Tampones Biológicos en la Homeostasis de Fluidos Corporales

Los seres vivos han aprovechado las propiedades del agua, puesto que las actividades celulares se encuentran vinculadas a líquidos internos y adyacentes que permiten el mantenimiento de su forma, el transporte de sustancias, actividad de proteínas, de mensajeros químicos, eficiencia enzimática y reacciones metabólicas. En consecuencia, el mantenimiento del pH de las soluciones acuosas en distintos compartimientos del cuerpo humano resulta esencial para la homeostasis del organismo.



Un desequilibrio por encima o por debajo del estrecho intervalo de pH puede desencadenar una acidosis o alcalosis. No obstante, el organismo con su diseño excepcional cuenta con sistemas amortiguadores o tampones, para el mantenimiento del equilibrio ácido – base, y garantizar su adecuado funcionamiento dentro de los límites fisiológicos requeridos.

Conforme a lo expuesto, los objetivos del presente post son los siguientes:

Objetivos

• Detallar el pH en la química de los seres vivos.
• Describir sistemas amortiguadores en los fluidos del cuerpo humano.
• Valorar la importancia de los tampones biológicos en la fisiología del organismo.

El pH en la Química de los Seres Vivos

En los líquidos intracelulares y extracelulares se debe considerar su nivel de acidez o alcalinidad, es decir, esa correspondencia entre la concentración de hidrogeniones [H+] y la de iones hidroxilo [OH¯] en el medio acuoso estudiado. La escala logarítmica de pH se establece a partir del producto iónico [H+]*[OH¯] del agua a 25ºC, lo que atiende a una disolución neutra con pH 7. En efecto, valores < 7 indican medios acuosos ácidos, mientras más próximos a cero mayor acidez. Mientras que, valores de pH > 7 determinan medios líquidos alcalinos, mientras más próximos a 14 (límite superior) mayor alcalinidad.



De este modo, a una concentración de hidrogeniones elevada le corresponde una concentración de iones hidroxilo baja, determinando una solución ácida, ejemplo pH 2, [H+] es de 0, 01 M en relación con una [OH¯] de 0,000000000001. Al contrario, una concentración de hidrogeniones baja, y por ende elevada cantidad de iones hidroxilo, determina una solución alcalina, ejemplo pH 12, con una [H+] de 0,000000000001 y su correspondiente [OH¯] de 0,01 M.

Los líquidos corporales mantienen estrechos límites de pH, con el objeto de asegurar el pH óptimo para las actividades enzimáticas en sus diferentes fluidos, de este modo la sangre mantiene un pH ligeramente alcalino comprendido entre 7,35 y 7,45; y el líquido intersticial alrededor de 7,4.



Por su parte, en el estómago, el jugo gástrico ostenta un pH es ácido, comprendido entre 1,2 – 3,0. Si se toma como ejemplo una de las principales enzimas secretadas por las criptas gástricas: el pepsinógeno y su forma activa la pepsina, cuyo pH óptimo es entre 1,5 y 2,2, dependiendo del sustrato. Así pues, la actividad de la pepsina permite la degradación de las proteínas a dipéptidos y péptidos. Entretanto, la saliva posee un pH ligeramente ácido entre 6,35 – 6,85, en consecuencia el pH óptimo de la amilasa salival es de 6,9 aproximadamente. Del mismo modo, el páncreas produce un fluido con pH ligeramente alcalino entre 7,1 – 8,2, de este modo la tripsina, enzima contenida en el jugo pancreático, posee un pH óptimo de 7,7 aproximadamente. De esta manera, las enzimas proteolíticas pancreáticas pueden degradar proteínas en péptidos, a un pH característico superior a 7.



En cuanto al pH de la orina, este fluctúa entre 4,6 y 8,0, puesto que entre las funciones del sistema excretor se encuentra la regulación del pH sanguíneo, secretando hidrogeniones hacia el exterior y reabsorbiendo iones de bicarbonato necesarios por su papel como tampón.

Sistemas Amortiguadores en Fluidos Corporales

El organismo cuenta con pares conjugados ácido – base en distintos compartimientos, para el mantenimiento del pH en los límites fisiológicos requeridos. Estos sistemas de tampón en la química de los fluidos corporales, cuentan con el mecanismo acoplado entre la especie dador de protones (el ácido) y la especie que funciona como aceptor de protones (la base).



Los ácidos fuertes se disocian casi por completo en medio acuosos, aportando protones, y por ende aumentan la [H+]; igualmente las bases fuertes se disocian en los líquidos corporales, ocasionando una elevación en la [OH¯]. Cabe señalar que, los sistemas amortiguadores alcanzan su máxima eficiencia cuando el pH coincide con la constante de disociación aparente del par conjugado (pH = pK´). De esta manera, ante cualquier incremento en la [H+], la base acepta los protones. Así como también cualquier descenso en la [H+], el ácido dona los protones.



Entre los sistemas tampón con los que cuentan los fluidos corporales, se distinguen: en los líquidos intracelulares el sistema amortiguador de proteínas y el par conjugado Ión Fosfato Diácido – Ión Fosfato Monoácido. Igualmente, proteínas contribuyen al mantenimiento del pH en el plasma sanguíneo, tal como la hemoglobina. Entretanto, el sistema amortiguador por excelencia en los líquidos extracelulares e intersticiales, es el tampón ácido carbónico – bicarbonato. Del mismo modo, este mecanismo se acopla a los procesos de: espiración de dióxido de carbono, la secreción tubular de hidrogeniones y la reabsorción tubular del ion bicarbonato.

Síntesis

La química de los seres vivos, posibilita detallar la importancia del mantenimiento del pH en los fluidos corporales y evitar un desequilibrio homeostático. La relación entre [H+] y [OH¯], es determinante en la actividad de macromoléculas, como es el caso de aquellas de naturaleza proteica.

Gracias a los sistemas amortiguadores con los que cuenta el organismo, se mantiene el pH característico en los fluidos de distintos compartimientos del cuerpo humano, tales como los sistemas tampón: ácido carbónico – bicarbonato, ión fosfato diácido – ión fosfato monoácido, sistema amortiguador de proteínas, y la contribución de la hemoglobina en el mantenimiento del pH en el plasma sanguíneo.

En efecto, los tampones biológicos cumplen un papel esencial en la fisiología del organismo, precisando el balance de los sistemas acuosos y electrolitos presentes en el organismo, incidiendo en la ósmosis y funciones celulares. Por lo tanto, el docente de biología tiene como función explicar la definición de la escala logarítmica de pH, contextualizando en sistemas vivos, a fin de evitar impartir conceptos aislados y de manera abstracta. Es necesario abordar la aplicabilidad y mediar hacia la compresión de procesos biológicos y su basamento en la química de la vida.

FUENTES: Las imágenes y gifs son creados por la autora de este post @carmincortez

Referencias

• Ganong, W. (1998). Fisiología médica. Manual Moderno 16ª Edición: México, D.F.
• Lehninger, A. (1972). Bioquímica. Barcelona: Ediciones OMEGA.
• Tortora, G. y Derrickson, B. (2013). Principios de anatomía y fisiología. Editorial Panamericana.