TEMA-1-BIOELEMENTOS-Y-BIOMOLÉCULAS-INORGÁNICAS

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TEMA I. BIOELEMENTOS Y BIOMOLÉCULAS INORGÁNICAS 
 
1.Composición química de los seres vivos 
1.1 Importancia de los enlaces en Biología 
2.Bioelementos 
 2.1 Clasificación de los bioelementos 
3.Biomoléculas o principios inmediatos 
4. El agua 
 4.1Estructura molecular del agua y carácter dipolar 
 4.2 Propiedades fisicoquímica y funciones biológicas del agua 
5. Sales minerales 
6.Ósmosis y presión osmótica 
7.Ionización del agua y escala de pH 
7.1 Sistemas tampón o buffer. 
 
1.COMPOSICIÓN QUIMICA DE LOS SERES VIVOS 
El origen evolutivo de todas las formas de vida a partir del precursor ancestral, indica 
que, tras la diversidad biológica, subyace una uniformidad química. 
Todos los seres vivos, están formados por la combinación de unos 28 elementos 
químicos diferentes. Y solo 6 de ellos, son suficientes para construir el 98% de la materia 
viva de cualquier ser vivo. 
La distinción entre lo vivo y lo inanimado, no es tan clara, ya que los elementos que 
constituyen la materia viva no son exclusivos de ella, ya que son los mismos que forman la 
materia inanimada. ¿Cuál es la diferencia? La diferencia estriba en el grado de complejidad 
que alcanzan los seres vivos. La explicación debe buscarse en los componentes atómicos 
y moleculares de la materia, en los que se aplican las mismas leyes físico-químicas. 
Los elementos químicos de la vida y las biomoléculas formadas a partir de ellos, 
fueron seleccionados por su idoneidad para construir estructuras, y realizar funciones que 
aumentaran la supervivencia de las células que los incorporaron. 
Puesto que la vida surgió en los mares primitivos, muchos de los elementos 
esenciales para la vida fueron seleccionados en función de: 
 Su comportamiento en medio acuoso, o sea si son solubles o insolubles. 
 La reactividad de los átomos y los tipos de enlaces que pueden establecer, para 
formar moléculas orgánicas. En definitiva, las características fisicoquímicas: 
tamaño, forma de las moléculas, orbitales atómicos, … 
 
1.1 IMPORTANCIA DE LOS ENLACES EN BIOLOGÍA 
 
El tipo de enlace entre los átomos que forman las moléculas, determina las 
propiedades de estas. 
a. ENLACE COVALENTE: los componentes fundamentales de los s.v., son 
cadenas carbonadas en las que los átomos de C están unidos por enlaces 
covalentes. Estos son los más fuertes, que permiten construir moléculas 
estables. Los grupos funcionales (amino, alcohol, …) unidos a las cadenas 
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carbonadas tienen enlaces de este tipo. Pero, aunque las bases estructurales 
de los compuestos orgánicos tienen este enlace, el funcionamiento de los s.v. 
es posible, gracias a la existencia de otros tipos de enlaces. 
 
b. ENLACE IONICO: se produce por la interacción electrostática entre aniones y 
cationes. Este tipo de enlaces se encuentran en: 
o Las proteinas; estos enlaces permiten su estructura y la estabilización 
de su forma espacial, necesarias para realizar su función biológica. 
o Unión de aniones y cationes inorgánicos a moléculas orgánicas. Por 
ejemplo, la acción de enzimas, es posible por la unión de cationes. 
o Estructuras cristalinas, solubles e insolubles; estas permiten la 
formación de órganos resistentes como caparazones, esqueletos, … 
 
c. ENLACE DE HIDRÓGENO: es menos fuerte que los anteriores, lo que 
posibilita su fácil rotura y formación. Es fundamental para las reacciones 
reversibles y en las uniones transitorias de moléculas. Esto es muy común en 
el metabolismo celular. Se producen cuando hay moléculas o grupos polares, 
en los que existen cargas parciales negativas, que son atraídas por la carga 
parcial positiva que presenta el hidrógeno, presente en moléculas también 
polares. 
 
