Q10.2. Agua, pH y sistemas tampón
El agua no es un fondo pasivo: organiza interacciones, controla ionización, permite tampones y determina la estabilidad de biomoléculas.
Objetivos de aprendizaje
- Explicar propiedades del agua por polaridad y puentes de hidrógeno.
- Calcular pH y usar Henderson-Hasselbalch.
- Interpretar pKa en biomoléculas.
- Reconocer sistemas tampón fisiológicos.
Mapa del capítulo
Agua como solvente
El agua es polar y forma redes de puentes de hidrógeno. Disuelve iones y moléculas polares mediante hidratación, pero excluye superficies apolares, favoreciendo el efecto hidrofóbico. Este efecto no es una fuerza misteriosa entre grupos apolares: surge porque el sistema aumenta entropía del agua cuando las superficies no polares se agrupan.
pH y pKa
El pH mide actividad de protones de forma logarítmica. El pKa indica el pH donde una especie ácida está 50% protonada y 50% desprotonada. En biomoléculas, cambiar pH cambia cargas, puentes salinos, unión de ligandos y actividad enzimática. Por eso una proteína puede desnaturalizarse o perder actividad fuera de su intervalo de pH.
Tampones
Un tampón contiene un ácido débil y su base conjugada. La ecuación de Henderson-Hasselbalch, pH = pKa + log([A-]/[HA]), permite estimar composición. La máxima capacidad amortiguadora ocurre cerca del pKa. Un tampón no impide cambios de pH ilimitados: resiste mejor pequeñas adiciones de ácido o base.
Tampones biológicos
El sistema bicarbonato regula pH sanguíneo con participación de CO2, pulmones y riñones. Fosfato es importante en compartimentos celulares. Proteínas también amortiguan por cadenas laterales ionizables, especialmente histidina cerca de pH fisiológico. La regulación de pH es una propiedad integrada del organismo.
Ejemplo trabajado de lectura bioquímica
Para un tampón acético con pKa 4,76 y [acetato]/[ácido acético] = 10, el pH será 5,76. Una unidad de pH implica una relación diez veces mayor entre base y ácido.
Errores frecuentes y cómo evitarlos
| Error | Corrección conceptual |
|---|---|
| Usar Henderson-Hasselbalch lejos del rango útil | Funciona mejor cerca de pKa y con actividades aproximables. |
| Confundir pH con concentración lineal | La escala es logarítmica. |
| Creer que tampón mantiene pH fijo | Amortigua, no congela el pH. |
Autoevaluación
- Calcula pH de un tampón con relación 1:1.
- ¿Por qué histidina es útil en catálisis ácido-base?
- Explica el efecto hidrofóbico.