Amortiguadores Biológicos
Importancia de los amortiguadores Biológicos
Los
amortiguadores son sistemas acuosos que tienden a resistir los cambios en el pH
cuando se les agregan pequeñas cantidades de ácido (H+) o base (OH-).
Las soluciones amortiguadoras son aquellas soluciones cuya concentración de
hidrogeniones varía muy poco al añadirles ácidos o bases fuertes.
Un
sistema amortiguador consiste de un ácido débil (dador de protones) y su base
conjugada (aceptor de protones).
La
capacidad amortiguadora va una unidad por arriba y una por debajo de su pKa,
pues es precisamente en esta región en donde el agregar H+ u OH-
tiene menor efecto.
En esta
región los dos equilibrios que existen en la solución, la disociación del agua
y la del ácido en cuestión, balancean las concentraciones agregadas de ácido o
base, de tal manera que la suma de los componentes de las reacciones no varía,
solo lo hace su relación de acuerdo con:
Kw
= [H+][
OH-]
OH- H2O
(CH3COOH) (CH3COO-)
H+
Figura1: Representación de los equilibrios que ocurren al
agregar un ácido débil (acético) al agua.
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.
Muchas
reacciones químicas que se llevan a cabo
en los sistemas vivos son extremadamente sensibles al pH, numerosas enzimas que catalizan las reacciones
biológicas químicas importantes solo son eficaces en un intervalo muy estrecho
de pH.
La sangre, es uno de los
ejemplos más evidentes de la
importancia de las disoluciones
amortiguadoras en los seres vivos, es ligeramente básica, con un pH normal de
7.35 a 7.45.
Cualquier desviación tiene efectos
muy negativos en la
estabilidad de las membranas celulares,
las estructuras de las proteínas ye n
las actividades de las enzimas.
Se puede producir la muerte si el pH de la sangre
desciende por debajo de 6.8 o se eleva por arriba de 7.8. Cuando pH < 7.35, se le conoce como
acidosis. Cuando pH >7.45 se
le conoce como alcalosis.
Los alimentos ayudan y su influencia en el pH
Actualmente los alimentos pueden
clasificarse según la capacidad de producir más o menos residuos ácidos y se
utiliza para ayudar a equilibrar el pH del sistema en general.
Los alimentos no pueden dividirse en
buenos o malos, sólo son más útiles o menos útiles dependiendo de las
necesidades específicas en un momento dado en una determinada persona.
Actualmente la mayor parte de la población mundial
está sometida a factores estresantes que dañan su salud, colaborando en el
aumento de la acidez corporal. Por lo cual es lógico y razonable elevar la
proporción de la ingesta de alimentos que tiendan a alcalinizar.
Según Warburg (1932), premio Nobel de medicina, “
Cuando el pH está fuera de equilibrio, el oxígeno desciende, las células
respiran en un ambiente anaeróbico por fermentación, haciendo aumentar la
acidez; el cáncer es el resultado de un ambiente ácido”.
La acidosis es la tendencia más común, ya que el metabolismo ordinario
genera diversos ácidos dentro del cuerpo.
Figura 2. Los alimentos y su relación con el pH
Sistemas amortiguadores
El sistema amortiguador principal que se utiliza
para controlar el pH de la sangre es el
sistema amortiguador acido-carbónico-bicarbonato.
Los equilibrios importantes en este sistema
amortiguador son
H+(AC)+ HCO3 H2CO3 H2O
+ CO2
Varios aspectos de estos equilibrios son notables:
1. Aunque el acido carbónico es un ácido diprotico, el
ion carbonato no es importante en este sistema.
2. Uno de los componentes de este equilibrio, CO2 es un gas, el cual proporciona un mecanismo para que el cuerpo ajuste
equilibrios. La eliminación del CO2 a través de la exhalación desplaza los
equilibrios hacia la derecha, por lo que s e consumen iones H.
3.
El sistema amortiguador
de la sangre a un pH de 7.4 el cual está muy alejado del valor pKa
del H2CO3. Para que el sistema amortiguador tenga un pH de 7.4 la relación base/acido debe tener un valor de aproximadamente 20
En el plasma sanguíneo normal
las concentraciones de HCO3 y
H2CO3 son alrededor de 0.024 M y 0.0012
M respectivamente. Como consecuencia el sistema amortiguador tiene una gran capacidad para
neutralizar la base adicional.
Los órganos principales que regulan el pH del
sistema amortiguador acido
carbónico-bicarbonato son los pulmones y
los riñones. Algunos de los receptores del cerebro son sensibles a las
concentraciones de H+ y CO2 de los fluidos corporales.
La aplicación más importante de esta teoría de los
amortiguadores es, para los fisiólogos, el estudio de la regulación del
equilibrio ácido-base.
Figura 3. Sistema de
amortiguación en células sanguíneas
El objeto de su empleo, en la finalidad
funcional del plasma, es precisamente impedir o amortiguar las variaciones de
pH sanguíneo.
La regulación del pH del plasma sanguíneo se relaciona directamente
con el transporte eficaz de O2 hacia los
tejidos corporales. La hemoglobina (Hb) se une de forma reversible con el H y
O2.
El oxígeno entra en la sangre a
través de los pulmones de donde pasa al interior de los glóbulos rojos y se une
a la hemoglobina.
Muchas de las reacciones químicas se llevan a cabo
en los sistemas vivos son extremadamente sensibles al pH, por ejemplo las
enzimas catalizadoras solo actúan en un intervalo muy estrecho de pH.
El sistema respiratorio puede compensar
eficientemente y en cuestión de minutos cambios de pH. Modificando la
frecuencia respiratoria se puede variar la [CO2] disuelta en la sangre y
corregir así las desviaciones de pH. Sin embargo, su capacidad para compensar
estas alteraciones es limitada.
