IMPORTANCIA DEL AGUA EN LOS PROCESOS BIOLOGCOS

Facultad de ciencias de la saludProgramas de Enfermera y OdontologaUniversidad del Magdalena Lic. JOAQUIN PINTO MENDEZ

EL AGUA

EL AGUA COMPONENTE DE LA VIDALa vida se inici en el agua hace ms o menos 3000 millones de aos y sigue existiendo gracias a ella.

Organismos:2/3 de su peso total.

En el hombre constituye entre un 70 y un 75% de su peso corporal.

En un adulto 70 kg de peso y 1.70 m de estatura, el 70% corresponde a agua (49 kg)

Intracelular, 50% (35 kg),

Extracelular, 20% (14 kg).

El espacio extracelular representa un 40% a 50% del peso total al nacimiento hasta los dos meses.

Intracelular del 30% al 35% del peso corporal.

El compartimiento extracelular

Intravascular

Intersticial

Estructura molecular

El agua es ms polar que todas. los dipolos + y - no se cancelan mutuamente.

En el agua liquida, las molculas forman redes cristalinas, aunque todas las molculas se encuentran en movimiento, por tanto no hay estructura permanente. Una molcula de agua, puede unirse con cuatro molculas vecinas.Polaridad del agua

Cuando la temperatura aumenta, se comienzan a romper las uniones, pero aun a 100C existen estructuras cristalinas.109 Puentes de hidrgenoscristales ms estables

Propiedades del aguaPropiedades fsicas del agua:a) El amplio margen de temperaturas en que permanece en fase lquida (0-100C) organismos psicroflicos, que pueden vivir a temperaturas prximas a 0 C.Hasta los termoflicos, que viven a 70-80 C.

b) La anmala variacin de la densidad con la temperatura (densidad mxima a 4 C) determina que el hielo flote en el agua,

planos paralelosLas molculas de agua forman planos paralelos en tres dimensiones formando una estructura simtrica hexagonal. El hielo tiene mayor conductividad que el agua lquida109

c) Su elevada constante dielctrica D, (Medida de la tendencia del disolvente a oponerse a las fuerzas de atraccin entre iones de carga opuesta), es cercana a 80.

d) Su carcter dipolar hace que las molculas de agua se orienten en torno a las partculas polares o inicas, formando una envoltura de solvatacin.

e) Su calor especfico y calor de vaporizacin elevados permiten que el calor liberado en reacciones bioqumicas exotrmicas sea fcilmente absorbido y/o eliminado con pequea variacin de la temperatura del individuo

El calor especifico, tambin est en relacin con los puentes de hidrgeno que se forman entre las molculas de agua.

El agua puede absorber grandes cantidades de "calor" que utiliza para romper los puentes de hidrogeno. por lo que la temperatura se eleva muy lentamente.

Citoplasma acuoso.

f) Elevada fuerza de cohesin Los puentes de hidrgeno mantienen las molculas de agua fuertemente unidas, formando una estructura compacta que la convierte en un lquido casi incompresible. Esqueleto hidrosttico.g) Elevada fuerza de adhesin Esta fuerza est tambin en relacin con los puentes de hidrgeno que se establecen entre las molculas de agua y otras molculas polares y es responsable, junto con la cohesin del llamado fenmeno de la capilaridad.

Propiedades qumicas del agua:a) Su gran capacidad de formacin de enlaces de hidrgeno (4 por molcula).

Agua: disolvente universal

Capacidad para formar puentes de hidrgeno con: sustancias polares o carga (+) o (-) Forma disoluciones moleculares de alcoholes, azcares, protenas etc

-C=O carbonilo-OH hidroxilo-SH sulfhdrilo-NH2 amino-COOH carboxilo

b) Su capacidad de disociacin y la rpida emigracin de los iones resultantes (H+ y OH-) explica la importancia crtica del pH en muchos procesos biolgicosHOH H+ + HO-El agua pura es una mezcla de : agua molecular (H2O ) protones hidratados (H3O+) e iones hidroxilo (OH-)

Funciones a nivel biolgico: Amortiguador: Estabiliza temperatura corporal.

Transporte: Medio de transporte de nutrientes y sustancias de desecho, adems favorece la circulacin y turgencia.

Medio de reaccin: Disuelve y permite mantener en solucin o suspensin coloidal , es el medio en el cual se llevan a cabo reacciones qumicas y enzimticas.

Soporte: A nivel molecular, la interaccin del agua afecta la estructura y conformacin secundaria y terciaria de macromolculas como protenas y enzimas y por tanto el que sean activas o no.

Medio de vida: Tejidos animales, vegetales y microbianos, slo se pueden desarrollar si el contenido de agua es el adecuado.

Lubricante: Amortiguadora del roce entre rganos.

Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos.

Ingesta media: 2700 ml.

