Instituto Politécnico Nacional

Escuela de Medicina y Homeopatía

Bioquímica Humana I

Práctica 3: Soluciones reguladoras

Espinosa Sierra Karina

González Rentería Luis Gerardo

López Calixto Vicente Alexis

Gallegos Olmedo Ammisaddai

Biol. Daniel Candelas Villagómez

Ciudad de México, septiembre 1 de 2017

Introducción

En esta práctica fuimos capaces de identificar los distintos pH de las sustancias

que se usaron en el laboratorio. Además de esto, mediante el primer experimento

se pudo apreciar como el uso de amortiguadores en una reacción ácido-base es

bastante útil mantener un equilibrio tanto en el ser humano como en el medio que

nos rodea.

Marco teórico

Un aspecto fundamental en la fisiología de todos los organismos es la

homeostasis o capacidad para mantener una situación de equilibrio dinámico

favorable. En este fenómeno tiene gran importancia los sistemas amortiguadores

que equilibran la presencia de sustancias ácidas y básicas para mantener el pH

dentro de los límites fisiológicos. Los objetivos de la presente práctica son el

conocimiento de conceptos elementales (ácido, base, pH, pK, amortiguador, etc.)

así como entender la base química del funcionamiento de los tampones

fisiológicos. Palabras Clave: Ácido, base, tampones, tampones fisiológicos

En los organismos vivos se están produciendo continuamente ácidos orgánicos

que son productos finales de reacciones metabólicas, catabolismo de proteínas y

otras moléculas biológicamente activas. Mantener el pH en los fluidos intra y

extracelulares es fundamental puesto que ello influye en la actividad biológica de

las proteínas, enzimas, hormonas, la distribución de iones a través de membranas,

etc… La manera en que podemos regular el pH dentro de los límites compatibles

con la vida son: 1) los tampones fisiológicos y 2) la eliminación de ácidos y bases

por compensación respiratoria y renal. Los tampones fisiológicos son la primera

línea de defensa frente a los cambios de pH de los líquidos corporales, entre los

que destacan: el tampón fosfato, el tampón bicarbonato y el tampón hemoglobina.

Lavoisier (1777) observó que sustancias como el azufre y el fósforo en

combinación con oxígeno, y en disolución acuosa, daban lugar a sustancias

ácidas. Pensó que el responsable era el oxígeno y lo llamó principio acidificante.

Arrhenius (1887) propuso la Teoría de la disociación electrolítica iónica: Cuando

los electrolitos (ácidos, bases y sales) se disuelven en H O se disocian en

partículas cargadas (Iones).

Ácido: Sustancia que en disolución acuosa libera iones de hidrógeno

Base: Sustancia que en disolución acuosa libera iones hidroxilo

Brönsted y Lowry (1923) definieron como Ácido: Toda especie capaz de ceder

protones. Base: Toda especie capaz de aceptar protones. Reacción ácido-base,

aquella que implica transferencia de protones.

Ácido ← → + Base conjugada (del ácido) + H AcH ← → − + Ac + H

Las sustancias que pueden actuar tanto como ácido como base, se llaman

anfolitos, anfóteros o anfipróticos.

Lewis (1938) propuso que no todas las reacciones ácido-base implican

transferencia de protones, pero sin embargo forman siempre un enlace covalente

dativo.

Ácido: Sustancia que puede aceptar un par de electrones de otros grupos

de átomos, para formar un enlace covalente dativo.

Base: Sustancia que tiene pares de electrones libres, capaces de ser

compartidos para formar enlaces covalentes dativos.

Son ácidos o bases fuertes los que al disociarse lo hacen de forma total.

Ejemplo:

• Clorhídrico, sulfúrico, en el caso de los ácidos HCl -----> Cl- + H+ H2SO4 ------->

SO4 2- + 2H+

• Sosa y potasa en el caso de las bases NaOH ----> Na+ + OH- KOH -----> K+ +

OH

Los ácidos y bases débiles se disocian de modo parcial.

Ejemplo:

• El acético y el carbónico, respecto a los ácidos débiles HCH3COO <--------------->

CH3COO- + H+ H2CO3 <---------------> HCO3 - + H+ 4

• El hidróxido de amonio, respecto a las bases débiles NH4OH <------> NH3+ + OH

De la ecuación de Henderson-Hasselbalch, se puede deducir que el pH de una

solución amortiguadora depende de dos factores uno es el de pKa y el otro es la

proporción de sal a ácido.

La ecuación de Henderson-Hasselbalch es una fórmula química que se utiliza para

calcular el pH, de una solución buffer, o tampón, a partir del pKa (laconstante de

disociación del ácido) y de las concentraciones de equilibrio del ácido o base, del

ácido o la base conjugada.

