Práctica 1. Agua, pH y acción amortiguadora de los aminoácidos
Práctica 1. Agua, pH y acción amortiguadora de los aminoácidos
Introducción
El agua es la sustancia más abundante en los sistemas vivos, constituyendo un 70% del peso corporal de la mayoría de los organismos e incluso en otros representa más del 90%. Se encuentra presentes en todos los compartimentos celulares, es el medio de transporte de los nutrientes para la célula y el medio en el que tiene lugar la inmensa mayoría de las reacciones químicas del metabolismo; es, en definitiva, el medio en el que se mueven e interactúan las demás biomoléculas. Es el disolvente polar por excelencia. Disuelve con facilidad una gran diversidad de constituyentes de los seres vivos, tales como ácidos nucleicos, proteínas y carbohidratos. Por otro lado, su incapacidad para disolver otras sustancias, como lípidos y determinados aminoácidos, permite la formación de estructuras como las membranas biológicas y el plegamiento de proteínas. Por tanto, una molécula esencial para la vida: la estructura y propiedades de muchas biomoléculas y otros componentes celulares dependen de su interacción con las moléculas de agua que los rodean.
De igual forma, otro de los mecanismos homeostáticos que utiliza el organismo con el fin de mantener un entorno intracelular óptimos, se debe de tener en cuenta el pH, que no es más que la concentración de hidrogeniones en el medio, para poder mantener este parámetro dentro de los rangos normales el organismo se auxilia de amortiguadores de pH, los cuales se encuentran a nivel de los líquidos corporales y compartimientos celulares. De forma específica, un amortiguador de pH o buffer es una sustancia cuyo pH se modifica muy poco, aunque añadamos concentraciones pequeñas de ácidos o bases, incluso si éstos son fuertes. Por tanto, mantiene estable el pH de una disolución frente a la adición de cantidades relativamente pequeñas de ácidos o bases fuertes, que están formados por un ácido débil y su base conjugada (ácido acético y acetato) o una base débil y su ácido conjugado (amoníaco y amonio).
En este sentido, una de las múltiples funciones de los aminoácidos es que, tanto de forma libre como formando parte de las proteínas, pueden potencialmente funcionar como buffers. Esto gracias a que los aminoácidos en un medio acuoso contienen un grupo carboxilo que funciona como ácido débil, y un grupo amino que funciona como base débil.
Objetivos
1. Explicar los conceptos de PH, Pk, constante de disociación y amortiguador, mediante interacción monitor-estudiante, con la finalidad de comprender la acción amortiguadora de una sustancia apoyándose de la bibliografía de base.
2. Aplicar el protocolo experimental en el laboratorio, con el fin de identificar y demostrar la acción de los amortiguadores de una sustancia a partir de la bibliografía base.
3. Demostrar la capacidad amortiguadora de los aminoácidos utilizando el protocolo experimental en el laboratorio, para entender cómo funcionan los amortiguadores fisiológicos basándose en las referencias bibliográficas propuestas.
Materiales
- Bureta
- Vaso de precipitación
- 10ml de agua destilada
- 2 gotas de anaranjado de metilo
- 8ml de agua destilada
- 1ml de ácido acético
- 1ml de acetato de sodio
- 2 gotas de anaranjado de metilo.
- Ácido clorhídrico 0.1N
- 10ml de agua destilada
- 2 gotas de fenolftaleína
- 8ml de agua destilada
- 1ml de ácido acético
- 1ml de acetato de sodio
- 2 gotas de fenolftaleína
- Hidróxido de sodio 0.1N
Resultados
Ejercicio 1. Acción buffer
Parte #1
Al introducirle ácido clorhídrico al 0.1N a los beakers, por medio del proceso de titulación, se obtuvieron los siguientes resultados:
Luego de preparado el primer beaker con los reactivos necesarios para unificarlos y titular con el ácido clorhídrico, solo se necesitaron 3 gotas de este para que se produjera un cambio de color muy notable.