d. FUERZAS DE VAN DEL WAALS: atracciones moleculares entre grupos no 
polares, debidas a la formación de dipolos instantáneos. Son muy débiles, pero 
contribuyen al mantenimiento de la estructura de algunos compuestos. 
2.BIOELEMENTOS O ELEMENTOS BIOGÉNICOS 
 Son aquellos que forman las moléculas indispensables para la vida o biomoléculas. 
Se han identificado más de 70 elementos biogénicos, que, en cantidades variables, a veces 
infinitesimales, intervienen en la composición de los s.v., aunque no todos son esenciales. 
Todos se encuentran en la tabla periódica, es decir, no hay elementos especiales o distintos 
de los que se encuentran en la materia general del universo. No son, por tanto, exclusivos 
de los seres vivos. Sin embargo, no coindicen con los más abundantes en la corteza 
terrestre, o en el planeta Tierra. 
 2.1 CLASIFICACIÓN DE LOS BIOELEMENTOS 
Son 11, y están en más del 98% en peso del total de la materia viva. Pueden ser de 2 tipos: 
 PRIMARIOS: son 6 y forman más del 95% en peso de los s.v. 
Carbono, oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, fósforo, azufre. 
 SECUNDARIOS: son 5 y participan en menor proporción, el 4.5% en peso. 
Magnesio, calcio, potasio, sodio, cloro. 
 OLIGOELEMENTOS O ELEMENTOS VESTIGIALES: son los restantes, que 
participan en cantidades infinitesimales, en proporciones menores al 0,1%, aunque 
no por ello menos importantes, pues su carencia puede acarrear la muerte. Muchos 
son necesarios para la catálisis enzimática. Destacamos: 
 
 ESENCIALES: son 5. Hierro, manganeso, cobre, zinc, cobalto. 
 NO ESENCIALES en todos los organismos: son los restantes hasta 
completar los 70 biogénicos. Flúor, yodo, boro, níquel, silicio, 
aluminio, vanadio, litio, molibdeno, estaño, cromo, …. 
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2.1.1PROPIEDADES DE LOS BIOELEMENTOS 
1. Los 6 elementos primarios tienen capas electrónicas incompletas, por lo que 
pueden formar fácilmente enlaces covalentes y originar biomoléculas que, 
constituirán las estructuras biológicas que realizarán las funciones vitales. 
2. Poseen número atómico bajo, por lo que los electrones compartidos en la formación 
de los enlaces están próximos al núcleo, y las moléculas formadas son estables. 
3. Dado que el oxígeno y el hidrógeno son electronegativos, muchas biomoléculas son 
polares y por ello, solubles en agua, requisito indispensable para que se produzcan 
las reacciones biológicas. 
4. Los bioelementos pueden incorporarse fácilmente a los s.v. desde el medio externo, 
ya que se encuentran en moléculas que pueden ser captadas de forma sencilla. 
Esto asegura el intercambio constante de materia entre los s.v. y el medio ambiente. 
3.BIOMOLÉCULAS O PRINCIPIOS INMEDIATOS 
 Son sustancias orgánicas e inorgánicas, a partir de las cuales se constituye la 
materia viva y están formadas por la combinación de los diferentes bioelementos. 
Se clasifican en 2 grupos: 
 INORGÁNICAS: agua, sales minerales, y gases 
 ORGÁNICAS: hidratos de carbono, lípidos, proteinas y ácidos nucleicos. Las 
vitaminas, enzimas y hormonas, no son una categoría diferente, si no que se trata 
de un aspecto funcional, es decir, de la actividad biológica que desempeñan, ya que 
químicamente se encuadran en los grupos anteriores. 
Mediante técnicas de análisis basadas en métodos físicos, como filtración, destilación, 
centrifugación, decantación, es posible separar las biomoléculas de un s. v., sin que sufran 
ninguna alteración. 
Las moléculas gaseosas imprescindibles para el metabolismo celular, no se encuentran 
de forma libre en el interior de un s.v. Por ejemplo, el O2 necesario para la respiración, se 
une a proteinas transportadoras que lo conducen por el organismo. El CO2, se transporta 
en forma de bicarbonato. 
3.1 LA IDONEIDAD DEL CARBONO 
 El C se encuentra en la atmósfera como CO2, y es poco abundante en la corteza 
terrestre donde forma carbonatos, rocas calizas, carbón, petróleo, grafito y diamante. A 
pesar de su escasez en la superficie, los s.v. lo concentran, ya que es la base de las 
biomoléculas y los compuestos orgánicos. 
Los compuestos orgánicos poseen un esqueleto carbonado, formado por la unión 
de átomos de C mediante enlaces covalentes, que forman cadenas lineales, ramificadaso 
cíclicas y que, a su vez, están unidos a otros grupos de átomos formando los distintos 
grupos funcionales. 
 El C posee numero atómico 6, su configuración electrónica es 1s22s22p.Dispone de 
2 e- desapareados. Sin embargo, desaparea un e- del orbital 2s2 que pasa a ocupar 
el 2pz, y posee así un máximo de e- desapareados que ocupan los orbitales 
2s12px12py12pz1 
 Entre el orbital 2s1 y los 3 orbitales 2px,y,z se forman 4 orbitales híbridos sp3 
orientados hacia los cuatro vértices de un tetraedro. Con ello el C adquiere valencia 
IV, lo que permitirá forman 4 enlaces covalentes simples, distribuidos 
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tetraédricamente, al aceptar e- para compartir sus 4 orbitales enlazantes con otros 
átomos. 
 Los enlaces entre los C pueden ser: simples, dobles o triples, y permiten formar 
cadenas lineales o ramificadas, y anillos cíclicos que formarán los esqueletos de 
las moléculas orgánicas. Y debido a la configuración tetraédrica de sus orbitales, 
se pueden forman moléculas tridimensionales diferentes, muy importante para su 
función biológica. 
 El silicio, aunque también tiene valencia IV y puede formar cadenas, establece 
enlaces Si-Si más débiles e inestables que los C-C. Desde el punto de vista 
biológico, los enlaces deben ser suficientemente estables para formar moléculas 
resistentes, y suficientemente débiles, para que puedan romperse en las reacciones 
bioquímicas. 
 El CO2, es anormalmente estable, soluble en agua y permanece en estado gaseoso, 
esto es indispensable para que pueda ser usado en la fotosíntesis. Sin embargo, el 
compuesto análogo formado con silicio, la sílice SiO2, es sólido, insoluble y de difícil 
captación por un sistema biológico, que lo incorporase en lugar del carbono. 
 Las distintas combinaciones del C con otros elementos químicos, como O2,H2,N2, 
…permiten la formación de gran variedad de grupos funcionales: hidrocarburos, 
alcoholes, aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, aminas,… que aportan a las 
moléculas orgánicas gran capacidad reactiva, y la creación de nuevas moléculas 
orgánicas por reacción entre los diferentes grupos. 
 La presencia de ciertos grupos funcionales y la estructura tridimensional de las 
biomoléculas, deciden su actividad biológica. Por ejemplo: 
 
