INTRODUCCIÓN
Somos conscientes que “LA TITULACIÓN DE UN AMINOÁCIDO Y LA APLICACIÓN DE LA ECUACIÓN DE HENDERSON-HASSELBALCH”, es una práctica de laboratorio muy importante, ya que nos permitió conocer la medida del pK de los grupos ionizables del ácido glutámico, su capacidad amortiguadora y la aplicación de éste en la ecuación de Henderson- Hasselbalch. La principal finalidad es lograr la comprensión integral de este tema, y para ello, hemos considerado conveniente organizar nuestro trabajo de la siguiente manera: conoceremos qué materiales, equipos o reactivos vamos a utilizar; y cuáles son los procedimientos que vamos a llevar a cabo para realizar dicha práctica. Tendremos muy en cuenta las bases teóricas, tanto del pH, la constante de equilibrio y disociación (pK), y la ecuación de HENDERSON-HASSELBALCH. Luego, como motivo de aplicación, mediremos y comparemos los diversos pH de las soluciones de ácido glutámico e hidróxido de sodio (NaOH), finalmente registraremos nuestros resultados en una tabla, y en un gráfico identificaremos: Pk1 y Pk2.
II.OBJETIVOS
Experimentar y entender cómo se comporta un sistema amortiguador de pH.
Aprender el uso de la ecuación de Henderson– Hasselbalch.
III.FUNDAMENTO TEÓRICO ECUACIÓN DE HENDERSON-HASSELBALCH 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 pK a (la constante de disociación del ácido) y de las concentraciones de equilibrio del ácido con su base conjugada. Los ácidos fuertes presentan valores altos de K a, mientras que los ácidos débiles presentan valores bajos de Ka. Estas constantes de disociación son características de cada par conjugado ácido-básico para una temperatura determinada. En la disociación de un ácido:
La constante de equilibrio es:
………………() Si tomamos logaritmos:
Y cambiando de signos:
O lo que es lo mismo:
Y reordenando, tenemos:
………………( ) De las ecuaciones () y ( ) resulta claro que la capacidad amortiguadora de un sistema es máxima cuando la cantidad de anión libre, es igual a la cantidad de [AcH] no disociado, esto es, cuando:
De manera que:
Entonces:
pH = pKa También podemos expresar la ecuación de Henderson-Hasselbalch de una forma válida para todos los amortiguadores:
A partir de esta fórmula se pueden deducir fácilmente las propiedades de los amortiguadores: a) El pH de una disolución amortiguadora depende de la naturaleza del ácido débil que lo integra (de su pK), de modo que para cantidades equimoleculares de sal y de ácido, el pH es justamente el pK de este ácido. Dicho de otra forma, se puede definir el pK de un ácido débil como el pH del sistema amortiguador que se obtiene cuando [sal] = [ácido].
Figura 1: Curva de valoración ácido-base
b) El pH del sistema amortiguador depende de la proporción relativa entre la sal y el ácido, pero no de las concentraciones absolutas de estos componentes. De aquí se deduce que añadiendo agua al sistema, las concentraciones de sal y ácido disminuyen paralelamente, pero su cociente permanece constante, y el pH no cambia. Sin embargo, si la dilución llega a ser muy grande, el equilibrio de disociación del ácido se desplazaría hacia la derecha, aumentando la [sal] y disminuyendo [ácido],
con lo cual el cociente aumenta y el pH también, de forma que se iría acercando gradualmente a la neutralidad (pH 7). c) Cuando se añaden ácidos o bases fuertes a la disolución amortiguadora, el equilibrio se desplaza en el sentido de eliminar el ácido añadido (hacia la izquierda) o de neutralizar la base añadida (hacia la derecha). Este desplazamiento afecta a las proporciones relativas de sal y ácido en el equilibrio. Como el pH varía con el logaritmo de este cociente, la modificación del pH resulta exigua hasta que uno de los componentes está próximo a agotarse.
