Moléculas, Agua y Equilibrio Ácido-Base | Bioquímica

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APUNTES BIOQUÍMICA Grado en Medicina Universidad Internacional de Cataluña AprenAI 2026-2027 Repasa enlaces químicos, propiedades del agua, osmolaridad, termorregulación, amortiguadores fisiológicos y fórmulas de concentración para Bioquímica médica.

APREN.AI Índice 1 Estructura Atómica y Tipos de Enlaces Químicos Parámetros atómicos fundamentales Clasificación y fuerza de los enlaces químicos 2 El Agua, Comportamiento Osmótico y Termorregulación Polaridad del agua y solvatación Comportamiento de moléculas en medio acuoso Mecanismos biológicos de regulación térmica Osmosis, osmolaridad y morfología celular 3 Equilibrio Ácido-Base, Sistemas Tampón y Unidades de Concentración Definición de pH, ácidos y bases Sistemas amortiguadores fisiológicos Expresiones cuantitativas de concentración de solutos 4 Resumen para repasar Estructura atómica y enlaces químicos El agua, soluciones y equilibrio osmótico Equilibrio ácido-base y concentraciones Soluciones de las preguntas de repaso Estos apuntes pueden contener errores u omisiones.

Son un material de apoyo y no sustituyen al temario oficial ni al profesorado: contrasta la información importante. Moléculas, Agua y Equilibrio Ácido-Base " Bioquímica 1 1 Estructura Atómica y Tipos de Enlaces Químicos AL ACABAR SABRÁS Definir número atómico, número másico y masa molecular relativa. Distinguir la naturaleza y magnitudes de energía de los enlaces covalentes, iónicos y de Van der Waals. PIÉNSALO ANTES DE LEER 1 ¿Por qué un enlace químico covalente requiere mucha más energía para romperse que una interacción de Van der Waals?

Parámetros atómicos fundamentales La materia viva se compone de elementos químicos definidos por magnitudes atómicas precisas: Número atómico (Z): indica la cantidad de protones presentes en el núcleo atómico. Número másico (A): representa la suma total de los protones y los neutrones. Peso atómico o molecular: cuantifica la masa relativa de un átomo o molécula tomando como referencia el átomo de hidrógeno. Esquema del elemento calcio con su número atómico y masa.

Clasificación y fuerza de los enlaces químicos La cohesión molecular depende de diferentes tipos de fuerzas intramoleculares e intermoleculares con niveles de energía contrastados: Tipo de unión Mecanismo físico Energía de enlace Enlace covalente (polar o apolar) Pares de electrones compartidos de forma equitativa o no 50-110 Moléculas, Agua y Equilibrio Ácido-Base " Bioquímica 2 Tipo de unión Mecanismo físico Energía de enlace Atracción iónica Fuerza electrostática entre iones con cargas opuestas 3-7 Interacciones de Van der Waals Atracción débil entre las nubes electrónicas de sustancias no polares 1 ERROR FRECUENTE Asumir que las fuerzas electrostáticas o las de Van der Waals superan en energía al enlace covalente.

El enlace covalente es el más fuerte de los tres (50-110 unidades de energía), requiriendo mucho más aporte energético para romperse. COMPRUEBA 2 ¿Por qué las interacciones de Van der Waals presentan una energía sensiblemente inferior a la del enlace covalente? ESQUEMA Fuerzas y enlaces moleculares IDEAS CLAVE El número atómico fija la cantidad de protones y el número másico la suma de protones y neutrones. El peso atómico y molecular toma la masa del átomo de hidrógeno como referencia. Los enlaces covalentes son las interacciones más estables y fuertes (50-110 de energía de enlace). Las atracciones iónicas se rigen por cargas opuestas y las de Van der Waals actúan entre especies no polares.

Covalente Compartición de electrones; polar o apolar Atracción iónica Fuerza electrostática de cargas opuestas Van der Waals Interacción electrónica en apolares Z A Moléculas, Agua y Equilibrio Ácido-Base " Bioquímica 3 COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 3. ¿Qué partículas subatómicas determina directamente el valor del número másico ? 4. ¿Cuál es el orden decreciente de estabilidad energética entre el enlace covalente, la unión iónica y Van der Waals? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 5. ¿Qué magnitud define el número de protones de un átomo? 6. ¿Qué rango energético caracteriza al enlace covalente? 7. ¿Qué mecanismo físico sustenta la atracción iónica? 8.