Beaker 2 (Problema 2): 8ml de agua destilada + 1ml de ácido acético + 1ml de acetato de sodio + 2 gotas de anaranjado de metilo.
Luego de preparado el beaker problema 2 con los reactivos necesarios, fue titulado con ácido clorhídrico y se necesitaron 238 gotas de este para poder notar el cambio de color esperado de esta reacción
Parte #2
En este caso se busca poder observar los efectos de los amortiguadores ante gotas de hidróxido de sodio 0.1N, igualmente usando el proceso de titulación.
Beaker 1 (Problema 1): 10ml de agua destilada + 2 gotas de fenolftaleína
Luego de preparar el beaker con los reactivos indicados, en el proceso de titulación se pudo observar que el NaOH no estaba reaccionando por lo que se hizo otro beaker al cual se le añadieron gotas de potasio de hidróxido (KOH). De esta forma se utilizaron 122 gotas para ver un cambio de color.
Luego de preparar el beaker con los reactivos indicados, tomando como referencia el beaker 1, se utilizó directamente el KOH. Luego de titular por un tiempo sin ver algún cambio y sobrepasar las 400 gotas, se determinó que no hubo cambios.
Ejercicio 2. Acción buffer de los aminoácidos (PROCEDIMIENTO NO REALIZADO EN CLASE)
Tome 2 beakers y agregue 10ml de glicina 0.1N a cada uno. Luego proceda a medir el pH de la misma (pH basal).
Tome uno de los beakers y con el electrodo del “pHmeter” dentro de la solución, proceda a titular con HCl 0.1N de la siguiente manera:
● 5 veces 0.1ml (2 gotas)
● 5 veces 0.2ml (4 gotas)
● 14 veces 0.5ml (10 gotas)
● 5 veces 0.2ml (4 gotas)
● 5 veces 0.1ml (2 gotas)
3. En cada adición de HCl, espere y anote la medida de pH.
4. Tome el otro beaker con glicina y con el electrodo del “pHmeter” dentro de la solución, proceda a titular con NaOH 0.1N de la misma forma descrita en el paso anterior.
AQUI FALTA UNA TABLA
PH basal glicin
Discusión
En el ejercicio número 1, el propósito era poder observar los efectos de trabajar con un buffer al momento de añadir un ácido o base en la sustancia bajo observación. Por eso en la parte #1 se utilizó un ácido fuerte: el ácido clorhídrico (HCl)
En el beaker 1 fueron necesarios solo 3 gotas de ácido clorhídrico para el cambio de color. Esta facilidad se debe a que el agua no posee capacidades de buffer. Al añadir las gotas de HCl en el agua, el mismo se pudo desasociar casi instantáneamente, disminuyendo el pH. Este proceso fue evidenciado por el cambio de color que sufrió la sustancia después de las 3 gotas.
El responsable de este cambio es el anaranjado de metileno, un indicador de pH. Como se puede observar en la mezcla inicial tenía un color amarillo otorgado por este indicador. La zona del cambio de este se encuentra entre el pH 3.1 a 4.4, lo que confirma que el pH tuvo que bajar para llegar a estos valores (Becerra, 2017).
Por otro lado, en el Beaker 2 fueron necesarias 238 gotas del ácido clorhídrico para producir el cambio de color. Esto se explica con los reactivos que se tienen en la reacción. El ácido acético es un ácido débil y el acetato de sodio es su base conjugada.
Ambos funcionan juntos como disoluciones amortiguadoras o buffers (Junta de Andalucía, n.d.). Considerando esto, más lo establecido por Becerra, se puede concluir que el cambio que se produce en el pH de este beaker no se produce con las mismas 3 gotas como en el beaker 1, ya que el acetato de sodio están recaptando los iones de hidrógeno del HCl que se disocian en el agua. Al llegar a las 238 gotas, el buffer ya no puede seguir amortiguando la reacción y ocurre el cambio de color como resultado de la disminución del pH.
En la parte 2 de este experimento se utilizó una base fuerte para mostrar el mismo principio del experimento pasado. La intención era utilizar el NaOH, pero se cambió por hidróxido de potasio (KOH).