Bebida: 1300 ml.

Alimentos: 900 ml.

Oxidacin metablica: 500 ml.

Excrecin: 2700 ml.

Respiracin: 500 ml.

Transpiracin, evaporizacin: 700 ml.

Orina: 1400 ml.

Heces: 100 ml.INGESTA Y EXCRECIN DE AGUA EN LOS HUMANOS

ALTERACIONES EN EL METABOLISMO HIDRICO

AlteracinTipoCausaDeshidratacinIsotnica: la perdida de agua es similar a la de los solutos, Hay disminucin de volumen pero sin cambios de composicin. Igual prdida de agua y electrolitos Concentracin de Na en sangre normal Hemorragias, ayuno, anorexia, vmitos y diarreasHipertnica: la perdida de agua libre es mayor que la de solutos. Slo se pierde agua Concentracin de Na elevada Diabetes, inspida sudoracin y golpe de calorHipotnica: Se pierde ms sodio que agua Prdida de Na sin agua Concentracin Na menor Mucha ingesta de agua-Insuficiencia renal, dficit aldosterona

HidratacinIsotnicabebidas isotnicas: Poseen una concentracin de solutos igual a la del plasma. Este tipo de bebidas contiene azcares y electrolitos a la misma presin osmtica que la sangre (330 miliosmoles/litro). Hipertnicabebidas hipertnicas Poseen una concentracin de solutos superior a la del plasma. La cantidad y tipo de bebida necesaria depende de la duracin e intensidad del ejercicio y de las condiciones climatolgicas Las bebidas diseadas particularmente para la prctica de ejercicio fsico poseen unos componentes en comn; agua, hidratos de carbono y electrolitos (sodio, potasio, fsforo y cloro). Hipotnicabebidas hipotnicas: la concentracin de partculas por unidad de volumen es inferior a la del plasma sanguneo (menor presin osmtica). El agua es el mejor ejemplo de bebida hipotnica, salvo las muy ricas en sales.

DISOLUCIONESCombinacin homognea de varios componentes y con composicin variable.

Se diferencia de:

Mezcla: sistema heterogneo, de composicin variable, formado por 2 o ms porciones diferentes, separadas por superficies netas (fases).

Compuesto: naturaleza homognea pero de composicin invariable.

Suspensin: mezcla heterognea que puede ser separada fcilmente por filtracin, en la que el tamao de las partculas es grande, de forma que puede sedimentar con mucha facilidad

Componentes:

Soluto: sustancia que se disuelve (fase discontinua).

Disolvente: medio en el que se disuelve el soluto (fase continua).

SolventeSolutoSlidoLquidoGasSlidoLatn: (Cu y Zn)Oro 18 K: (Au-Ag)Moneda: (Ni y Cu)Amalgamas metlicas:(Hg Zn y Hg Cu)Hidrogeno en paladioLquidoSalmueras y soluciones salinas: (H2O y NaCl)Jarabes: azcar y agua; CuSO4 en H2OAguardientes(Agua y etanol); Gasolina: (Hidrocarburos en heptano).Oxigeno en agua.Bebidas gaseosas: (CO2 en agua) GasPartculas de polvo en aire.Yodo sublimado:(yodo en aire)Nubes y nieblas(agua en vapor de agua)Aire: Mezcla de gases.Perfume en aire

EXPRESIN DE LA CONCENTRACIN DE UNA DISOLUCIN1. Cualitativamente2. CuantitativamenteCualitativamente

Cuantitativamente

ELECTROLITOSSustancias cuya disociacin inica en solucin las hace capaces de conducir la corriente elctrica.

1. CIDOS.2 BASES.3 SALES.

Teoras de cidos y bases

TEORIASACIDOSBASESSvant Arrhenius Liberan H+Liberan OH_Johannes Brnsted y Thomas Lowry Ceden protones (H+)Aceptan (H+)

Gilbert Lewis Aceptan un par de e_Ceden un par de e_

ELECTROLITOSTeoras:

1. Svant ArrheniusHCl + NaOH Na Cl + H2O2. Brnsted y LowryHB + H2O H3O+ + B-1cido base ac. conjugado base conjugada3. Gilbert Lewis

Kw = [H+] x [OH-] = 1,0x10-14La conductividad media del agua a 25C indica que la [H+] es de 1x10-7 M y la [OH-] es la misma, por tanto el producto de ionizacin del agua es

Kw = 1x10-7 x 1x10-7 = 1,0x10-14PRODUCTO IONICO DEL AGUA pH Y pOH

[H+][OH_]Soluciones acidas1x10-31x10-11Soluciones alcalinas1x10-131x10-1

Kw = base para la escala de pH de las dems sustancias por poseer los iones H+ y OH- en igual cantidad.