¿Sobre qué átomos o moléculas operan las interacciones de Van der Waals según su definición? 2 El Agua, Comportamiento Osmótico y Termorregulación AL ACABAR SABRÁS Describir la base dipolar de la molécula de agua y sus implicaciones disolventes. Explicar las consecuencias celulares ante gradientes de osmolaridad hipertónicos, isotónicos e hipotónicos. Identificar los mecanismos de termorregulación acuosa corporal. PIÉNSALO ANTES DE LEER 9 ¿Qué le ocurre al volumen de un glóbulo rojo si se coloca en agua pura destilada sin solutos?

A Peso atómico a) Número atómico b) Número másico c) Masa molecular d) 1 unidad a) 3 a 7 unidades b) 50 a 110 unidades c) Más de 200 unidades d) Atracción de cargas opuestas a) Fuerzas magnéticas b) Dispersión apolar c) Compartición electrónica d) Electrones de especies apolares a) Moléculas exclusivamente ácidas b) Pares donantes de protones c) Iones metálicos cargados d) Moléculas, Agua y Equilibrio Ácido-Base " Bioquímica 4 Polaridad del agua y solvatación La molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno unido covalentemente a dos átomos de hidrógeno mediante electrones compartidos.

La desigual distribución de la densidad electrónica confiere al oxígeno una carga parcial negativa ( ) y a cada hidrógeno una carga parcial positiva ( ). Esta acusada polaridad propicia la formación de puentes de hidrógeno entre moléculas contiguas. Esquema de la polaridad y dipolos de la molécula de agua. Como disolvente, el agua disuelve con eficacia compuestos polares e iónicos, pero resulta incapaz de solubilizar solutos no polares. Comportamiento de moléculas en medio acuoso Las propiedades físico-químicas de las moléculas condicionan su respuesta en medio líquido: Moléculas hidrofóbicas: son sustancias apolares carentes de carga neta, como los aceites, que son repelidas por el agua.

Moléculas anfipáticas: presentan un extremo hidrofílico (polar) y otro hidrofóbico (apolar). Al disponerse en disolución se organizan en bicapas, micelas o liposomas para el transporte y confinamiento de compuestos apolares. Diagrama de ensamblaje anfipático en bicapas, micelas y lisosomas.

δ δ+ Moléculas, Agua y Equilibrio Ácido-Base " Bioquímica 5 Mecanismos biológicos de regulación térmica El organismo estabiliza su temperatura mediante dos mecanismos fisiológicos prioritarios: Osmosis, osmolaridad y morfología celular DEFINICIÓN La osmolaridad representa la concentración de partículas osmóticamente activas presentes en una disolución, cuantificada en osmoles o miliosmoles por cada litro de disolvente. La ósmosis es la difusión pasiva que ocurre a través de una membrana semipermeable orientada a equilibrar la concentración de solutos a ambos lados. Esquema del comportamiento celular eritrocitario en medios hipertónico, isotónico e hipotónico.

El comportamiento celular depende del gradiente osmótico: Medio hipertónico: la concentración externa de soluto supera la del interior celular. El agua abandona la célula provocando su deshidratación o crenación. Medio isotónico: las concentraciones interna y externa se hallan equilibradas. Los flujos de entrada y salida de agua son idénticos. Medio hipotónico: la concentración extracelular de soluto es menor que la intracelular. El agua penetra en la célula hasta culminar en turgencia o lisis. Aumento de la circulación sanguínea periférica: disipa calor desde los tejidos centrales a la superficie.

1 Sudoración: refrigeración por evaporación fluida, posibilitada por el elevado calor de vaporización característico del agua, proceso condicionado por factores ambientales. 2 Moléculas, Agua y Equilibrio Ácido-Base " Bioquímica 6 COMPRUEBA 10 ¿Hacia dónde se desplaza el agua cuando un eritrocito se sumerge en una solución hipertónica y qué consecuencia morfológica produce?

