Sistemas Buffer y Otros Mecanismos de Regulación del pH Corporal, Diapositivas de Anatomía

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EXPERIMENTO No. 1

SISTEMAS BUFFER Y OTROS MECANISMOS DE

REGULACIÓN DEL pH CORPORAL

OBJETIVOS:

l. Comprobar que el pH de una solución cambia cuando varía la concentración de iones

hidrógeno.

2. Comprobar la acción amortiguadora de los sistemas buffer.
3. Valorar la importancia de los sistemas buffer en el mantenimiento del equilibrio ácido

base del organismo.

INTRODUCCIÓN

La molécula de agua tiene capacidad limitada para ionizarse en ion hidrógeno (H+),

llamadotambién protón y en ion hidroxilo (OH)

H

0 H+ + OH-

Agua Protón + Ion hidroxilo

Las concentraciones de protones y de iones hidroxilo, en agua pura, son de 1 x 10

• 7

M para

cada uno de ellos.

Las concentraciones de ambos iones exponen una relación recíproca; cuando la [H+]

aumenta, la [OH-] disminuye, y viceversa. El producto de sus concentraciones es una

constante conocida como producto iónico del agua (Kw), cuyo valor es de 1 x

• 14

M

Kw [H+] X [OH

] = 1 x l

• 14

M

Con el fin de facilitar los cálculos para determinar la concentración de [H+], así como su

interpretación, en 1909 el químico danés Sorensen definió el potencial de hidrógeno (pH)

como el logaritmo negativo de la concentración de los iones hidrógeno.

pH = - log (H+]

Posteriormente, en 1923, Johannes Bronsted y Thomas Lowry, propusieron en forma

independiente, los conceptos de ácido: sustancias que ceden protones en una solución

acuosa ybase como aquella sustancia que puede recibir protones en solución acuosa. En

la práctica, las disoluciones acuosas se clasifican en:

Acidas si presentan un pH menor que

7.0.Básicas si el pH es mayor que 7.

Neutras sí el pH es igual a 7.0.

Por otro lado, no todos los ácidos o bases se disocian con la misma facilidad. Los que se

disocian por completo en una solución acuosa se consideran como ácidos o bases fuertes,

en tanto que a los que se disocian en forma parcial se les denomina ácidos o bases débiles.

Algunos ácidos o bases débiles tienen importancia biológica, ya que evitan cambios bruscos

de pH cuando se les agrega pequeñas cantidades de ácidos o bases. A esta propiedad de

ácidos o bases débiles y su sal, que permite mantener la disolución en un intervalo de pH

estrecho se le conoce como capacidad amortiguadora.

Los líquidos biológicos de interés en clínica (suero, plasma, orina. líquido cefalorraquídeo.

etc.) sonsoluciones que contienen algunas sustancias en estado casi completo de ionización.

El conocimiento de la concentración de esos iones y de la fisicoquímica que describen

sus interrelaciones, es fundamental para poder entender muchos problemas fisiológicos

y patológicos en el hombre.

El pH de los líquidos corporales depende de la concentración de iones H+ y es mantenido casi

A. SOLUCIONES BUFFER O SOLUCIONES TAMPÓN: ACCIÓN DE UN SISTEMA BUFFER.

Son mezclas de un ácido débil y una sal de ese ácido. Este tipo de mezclas reaccionan tanto con

ácidos como con bases, por lo que la adición de ácidos o bases fuertes a dichas mezclas casi no

produce variaciones en el valor de pH. Un ejemplo de solución buffer es la solución acuosa de

ácido acético y acetato de sodio.

Esta solución contiene una gran cantidad de moléculas del ácido débil (CH 3

• COOH) y de su base

conjugada (CH 3

• COO

) que proviene de la disociación del acetato de sodio. Si se añaden pequeñas

cantidades de un ácido fuerte a esta solución buffer, su mecanismo de acción es que los iones Ir

provenientes del ácido reaccionan con la base conjugada del sistema buffer, como se indica en la

siguiente reacción:

H

• CH 3

• COO CH 3 - COOH

Por lo tanto, la mayoría de protones agregados al medio no permanecen como tales, sino que

forman el ácido débil (CH 3

• COOH) y el pH varía ligeramente. Si se agregan iones (OH-) al sistema

buffer, su mecanismo de acción es reaccionar con moléculas de ácido acético para formar iones

acetato y agua.