[H+] = 1x10-7 M forma exponencial = grado de acidez

pH expresin ms adecuada de [H+] = Sren SrensenPotencial de hidrgenos= grado de iones hidrogenos en una sustancia o solucin pH = - log [H+] [H+] de 1x10-7 = pH de 7.Valores altos de pH = Mayor alcalinidad - mayor potencial absorber H+ Valores bajos de pH = Mayor acidez - menor potencial absorber H+

En la escala de pH cada digito que aumente o disminuya, representa un cambio de [H+] de diez veces. En la medicina clnica la medicin del pH es muy importante - El plasma o suero sanguneo La orinaSaliva ACIDOS

productos normales del catabolismo celular de CHO, Lpidos y Protenas

Se producen continuamente deben ser neutralizados constantemente

En condiciones anaerobias (insuficiencia respiratoria, en ejercicio fsico intenso)

Los CHO acido lctico y pirvico se acumulan en tejidos se eliminan cuando la oxigenacin se reinstala

Los lpidos cuerpos cetnicos CO2 + H2O H2CO3

Las protenas aminocidos H2SO4, CO 2 (H2CO3)

cidos nucleicos H3PO4

Valores de pH en lquidos y secreciones del organismo humano y diversas soluciones tpicas y otros productos

Liquido, secrecin o productospHJugo gstrico1,01,4Ac. Clorhdrico . N/101,04Ac. Actico. N/102,87Jugo gstrico de lactantes5,0Orina6,08,0Saliva6,87,2Leche6,66,9Lagrimas7,27,5Sangre7,4Liquido cefalorraquideo7,4Fluido instersticial7,4

Valores de pH en liquidos y secreciones del organismo humano y diversas soluciones tpicas y otros productos

Liquido, secrecin o productospHFluido intracelular: - Citosol (Higado)6,9 - Matriz isosomal5,56,5Bilis7,8Jugo intestinal7,77,8Jugo pancretico8,0Caf negro6,1Jugo de naranja3,8Refresco embotellado3,5Hidrxido de sodio N/1012

Valores de pH en lquidos Biolgicos , secreciones y algunas mucosas del organismo humano .

Algunas MucosaspHMucosa Oral56Mucosa Gstrica 14Mucosa Intestinal 45

Lquidos BiolgicosSangre Venosa7,35Sangre arterial7,45Saliva (pacientes con cancer)4,55,7Duodeno (luz)3Duodeno superficie vellosidades5,5Yeyuno (luz)67

Lquidos BiolgicospHSudor humano5,5Liquido amnitico77,5Semen7,28Vomito3,8

Disociacin de un cidoHA H+ + A-cidoBase

[H+ ] [ A- ]Ka= [ HA ]La fuerza de un cido constante de disociacin. Para cualquier cido la constante de disociacin Ka se define como

HCl = Ka = 1,75x10-5

NH4+ = Ka = 5,62x10-10

Entre mayor es Ka ms fuerte es el cido.

H2CO3 H+ + HCO3_

[H+] [HCO3_] Ka = [H2CO3]

Ka = 1,78x10-4 M notacin exponencial pKa = - log Ka

[H+] * [OH-] = 1 *10-4 pH + pOH = 14

Ka * Kb = 1 *10-4 pKa + pKb = 14

pH = pKa es una medida cuantitativa de la fuerza de un cido.

Los valores de pKa de muchos cidos bioqumicos van desde 2 hasta 13 o 14.

Acidos fuertes = mayor [H3O+] en solucin = Mayor es Ka Menor pKa y mayor pKb

Bases fuertes = mayor [OH-] en solucin y menor [H3O+] = Mayor es Kb Menor pKb y mayor pKa .

CIDOS DE IMPORTANCIA BIOQUIMICA

cidoHAKapKacido frmicoHCOOH1,78x10-43,75 ActicoCH3COOH1,7x10-54,75 piruvicoCH3COCOOH3,16x10-32,50 LcticoCH3CHOHCOOH1,38x10-43,85 mlico HOOCCH2CHOHCOOH(1) 3,98x10-43,40(2) 5,5x10-65,26Ac. Ctrico(1) 8,14x10-43,09(2) 1,78x10-54,75(3) 3,9x10-65,41Ac. CarbnicoH2CO3(1) 4,3x10-76,4(2) 5,6x10-1110,2Ac. FosfricoH3PO4(1) 7,25x10-32,14(2) 6,31x10-87,20(3)3,98x10-1312,4In amonioNH4+5,6x10-109,25

pK de algunos farmacos

Algunos FrmacospKMorfina (Base)9Acetaminofeno (Base)8Diazepan (acido)4Aspirina (acido)1,4

Sistemas amortiguadoresLa presencia de biomoleculas orgnicas en forma inica depende del pH del sistema.

H2PO4-, HPO4-2 Solo predomina una de ellas a un pH determinado.

