17.2Disoluciones amortiguadoras 669
Muchas de las reacciones químicas que se llevan a cabo en los sis-
temas vivos son sumamente sensibles al pH. Por ejemplo, numerosas
enzimas que catalizan importantes reacciones bioquímicas son efi-
caces sólo dentro de estrechos límites de pH. Por esta razón el cuer-
po humano mantiene un sistema notablemente complicado de
amortiguadores, tanto dentro de las células de los tejidos como en los
líquidos que transportan células. La sangre, el líquido que transporta
oxígeno a todas las partes del cuerpo (Figura 17.4 »), es uno de los
ejemplos más destacados de la importancia de los amortiguadores en
los seres vivos.
La sangre humana es ligeramente básica, con un pH normal de
7.35 a 7.45. Cualquier desviación respecto a este intervalo normal
de pH puede tener efectos extremadamente negativos en la estabili-
dad de las membranas celulares, las estructuras de las proteínas y la
actividad de las enzimas. Se puede producir la muerte si el pH de
la sangre desciende a menos de 6.8 o sube por encima de 7.8. Cuan-
do el pH baja a menos de 7.35, el trastorno se llama acidosis; cuando
se eleva por encima de 7.45, el trastorno se denomina alcalosis. La
acidosis representa la tendencia más común porque el metabolismo
ordinario genera varios ácidos dentro del organismo.
El principal sistema amortiguador que regula el pH de la san-
gre es el sistema de ácido carbónico-bicarbonato. El ácido carbónico
(H
2
CO
3
) y el ion bicarbonato (HCO
3
) son un par conjugado ácido-
base. Además, el ácido carbónico se descompone en dióxido de car-
bono gaseoso y agua. Los equilibrios importantes de este sistema
amortiguador son
CO2(g)
[17.10]
Son notables varios aspectos de estos equilibrios. Primero, aun-
que el ácido carbónico es un ácido diprótico, el ion carbonato (CO
32
)
carece de importancia en este sistema. Segundo, uno de los compo-
nentes de este equilibrio, el CO
2
, es un gas, lo que ofrece un mecanis-
mo para que el cuerpo ajuste los equilibrios. La eliminación de CO
2
por exhalación desplaza los equilibrios a la derecha, con el consi-
guiente consumo de iones H
. Tercero, el sistema amortiguador de
la sangre funciona a un pH de 7.4, bastante alejado del valor del pK
a1
del H
2
CO
3
(6.1 a las temperaturas fisiológicas). Para que el amorti-
guador tenga un pH de 7.4, la razón [base]/[ácido] debe tener un
valor de alrededor de 20. En el plasma sanguíneo normal las con-
centraciones de HCO
3
y H
2
CO
3
son de alrededor de 0.024 My
0.0012 M, respectivamente. En consecuencia, el amortiguador tiene
una gran capacidad para amortiguar el ácido adicional, pero poca
para neutralizar un exceso de base.
Los órganos principales que regulan el pH del sistema amor-
tiguador de ácido carbónico-bicarbonato son los pulmones y los
riñones. Ciertos receptores cerebrales son sensibles a las concentra-
ciones de H
y CO
2
de los líquidos corporales. Cuando la concen-
tración de CO
2
aumenta, los equilibrios de la ecuación 17.10 se
desplazan a al izquierda, lo que origina la formación de más H
. Los
receptores activan un reflejo para que la respiración sea más rápida
y profunda, con lo cual se incrementa la rapidez de eliminación de
CO
2
por los pulmones y se desplazan otra vez los equilibrios a la
derecha. Los riñones absorben o liberan H
y HCO
3
; gran parte del
exceso de ácido sale del cuerpo en la orina, que normalmente tiene
un pH de 5.0 a 7.0.
H2O(l)H+(ac)+HCO3
-(ac)ΔH2CO3(ac)Δ
La regulación del pH del plasma sanguíneo está directamente
relacionada con el transporte eficaz de O
2
a los tejidos corporales. El
oxígeno es transportado por la proteína hemoglobina, presente en
los glóbulos rojos. La hemoglobina (Hb) se une de forma irreversible
tanto al H
como al O
2
. Estas dos sustancias compiten por la Hb, lo
cual se puede representar de modo aproximado mediante el equi-
librio siguiente:
[17.11]
El oxígeno entra en la sangre a través de los pulmones, donde
pasa al interior de los glóbulos rojos y se une a la Hb. Cuando la san-
gre llega a un tejido donde la concentración de O
2
es baja, el equilibrio
de la ecuación 17.11 se desplaza a la izquierda y se desprende O
2
.
Un aumento en la concentración de ion H
(disminución del pH san-
guíneo) también desplaza el equilibrio a la izquierda, al igual que
una elevación de la temperatura.
Durante los periodos de esfuerzo extenuante, tres factores co-
laboran para asegurar el suministro de O
2
a los tejidos activos: (1)
Conforme el O
2
se consume, el equilibrio de la ecuación 17.11 se des-
plaza a la izquierda de acuerdo con el principio de Le Châtelier. (2)
El esfuerzo eleva la temperatura del cuerpo, lo que también despla-
za el equilibrio a la izquierda. (3) El metabolismo produce grandes
cantidades de CO
2
, lo que desplaza el equilibrio de la ecuación 17.10
a la izquierda con la consecuente reducción del pH. Durante el esfuer-
zo agotador se producen además otros ácidos, como el ácido láctico,
cuando los tejidos no disponen de oxígeno suficiente. La disminución
del pH desplaza el equilibrio de la hemoglobina a la izquierda y se
suministra más O
2
. Asimismo, la reducción del pH estimula un in-
cremento en la tasa respiratoria, con lo cual se obtiene más oxígeno
y se elimina CO
2
. Sin este complicado arreglo, el O
2
de los tejidos se
agotaría rápidamente y éstos ya no podrían continuar activos.
HbH++O2ΔHbO2+H+
Química y vida La sangre como disolución amortiguadora
ÁFigura 17.4 Electromicrografía de barrido de un grupo
de glóbulos rojos que viajan por una pequeña ramificación de
una arteria. La sangre es una disolución amortiguada cuyo pH
se mantiene entre 7.35 y 7.45.