o La acción farmacológica de muchos medicamentos, depende del tipo de 
sustituyente y del lugar que ocupa en la molécula. Por ej. La sustitución de 
un H por un radical alquilo en el C5 en los barbitúricos, confiere propiedades 
hipnóticas: si se incorpora en otra posición origina propiedades 
antiepilépticas, en otra da propiedades anestésicas, etc… 
o Las hormonas sexuales masculinas y femeninas, se diferencian en 
pequeños cambios en los radicales del anillo de gonano. 
o El efecto sedante y calmante de la morfina, se debe a que posee una región 
en su molécula, semejante a las endorfinas de nuestro cuerpo. 
4.EL AGUA 
 
 Es el componente mayoritario de los s.v., entre el 65-95% del peso de los mismos 
es agua. La vida es fundamentalmente agua, porque fue en el medio acuático donde se 
originó. Participa en las reacciones químicas de los s.v. A pesar de su abundancia y 
aparente simplicidad, no es un compuesto químico corriente, y aunque parece inerte tiene 
gran reaccionabilidad. 
 
4.1 ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA Y CARÁCTER DIPOLAR 
 
La disposición tetraédrica de los orbitales sp3 del O2 , determina un ángulo entre los 
enlaces H-O-H de 104,5. Además, el O2 es más electronegativo que el H2, y atrae con más 
fuerza a los e- de cada enlace. La consecuencia de esta conformación espacial, es que la 
molécula de agua, aunque tiene carga total neutra (posee el mismo número de p+ y de e-), 
presenta una distribución asimétrica de sus e-, lo que la convierte en una molécula polar. 
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En la nube electrónica alrededor del O2 , se concentra una densidad de carga negativa, 
mientras los núcleos de H2 quedan desnudos, desprovistos parcialmente de sus e- y 
manifiestan, por tanto, una densidad de carga positiva. 
 