Debido a este control de los iones orgnicos por el pH, los seres vivos deben tener la capacidad de prevenir cambios excesivos en el pH de los lquidos intracelular y extracelular.

Por lo general se mantienen en un pH cercano a 7,4 al cual se denomina pH fisiolgico.

Control: Amortiguadoras, Reguladoras, Tampn o Buffer

[H+] de fluidos intracelular y extracelular = dentro de limites pequeos.

Cambios en el pH del plasma = 0,2 a 0,4 = daos considerables, muerte.

pH constante asegura que las biomoleculas cidas y bsicas se encuentren en el estado inico correcto para que funcionen adecuadamente.

Siendo ms critico en las enzimas que son las ms sensibles a cambios de pH.

En las reacciones orgnicas se generan altas concentraciones de cidos orgnicos

Ej: si se aade 1,0 mL de HCl 10 M a 1,0 L de sln 0,15 M de NaCl de pH = 7,0, el pH caera a 2,0.

Si la misma cantidad de acido se aade al plasma sanguneo, el pH variara pH = 7,4 a 7,2.

Esto se debe a la naturaleza heterognea de las biomolculas que intervienen neutralizando, cada vez que se incorporan cidos o bases al organismo.

El cuerpo humano utiliza tres estrategias diferentes:

Amortiguadores fisiolgicos (disoluciones reguladoras)

Ventilacin pulmonar.

Filtracin renal.

En conclusin la sangre y otros fluidos contienen sistemas amortiguadores

Solucin amortiguadora, reguladora, tampn o buffer, es aquella disolucin formada por:

1. Un cido dbil y la sal de su base conjugada (c. Actico/acetato sdico (CH3COOH------CH3COO- Na+)).

2. Una base dbil y la sal de su cido conjugado (amonaco/cloruro amnico (NH3-----NH4+ Cl-)).

Capacidad amortiguadora de una disolucin reguladora = cantidad de cido o base que puede neutralizar dicha solucin

La ecuacin de Henderson-HasselbalchLa Ecuacin de Henderson-Hasselbalch permite calcular el pH de una mezcla amortiguadora conociendo su composicin. [A-] pH = pKa + log [HA]

Mediante la ecuacin es posible calcular la concentracin de cido y base conjugados en todos los puntos de una curva de titulacin.

Cuando la [A-] = [HA] en el punto de inflexin la ecuacin se convierte en pH = pKa + log 1 log 1 = 0 pH = pKaPor tanto, se puede definir el pK como el valor de pH de una solucin amortiguadora en el que el cido y la base se encuentran a igual proporcin (ejercicios).

De igual manera ocurren cambios semejantes cuando se adiciona a un sistema de estos 1 mL de HCl que contenga 0,01 M de H+.

Generalizando: solucin reguladora de un cido dbil y su sal:

[ cido ] [H3O+] = x Ka [ Sal ]

Y una solucin reguladora producida por una mezcla de una base dbil y su sal opera en la misma forma: [ Sal ] [OH- ] = x Kb [ Base ]

[A_ ]pH = pKa + log [AH]

De la ecuacin de Henderson Hasselbalch se puede deducir que:

El valor de pH de una disolucin reguladora depende = acido/sal o base/sal, no de las [cido], [sal].

Las [cido], [sal] = si influyen en la capacidad de amortiguacin.

A Mayor [disolucin reguladora] mayor la capacidad para amortiguar los cambios de pH.

La amortiguacin es mxima cuando el pH del medio = pKa de la disolucin. Ocurre [acido] y [sal] o [base] y [sal] son iguales.

Generalmente las disoluciones reguladoras tamponan bien hasta valores de pH una unidad por encima o por debajo del valor de su pka. (proporcin 1/10 o 10/1)

DISOLUCIONES REGULADORAS FISIOLGICAS

1. Amortiguador fosfato: Extra e intracelular H3PO4 H2PO4- HPO42 - PO43- pK1= 2.12 pK2= 7,21 pK3= 12.30

2. Amortiguador bicarbonato: principalCO2 (l) + H2O H2CO3 H+ + HCO3- H+ + CO32- pK1 pK2 pK3 CO2 (l) + H2O H2CO3 H+ + HCO3- pK = 6.1

- pKa relativamente alejado del pH fisiolgico - cido: [CO2] Base: [HCO3-] - [CO2]: regulado por la respiracin

- [HCO3-]: regulado por excrecin renal

3. Protenas: Otro amortiguador del pH sanguneo junto a los aminocidos, pero con mayor importancia en el interior de la clula.

Su poder amortiguador se basa en su composicin aminoacidica, ya que varios de los aminocidos proteicos poseen una cadena lateral ionizable, con su correspondiente pKa, lo que permite que sea un buen amortiguador a diferentes pH.

