,4 bajaría bruscamente hasta 3,16. Sin embargo, esto no ocurre en nuestro organismo gracias a los tampones químicos.

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La ecuación de Henderson-Hasselbalch se deduce que el pH del sistema amortiguador depende de la proporción relativa entre sal y ácido, y no de sus concentraciones absolutas. Es decir que si vamos añadiendo agua al sistema variarán las concentraciones absolutas de cada sustancia, pero no su cociente de concentraciones. No obstante, si la dilución es muy grande, el equilibrio del ácido y su sal conjugada se desplaza hacia los productos y, por tanto, aumenta la sal y disminuye el ácido, entonces el cociente sal/ácido aumenta muy significativamente.

Niveles de pH en el Cuerpo Humano Muchas biomoléculas actúan a un determinado valor de pH y sólo toleran fluctuaciones mínimas en él. Dado el bajo grado de ionización del agua (H2O), cuando añadimos en ésta una pequeña cantidad de ácido o de base, el pH varía en mucha cantidad, llegando a niveles de pH en los cuales las biomoléculas no podrían cumplir sus funciones. Por esta razón los líquidos fisiológicos contienen tampones que, a diferencia del agua, mantienen el pH constante. Los tampones mantienen la cantidad de ácidos y de bases en equilibrio en un determinado pH en el cual la actividad biológica de las proteínas, hormonas, enzimas, bombas de iones... sea óptima. En humanos, los valores compatibles con el mantenimiento de funciones vitales son de pH entre 6,8 y 7,8; siendo el intervalo de 7,35 a 7,45 el de normalidad. Veamos la siguiente tabla de los niveles característicos de los líquidos fisiológicos con un pH normal:

Líquido Fisiológico

pH

Sangre Arterial

pH= 7,4

Sangre Venosa

pH= 7,35

Líquido Intersticial

pH= 7,35

Líquido Intracelular

pH= 6 - 7,4

Orina

pH= 4,5 - 8

HCl Gástrico

pH= 0,8

Los tampones son los primeros responsables de mantener estos niveles de pH constantes aunque en el organismo se produzcan altas cantidades de ácidos debido al metabolismo. Así, los tampones son el primer nivel de defensa contra los cambios de pH. También contribuyen al equilibrio la regulación respiratoria (segunda línea de defensa) y la regulación renal (tercera línea de defensa). La sangre, es un ejemplo evidente de la importancia de las disoluciones amortiguadoras en los seres vivos, es ligeramente 9

básica, con un pH normal de: 7.35 a 7.45. Se puede producir la muerte si el pH de la sangre desciende por debajo de: 6.8 o se eleva por arriba de 7.8. Cuando hay alteraciones debidas a enfermedades de los riñones, pulmones o por diabetes mellitus, el pH se ve alterado y se padece acidosis (pH<7,37) o alcalosis (pH>7,43). 

Las causas principales de acidosis son: insuficiencia renal, acidosis tubulorrenal, cetoacidosis diabética, acidosis láctica, sustáncias tóxicas (etilenglicol, salicilato (en sobredosis), metanol, paraldehido, acetazolamida o cloruro de amonio.

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Las causas principales de alcalosis son: uso de diuréticos (tiacidas, furosemida, ácido etacrínico), pérdida de ácido causada por vómitos o aspiración del contenido del estómago, glándulas suprarrenales hiperactivas (síndrome de Cushing o utilitazación de corticosteroides).

Estas alteraciones pueden rendir su efecto en la primera, la segunda o la tercera línea de defensa; impidiendo así el funcionamiento de todos los mecanismos complejos que mantienen los niveles de pH a niveles adecuados.