4.1.1ENLACES POR PUENTES DE HIDROGENO 
El carácter dipolar, permite que se produzcan interacciones con otras moléculas polares 
o con iones cargados eléctricamente. Se establecen interacciones entre las propias 
moléculas de agua, que pertenecen a un tipo de uniones electrostáticas llamadas puentes 
de hidrogeno: la carga parcial negativa del O2 de una molécula, ejerce atracción 
electrostática sobre las cargas parciales positivas de los H2 de otras moléculas adyacentes, 
de manera que una molécula de agua, puede participar hasta en cuatro puentes de 
hidrogeno a la vez. 
4.1.2 ESTRUCTURA RETICULAR DEL AGUA LÍQUIDA 
Aunque los enlaces por puentes de H son débiles, el hecho de que alrededor de cada 
molécula de agua se disponga un promedio de 3,4 moléculas de agua, unidas por puentes 
de H, permite que se forme en el seno del agua, una estructura perfectamente ordenada 
de tipo reticular, responsable de su comportamiento anómalo y de sus peculiares 
propiedades fisicoquímicas. 
4.2 PROPIEDADES FISICOQUÍMICAS Y FUNCIONES BIOLÓGICAS DEL AGUA 
Las propiedades fisicoquímicas del agua, derivadas de su peculiar estructura 
molecular, determinan su función biológica y justifican la importancia del ambiente acuoso, 
en la aparición y mantenimiento de la vida en la Tierra. 
La cantidad de agua presente en los s.v. depende de: la especie, los organismos 
acuáticos poseen más que los terrestres. La edad del individuo: los jóvenes poseen más 
cantidad que los de mayor edad. El tipo de tejido u órgano: los más activos 
bioquímicamente(cerebro), poseen más que los más pasivos(diente). 
1. ACCIÓN DISOLVENTE 
 
Es el líquido que más sustancias disuelve, por lo que se llama disolvente universal. 
Esta propiedad se debe, a la capacidad de formar puentes de H con otras sustancias. 
Químicamente, recibe el nombre de momento dipolar o constante dieléctrica, los 
cuales son elevados. 
 Las sustancias que se disuelven en medio acuoso son hidrofílicas y las que no, 
hidrofóbicas, y las que se disuelven tanto en medios acuosos como en disolventes 
orgánicos son anfipáticas. 
-Sustancias hidrofílicas: las moléculas polares, como la glucosa, se disuelven 
porque establecen puentes de H con las moléculas de agua, y se alojan en su 
estructura reticular. 
-Sustancias hidrofóbicas: las moléculas no polares, como los hidrocarburos, no 
establecen puentes de H, por lo que interrumpen la estructura reticular del agua. 
-Sustancias anfipáticas: los ácidos grasos, fosfolípidos, … son anfipáticas, es decir, 
tienen regiones polares que se disuelven y zonas apolares, que no se disuelven. 
 
 
 
 
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TIPOS DE DISOLUCIONES 
 
-Moleculares: en ellas los solutos son moléculas orgánicas de pequeña masa 
molecular polares o con carga iónica. Como los alcoholes, azúcares, aminoácidos, 
proteinas cuando se dispersan en medios acuosos. 
-Iónicas: en ellas los solutos son electrolitos, es decir, sustancias salinas que, 
cuando se disuelven, se disocian en sus iones total o parcialmente. Estos iones son 
atraídos por los dipolos del agua, que debilitan sus enlaces iónicos, hasta que 
desmoronan la red cristalina que los mantenía es estado sólido. Los iones que 
abandonan esta red, son recubiertos de moléculas de agua en forma de iones 
hidratados o solvatados. 
 
-Dispersiones coloidales: en ellas los solutos son macromoléculas de alta masa 
molecular, como proteinas, ácidos nucleicos, polisacáridos. Aunque no forman 
disoluciones verdaderas, estas partículas de soluto de gran tamaño tienen grupos 
polares y con carga eléctrica, por lo que establecen puentes de H con infinidad de 
moléculas de agua, que se disponen en capas a su alrededor. 
Estas dispersiones tienen aspecto translúcido, y el soluto se puede separar del 
disolvente por centrifugación. Los coloides pueden presentarse de 2 formas: aspecto 
fluido o sol y de forma semisólida o gel. Por ej. el citosol celular posee muchasmacromoléculas dispersas en medio acuoso en estado de gel, que deforman el 
citoplasma y son responsables de algunos tipos de movimiento como el ameboide. 
 