Objetivo

El alumno analizará los mecanismos amortiguadores de ciertas sustancias y

comparará en pH de diferentes líquidos.

Material y método

1 bureta de 25 ml

1 pinza para bureta

1 soporte universal

1 probeta de 50 ml

1 vaso de precipitado d 250 ml

1 vaso de precipitado de 50 ml

1 gradilla

5 pipetas de 5 ml

1 potenciómetro

1 agitador magnético

NaH2PO4 0.1 M

NaOH 0.1 M

Tiras reactivas de pH Merck

Torundas de algodón en

alcohol

Solución reguladora de pH a

7.0 (sin colorante)

Leche

Refresco de cola

Jugo natural o comercial

Melox

Agua destilada

Experimento 1: Titulación del Fosfato Monosódico

1. En un vaso de precipitado de 250 ml, colocar la solución de monofosfato de

sodio 0.1 M, introducir los electrodos del potenciómetro y medir su pH.

2. En agitación constante agregar lentamente la solución de hidróxido de

sodio 0.1 M mediante una bureta y notar los cambios del pH después de la

adición de cada 2 ml. Añadir hidróxido de sodio hasta que el pH llegue a 11.

3. Con los resultados obtenidos elaborar un grafica en papel milimétrico (pH

VS ml de hidróxido de sodio 0.1 M gastados) y observar si hay una zona de

amortiguación e indicarla en su gráfica.

Experimento 2: Medición del pH en diferente soluciones

1. Colocar 3 ml de cada una de las sustancias: leche, refresco de sola, jugo,

melox y agua en tubos de ensaye.

2. Sumergir una tira reactiva de pH durante 10 segundos en cada uno de los

tubos anteriores.

3. Retira el exceso de liquito sacudiendo ligeramente la tira reactiva o secando

con papel.

4. Comprar el color obtenido con la gama de colores que indica el pH

obtenido.

5. Elaborar una tabla con los resultados obtenidos.

6. Investigar que compuesto(s) probable(s) establece el pH en cada una de

las sustancias probadas.

Resultados

Experimento 1

Experimento 2

Análisis de las sustancias acido-asica usadas en el experimentoSustancia pH obtenido Compuesto ácido-base

Leche 8

Jugo 3

Refresco de cola 1

Melox 11

Agua destilada 7

Cuestionario 1. Defina qué es un amortiguador y cómo funciona.

Los sistemas encargados de evitar grandes variaciones del valor de pH son los

denominados “amortiguadores, buffer, o tampones”. Son por lo general soluciones

de ácidos débiles y de sus bases conjugadas o de bases débiles y sus ácidos

conjugados. Los amortiguadores resisten tanto a la adición de ácidos como de

bases.

2. Diga cómo se encuentran las concentraciones de los componentes de un

amortiguador cuando se encuentra a un pH que es igual al de su pK.

La eficacia máxima del amortiguador, tanto para neutralizar ácidos como bases

está en la zona de pH de mayor pendiente, que es la zona que abarca la flecha

discontinua de la figura superior:

- el máximo de la curva de la eficacia del amortiguador frente a bases está en

el punto pH=pK-1/2.

- el máximo de la curva de la eficacia del amortiguador frente a ácidos está

a pH=pK+1/2,

A medida que nos alejamos de esa zona, la capacidad amortiguadora decrece.

3. Escribe la reacción que se lleva a cabo entre el monofosfato de sodio y el

hidróxido de sodio.

Es una reacción de titulación ácido-base

4. Explica por qué se forma una solución amortiguadora durante la titulación

del monofosfato de sodio con el hidróxido de sodio.

5. Menciones los principales amortiguadores del organismo humano, de qué

compuestos está constituido cada uno.

Sistema amortiguador de bicarbonato: El sistema amortiguador de

bicarbonato está integrado por el bicarbonato de sodio y el ácido carbónico.

Cuando al medio donde se encuentra este sistema se añade un ácido

fuerte como el ácido clorhídrico, el cual reacciona con el bicarbonato de

sodio, dando lugar a un ácido débil, el ácido carbónico, que modifica muy

poco el pH y una sal neutra, el cloruro de sodio. Por otra parte si se añade

una base fuerte, como el hidróxido de sodio, ésta reacciona con el

componente ácido del sistema, el ácido carbónico y se obtiene como

producto el bicarbonato de sodio, base débil con poca incidencia sobre el

pH, y agua. Este sistema amortiguador tiene una pK de 6.1, por lo que su

poder amortiguador no es alto, sin embargo la abundancia de sus

componentes en el líquido extracelular hace que sea el sistema

amortiguador más importante en dicho medio.