Hemoglobina: Esta protena se destaca por su importancia en la respiracin y su abundancia en la sangre.

Este sistema doble amortiguador cambia dependiendo de que la hemoglobina se encuentre oxigenada o no, lo que le permite una versatilidad a la hora de regular el pH.

Oxihemoglobina: HHbO2 HbO2- + H+ pKa = 6.7

Hemoglobina: HHb Hb- + H+ pKa = 7.9

HbO2- + H+ HHb + O2

En condiciones de produccin de anhdrido carbnico (respiracin celular) formacin de acido carbnico y la correspondiente acidificacin

los protones convierten el oxihemoglobinato en hemoglobina y con ello se amortigua el efecto acidificante y se libera el oxigeno.

ACIDOSIS

Acidosis metablica.

Causas:- La ingestin directa de cidos (aspirina)- La prctica de deporte (genera cido lctico)- El metabolismo excesivo de las grasas genera cetocidos (en diabticos o en condiciones de ayuno)- Catabolismo de protenas- La prdida de bicarbonato (diarreas)- Insuficiencia renal (no se eliminan H+o no se recupera HCO3-)- Hipertermia

Compensacin: hiperpnea respiratoria (pulmn), retencin de bicarbonato o eliminacin de protones,(rin)

Tratamiento: infusin de bicarbonato.

Acidosis respiratoria

Causas:Hipoventilacin (administracin de anestsicos o barbitricos),Insuficiencia ventilatoria (bronquitis crnica, enfisema pulmonar, enfermedades que afectan a los msculos implicados en la respiracin, apneas (pesca submarina) etc

Compensacin: aumento reabsorcin bicarbonato y de la eliminacin de protones, a nivel renal.

Esta compensacin suele ser parcial y no es inmediata, sino que tarda entre dos y tres das.

Tratamiento: oxigenoterapia o respiracin asistida.

ALCALOSIS

Alcalosis metablica.

Causas:

- Prdida de cidos gstricos (vmitos)DiarreasIngestin de lcali, bicarbonato o de anticidos para facilitar la digestinAbuso de diurticos (se retiene un exceso de HCO3-y se pierden K+ y, H+)Sindrome de Conn (hiperladosteronismo).

Compensacin: hipoventilacin respiratoria (hipopnea) (pulmn), aumento de la excrecin de bicarbonato o retencin de protones (rin).

Tratamiento: HCl diluido, cido lctico, etc..

Alcalosis respiratoria.

Causas: Hiperventilacin que puede deber a:- Estados de ansiedad o histeria, - Estrs emocional, - Dolor, fiebre, - Hipotensin, - Embarazo- Insuficiencia heptica- En alta montaa, la falta de oxgeno provoca una hiperventilacin

Compensacin: mayor eliminacin de bicarbonato y retencin de protones, a nivel renal.La compensacin no es inmediata (tarda entre dos y tres das), pero es bastante eficaz, ya que la disminucin del HCO3-restablece los valores normales de pH.

Tratamiento: inspiracin del CO2 que espira por el propio paciente

Iones

Disoluciones inicas: disoluciones en las que el soluto se disuelve en forma de iones, es decir, las molculas se disocian = disoluciones electrolticas.

Propiedades coligativas : propiedades del disolvente que no dependen de la naturaleza soluto sino del numero de partculas disuelta.

Para su cuantificacin es necesario conocer la naturaleza inica o molecular del soluto.

Disolucin glucosa = x nmero de molculas = nmero de partculasDisolucin de NaCl = x nmero de molculas = 2x nmero de partculas.

Concentracin de iones en los fluidos corporales en (meq/L)SueroFluido celularNa+14012K+4,5160Ca+25,02,0Mg+21,534Cl-1042,0HCO3-2410SO42-1,02,0PO42-2,0140

Alteraciones patolgicas

1. El aumento del sodio en plasma se denomina HIPERNATREMIA.Causas: deshidratacin, sndrome de Conn (hiperladosteronismo), hiperproduccin de cortisol (sndrome de Cushing).

2. La disminucin de la concentracin de sodio en plasma se denomina HIPONATREMIA.Causas: excesiva ingesta de agua, enfermedad de Addison (hipoaldosteronismo), quemaduras, diarreas.

3. El aumento en la concentracin de potasio se denomina HIPERPOTASEMIA O HIPERKALIEMIA.Causas: destruccin celular, hemlisis o insuficiencia renal.

4. El descenso de la concentracin de potasio se denomina HIPOPOTASEMIA O HIPOKALIEMIA.Causas: hiperladosteronismo (sndrome de Conn) y diurticos.

5. E. de ADDISON: hiponatremia + hiperpotasemia (hipoaldosteronismo).

6. S. de CONN: hipernatremia + hipopotasemia (hiperladosteronismo).

Propiedades coligativas:

Descenso crioscopico: el soluto hace que disminuya la temperatura de congelacin respecto a la del disolvente puro.