Sistemas Amortiguadoras en El Organismo  Tampón bicarbonato El tampón bicarbonato está compuesto por ácido carbónico (H2CO3) y bicarbonato (HCO3-) y el valor de su pKa es de 6,1. Es el tampón más importante de la sangre (pH=7,4), representa el 75 % de la capacidad buffer total de la sangre. También está presente en el líquido intersticial. Es un tampón muy eficaz porque la relación HCO3-/ H2CO3 es muy alta, lo que supone una alta capacidad para amortiguar los ácidos. Supone una ventaja el hecho que se trata de un sistema abierto ya que el CO2 puede ser eliminado en la respiración muy rápidamente, los H+ se pueden eliminar por vía renal y el HCO3- puede reemplazarse en la orina. En realidad, este tampón está compuesto por dos equilibrios, pues el ácido carbónico forma CO2, generando una molécula de H2O. Cuando el pH disminuye, el bicarbonato toma los protones libres. Así, el equilibrio se desplaza hacia el H2CO3, que a su vez, mediante la reacción catalizada por la anhidrasa carbónica (glóbulos rojos), cede una molécula de H2O y se convierte en CO2, el cual se elimina a través de los pulmones. Por el contrario, si el pH de la sangre aumenta, se forma HCO3- a partir de H2CO3, lo que conduce a mayor captación de CO2. Las concentraciones de HCO3- y de H+ también se pueden controlar por mecanismos fisiológicos a nivel renal.  Tampón bicarbonato (Inorgánicos) CO2 + H2O

H2CO3 10

HCO3 - + H+

 Tampón fosfato El tampón fosfato está compuesto por el hidrógeno fosfato (HPO4−2) y el dihidrógeno fosfato (H2PO4-). Actúa en el plasma y el líquido intersticial. Este tampón tiene un pKa de 6,8, el cual está mucho más cerca del pH plasmático. Esto significaría que este tampón tendría que ser más útil que el anterior, pero no es así ya que se encuentra en concentraciones menores en sangre y la eliminación del fosfato es mucho más lenta, por vía renal. El pH fisiológico de 7,4, la relación HPO4−2/ H2PO4- es igual a 4. Así, se trata de un sistema eficaz para amortiguar ácidos. A nivel sanguíneo, el tampón bicarbonato resulta más útil que el tampón fosfato ya que este último se encuentra en concentraciones bajas. Ahora bien, a nivel intracelular, el tampón fosfato tiene concentraciones elevadas y es más eficiente.  Tampón fosfático (Inorgánicos) HPO42- + H+

H2PO4 Tampón Hemoglobina

La función principal de la hemoglobina es el transporte de oxígeno por la sangre. Referente a su estructura, se trata de un heterotetrámero y consta de dos pares de cadenas polipeptídicas diferentes. Cada una de las cadenas lleva un hemo como grupo prostético, donde se unen las moléculas de O2, por lo que una hemoglobina puede unir como máximo cuatro moléculas de O2. La captación de O2 se ve afectada, entre otros factores, por los H+ y el CO2. Algunos factores favorecen el estado T, en el cual la proteína no tiene O2 unidos, y otros favorecen el estado R, en el cual la hemoglobina tiene unidas moléculas de O2. Se denomina efecto Bohr. Es muy positivo para remarcar la diferencia entre las distintas afinidades para el O2; la cual es esencial para que cumpla su función de transporte.  Tampón Hemoglobina (Orgánicos) HHbO2

HbO2- / HbH

Hb- + H+

Aminoácidos y Proteínas Los aminoácidos tienen carácter anfótero, es decir, pueden ceder protones y también captarlos. Esto es así gracias a dos de los radicales comunes en todos los aminoácidos: el grupo NH2 y el grupo COOH. Estos radicales, al estar en contacto con el agua, se presentan ionizados o protonados; actuando los dos como donantes o aceptores de protones.

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En pH ácidos:

El NH2 capta un protón: NH3+………… (El pka para este radical es 9) 

En pH básicos:

El COOH pierde un protón: COO- …….. (El pKa para este radical es 2)

Aplicaciones Industriales de Las Soluciones Amortiguadora En la Industria agrícola, las soluciones tampón se usan para la fertirrigación y la agricultura hidropónica (cultivar plantas usando soluciones minerales y no suelo agrícola). Todas las plantas tienen un intervalo de pH en que las raíces absorben nutrientes de forma idónea. Una variación del pH puede afectar al proceso de absorción de las raíces: disminuyendo la captación de minerales y aumentando la permeabilidad a sustancias tóxicas como el aluminio. A su vez, una variación en el pH afecta la solubilidad de la mayoría de minerales. Existe un pH idóneo para cada planta dependiendo de su fisiología y de los minerales que requiere, pero, como norma general, podemos decir que precisan un pH ligeramente ácido (5 a 5-7) salvo excepciones como las habas con pH un tanto básico (7.4 a 8.1). En la Industria alimentaria también son de gran importancia los parámetros del pH ya que, por ejemplo, nos indica si la carne es apta para el consumo humano. Si la carne está entre 5.4 y 7.0 de pH, es apta para el consumo, pero a lo largo del tiempo el pH disminuye, hecho que indica que su consumo no es pertinente. En la industria vinícola, se deben de tener muy en cuenta las variaciones de pH en la elaboración del vino, este debe oscilar entre 2.8 y 3.5, puesto que a pH superior a 3.5 determinadas bacterias pueden atacar el vino y producir variaciones en el sabor. Es sin duda alguna en la Industria farmacéutica en la que se debe tener un control y conocimiento más exhaustivo del pH, por distintas razones: 