CAUSAS Y CONSECUENCIAS Medio hipertónico Soluto externo mayor al citosol Medio hipotónico Soluto externo menor al citosol Gradientes osmóticos en la célula Salida de agua Arrugamiento y deshidratación celular Entrada masiva de agua Turgencia celular interna IDEAS CLAVE El agua presenta carga parcial negativa en el oxígeno y positiva en los hidrógenos, facultando los puentes de hidrógeno. Las moléculas anfipáticas combinan un dominio polar hidrofílico y colas apolares, autoensamblándose en bicapas o micelas. La transpiración regula la temperatura gracias al elevado calor de vaporización del agua.

La ósmosis equilibra concentraciones: un medio hipertónico deshidrata la célula y uno hipotónico induce turgencia. COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 11. ¿Por qué el agua es incapaz de actuar como disolvente eficaz con los aceites? 12. ¿Qué estructuras forman las sustancias anfipáticas para transportar lípidos insolubles en medios acuosos? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 13. ¿Qué dipolo presenta el átomo de oxígeno en la molécula de agua? 14. ¿Qué propiedad del agua fundamenta la pérdida de calor por sudoración?

Carga neta neutra a) Carga neta positiva b) Carga parcial negativa c) Carga parcial positiva d) Baja osmolaridad a) Baja tensión superficial b) Capacidad hidrofóbica c) Elevado calor de vaporización d) Moléculas, Agua y Equilibrio Ácido-Base " Bioquímica 7 15. ¿Cómo se define una molécula que reúne un dominio polar y otro no polar? 16. ¿Qué estado experimenta una célula al introducirse en un medio hipotónico? 3 Equilibrio Ácido-Base, Sistemas Tampón y Unidades de Concentración AL ACABAR SABRÁS Definir los conceptos de ácido, base y escala de protones. Describir el equilibrio químico del tampón bicarbonato y la función del tampón fosfato.

Calcular concentraciones empleando fórmulas de porcentaje en masa, volumen y masa/volumen. PIÉNSALO ANTES DE LEER 17 ¿Qué alteración experimentaría una enzima plasmática si el pH sanguíneo variara drásticamente sin amortiguación? Definición de pH, ácidos y bases La acidez o basicidad de una solución depende de la disponibilidad de iones de hidrógeno libres: Ácido: compuesto capaz de aumentar la concentración de protones ( ) en el medio circundante. Base: sustancia que disminuye la concentración libre de en el medio. Escala cromática de pH correlacionada con la abundancia de protones.

A pH bajo existe una alta concentración de (carácter ácido), mientras que a pH elevado la abundancia de protones es muy reducida (carácter alcalino). Anfipática a) Isotónica b) Hidrofóbica c) Electrolítica d) Crenación celular a) Pérdida irreversible de solutos b) Turgencia por entrada neta de agua c) Formación espontánea de micelas d) H+ H+ H+ Moléculas, Agua y Equilibrio Ácido-Base " Bioquímica 8 Sistemas amortiguadores fisiológicos Las disoluciones amortiguadoras o tampones retienen la capacidad de captar o ceder protones dinámicamente según varíe el pH. Su labor resulta indispensable debido a que las proteínas demandan un pH óptimo estricto para preservar su actividad funcional.

Entre los amortiguadores biológicos esenciales destacan: Tampón bicarbonato (plasma sanguíneo): regula mediante el equilibrio reversible: Tampón fosfato: actúa en citoplasma celular y fluidos extracelulares a través del ion dihidrógeno fosfato ( ). Expresiones cuantitativas de concentración de solutos Para cuantificar la cantidad de soluto disuelto en agua o solución acuosa se aplican tres formulaciones porcentuales directas: Porcentaje en masa: Porcentaje masa/volumen: Porcentaje en volumen: ERROR FRECUENTE Confundir en el denominador la masa o volumen del disolvente puro con el de la disolución final total.

El denominador debe computar siempre la masa o volumen de la mezcla completa (soluto más solvente). COMPRUEBA 18 ¿Cómo amortigua el tampón bicarbonato un incremento repentino de protones en el plasma?