VALORACIÓN ÁCIDO-BASE Las valoraciones o volumetrías ácido-base permiten conocer la concentración de un ácido o de una base presente en una disolución. En estas valoraciones se mide el volumen de ácido (o de base) de una concentración conocida necesaria para neutralizar un volumen determinado de base (o de ácido) de concentración desconocida. Cuando se valoran ácidos se llaman acidimetrías y cuando se valoran bases, alcalimetrías. El nombre volumetría hace referencia a la medida del volumen de las disoluciones empleadas, que nos permite calcular la concentración buscada. Aparte del cálculo de concentraciones, una valoración ácido-base permite conocer el grado de pureza de ciertas sustancias.
Clases de valoración ácido-base Se pueden clasificar en dos grandes grupos: - Alcalimetrías: Determinación de la concentración de una base empleando un ácido fuerte de concentración conocida como sustancia valorante. Se emplea casi siempre ácido clorhídrico, HCl; a veces ácido sulfúrico, H2SO4; y casi nunca los ácidos nítrico (HNO 3) y perclórico, (HClO4).
- Acidimetrías. Determinación de la concentración de un ácido empleando una base fuerte de concentración conocida como sustancia valorante, como el NaOH.
Curva de valoración Es el gráfico de pH en función del volumen.
Punto de equivalencia: valor del pH Se llama punto de equivalencia al momento en que son iguales los equivalentes de la sustancia valorada y los de la sustancia valorante. Este punto de equivalencia se detecta muy fácilmente ya que se observa en sus inmediaciones un brusco salto de pH que se puede detectar en un potenciómetro, pH-metro o con un indicador.
ÁCIDO GLUTÁMICO El ácido glutámico (glutamato) es un aminoácido no esencial que se utiliza en el organismo para la síntesis de proteínas. Sus símbolos son Glu o E. El glutamato es el neurotransmisor excitador (estimulante) más común en el sistema nervioso central. Es de gran importancia en el funcionamiento del Sistema Nervioso Central, también actúa como estimulante del sistema inmunológico. Su papel como neurotransmisor está mediado por la estimulación de receptores específicos, denominados receptores de glutamato. Todas las neuronas contienen glutamato, pero solo unas pocas lo usan como neurotransmisor. Desempeña un papel esencial en la relación con los procesos de transaminación, es decir la reacción entre un aminoácido y un alfa-cetoácido, en la que el grupo amino es transferido de aquel a éste, con la consiguiente conversión del aminoácido en su correspondiente alfa-cetoácido. Después de la formación de glutamato, éste transfiere su grupo amino directamente a una variedad de alfa-cetoácidos por varias reacciones reversibles de transaminación: donación libremente reversible de un grupo amino alfa de un aminoácido al grupo ceto-alfa de un alfa-cetoácido, acompañado de la formación de un nuevo aminoácido y un nuevo alfa-cetoácido. También desempeña un papel importante en la síntesis de distintos aminoácidos que necesitan la formación previa de éste ácido, como es el caso de ornitina, arginina, prolina e hidroxiprolina. Es uno de los aminoácidos más abundantes del organismo y un comodín para el intercambio de energía entre los tejidos. Se considera un aminoácido no esencial porque se puede sintetizar en muchos tejidos, teniendo un papel fundamental en el mantenimiento y el crecimiento celular. Se aisló por primera vez en 1866, y en 1908 se descubrió que era el componente responsable del efecto potenciador del sabor de los extractos del alga Laminaria japónica, usados tradicionalmente en la cocina japonesa. Desde 1909 se produce comercialmente para su uso como aditivo alimentario. El método más usado es
por fermentación de azúcares residuales de la industria agroalimentaria, siendo Japón y Estados Unidos los principales productores. El ácido D-glutámico, muy parecido químicamente, no tiene actividad ni como elemento de construcción de las proteínas ni como potenciador del sabor. El ácido glutámico no es un aminoácido esencial, es decir; el organismo humano es capaz por sí mismo de fabricar todo el que necesita a partir de otros componentes. Cuando la ingesta es mayor que la necesaria para la fabricación de proteína, se utiliza el exceso como una fuente de energía. El cerebro tiene una concentración de ácido glutámico libre, unas 100 veces superior a la de la sangre. No obstante, la ingestión de esta substancia no le afecta positiva ni negativamente. Las advertencias sobre su toxicidad para el cerebro que se encuentran a veces se basan en el efecto sobre animales a dosis enormes, que extrapoladas al hombre representarían del orden de 1/4 de Kg de una sola vez, y además inyectado. No obstante, la mayor sensibilidad del cerebro en animales jóvenes hace que haya dejado de utilizarse en alimentos infantiles en muchos países (en bastantes, de forma voluntaria por los fabricantes). Varios estudios han demostrado que el bazo, intestino, estómago y páncreas, consumen el 95% del ácido glutamínico ingerido en la dieta. Esto nos indica la necesidad de consumir una dieta rica en proteínas para no alterar el equilibrio de aminoácidos con acceso al resto del organismo después de este paso inicial de nutrientes por el aparato digestivo.