Ascenso ebulloscopico: de la misma manera se produce un aumento en la temperatura de ebullicin.

Descenso de la presin de vapor: La presencia del soluto, hace que se reduzca la presin ejercida por la vaporizacin de las molculas del disolvente.

Osmosis: paso de molculas de disolvente desde la disolucin diluida (o desde el compartimiento del disolvente puro) hacia la disolucin concentrada a travs de dicha membrana.

Presin osmtica: la presin mecnica (hidrosttica) necesaria para mantener una disolucin en equilibrio con su disolvente puro y evitar que este atraviese la membrana semipermeable.

Los clculos de presin osmtica en estas disoluciones se realizan atraves de la ecuacin de Vant Hoff, en la que la presin osmtica puede equipararse a la de los gases.

V = nRT = = n/V.R.T = = C.R.T

Donde = presin osmticaV = volumen de la disolucinn = numero de moles u osmoles (moles de partculas disociadas, en el caso de disociaciones electrolticasT = temperatura absoluta.

Presin osmtica = tonicidad

Dos disoluciones isotnicas, si presentan la misma presin osmtica. Una solucin es Hipertnica (A) con respecto a la otra (B), si presenta mayor presin osmtica.

(por tanto, si se encuentran separadas por una membrana semipermeable, Existir un flujo neto de disolvente desde B hacia A.)

La disolucin B con menor presin osmtica que la A, se denominar hipotnica con respecto a la A, (por tanto dicha disolucin B tendr una disminucin de volumen).

La tonicidad, tiene una gran importancia fisiolgica ya que el medio externo celular debe ser isotnico con el interno, de lo contario se producira transferencia de agua.

Estas alteraciones pondra en peligro el adecuado funcionamiento del organismo.

Actividad osmtica de los iones en solucinLas soluciones electrolticas (las que contienen iones) se disocian en sus componentes, por lo que el efecto osmtico ser siempre mayor.NaCl Na + Cl 1:2

Presin Osmotica Osmoles y Miliosmoles

El efecto osmtico de uma sustancia em solucin depende de la cantidad de particulas disueltas. Si uma molcula em solucin se disocia en 2 o 3 partculas la presin osmtica se duplica o triplica.

Las unidades para expresar presin Osmtica es Osmoles (Osm) y miliosmoles (mOsm)

Solucin 0,2 M de sacarosa = 4,76 atm.Solucin 0,2 M de NaCl = 8,75 atm.NaCl Na + Cl 1:2Sacarosa 1:1

Osmolaridad de las soluciones1 mol de soluto en una solucin con 1 litro de solvente, crear 1 OSMOL.

Las mediciones de la concentracin osmolar es con frecuencia expresada como osmolaridad u osmolalidad.

OSMOLARIDAD: una solucin con un determinado nmero de moles de soluto por litro de solucin.La cantidad de partculas osmoticamente activas disueltas en 1 litro de agua. moles de soluto /Litro solucin(mol/L)1 mOsm = Osm/1000.

1 Mol = peso molecular de la sustancia en gramosEquivale al nmero de Avogrado ( 6,02 x 1023 molculas)

Ejemplos:Glucosa (pm=180) =1 mol =180 gNaCl (pm=58,5) =1 mol =58,5 gNa+ (pa= 23) =1 mol = 23 gUrea (pm= 60) =1 mol = 60 g

1 Osmol =1 Mol de sustancia x nmero de partculas en que sedisocia.

1 mol de glucosa equivale a 1 osmol1 mol de NaCl equivale a 2 osmoles1 mol de CaCl2 equivale a 3 osmoles

Clculo de OsmolaridadForma sencilla de calcularla:

mOsmol/L = [C/PM] x N x 1000

Donde:C = concentracin de la solucin en (g/L)PM = peso molecular del soluto.N = nmero de partculas (iones en solucin)1000 = factor de conversin.

Una solucin de NaCl al 0,9 % (solucin fisiolgica), posee:

0,9 g 1000 mL 100 mL 1L 9 g/L 58, 5

x= 9 g/Lx 2 x 1000 =Solucin de Dextrosa al 5%:

5 g 1000 mL 100 mL 1L

50 g/L 180

Solucin isosmolar con el plasmax= 50 g/Lx 1 x 1000 =308 mOsmol/L (solucin isosmolar con el plasma)277 mOsmol/L (solucin isosmolar con el plasma)

La Osmolaridad de los fluidos corporales es de 281 mOsmoles/L

La osmolaridad total del cuerpo indica la concentracin electroltica. De hecho el Na+ y el K+ determinan la osmolaridad plasmtica, segn la siguiente ecuacin:

