BIOFÍSICA 4 AGUA-pH-buffers

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Lic. Bq. Yoelys Gómez Rodríguez 
Unidad I: BIOFISICA GENERAL, SOLUCIONES, 
MEMBRANA CELULAR 
 Compartimientos del organismo. 
 El Agua como solvente por excelencia de los organismos vivos. 
 Estructura del agua y su influencia sobre Propiedades Físicas 
de interés biológico (calor de evaporación, constante 
dieléctrica, temperatura de fusión, temperatura de ebullición). 
Importancia fisiológica. 
 Clasificación de las sustancias según su solubilidad en agua. 
 pH. Ácidos, bases, buffers. Importancia fisiológica.Acidosis y 
alcalosis. 
 Manifestaciones clínicas relacionadas con el agua. 
 
Bibliografía: 
 Temas de Biofísica. Parisi, Mario (2004). Ed. McGraw-
Hill/Interamericana Editores. Cap. 2. “El hombre como sistema 
integrado. La organización compartimental.” pp. 31-32; 41-45; 48-49. 
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El hombre como SISTEMA Físico-Químico 
Un modelo simple basado en 2 
conceptos fundamentales: 
 
 
 Hombre Adulto: Compuesto por 
60% AGUA de su peso corporal total 
 
 
 Hombre: Máquina capaz de 
transformar una forma de energía en 
otra: 
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“Adentro” y “afuera” 
 del compartimiento corporal 
(estudio independiente) 
4 
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COMPARTIMIENTO CORPORAL TOTAL 
 (Agua corporal Total + Solutos Totales (proteínas, lípidos, 
electrolitos)), separado del medio exterior por los epitelios. 
COMPARTIMENTO 
INTRACELULAR 
COMPARTIMENTO 
EXTRACELULAR 
C. INTRAVASCULAR 
(agua dentro del árbol 
vascular: arterias, 
arteriolas, venas, 
vénulas, capilares, 
vasos linfáticos) 
C. INTERSTICIAL 
(agua contenida 
entre la pared de 
los vasos y las 
membranas 
celulares) 
C.TRANSCELULAR 
(Líq. Cefalorraquídeo 
(LCR), líq. Sinovial, 
humor acuoso, etc.) 
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VÍA OBLIGADA para el paso de todas las sustancias que entran 
o salen del organismo: 
COMPARTIMIENTO INTRAVASCULAR 
(en especial: AGUA PLASMATICA). 
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≈ 60% peso corporal 
AGUA: 
SOLVENTE POR EXCELENCIA 
DE LOS ORGANISMOS VIVOS 
Agua Corporal TOTAL 
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% % % % % 
L L L L L 
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 AGUA: de todas las sustancias del organismo, es la que 
más fácilmente atraviesa los límites de los 
compartimientos. 
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Propiedades físicas excepcionales del Agua: 
1. Alta temperatura de fusión (sólido a líquido). 
2. Alta temperatura de ebullición (líquido a gas: vapor) 
3. Alto calor de evaporación. 
4. Actúa como dieléctrico. 
15 Lehninger . Principios de Bioquimica. Nelson, D. L. y Cox, M.M. 5º Ed. (2009). Cap. 2 
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Estructura molecular del AGUA: dipolo eléctrico 
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Estructura del H2O 
La Química de los organismos vivos en general y de la célula en 
particular se basa en las PROPIEDADES del AGUA como SOLVENTE: 
 
• Capacidad de disolver compuestos iónicos: NaCl (dieléctrico) 
• Incapacidad para disolver sustancias no polares: Lípidos (Ácidos 
Grasos.) 
• Molécula Dipolar (Dipolo) 
 
•Puentes de Hidrógeno 
 
 
• Propiedades Físicas Especiales 
Puentes de Hidrógeno entre moléculas de Agua 
20 
Puentes de Hidrógeno entre moléculas de Agua 
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Para evaporar el AGUA es 
necesario romper todos los 
puentes de Hidrógeno que forma 
en el estado líquido 
 
 
Entregar GRAN CANTIDAD DE 
ENERGÍA EN FORMA DE 
CALOR 
 
 
CALOR es ABSORBIDO por el 
agua para pasar del estado 
líquido al estado gaseoso. 
 
 
 
¿Qué importancia fisiológica 
tiene el Alto Calor de 
Evaporación del agua? 
Importancia Fisiológica del Alto Calor de 
Evaporación del H2O 
 Compartimiento Corporal Pierde cierta cantidad de AGUA 
PURA (sin solutos) por 2 vías: 
1. Vía PULMONAR 
2. Superficie de la PIEL: 
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1. Vía PULMONAR 
 Hombre Adulto: Inspira/espira 12 veces/min ≈ 500 mL de aire 
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Aire Inspirado: 
contiene una cantidad de agua que varía 
según la HUMEDAD RELATIVA del 
AMBIENTE 
 
Presión Ambiental: 760 mm Hg 
 
Humedad del aire del 100%: 
“Aire saturado de agua”: 35 mm Hg de 
vapor de agua en aire 
 
En Climas Moderados: Humedad del aire < 
100%: menor cantidad de vapor de agua en 
aire. 
 