FUNCIONES DEL AGUA COMO DISOLVENTE 
-Es el medio donde transcurre la mayoría de las reacciones del metabolismo, ya que, 
para que dos sustancias reaccionen, se necesita que estén disueltas en el mismo 
medio e interaccionen. Los líquidos del medio interno y el citoplasma son acuosos, y 
las actividades metabólicas responsables de la vida dependen de las sustancias que 
contienen. 
 
-El aporte de nutrientes y la eliminación de desechos se realizan a través de sistemas 
de transporte acuosos (sangre, savia), donde se disuelven estas sustancias. El 
hígado para desintoxicar al organismo, introduce grupos polares –OH, -NH2, en las 
moléculas tóxicas para hacerlas más solubles y más fácilmente eliminables por la 
sangre a través del riñón, bilis, etc. Los tóxicos poco solubles en agua, se acumulan 
en zonas lipídicas, permaneciendo más tiempo y aumentando su acción nociva. 
 
2.ELEVADA FUERZA DE COHESIÓN ENTRE SUS MOLÉCULAS 
 
Dicha fuerza es la que mantiene unidas las moléculas de una sustancia. 
Los puentes de H mantienen las moléculas de agua fuertemente cohesionadas, 
formando una estructura compacta, que la convierte en un líquido casi 
incompresible. 
Al no poder comprimirse, actúa como esqueleto hidrostático en invertebrados y 
permite la turgencia en plantas. 
Esta fuerza también es responsable de la elevada tensión superficial, una fuerza 
que tira de las moléculas de la superficie del agua hacia el interior del líquido, y hace 
que las gotas adquieran forma esférica. 
El resultado, es que la superficie del agua se comporta como una delgada película 
elástica, que se puede deformar sin romperse y aguanta pequeños pesos, lo que 
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aprovechan pequeños insectos, como el zapatero, para desplazarse por el agua sin 
hundirse. 
3.ELEVADA FUERZA DE ADHESIÓN 
 La adhesión, es la fuerza que mantiene unidas las moléculas de sustancias 
diferentes. También está en relación con los puentes de H, que se establecen entre 
las moléculas de agua y otras moléculas polares, y es responsable junto con la 
cohesión, de la capilaridad. A este fenómeno, se debe en parte la ascensión de 
savia bruta por los vasos leñosos. 
4.ELEVADO CALOR ESPECÍFICO 
El calor específico es la capacidad de almacenar energía, para un aumento 
determinado de la temperatura. Es la cantidad de calor, que es necesario comunicar a 
un gramo de una sustancia, para aumentar su temperatura en 1ºC. 
 El agua puede absorber grandes cantidades de calor, que se usa para romper los 
puentes de H, por lo que proporcionalmente, su temperatura solo se eleva ligeramente. 
Igualmente, su temperatura desciende con más lentitud que la de otros líquidos a 
medida que va liberando energía al enfriarse 
 
Esta propiedad permite que el citoplasma sirva de protección a las moléculas 
orgánicas ante cambios bruscos de temperatura, al actuar como tampón o 
amortiguador térmico, que mantiene la temperatura interna constante, a pesar de 
las variaciones externas. 
 
5.ELEVADO CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN 
Es la energía necesaria para evaporar un gramo de agua. A 20ºC se necesitan 540 
calorías. Esto da idea, de la energía necesaria para romper los puentes de H entre 
sus moléculas, y para dotar a las mismas de la energía necesaria para pasar al 
estado de vapor. 
 Por esto cuando se evapora un líquido, disminuye la temperatura, lo que es eficaz 
en vertebrados para disipar calor por sudoración, y en plantas se usa como sistema 
de refrigeración, mediante la transpiración por las hojas o evaporando sustancias 
volátiles. 
 
6.MENOR DENSIDAD DEL HIELO QUE DEL AGUA LÍQUIDA 
El agua permanece liquida entre 0ºC y 100ºC. Cuándo se enfría, se contrae su 
volumen, como en el resto de los cuerpos; pero al alcanzar los 4ºC, cesa la 
contracción y se dilata hasta transformarse en hielo en el punto de congelación, que 
es menos denso que el agua líquida y flota sobre ella. 
Gracias a esta anomalía, los lagos, ríos, mares comienzan a congelarse desde la 
superficie hacia abajo y esa costra de hielo superficial sirve de abrigo a los seres que 
viven bajo las aguas, actuando como aislante térmico. 
7.USOS BIOQUÍMICOS DEL AGUA 
Los s.v. utilizan químicamente el agua en dos tipos de reacciones: fotosíntesis y 
reacciones de hidrólisis. 
 