Funciones que desempeña: Estas son algunas de las funciones más importantes que el ácido glutamínico,
Nos ayuda en la producción del ácido clorhídrico. Controla los niveles de amoniaco en el cerebro. Junto a la vitamina B6, es precursor del neurotransmisor GABA (ácido gamma aminobutírico), cuya acción sedante sobre el sistema nervioso es importante.
Lo requieren como fuente de energía las células del sistema inmunitario.
Ayuda en producción de energía para el cerebro.
Ayuda a controlar el alcoholismo.
Ayuda a la cicatrización de úlceras. Alivia la fatiga, la depresión y la impotencia.
Se usa en la demencia senil y la falta de concentración.
Excelente en el tratamiento de las funciones normales de la próstata. Interviene específicamente en la utilización de la glucosa por las células del cerebro.
Funciona como sistema de transporte de aminoácidos y de nitrógeno desde tejidos periféricos hacia el hígado.
Precursor en la biosíntesis de las bases púricas y pirimidínicas. Tiene un papel fundamental en el mantenimiento y crecimiento celular.
Precursor para la síntesis de ácidos nucleicos (ADN).
Previene la atrofia intestinal e infecciones.
Reduce la permeabilidad intestinal.
Regula la producción de urea en el hígado.
Es precursor para la síntesis de un metabolito con alto potencial antioxidante,
como es la producción de glutatión.
Parece ser que interviene en la liberación de las GnRH (hormona liberadora de la gonadotropina, fundamental para el dismorfismo cerebral y corporal.
Su déficit puede provocar: Estos son algunos de los trastornos que la deficiencia del ácido glutamínico, puede ocasionar en el organismo:
Alteraciones graves en el aprendizaje, la memorización y la plasticidad neuronal.
Alteraciones importantes del sistema nervioso.
Falta de concentración y de reflejos.
Exceso de Ácido Glutamínico en el organismo:
Se cree que el exceso del ácido glutamínico en el espacio extracelular, es la causa de la enfermedad ELA (Esclerosis Lateral Amiotrófica).
Toxicidad: Su toxicidad es mínima. A partir de experimentos con animales se puede deducir que la dosis letal para un hombre adulto sería de bastante más de 1 Kg ingerido de una sola vez. A partir de 1968 empezó a hablarse del “síndrome del restaurante chino”, designando por este término una serie de síntomas (hormigueo, somnolencia, sensación de calor y opresión en la cara,) de los que se acusaba a la ingestión de cantidades relativamente elevadas de glutamato, muy utilizado en la cocina oriental. En un estudio de hace 10 años, se estimaba que este fenómeno podía afectar al 1-2% de los adultos, pero sólo a concentraciones en los alimentos del orden de 30 g/Kg. Además, muchas de las personas que alegan ser sensibles al glutamato no lo son en realidad, no presentando los síntomas descritos en pruebas ciegas. Cuando estos síntomas subjetivos se presentan, desaparecen rápidamente, y no van acompañados de cambios fisiológicos (temperatura local, presión arterial, etc.).
IV.MATERIALES, EQUIPOS, SOLUCIONES Y REACTIVOS
1.Probeta de 100 ml
3. Bureta
2.Pizeta
4.Pipeta de 1.0 ml
5. Vaso de precipitado de 100 ml
7.Gradilla
8.Potenciómetro
9.Tiras reactivas de pH
10. NAOH 1.0 mol/L
V.PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Poner 20 ml de la solución de ácido glutámico en un vaso de precipitado de 100ml
Proceder a la medición del pH
Añadir 0.1ml de NaOH 1.0 mol/l agitar el vaso y volver a medir el pH,
anotar los resultados. Repetir el paso 3 hasta llegar a un pH aproximado de 12.