Aire espirado: 
SIEMPRE está SATURADO de vapor de agua. 
 
AGUA que sale al espirar es mayor que la 
que entra a inspirar. 
 
2. Superficie de la PIEL 
Perspiración o pérdida insensible de agua: 
Pérdida de vapor de AGUA por difusión por toda la superficie de la piel. 
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Si humedad =100% 
NO HAY EVAPORACIÓN 
POSIBLE. 
Cuanto más seco el AIRE: 
Mayor pérdida de agua por 
perspiración. 
 
 
No confundir con SUDORACIÓN: 
•Ocurre continuamente y a 
cualquier temperatura ambiente. 
 
•Se pierden AGUA y SALES solo 
a través de los poros de los 
extremos distales de las 
Glándulas Sudoríparas. 
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Pérdida de Agua se relaciona con Pérdida de Calor 
 Agua está en estado Líquido en Compartimiento 
Corporal. 
 Mediante Vía Pulmonar y superficie de la Piel: se 
pierde en forma de VAPOR (gas). 
 
 AGUA LÍQUIDA…………… Pasar a Estado Gaseoso 
(vapor) 
 Calor de Vaporización del Agua: 10 kcal/mol (muy 
grande) 
 Si: 
 Hombre Adulto: 
 Pierde ≈ 900 mL agua/día (20ºC, humedad 50%) 
 
Liberación de CALOR del organismo = 500 kcal / día 
MANTENIMIENTO DE TEMPERATURA CORPORAL ya 
que cuando cierta masa de agua pierde su CALOR, su 
TEMPERATURA disminuye. 
 
 
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Agua como solvente 
¿universal o ideal? 
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 Hidrofílicas (hidrófilas): 
 Fácilmente solubles en agua. Son sustancias polares. 
 Ej: Sales, ácidos, bases, carbohidratos simples, 
alcoholes, cetonas, aldehídos. 
 
 
 Hidrofóbicas (hidrófobas): 
 No se disuelven en agua. No son polares. Se disuelven 
en solventes apolares. 
 Ej: Alcanos, alquenos, vitaminas liposolubles, 
triglicéridos. 
 
 
 Anfipáticas (anfifílicas): 
 Tienen una parte polar y otra apolar: al mezclarse con 
el agua su parte polar se orienta hacia el agua y la 
parte no polar hacia otra molécula no polar. 
Ej: Fosfolípidos de membrana citoplasmática. 
 
 
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Agua como Disolvente 
Agua actúa como DIELÉCTRICO 
 Agua tiene una elevada 
CONSTANTE DIELÉCTRICA: 
 Estructura Dipolar le permite 
actuar como DIELÉCTRICO 
 CONSTANTE DIELÉCTRICA: 
Es una medida de la capacidad de 
una sustancia para MANTENER 
SEPARADAS CARGAS 
ELÉCTRICAS DE SIGNOS 
CONTRARIOS. 
 
Disolvente de Sust. Iónicas 
(electrolitos) 
 
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Puentes de Hidrógeno. 
 Puentes de H del Agua interactúan 
favorablemente con otras 
sustancias no iónicas (no 
electrolitos): 
 
 
 
Disolvente de Sust. Polares no iónica 
(no electrolitos) 
Agua actúa como 
DIELÉCTRICO 
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Agua solubiliza a sustancias polares 
no iónicas mediante los puentes de H 
NaCl (s) → Na+ (ac) + Cl- (ac) 
Algunos ejemplos de biomoléculas polares, apolares y anfipáticas 
 (mostradas en forma iónica a pH 7) 
El Agua: solvente por excelencia de los organismos vivos 
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33 
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Variaciones del contenido de AGUA CORPORAL TOTAL 
en CONDICIONES NO PATOLÓGICAS 
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 AGUA: 45-75% peso corporal. 
ESTUDIO 
INDEPENDIENTE 
Variaciones del contenido de AGUA CORPORAL TOTAL 
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 Constitución Física 
(Bajo Peso, 
desnutrido, obeso) 
 
 
 Sexo del individuo 
 
 
 
 Edad 
 
 
ESTUDIO 
INDEPENDIENTE 
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Deshidratación 
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Diabetes insípida 
hormona ADH (vasopresina) 
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pH de los compartimientos del organismo: muy estable 
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¿Como se logra esto si 
constantemente se 
agregan y renuevaniones 
H+ de los 
compartimientos y esto 
tiende a desviar el valor 
del pH? 
 