 
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5.SALES MINERALES 
 Según su solubilidad tenemos: 
5.1 SALES INSOLUBLES EN AGUA 
Tienen función plástica, pues forman estructuras sólidas, con función de protección y 
sostén. 
 Caparazones de carbonato cálcico de crustáceos, moluscos o equinodermos; 
silíceos de radiolarios y diatomeas. 
 Esqueleto interno de vertebrados. El fluoruro de calcio también se encuentra en el 
esmalte de dientes. 
 Estructuras como los otolitos del oído interno para mantener el equilibrio; 
mineralización de las paredes de celulosa de plantas que aumentan su resistencia. 
Sales silíceas cortantes en las cañas o en los pelos de ortigas. Magnetita en 
tortugas, abejas, palomas usada como brújula en sus desplazamientos. 
5.2 SALES SOLUBLES EN AGUA 
 Están disociadas en iones, que cuando están disueltos en agua se llaman 
electrolitos y tienen las siguientes funciones: 
 Catalíticas: algunos iones, actúan como cofactores enzimáticos necesarios para la 
actividad de las enzimas. Otros forman parte de proteínas como el Fe y la 
hemoglobina. También constituyen la clorofila como el Mg; o la contracción 
muscular como el Ca. 
 Funciones osmóticas: los iones Na,K,Cl,Ca, participan en la generación de 
gradientes electroquímicos, necesarios en la sinapsis neuronal. 
 Función tamponadora: mantienen constante el pH, lo realizan los sistemas 
carbonato-hidrogenocarbonato y monofosfato-bifosfato. 
 Función nutriente: sales usadas para sintetizar compuestos orgánicos como 
sulfatos, fosfatos, nitratos. 
6.ÓSMOSIS Y PRESIÓN OSMÓTICA 
Si tenemos dos disoluciones acuosas de distinta concentración, separadas por una 
membrana semipermeable (solo deja pasar disolvente pero no soluto), se define ósmosis, 
como un tipo de difusión pasiva, caracterizada por el paso de agua a través de la membrana 
semipermeable, desde la solución más diluida a la más concentrada. 
Presión osmótica es la presión que sería necesaria, para detener el flujo de agua a través 
de la membrana semipermeable. 
Las células deben estar en equilibrio osmótico con los líquidos del medio interno. 
Si la concentración de soluto de los medios extracelulares es igual a la intracelular, ambas 
disoluciones son isotónicas. 
Si los líquidos extracelulares se diluyen se hacen hipotónicos o hiposmòticos respecto 
a las células, el agua tiende a pasar al citoplasma y las células se hinchan, se vuelven 
turgentes y pueden estallar, si no tienen pared como los vegetales. Este fenómeno se llama 
turgescencia o hemolisis en eritrocitos. 
Si los líquidos extracelulares aumentan su concentración, se hacen hipertónicos o 
hiperosmóticos respecto a las células, y estas pierden agua se deshidratan y mueren, lo 
que origina la plasmólisis o crenación en eritrocitos. 
 