NaHCO3

H2CO3

+ HCl H2CO3 + NaCl

+ NaOH NaHCO3 + H2OpK = 6.1

Es el sistema amortiguador másimportante en el líquido extracelular.

Sistema amortiguador de fosfato: Está compuesto por una base débil, el

fosfato dibásico de sodio, y un ácido también débil, el fosfato monobásico

de sodio. Si se añade un ácido fuerte al medio donde se encuentre este

sistema, reacciona con el componente básico del mismo, el fosfato dibásico

de sodio, dando lugar al fosfato monobásico de sodio más cloruro de sodio.

Cuando se añade una base fuerte al sistema, como el hidróxido de sodio,

ésta reacciona con el componente ácido del mismo, el fosfato monobásico

de sodio, dando lugar al fosfato dibásico de sodio y agua. Este sistema

tiene una pK de 6.8, mucho más cercana a los valores normales del pH de

los líquidos corporales, por lo que tiene mayor poder amortiguador que el

sistema de bicarbonato; sin embargo la poca cantidad en que se encuentra

en el líquido extracelular determina su poca importancia en este medio.

Na2HPO4

NaH2PO4

+ HCl NaH2PO4 + NaCl

+ NaOH Na2HPO4 + H2O

pK = 6.8

Es el sistema amortiguador másimportante en los túbulos renales.

Amortiguador de las proteínas: Este está dado por su carácter anfótero,

que consiste en su capacidad de ceder o captar hidrogeniones de acuerdo

a las características del medio en que se encuentren. Las proteínas poseen

grupos que en un medio alcalino ceden hidrogeniones, mientras que

cuando se encuentran en un medio ácido captan hidrogeniones. Su pK

tiene un valor cercano a 7.4, por lo que tiene un gran poder amortiguador y

es el más importante en el líquido intracelular. Existen varios sistemas

amortiguadores de proteínas y dentro de ellos se destaca el sistema

amortiguador de la hemoglobina tanto por su abundancia en la sangre,

como por el hecho de circular a través de todos los tejidos del organismo

PrH

Pr -

Pr - + H+

+ H+ PrHpK ≈ 7.4

Es el sistema amortiguador másimportante en el líquido intracelular.

En medio alcalino

En medio ácido

(Pr = proteína)

Conclusiones

Karina: si bien es cierto que conocer al organismo de cada ser vivo,

especialmente el humano, es maravilloso, no nos priva de complicaciones a la

hora de entender su entorno y la interacción que se genera con ello. En esta

práctica fue posible observar como cada una de las sustancias que se usan

cotidianamente por la mayoría de las personas, tiene en modificar el

comportamiento celular gracias a su variación de pH… sabiendo por consiguiente,

las reacciones que se generan dentro del organismo humano debido a las

mismas.

Luis: Debido a que se llegaron a los objetivos propuestos por la práctica,

podemos llegar a la conclusión de conocer un tipo de reacción denominada ácido-

base, que tiene una gran importancia en el ser humano en los diferentes procesos

que integran su estructura, así como las diferentes sustancias y sus niveles de pH.

Alexis: Al poder comprobar y realizar nuestros objetivos así como nuestra teoría

pudimos generarnos una idea más amplia de cómo es que funciona el ph y los

rangos que esta maneja, y así con esta base poder llegar a conclusiones más

concretas al hablar de reacciones acido-base.

Ammisaddai: Con nuestros objetivos planteados y con la teoría estudiada

proseguimos a realizar nuestros procedimientos y llegamos a conclusiones con los

márgenes y sus funciones de las reacciones acido-base satisfactorias, dejándonos

respuestas e ideas de cómo es que podría funcionar el ph en el ser humano y la

importancia que tiene esta en la vida cotidiana.

Contribuciones

Karina:

Luis: CUESTIONARIO

1. . ¿Qué es el PH?2. ¿Cuáles son las razones de la importancia que se ha dedicado a medir el

PH?3. ¿Qué técnicas experimentales se conocen para estimar el pH de una

solución?4. ¿Cómo funciona un electrodo de membrana de vidrio selectivo al ion H+?5. ¿Cuáles son las desventajas que representa su uso?6. ¿De qué sirve conocer la exactitud y precisión de una medida analítica?7. ¿Cómo se evalúan ambas características estadísticamente?

Alexis:

Ammisaddai:

Bibliografía

[GUYTON A. C HALL J.E. Tratado de Fisiología Médica. Interamericana, Madrid ,

9na edición:2000

[Inorganic Chemistry (3rd edición). Oxford University Press. 1999. ISBN

0198503318. Capítulo 5: Acids and Bases ]