 
Diversas patologías 
tienen como base, o 
desencadenan fallas e 
insuficiencias en los 
mecanismos de 
estabilización del pH: 
Diabetes, enfermedades 
respiratorias, renales, 
ingestión desmedida de 
medicamentos: aspirina 
pH 
 pH= - log c(H+) 
 
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43 Principios de Anatomía y Fisiología. Tortora y Derrickson. 11a Ed. Cap. 2 
SOLUCIONES AMORTIGUADORAS de pH 
(BUFFER, tampón, solución reguladora, sistema amortiguador) 
 Constitución: Mezcla de Ácidos débiles + sus sales 
 Función: Reducen cambios en las [H+] (variaciones 
bruscas de pH) que podrían causar la adición de un ácido o 
base al medio. 
Equilibrio Ácido-Base y 
Desequilibrio ácido-base 
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Sistemas fisiológicos amortiguadores de pH 
• Proteínas (Hb, 
albúmina) 
 
• Ácido carbónico / 
bicarbonato: H2CO3/ 
HCO3
- 
 
 
• Ortofosfato (fosfatos): 
H2PO4
- / HPO4
2- 
 
Seminario 
Compartimientos del organismo humano 
1. Cita los dos grandes compartimientos en los que se divide el 
compartimiento corporal total. ¿Cuáles son sus límites? 
2. Haga un esquema e identifique cada uno de los compartimientos del 
compartimiento corporal total. 
3. ¿En cuáles subcompartimientos se subdivide el compartimiento 
extracelular? Menciona los límites de cada uno. 
4. Cita 3 ejemplos del compartimiento transcelular. Cita sus límites. 
5. Suponiendo que su organismo está constituido por un 60% de agua, 
calcule el volumen de agua en el SI que debe haber en cada uno de sus 
compartimientos. Dato: ρ = 1 kg/L. 
6. ¿En cuál de los compartimientos hay mayor contenido de agua? ¿Con 
cuál evidencia termodinámica está relacionado este parámetro? 
7. De los siguientes ejemplos, explique qué está dentro/fuera del sistema 
termodinámico “hombre”: 
a) Sudor (agua + sales) en la piel. 
b) Alimentos digeridos en el lumen intestinal 
c) Orina almacenada en la vejiga. 
d) Ultrafiltrado glomerular 
e) Nutrientes absorbidos 
 
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Agua 
8. Define: propiedades físicas, punto de fusión (PF), punto de ebullición (PE), 
calor de evaporación, dieléctrico, puente de hidrógeno, disociación 
electrolítica. 
9. Cita las propiedades físicas especiales del agua y la importancia biológica 
(función) de cada una de ellas para el organismo humano. 
10. Menciona las propiedades que hacen del agua el solvente fundamental 
(ideal) de los fluidos biológicos. 
11. Cita sustancias hidrofílicas, hidrofóbicas y anfipáticas. 
12. Ante una fiebre alta (>38ºC), ¿darías un baño con agua o con etanol? 
Explique basándose en la propiedad física: calor de evaporación. 
13. ¿Qué es la perspiración? 
14. Compare la pérdida de calor por perspiración en un día seco (↓HR) y un día 
húmedo (↑HR). 
15. Critique la siguiente afirmación: “El organismo humano siempre pierde 
calor por evaporación tanto por vía pulmonar como por perspiración”. 
16. Critique la siguiente afirmación: “El agua puede disolver y disociar a todas 
las sustancias en el organismo humano”. 
17. ¿Cuál es la diferencia entre un “electrolito” y un “no electrolito”? 
18. Cita 3 enfermedades relacionadas con el agua. 
Variaciones NO patológicas del contenido de agua 
19. Cita el tejido u órgano con mayor / menor contenido de agua en el 
organismo. 
20. ¿Por qué una persona obesa tiene menor % de agua respecto a otra 
persona de constitución normal de su mismo sexo, estatura y edad? 
21. ¿Por qué una mujer tiene menor % de agua respecto a un hombre de 
su mismo peso, estatura y edad? 
22. Critica la siguiente afirmación: “Los ancianos tienen mayor % de 
agua que los embriones y neonatos (RN)”. 
23. Cita 3 fuentes de hidratación del organismo humano y 4 formas de 
pérdida de agua. 
24. ¿Qué es el “agua endógena o agua metabólica”? 
 
 
 
 
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Ácidos-bases-pH-amortiguadores-acidosis-alcalosis 
25. Define: ácido, álcali, ácido fuerte, ácido débil, álcali fuerte, álcali 
débil, solución amortiguadora de pH. Cite ejemplos. 
26. ¿Cómo es la concentración de H+ en soluciones ácidas, neutras y 
alcalinas, respectivamente? 
27. Investiga el pH de 5 fluidos biológicos y clasifícalos según su pH 
(ácido, ligeramente ácido, neutro, ligeramente alcalino, alcalino). 
28. Cita los principales sistemas amortiguadores de pH en el organismo 
humano y su localización. ¿Qué otro nombre reciben? 
29. ¿Qué función biológica importantísima tienen los tampones o 
buffers? ¿Cuál parámetro del sistema termodinámico “hombre” 
mantienen relativamente constante? 
30. Cita enfermedades o manifestaciones clínicas relacionadas con el 
desequilibrio ácido-básico del organismo humano. 
 
 
50 
GRACIAS !