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6.1 DIÁLISIS 
Es una técnica que permite separar en una disolución, los solutos de bajo peso 
molecular. Si el diámetro de los poros de la membrana semipermeable es suficientemente 
grande para dejar pasar, además del disolvente, moléculas de soluto de bajo peso 
molecular, se produce la diálisis, por la cual pequeñas gotas dializables pasan desde la 
solución más concentrada a la más diluida. 
Esta técnica es el fundamento de la hemodiálisis, que se aplica a enfermos de 
insuficiencia renal, y que consiste en hacer pasar la sangre por un circuito que contiene 
una disolución diluida separada de una membrana semipermeable, con unos poros lo 
suficientemente grandes, que dejan pasar a la disolución componentes de la sangre como 
sales, urea, … que en altas concentracionesserían tóxicos. 
7.IONIZACIÓN DEL AGUA Y ESCALA DE pH 
Dos moléculas de agua pueden ionizarse, debido a las fuerzas de atracción por 
puentes de H que establecen entre ellas. Un ion H de una, se disocia de su átomo de O y 
pasa a unirse con el átomo de O de otra molécula. Por esta razón el agua no es un líquido 
puro, ya que es una solución iónica que siempre contiene iones hidronio H3O
+ e iones 
hidroxilo OH-. 
En el agua pura, a 25ºC, el producto H+ x OH- = 1x10-14 que se denomina producto 
iónico del agua y es la base para establecer la escala de pH, que mide la acidez o 
alcalinidad de las disoluciones acuosas, es decir su concentración de iones H+ o OH-. 
 Fue ideada por Sorensen para evitar cálculos con números engorrosos, que indican 
la baja concentración de iones H y OH existentes en los sistemas biológicos. 
7.1 SISTEMAS TAMPÓN O BUFFER 
Las disoluciones tampón o sistemas amortiguadores o buffer, consisten en un 
conjunto de sustancias capaces de mantener el pH constante, dentro de ciertos límites, al 
añadir ácidos o bases a una disolución. 
Las bruscas variaciones de pH son incompatibles con la vida, ya que los s.v. no 
soportan variaciones de pH mayores de unas décimas de unidad. Las variaciones del pH 
afectan a la estabilidad de las macromoléculas: proteínas, enzimas, … modificando su 
actividad biológica. Por esto, los s.v. han desarrollado sistemas tampón, que impiden esa 
variación. 
Hay varios sistemas de regulación del equilibrio ácido-base: 
 Mediante el sistema respiratorio. Si la concentración de H+ varía, la intensidad de 
la respiración cambia, se elimina más o menos C02 y la concentración de H+ vuelve 
a ser normal. Tarda en restablecer el pH normal de 1 a 15 minutos. 
 Los riñones excretan orina ácida o alcalina reajustando la concentración de H+ en 
caso de desequilibrio. Tardan varias horas o varios días. 
 Sistemas amortiguadores o sistemas tampón o "buffer" 
 
 Sistema amortiguador del bicarbonato. 
 
Es el principal tampón extracelular en la sangre y en fluidos intersticiales de 
vertebrados. Está formado por una mezcla de ácido carbónico (ácido débil) y de ion 
bicarbonato, el ion bicarbonato es proporcionado sobre todo por el bicarbonato potásico y 
el bicarbonato de magnesio, aunque aquí expondremos la reacción que sucede con el 
bicarbonato sódico. 
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 H2CO3 NaHCO3 
 Ácido Carbónico Bicarbonato Sódico 
 Si se le añade un ácido fuerte como el CIH: 
HCl +NaHCO3 H 2CO3 + CINa 
Ácido clorhídrico Bicarbonato Sódico Ácido carbónico Cloruro sódico 
 
Como el ácido carbónico es muy débil se disocia muy poco (aumenta poco la concentración 
de H+) y además el 99,9% se disocia en CO2 y H 2O con lo cual el pH no varía con la 
adición de CIH. 
Si se le añade una base fuerte como el NAOH: 
 
 NAOH +H 2CO3 NaHCO3 + H 2O 
Hidróxido sódico Ácido carbónico Bicarbonato sódico Agua 
Se produce una base débil, el bicarbonato sódico, a partir de una base fuerte como es el 
NaOH. 
Aunque aquí se ha expuesto la reacción con el bicarbonato sódico, la mayor parte del ion 
bicarbonato está proporcionado por el bicarbonato de Mg y el bicarbonato de K. 
 Sistema amortiguador del fosfato. 
Actúa de la misma forma que el anterior. 
NaH 2PO4 Na2 HPO4 
Fosfato monosódico Fosfato disódico 
 Dihidrógeno fosfato de sodio Hidrógeno fosfato disódico 
 
Si se añade un ácido fuerte (HCl): 
 HCl + Na 2HPO4 NaH2 PO4 + CINa 
 Ácido clorhídrico Fosfato disódico Fosfato monosódico Cloruro sódico 
 Hidrógeno fosfato disódico Dihidrógeno fosfato de sodio 
 
Si se añade una base fuerte (Na OH): 
NaOH + NaH 2PO4 Na2 HPO4 + H2 O 
Hidróxido sódico Fosfato monosódico Fosfato disódico Agua 
Dihidrógeno fosfato de sodio Hidrógeno fosfato disódico 
 
Cuando se emplean productos carbónicos tamponados para evitar una "digestión ácida" o 
para aliviarla, se está tomando una fuente externa de sustancias tampón para 
complementar a las que ya existen naturalmente en el sistema digestivo.