Ejercicio resuelto de Agua · Biología · La Rioja · 2024

Cuando hablamos de medios con solutos en disolución siempre nos referimos a una característica de estos que es el pH, pero:

a) ¿Qué es el pH? [0,2 puntos]

b) ¿Qué consecuencias tienen las variaciones del pH de los medios celulares para la actividad metabólica? [0,4 puntos]

c) ¿Cómo se regula el pH celular para mantener un ambiente óptimo para las reacciones del metabolismo? [0,4 puntos]

$\mathbf{\text{a)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{es}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{pH?}}\mathbf{\text{[0,2}}\mathbf{\text{puntos]}}$

El pH es una medida de la acidez de una disolución, y se define como el logaritmo decimal cambiado de signo de la concentración de iones hidrógeno:

$pH=-\log [H^{+}]$

La escala va de 0 a 14. Una disolución con $pH=7$ es neutra, por debajo de 7 es ácida y por encima, básica. Al ser logarítmica, una unidad de pH equivale a multiplicar o dividir por diez la concentración de protones.

$\mathbf{\text{b)}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{consecuencias}}\mathbf{\text{tienen}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{variaciones}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{los}}\mathbf{\text{medios}}\mathbf{\text{celulares}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{actividad}}\mathbf{\text{metab}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lica?}}\mathbf{\text{[0,4}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Las consecuencias son graves, porque el metabolismo depende de enzimas y las enzimas son extraordinariamente sensibles al pH.

Cada enzima tiene un pH óptimo al que su actividad es máxima, y a ambos lados de él la velocidad de reacción cae. La razón es que el pH determina el estado de ionización de los grupos ácidos y básicos de las cadenas laterales de los aminoácidos: si cambia, cambian las cargas del centro activo y este deja de reconocer al sustrato, y si el cambio es grande se rompen los enlaces iónicos que sostienen el plegamiento y la enzima se desnaturaliza de forma irreversible.

Además, el pH afecta a la ionización de los propios sustratos y metabolitos, a la estabilidad de las membranas y a los gradientes de protones de los que dependen la fosforilación oxidativa y la fotosíntesis. Una acidosis o una alcalosis mantenidas desorganizan el metabolismo por completo y son incompatibles con la vida celular.

$\mathbf{\text{c)}}\mathbf{\text{¿C}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{mo}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{regula}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{pH}}\mathbf{\text{celular}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{mantener}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{ambiente}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{ptimo}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{reacciones}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{metabolismo?}}\mathbf{\text{[0,4}}\mathbf{\text{puntos]}}$

Fundamentalmente mediante disoluciones amortiguadoras, tampón o buffer, formadas por un ácido débil y su base conjugada. Estas mezclas captan protones cuando el medio se acidifica y los ceden cuando se alcaliniza, de modo que el pH apenas varía.

Los dos sistemas principales en los seres vivos son el tampón bicarbonato, $H_{2}C{O}_3\mathrm{/}HC{O}_3^{-}$, que actúa sobre todo en el medio extracelular y en la sangre, y el tampón fosfato, $H_{2}P{O}_4^{-}\mathrm{/}HP{O}_4^{2-}$, que es el más importante dentro de la célula. A ellos se suma el efecto tampón de las propias proteínas, cuyos grupos amino y carboxilo pueden captar o ceder protones, y en la sangre, el de la hemoglobina.

Hay además mecanismos activos: bombas de protones de la membrana que expulsan $H^{+}$ al exterior o los concentran en orgánulos como los lisosomas, y a escala del organismo, la regulación respiratoria —el $C{O}_2$ exhalado— y la renal, que elimina protones y reabsorbe bicarbonato.