Hacer lo mismo (paso 1 a 4) para otros aminoácidos.
VI.ANÁLISIS DE RESULTADOS
NaOH ml Inicial 1 2 3 4 5 6 7 8
0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 20 20 20
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
40 40 50 50 50 50 50 50 50 50 50 50
pH del ácido glutámico 0.6
Tabla N°1: Valores de los pH y volúmenes de las soluciones
3.5 3.3 3.1 H P
2.9 2.7 2.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 Volumen (ml)
pH del Ácido Glutámico
GRÁFICO N°1: Curva de valoración ácido-básica del Ácido Glutámico
VII.DISCUSIÓN DE RESULTADOS
No se logró obtener el Ph 12 debido a que el NaOH no se encontraba al 1.0 mol por litro, por el contrario se encontraba en 0.1 molar, lo cual indicaba que estaba demasiado diluido y no favoreció a la resolución de la práctica.
Según los radicales que posee el ácido glutámico, debería de tener 3 pKa, es decir, pK1, pK2 y pK3.
VIII.CONCLUSIONES
Un sistema amortiguador de pH se comporta como una resistencia a un cambio brusco en la variación del pH al aplicarle ácido o alguna base.
La ecuación de Henderson-Hasselbalch utiliza las concentraciones de equilibrio de un ácido y base conjugada, y la constante de disociación del ácido para calcular el pH de una solución tampón.
Un dador protónico y su correspondiente aceptor forman un par ácido-base
conjugados. Los ácidos y bases débiles se disocian parcialmente y por lo tanto, la concentración de los iones H+ u OH- es menor que la totalidad de sus grupos ionizables.
Los ácidos y bases fuertes se disocian por completo, es decir, la totalidad de los iones H+ u OH- están en forma libre, y su concentración dependerá de la concentración del ácido o de la base de donde provienen.
Casi todos los ácidos orgánicos se disocian parcialmente.
Un aminoácido puede comportarse como un amortiguador porque tiene la propiedad de comportarse como un ácido débil.
La valoración o titulación es un método que consiste en la cuantificación de una solución de una sustancia por medio de la reacción al equilibrio, con otro compuesto cuya concentración y volumen se conocen.
El cuerpo humano posee sistemas amortiguadores tales como el sistema amortiguador del bicarbonato, el del fosfato y el de las proteínas.
IX.RECOMENDACIONES
Medir adecuadamente la cantidad de cada sustancia a utilizar.
Marcar correcta y adecuadamente los vasos que contienen cada sustancia.
Calibrar adecuadamente el potenciómetro.
El ácido glutámico debe tener una concentración óptima de 0.0025M para obtener resultados verídicos.
X.BIBLIOGRAFÍA
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28ª. ED. EDITORIAL: MCGRAW-HILL HICKS GÓMEZ JUAN JOSÉ (2007) BIOQUÍMICA 2ª. ED. EDITORIAL: MCGRAWHILL
LAGUNA J, PIÑA E.2009). BIOQUÍMICA: 6ª. ED EDITORIAL MANUAL MODERNO.
MATHEWS-VAN HOLDE-AHERN (2002) BIOQUÍMICA 3A. ED. EDITORIAL. PEARSON
TRUDY MCKEE (2009) BIOQUÍMICA LAS BASES MOLECULARES DE LA VIDA 4ª. ED EDITORIAL: MCGRAW-HILL
I. CUESTIONARIO 1. ¿Qué es un sistema amortiguador acido-base y para qué sirve?
Un sistema amortiguador conformado por un ácido débil (dador de protones) y su base conjugada (aceptor de protones), es un sistema acuoso capaz de resistir o menguar los cambios drásticos en el pH cuándo se le agrega pequeñas cantidades de ácido (H+) o base (OH-). 2. ¿Cuáles son los sistemas amortiguadores más importantes del cuerpo humano?