Sln. HipotnicaSln. IsotnicaSln. HipertnicaSln. NaCl = 45%Sln. NaCl = 0,9%Sln. HartmanSln. Glucosa = 5%Sln. Glucosa = 10%Sln. Glucosa = 50%

La osmolaridad total del cuerpo indica la concentracin electroltica. De hecho el Na+ y el K+ determinan la osmolaridad plasmtica, segn la siguiente ecuacin:

- A Un nio de 3 meses de edad ingresa al hospital luego de varias horas con diarrea y vmitos. Se le toma una muestra de sangre y se analizan las concentraciones de Na+, K+, urea y glucosa. Los resultados son:

Na+ = 153 mEq /L (normal: 140 mEq/L)(K+ = 4,0 mEq /L (normal: 4,5 mEq/L)urea = 32 mg /dL (normal: 30 mg/dL)glucosa = 100 mg /dL (normal: 100 mg/dL)

El valor que se da aqu como NORMAL es slo un promedio, ya que hay un RANGO de valores normales).

Calcular la osmolalidad plasmtica usando la frmula

El primer paso es llevar las concentraciones de urea y glucosa a mmol/L.

UREA: 32 mg /dL = 320 mg/L = 0,32 g /L60 g /L ........ 1000 mmol/L0,32 g /L ......... x = 5,33 mmol/L

GLUCOSA: 100 mg /dL = 1 g/L180 g /L ......... 1000 mmol/L1 g /L ........... x = 5,55 mmol/L

Osm = 2 (Na+ + K+) + urea + glucosaOsm = 2 (153 + 4) + 5,32 + 5,55Osm = 325 mOsm/kg

La Osmolaridad se encuentra aumentada y el soluto responsable es el Na+

Disoluciones coloidalesColoide es una sustancia cuyas partculas pueden encontrarse en suspensin en un lquido, dichas partculas no pueden atravesar la membrana semipermeable de un osmmetro.

Las dispersiones coloidales son sistemas heterogneos sin separacin de fases. El dimetro de la partcula de soluto es intermedio entre el de las suspensiones y el de las verdaderas disoluciones. Por ello no sedimentan por simple gravedad.

En las dispersiones coloidales se distinguen dos fases :

Fase dispersa : las llamadas micelas (soluto)

Fase dispersante : en las que estn dispersas las partculas coloidales (disolvente)

Las partculas coloidales tienen un tamao diminuto, tanto que no pueden separarse de una fase dispersante por filtracin sino por ultracentrifugacin.

Tipos de sistemas coloidales De todos ellos, los ms relevantes son los que poseen un lquido como medio dispersivo, como las emulsiones y los soles.

Propiedades de los sistemas coloidales :

El efecto Tyndall es el fenmeno por el que se pone de manifiesto la presencia de partculas coloidales, al parecer, como puntos luminosos debido a la luz que dispersan.

Este efecto es utilizado para diferenciar las dispersiones coloidales de la disoluciones verdaderas.

No pueden verse las micelas, pero si el movimiento que describen, que es desordenado describiendo complicadas trayectorias en forma de zigzag, y el movimiento que describen es el movimiento Browniano.

El movimiento Browniano se da debido a los choques de las molculas de disolvente con las micelas coloidales, dificultando que estas se depositen en el fondo.

Adsorcin: gracias a su gran superficie, las partculas dispersas pueden retener adheridas a ellas iones o molculas pequeas.

Adems de su uso industrial como sistemas de eliminacin de olores o como catalizadores de contacto, esta propiedad fundamenta una de las principales tcnicas de separacin utilizadas en bioqumica: la cromatografa de adsorcin.Carga elctrica: las partculas que forman las dispersiones coloidales tienden, como se ha dicho, a adsorber iones sobre su superficie. Tales iones son de la misma carga para un mismo tipo de partculas, de modo que los agregados que se forman tienden a repelerse entre s, contribuyendo a la estabilizacin del coloide.

Adems, el comportamiento elctrico de los coloides constituye el fundamento de la electroforesis.

Clasificacin:

Coloides Obligados: lo son porque el tamao de sus partculas est siempre dentro del rango que produce la formacin de este tipo de sistemas.

Coloides facultativos: estn formados por partculas de tamao ms pequeo que las coloidales (infracoloides), que pueden agregarse para formar una dispersin, o bien por partculas supracoloidales que, en ciertas condiciones, se rompen en partculas ms pequeas para formar coloides

La estabilidad de los coloides depende, bsicamente, de su afinidad por la fase dispersante.

En general, los coloides que muestran gran afinidad por el dispersante se llaman lifilos. Mientras que los de baja afinidad se denominan lifobos.

Dado que, en general, la fase dispersante suele ser el agua, estas caractersticas se denominan habitualmente hidrofilia,

en el caso de coloides con elevada afinidad por el agua, e hidrofobia, si la afinidad por el agua es baja.