Primeramente, para el diseño de los medicamentos es necesario saber el pH de la zona del cuerpo en que trabajará el fármaco, pues si bajo ese pH las proteínas que queremos usar se desnaturalizan el medicamento no tendrá efecto alguno.

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En el proceso de formulación de los fármacos se usan las propiedades fisicoquímicas del pKa y el pH para elegir la fórmula óptima del medicamento.

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En los ensayos previos a la comercialización de los medicamentos se requiere un control del pH para garantizar que los resultados obtenidos sean reales y ciertos, pues un pH erróneo podría dar resultados falsos.

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CONCLUSIONES Se concluyó como grupo de trabajo que los amortiguadores en el cuerpo humano son muy importantes para el buen funcionamiento del cuerpo humano, ya que tiene una gran importancia en el buen funcionamiento del balance del pH del cuerpo. Se sabe que un ácido amortiguador reacciona cuando un ácido débil o base débil se combinan con su correspondiente sal hidrológicamente en una solución de agua, se forma un sistema amortiguador denominado buffer. Cada sistema buffer tiene su propio rango efectivo de pH, el cual dependerá de la constante de equilibrio del ácido o base empleado. El Cálculo de pH de Disoluciones lo podemos calcular, mediante esta fórmula pH= pka + log 10 ([Sal] / [Ácido]) Los tampones son los primeros responsables de mantener estos niveles de pH constantes, aunque en el organismo se produzcan altas cantidades de ácidos debido al metabolismo. Así, los tampones son el primer nivel de defensa contra los cambios de pH. Contribuyen al equilibrio la regulación respiratoria (segunda línea de defensa) y la regulación renal (tercera línea de defensa). La sangre, es un ejemplo evidente de la importancia de las disoluciones amortiguadoras en los seres vivos, es ligeramente básica, con un pH normal de: 7.35 a 7.45. Se puede producir la muerte si el pH de la sangre desciende por debajo de: 6.8 o se eleva por arriba de 7.8. Cuando hay alteraciones debidas a enfermedades de los riñones, pulmones o por diabetes mellitus, el pH se ve alterado y se padece acidosis (pH<7,37) o alcalosis (pH>7,43).

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RECOMENDACIONES 

Debemos medir correctamente nuestro pH ya que es imprescindible para obtener resultados fiables, que nos ayuden a evaluar nuestros progresos en términos de salud y relación con la alcalinidad.

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Las tiras de papel reactivo de pH es la herramienta más común y utilizada para medir nuestro pH, ayudan a medir la concentración de iones de hidrogeno de ciertas soluciones liquidas o fluidos.

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Es necesario conocer el valor de pH, de los alimentos y bebidas que consumimos debe ser 75% de alcalinos y 25% de ácidos.

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No sobrepasar el nivel de alimentos ácidos en la dieta por que hace al cuerpo menos eficiente debido a que las células serán cada vez más acidas.

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ANEXOS

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BIBLIOGRAFÍA  es.wikipedia.org. Morcillo, Jesús (1989). Temas básicos de química (2. ª edición). Alhambra Universidad. p. 270-272 Recuperada de: https://es.wikipedia.org/wiki/Tamp%C3%B3n_qu%C3%ADmico

 Escrito por Dir.David Stewart (2016)    

Comprehensive-Kidney-Facts: ¿Qué tan bien conoce usted a su pH? Science is Fun; química de la semana; amortiguadores biológicos STCC Faculty Webpages; amortiguadores; Dawn A. Tamarkin; Ph.D.; 2011 Washington University en St. Louis, Química 152; el amortiguador ácido carbónico-bicarbonato en la sangre

Recuperada de: http://www.ehowenespanol.com/amortiguadores-importantesorganismos-vivos-info_261164/

 Dr. Francisco M. Castillo (2017). Química General (1. ª ed.) El Salvador pags. 183-190

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