El cuerpo humano también cuenta con sistemas amortiguadores destacando entre ellos: a. Sistema amortiguador del bicarbonato: Consiste en una solución acuosa con dos componentes: un ácido débil
(el ácido carbónico o H 2CO3) y una sal bicarbonato, por ejemplo bicarbonato de sodio (NaHCO 3). El H2CO3, se forma en el organismo mediante la reacción:
CO2 + H2
↔
H2CO3
Esta reacción es lenta y las cantidades de H 2CO3 que se forman son pequeñísimas a menos que tenga lugar en presencia de la enzima anhidrasa carbónica. Esta enzima es especialmente abundante en las paredes de los alvéolos pulmonares, desde allí se libera el CO 2; también se encuentra en las células epiteliales de los túbulos renales, donde el CO2 reacciones con el H2O para formar el H2CO3. El H2CO3 se ioniza débilmente para formar pequeñísimas cantidades de H+ y de HCO3H2CO3
↔
H+ + HCO3-
El segundo componente del sistema, el bicarbonato, se encuentra principalmente en forma de sal sódica (NaHCO3) y predomina en el LEC (líquido extracelular). El NaHCO3 se ioniza casi por completo, formando iones de bicarbonato (HCO-) y de sodio (Na+): 3
NaHCO3
↔
Na+ + HCO3-
b. Sistema amortiguador de fosfato:
El sistema amortiguador de fosfato interviene sobre todo en el amortiguamiento del líquido de los túbulos renales y de los LIC (líquido intracelular). Los elementos principales de este sistema son H 2PO4(anión fosfato diácido) y HPO4+ (catión fosfato monoácido). Cuando se añade a una mezcla de estas sustancias un ácido fuerte, se produce lo siguiente: HCl + Na2HPO4
↔
NaH2PO4 + NaCl
El sistema amortiguador del fosfato es especialmente importante en los líquidos tubulares de los riñones porque el fósforo suele
concentrarse mucho en esos túbulos. Además es importante para el amortiguamiento de los LIC, ya que la concentración de fosfato en estos líquidos es muy superior a la que existe en los LEC (líquido extra celular) c. Sistema amortiguador de las proteínas:
Gracias a sus elevadas concentraciones, sobre todo en el interior de las células, las proteínas son uno de los amortiguadores más importantes del organismo. Constituyen el amortiguador más abundante en el LIC y en el plasma. La hemoglobina es una proteína que resulta especialmente eficaz como amortiguador dentro de los eritrocitos, en tanto que la albúmina constituye la principal proteína amortiguadora en el plasma. Como las proteínas se componen de aminoácidos, contienen al menos un grupo carboxilo (-COOH) y al menos un grupo amino (-NH2); estos grupos son los elementos funcionales del sistema amortiguador proteínico. El grupo carboxilo libre en un extremo de la proteína actúa como ácido al liberar H+ cuando se eleva el pH. En esta forma el H+ puede reaccionar con cualquier exceso de OH- que hay en la solución para formar agua. El grupo amino libre que se encuentra en el otro extremo de la proteína puede actuar como base y combinarse con H + cuando disminuye el pH. Por consiguiente, las proteínas pueden amortiguar tanto los ácidos como las bases. Además de los grupos terminales carboxilo y amino, siete de los 20 aminoácidos tienen cadenas laterales que pueden amortiguar el H+. 3. ¿Qué es el pK de un par acido base?
EL pK mide la fuerza de disociación del ácido para formar su base conjugada. Así: El pK es la función potencial, (-Log) de Ka o de Kb y que tiene el propósito de manejar números más "cómodos". Por ejemplo el ácido acético tiene una Ka=1.8x10-5 pKa= -Log (1.85x10-5) = 4.74
4. Dibujar la fórmula del ácido glutámico, la glicina y lisina e identificar a los grupos amino, carboxílico y su radical indicar la naturaleza del mismo.
5. ¿Se puede utilizar los aminoácidos como amortiguadores de pH’ fundamente su respuesta.
Para mantener el pH de los líquidos corporales constante hacemos uso de sistemas que llamamos amortiguadores (inglés, buffer; francés, tampón), los cuales en este caso, las proteínas, son buenos amortiguadores por que los aminoácidos que lo constituyen se comportan como ácidos débiles. Los aminoácidos tienen esas propiedades de ahí la costumbre de cuando se tiene acidez estomacal tomar leche, pero no son muy prácticos ya que el rango de pH de amortiguación o bien la zona amortiguadora de una disolución de este tipo es muy reducida.