Los coloides hidrfilos son ms estables que los hidrfobos.

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Los coloides de mayor importancia biolgica son los soles y geles, las emulsiones y suspensiones.

b. Soles y geles: importante conocerlos para comprender ciertos procesos protoplasmticos.

Los soles: dispersiones de partculas slidas en un lquido, que presentan plasticidad y viscosidad, como propiedades fundamentales.

Los geles tienen el aspecto y propiedades parecidas de un slido, en el sentido que tienden a retener su forma, y su propiedad ms importante es la elasticidad.

Ambos pueden transformarse, existen diferentes fenmenos que pueden hacer que un gel se transforme en sol, o viceversa, por ejemplo: el reposo o agitacin en gel o sol, lo que tiene importantes consecuencias biolgicas.

En los seres vivos, las membranas plasmticas se comportan como un gel, mientras que el citoplasma de las clulas puede variar su estado de gel a sol o viceversa, en funcin de las necesidades celulares, por accin del citoesqueleto.

Esto permite que la clula vare, tanto en el tiempo como en el espacio, las propiedades fsicas de su interior, facilitando o dificultando el movimiento de molculas o de orgnulos.

c. Suspensiones y emulsiones:

Suspensoide es la dispersin de partculas slidas en un medio lquido.

Emulsoide: son dispersiones de un lquido en otro inmiscible con l.

Suelen ser inestables a menos que se les aada algn agente emulsionante, en general algn tipo de jabn. (ej: dispersin de aceite en agua).

La estabilidad de los coloides Emulsoides depende en gran parte de la presencia de agentes que actan sobre la tensin superficial entre ambas fases.

El contenido duodenal es Emulsoide, favorecido por la accin emulsificante de los jugos digestivos.

IMPORTANCIA BIOQUIMICA DE LAS DISPERSIONES COLOIDALESLa importancia radica en que las macromolculas biolgicas, como protenas, cidos nucleicos o polisacridos, dan lugar a disoluciones coloidales cuando se disuelven.

Estas disoluciones estn implicadas en algunas propiedades fisiolgicas importantes y son responsables de la existencia del efecto Gibbs-Donnan.

Es la desigualdad en la distribucin de iones ambos lados de una membrana de dilisis o dialtica (membrana que permite el paso del agua o disolvente puro y a los iones, pero que por su tamao de poro impide el tamao de una macromolcula o soluto coloidal).

Esto se debe a la carga electrosttica del coloide y a la imposibilidad de atravesar la membrana, lo que determina la retencin de los contraiones para mantener la neutralidad a ambos lados de la membrana.En los sistemas biolgicos, las dispersiones coloidales formadas por protenas pueden "coagular" por la accin de diferentes compuestos que alteran sus cargas superficiales o la forma tridimensional de la protena, o ambos factores.

La "coagulacin" de las protenas corre paralela a la prdida de su funcin, en ntima relacin con la prdida de su estructura tridimensional. es decir, su desnaturalizacin.

El efecto tiene importancia fisiolgica en por ejemplo el eritrocito. La concentracin de iones cloruros en el interior es 0,7 menor que en el plasma 2,0.

Esto sucede debido a que la membrana del hemate acta como una membrana dialtica y en su interior hay una elevada concentracin de hemoglobina, la protena transportadora de oxigeno.La presin osmtica ejercida por una disolucin = presin osmtico-coloidal o coloidosmotica. Resulta de la suma de tres factores:

La presin osmtica de las partculas coloidales.La presin osmtica adicional producida por el exceso de partculas permeables junto a los coloides.(efecto Gibbs-Donnan)La atraccin de agua que llevan a cabo los coloides que tienden a ligar gran cantidad de molculas.

Dilisis: proceso en el que se produce la separacin de molculas de una disolucin, en funcin de su tamao, al encontrarse en contacto con una membrana de tamao de poro selectivo.

Esta membrana es de tipo dialtico y permite el paso de molculas de disolvente (agua) y de iones difusibles (cloruro, sodio etc), pero en funcin del tamao del poro, impidiendo el paso de macromolculas que superan dicho tamao. Por tanto la funcin fundamental de la dilisis consiste en la separacin de macromolculas de molculas ms pequeas e iones.

En bioqumica este proceso es muy interesante, ya que permite la purificacin de disoluciones de macromolculas, tales como las protenas. Con este procedimiento se consigue la eliminacin de iones difusibles de otras molculas pequeas pueden estar impurificando la separacin.

Desde el punto de vista fisiolgico, un par de ejemplos serian los intercambios de disolvente entre el plasma y el liquido intersticial y los procesos de filtracin renal.

En la practica clnica se utiliza para hemodilisis (purificacin de la sangre).

La constante de equilibrio es:

Si tomamos logaritmos:

Y cambiando de signos:

O lo que es lo mismo:

Y reordenando,

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