PROCESO Equilibrio del amortiguador bicarbonato 1 Dióxido de carbono y agua Reactivos solubles en plasma 2 Ácido carbónico Intermedio ácido inestable 3 Protón y bicarbo nato Formas disociadas amortiguadoras CO + 2 H O 2 H CO 2 3 H + + HCO 3 H PO 2 4 % masa = masa disoluci n o ˊ masa soluto % (m/v) = × volumen soluci n o ˊ masa soluto 100% %V = × V soluci n o ˊ V soluto 100% Moléculas, Agua y Equilibrio Ácido-Base " Bioquímica 9 IDEAS CLAVE Los ácidos liberan incrementando su concentración, mientras las bases la reducen. Los sistemas tampón captan o ceden protones compensando perturbaciones del pH fisiológico.

El tampón bicarbonato opera primordialmente en el plasma y el tampón fosfato en citoplasma y fluidos tisulares. Las fórmulas de concentración porcentual expresan soluto relativo al total de la solución (% masa, % m/v, % V). COMPRUEBA LO QUE HAS APRENDIDO 19. ¿Por qué resulta vital para la célula que los amortiguadores mantengan estable el pH del medio? 20. ¿Qué variables intervienen en el cálculo del porcentaje masa/volumen de una disolución? Test Rodea la respuesta correcta. Las soluciones están al final. 21. ¿Qué efecto provoca una sustancia básica en una disolución? 22. ¿En qué compartimento biológico actúa de forma prioritaria el sistema tampón bicarbonato? 23.

¿Qué reactivos se combinan para formar ácido carbónico en el tampón plasmático? 24. ¿Cuál es el divisor en la fórmula del porcentaje en masa?

H+ Reduce la concentración de protones a) Aumenta la concentración de protones b) Inmoviliza los puentes de hidrógeno c) Disminuye el valor numérico de pH d) Colas de fosfolípidos a) Interior del lisosoma b) Plasma sanguíneo c) Membranas apolares d) Fosfato y agua a) Dióxido de carbono y agua b) Bicarbonato y glucosa c) Oxígeno y protones d) Volumen neto del solvente a) Masa del disolvente solo b) Masa total de la disolución c) Masa pura del soluto d) Moléculas, Agua y Equilibrio Ácido-Base " Bioquímica 10 4 Resumen para repasar Estructura atómica y enlaces químicos Concepto Definición Número atómico ( ) Número total de protones presentes en el núcleo atómico.

Número másico ( ) Suma total de protones y neutrones del núcleo atómico. Peso atómico/molecular Masa atómica o molecular relativa calculada con respecto a la masa del átomo de hidrógeno. Enlace covalente Unión por compartición de pares de electrones (polar o apolar), con una energía de enlace de 50 a 110. Atracción iónica Fuerza electrostática ejercida entre cargas netas opuestas, con energía de enlace de 3 a 7. Interacciones de Van der Waals Atracciones débiles y transitorias entre electrones de sustancias no polares, con energía de enlace de 1.

El agua, soluciones y equilibrio osmótico Concepto Definición Polaridad del agua Molécula con densidad de carga parcial negativa en el oxígeno y positiva en los hidrógenos, base de los puentes de hidrógeno. Molécula hidrofóbica Compuesto no polar sin carga que resulta repelido por el agua (p. ej., lípidos o aceites). Molécula anfipática Estructura con un extremo hidrofílico (polar) y otro hidrofóbico (apolar) que forma micelas, bicapas o liposomas. Termorregulación hídrica Disipación de calor mediante aumento de flujo sanguíneo periférico y sudoración basada en el alto calor de vaporización del agua.

Osmolaridad Concentración de partículas osmóticamente activas expresada en osmoles o miliosmoles por litro de disolvente. Ósmosis Difusión pasiva de disolvente a través de una membrana semipermeable para igualar concentraciones. Medio hipertónico Disolución externa de mayor concentración que el citoplasma celular, causante de salida de agua y deshidratación. Medio hipotónico Disolución externa de menor concentración que el interior celular, desencadenante de entrada masiva de agua y turgencia. Z A Moléculas, Agua y Equilibrio Ácido-Base " Bioquímica 11 Equilibrio ácido-base y concentraciones Concepto Definición Ácido Sustancia que incrementa la concentración de iones en el medio circundante.