Al igual que en la parte 1, la función del primer beaker era observar cómo el agua no tiene las capacidades como buffer. Los resultados indican que se necesitaron 122 gotas para que sucediera un cambio, dado por el aumento del pH de la solución. Esto se pudo observar gracias a la fenolftaleína es un indicador incoloro que, al pasar de pH 9, se torna en un rojo violáceo (Avalos, 2006).
A pesar de que 122 gotas pudieran parecer un poco alto, observando el beaker 2 se puede ver que realmente no es así. Con el amortiguador ácido acético + acetato de sodio, mostrado anteriormente, se sobrepasaron las 400 gotas y aun así no se había visto ningún cambio. Es razonable deducir que los protones del ácido acético estaban captando los hidroxilos que el KOH producía al entrar en la solución. En teoría, sí debe haber un momento en el que el amortiguador no sea suficiente y la solución se vuelva más básica (Cuando salga de su capacidad amortiguadora (Khan Academy, n.d.)), pero por motivos de tiempo en el laboratorio esto no pudo ser comprobado.
Para finalizar, el ejercicio 2 consistía en probar la capacidad de buffer de los aminoácidos. Esta capacidad viene conferida por la terminal ácida y base que tienen estas moléculas. En la tabla con los valores obtenidos, se puede observar que los mismos tenían mayor facilidad en amortiguar la base que el ácido, ya que con el mismo número de gotas que se vertieron de ácido, los cambios de pH ante la base no fueron tan drásticos. Es decir, la glicina tiene una mejor capacidad de recaptar los OH- del NaOH que los H+ del HCl. Se puede teorizar que esto se debe a la disponibilidad de protones que tiene esta molécula
Conclusión
Lo más destacado que se pudo poner en evidencia es la relevancia de los sistemas amortiguadores en el mantenimiento del pH óptimo en el organismo. Un ejemplo ilustrativo de esto se encuentra en el primer experimento, donde se observa que las sustancias que carecen de un sistema amortiguador o buffer experimentaron cambios rápidos en su pH, en contraste con aquellas que sí lo tenían y el pH se mantuvo estable durante un período mucho más prolongado. Este principio se aplica de manera similar en el cuerpo humano, donde el pH intracelular es esencial para procesos vitales, y las reacciones químicas celulares deben operar dentro de rangos de pH estrictos. Los sistemas amortiguadores desempeñan un papel crucial al evitar desviaciones significativas en estos niveles. Además, la capacidad de amortiguación se encuentra presente en las proteínas del cuerpo humano debido a que pueden actuar como un ácido o base. Estas proteínas pueden actuar para estabilizar el pH en su entorno, ya sea aceptando o liberando protones según sea necesario. Este fenómeno es consecuencia de los grupos funcionales que se encuentran en los aminoácidos, específicamente el grupo amino y el grupo carboxilo.
Referencias
Becerra, D. A. (2017, Octubre). Naranja de Metilo, Tremendo Indicador de pH. Retrieved from Ciencia Interactiva y Divertida: https://cienciainteractivaydivertida.wordpress.com/2017/10/31/naranja-de-metilo-tremendo-indicador-de-ph/
Junta de Andalucía. (n.d.). Retrieved from Junta de Andalucía : https://www.juntadeandalucia.es/averroes/centros-tic/41008970/helvia/sitio/upload/acidosybases.pdf
Avalos, S. H. (2006). EXPERIENCIAS SORPRENDENTES DE QUÍMICA CON INDICADORES DE pH CASEROS. Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 89-103.
Khan Academy. (n.d.). Capacidad amortiguadora . Retrieved from Khan Academy: https://es.khanacademy.org/science/ap-chemistry-beta/x2eef969c74e0d802:acids-and-bases/x2eef969c74e0d802:buffers/v/buffer-capacity-ap#:~:text=La%20capacidad%20amortiguadora%20se%20refiere,que%20el%20pH%20cambie%20dr%C3%A1sticamente.