Agua, pH y Estructura de Macromoléculas

Tarjetas de vocabulario sobre las propiedades físicas y químicas del agua, interacciones no covalentes, cinética del pH, ecuaciones reguladoras y comportamiento de polielectrólitos basadas en el Capítulo 2.

Estructura dipolar del agua

Geometría molecular de tetraedro irregular con un ángulo de $105^\circ$ entre los átomos de hidrógeno y distribución asimétrica de carga eléctrica debida a la elevada electronegatividad del oxígeno.

Enlace de hidrógeno

Interacción electrostática débil entre el núcleo de hidrógeno con carga parcial positiva de una molécula de agua y el par de electrones no compartido del oxígeno de otra molécula, con una energía de alrededor de $4.5\,\text{kcal/mol}$ y una semivida de pocos picosegundos.

Constante dieléctrica del agua

Propiedad física del agua con un valor de $78.5$ a 25\,\text{^\circ C} que disminuye la fuerza de atracción entre partículas cargadas según la ley de Coulomb, permitiendo la disolución de compuestos iónicos.

Donante de enlaces de hidrógeno

Átomo de hidrógeno parcialmente no apantallado con carga parcial positiva, unido covalentemente a un átomo fuertemente electronegativo como el oxígeno o el nitrógeno.

Aceptor de enlaces de hidrógeno

Átomo electronegativo (frecuentemente oxígeno o nitrógeno) que posee pares de electrones solitarios o no compartidos capaces de atraer a un átomo de hidrógeno parcialmente positivo.

Molécula anfipática

Biomolécula que posee en su estructura tanto regiones polares o cargadas (hidrófilas) como regiones no polares (hidrófobas).

Interacción hidrófoba

Tendencia de los grupos o regiones no polares a agruparse en medio acuoso, cuyo motor termodinámico es el aumento de la entropía total del sistema al liberar las moléculas de agua que formaban jaulas ordenadas a su alrededor.

Puente salino

Interacción de atracción electrostática no covalente entre grupos con carga formal opuesta (con magnitudes energéticas de $1$ a $5\,\text{kcal/mol}$) que actúa a mayores distancias facilitando la orientación inicial de ligandos y sustratos.

Fuerzas de Van der Waals

Atracciones electrostáticas transitorias entre dipolos instantáneos e inducidos en átomos neutros, con energías individuales menores a $1\,\text{kcal/mol}$, eficaces a distancias de $2$ a $4\,\text{\AA}$ e inversamente proporcionales a la sexta potencia de la distancia ($1/R^6$).

pH

Medida logarítmica de la concentración de protones en una solución, definida por Sörensen en 1909 mediante la fórmula $\text{pH} = -\log[\text{H}^+]$.

Constante de disociación ácida ($K_a$)

Constante de equilibrio que cuantifica la tendencia de un ácido débil a disociarse en solución acuosa, expresada como $K_a = \frac{[\text{H}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]}$.

Exponente $p\text{K}_a$

Logaritmo negativo de la constante de disociación ácida ($p\text{K}_a = -\log K_a$) que equivale al valor de $\text{pH}$ en el cual la forma protonada ($[\text{HA}]$) y la desprotonada ($[\text{A}^-]$) se encuentran en concentraciones idénticas.

Ecuación de Henderson-Hasselbalch

Modelo matemático expresado como $\text{pH} = p\text{K}_a + \log\left(\frac{[\text{A}^-]}{[\text{HA}]}\right)$ que describe la relación entre el $\text{pH}$, el $p\text{K}_a$ y las concentraciones del ácido débil y su base conjugada en equilibrio.

Tampón o solución amortiguadora

Mezcla en equilibrio de un ácido débil y su base conjugada capaz de resistir variaciones drásticas en el $\text{pH}$ al neutralizar ácidos o bases añadidos.

Capacidad de amortiguación máxima

Condición óptima de un tampón que ocurre cuando el $\text{pH} = p\text{K}_a$, punto en el que existe una relación $1:1$ entre el ácido débil y la base conjugada.

Sistema amortiguador de bicarbonato

Principal tampón del fluido extracelular sanguíneo con un $p\text{K}_a$ de $6.1$, cuya gran eficacia biológica se debe a ser un sistema abierto regulado por la exhalación pulmonar de $\text{CO}_2$ y la excreción renal de $\text{HCO}_3^-$.

Polielectrólito

Macromolécula que contiene múltiples grupos funcionales débiles con propiedades ácidas o básicas cuya carga neta varía según el $\text{pH}$ del medio.

Enfoque isoeléctrico

Técnica analítica de separación de proteínas basada en su migración dentro de un campo eléctrico hasta detenerse en el valor de $\text{pH}$ donde su carga neta es cero (punto isoeléctrico).