Base Compuesto que reduce la concentración de iones libres en la disolución. Sistema tampón Solución capaz de captar o ceder protones para amortiguar desviaciones respecto al pH óptimo de las proteínas. Tampón bicarbonato Principal amortiguador del plasma sanguíneo basado en el equilibrio . Tampón fosfato Amortiguador funcional en el citoplasma y fluidos tisulares a través de la disociación del ion dihidrógeno fosfato. Porcentajes de concentración Relaciones de soluto por total de disolución: , y .

H+ H+ CO + 2 H O 2 H CO 2 3 H + + HCO 3 % masa = m disoluci n o ˊ m soluto % (m/v) = × Vsoluci n o ˊ m soluto 100 %V = × V soluci n o ˊ V soluto 100 Moléculas, Agua y Equilibrio Ácido-Base " Bioquímica 12 Soluciones de las preguntas de repaso 1. Porque los enlaces covalentes comparten orbitales con pares electrónicos entre átomos, generando una unión primaria muy estable en comparación con atracciones transitorias. 2. Porque las fuerzas de Van der Waals surgen de atracciones débiles y transitorias entre electrones de sustancias no polares, mientras que el enlace covalente implica compartir orbitales electrónicos fuertemente cohesionados. 3.

Determina la cantidad combinada de protones y neutrones presentes en el núcleo. 4. El enlace covalente es el más fuerte (50-110), seguido de la atracción iónica (3-7) y la interacción de Van der Waals (1). 5. b) Número atómico. El número atómico Z equivale exactamente a la cantidad de protones nucleares. 6. c) 50 a 110 unidades. Los enlaces covalentes poseen una energía de enlace de 50 a 110. 7. a) Atracción de cargas opuestas. El enlace iónico se debe a la atracción mutua entre cargas electrostáticas contrarias. 8. a) Electrones de especies apolares. Se producen por la interacción entre electrones de sustancias no polares. 9.

El agua pura constituye un medio sumamente hipotónico respecto al interior celular, por lo que el agua entra de forma masiva induciendo una fuerte turgencia. 10. El agua se desplaza desde el interior celular hacia el medio externo para equilibrar las concentraciones de soluto, provocando la pérdida de volumen y la crenación de la célula. 11. Porque los aceites son sustancias hidrofóbicas no polares que carecen de cargas netas o parciales compatibles con los dipolos del agua. 12. Se agregan formando micelas, bicapas lipídicas o estructuras vesiculares protegiendo su dominio apolar del disolvente. 13. c) Carga parcial negativa.

El oxígeno atrae más fuertemente los electrones compartidos, adoptando carga parcial negativa. 14. d) Elevado calor de vaporización. La evaporación del sudor extrae calor corporal gracias al alto calor de vaporización hídrico. 15. a) Anfipática. Las moléculas anfipáticas albergan una región polar hidrofílica y un segmento apolar hidrofóbico. 16. c) Turgencia por entrada neta de agua. En medio hipotónico el agua penetra al citoplasma hinchando la célula hasta la turgencia. 17. La enzima perdería su pH óptimo de actuación, alterando su función biológica. 18.

El ion bicarbonato reacciona con el exceso de protones formando ácido carbónico, que se desdobla en agua y dióxido de carbono, evitando la acidificación del medio. 19. Porque las proteínas celulares exigen trabajar dentro de un estrecho rango de pH óptimo para conservar su estructura y actividad funcional. 20. Intervienen la masa del soluto dividida entre el volumen total de la disolución, multiplicado por 100. 21. a) Reduce la concentración de protones. Una base capta hidrogeniones, reduciendo la presencia de protones libres. 22. c) Plasma sanguíneo. El tampón bicarbonato es el amortiguador principal del plasma sanguíneo. Moléculas, Agua y Equilibrio Ácido-Base " Bioquímica 13 23.

b) Dióxido de carbono y agua. El CO se hidrata con agua dando lugar al ácido carbónico reversiblemente. 24. c) Masa total de la disolución. El porcentaje en masa compara la masa de soluto entre la masa de la disolución completa. Moléculas, Agua y Equilibrio Ácido-Base " Bioquímica 14