El equilibrio estará desplazado a la derecha y en consecuencia la mayoría de iones hidroxilo no se

encuentran libres en la solución y el valor de pH casi no cambia. En resumen, la adición de pequeñas

cantidades de ácido fuerte o de base fuerte a una solución buffer casi no ocasiona cambios en el

valor del pH de la solución. Por el contrario, las mismas adiciones hechas al agua producen una

notable variación en el pH, de modo que la adición de pequeñas cantidades de un ácido fuerte,

por ejemplo a soluciones que no son un buffer, produce alteraciones importantes en el valor de pH

de dichas soluciones.

Como tendrá la oportunidad de discutir posteriormente, la capacidad de una solución buffer para

reaccionar con ácidos o bases sin variar el pH es sin embargo, limitada.

PARTE EXPERIMENTAL

Reactivos:

Ácido acético O. 1 N

Hidróxido de sodio O. IN

Buffer Fosfato 0.05 M pH 7.

Azul de bromotimol 0.02%

Ácido clorhídrico O. 1 N

Acetato de sodio O. 1 N

Agua destilada

Material:

1 gradilla para tubos

6 tubos de ensayo

Pipetas graduadas de 1 mL, 5 mL y 10 mL

Papel pH

3. ¿Observa alguna diferencia en el comportamiento de los tubos 2 y 4 frente a la

adición de NaOH O.1 N?

4. Si ha notado alguna diferencia, ¿en qué consiste?
5. ¿Cuál es la explicación bioquímica de los resultados obtenidos en los tubos 2 y 4

frente a la adición de NaOH 0.1 N.

6. Escriba la reacción que ocurre en el tubo 3
7. Escriba la reacción que ocurre en el tubo 4

B. ACCIÓN AMORTIGUADORA EN LOS LÍQUIDOS CORPORALES(IN VITRO)

Los ácidos o las bases producto del catabolismo de carbohidratos, lípidos y aminoácidos dan lugar

a la producción de una gran cantidad de compuestos que potencialmente podrían modificar el pH

fisiológico. Sin embargo, existen sistemas amortiguadores que evitan cambios bruscos del

pH. Ejemplo de éstos es el sistema bicarbonato/ácido carbónico, que mantiene el pH del

líquido extracelular en valores próximos a 7.4. La combustión completa de carbohidratos

y lípidos genera bióxido de carbono y agua, los cuales se combinan para producir ácido

carbónico a nivel tisular. El ácido carbónico en solución acuosa se disocia para formar su

base conjugada, el bicarbonato, lo que genera un sistema amortiguador, como se muestra

en la siguiente reacción:

Si aumenta la concentración de protones a nivel tisular por cualquier proceso químico, el

equilibrio se desplaza a la izquierda y se elimina el exceso de CO 2

producido. Por lo

contrario, si disminuye la concentración de protones del medio, el equilibrio se desplaza

a la derecha, para lo

cual se retiene CO 2

4 4

4

3

3

Las proteínas, y en forma específica las enz1mas, son sensibles a los cambios bruscos de

pH. Así,el pH sanguíneo debe conservarse en un intervalo entre 7.35 y 7.45 con el fin de

mantener la homeostasis.

En esta parte reproduciremos una de las formas en que el sistema renal participa en

mantener el equilibrio ácido - base del organismo, analizando el papel que juega la solución

Buffer Fosfato presente en el filtrado glomerular (pH 7.4), el cual acepta los iones hidrógeno

eliminados por el riñón durante el proceso de formación de orina (pH 6).

El fosfato monosustituido (H 2

P

) y el fosfato disustituido (HP

=

) forman una solución

buffer; o sea, un par ácido débil - base conjugada que puede actuar como un

amortiguador de pH.

El riñón durante la formación de la orina elimina H

los cuales reaccionan así:

En esta forma, al irse formando la orina irá

variando la relación:

HP

=

con cambios correspondientes en el pH de la orina

H 2 PO 4 -

Por este mecanismo el riñón elimina H

y reabsorbe HC

hacia la sangre; por cada ion H

eliminado

por las células tubulares hacia la luz del túbulo, un ion Na

es liberado del

Na 2

HP

, el cual acompaña al ion HC

que también es devuelto a la sangre como se

explicó antes.

PARTE EXPERIMENTAL.

l. Utilizando una pipeta serológica de 5 mL mida 5 mL, de una solución buffer fosfato

pH 7.4 y transfiéralos a un tubo de ensayo (Este buffer fosfato en esta práctica

representa el buffer del filtrado glomerular).

2. Agregue al tubo 5 gotas de indicador azul de bromotimol, agitar.
3. Titule la solución del tubo agregando ácido clorhídrico (HCl) 0.l N gota a gota y

agitando constantemente, utilizando para ello una pipeta serológica de 5 mL hasta

obtener un color