2.2: Ácidos y Bases

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Si bien es más fácil pensar en el agua como H ₂ O, de hecho está en un equilibrio entre las moléculas ionizadas H ⁺ (que es simplemente un protón) y OH ^— (el ion hidroxilo). El propio H ⁺ puede ser posteriormente unido a una molécula de agua para formar un ion hidronio, H ₃ O ⁺.

El agua puede disociarse de H ₂ O en los iones H ⁺ y OH ^—, en los que el hidrógeno que sale deja su electrón con el oxígeno. Sin embargo, H ⁺ es extremadamente reactivo y casi inmediatamente se une a una molécula de agua cercana, formando el ion hidronio, H ₃ O ⁺.

La liberación de H ⁺ y OH ^— no se limitan a moléculas de agua, y muchos compuestos lo hacen en soluciones acuosas. Estos compuestos pueden clasificarse como ácidos (elevando la concentración libre de H ⁺) o bases (aumentando la concentración de hidroxilo libre). El grado en que ácidos y bases donan o eliminan protones se mide en la escala de pH, que es una escala logarítmica de concentración relativa de H ⁺. Así la Coca-Cola ^® que estoy bebiendo, y que cuenta entre sus ingredientes fosfóricos, carbónicos y varios otros ácidos, tiene un pH alrededor de 3, lo que significa que libera 10 ⁴ veces más H+ que el agua, que tiene un pH de 7. Dentro de las células, el rango de pH está estrechamente restringido a ligeramente por encima del neutro (neutro = pH 7), aunque en eucariotas, varios orgánulos intracelulares (por ejemplo, lisosomas) pueden tener una acidez/alcalinidad interna significativamente diferentes. Esto es importante biológicamente porque los cambios en la acidez o alcalinidad pueden alterar el hidrógeno y los enlaces iónicos, cambiando potencialmente la forma y actividad de las enzimas y otras biomoléculas.

En ocasiones, esto se puede utilizar en beneficio de un organismo. Por ejemplo, las células que recubren el estómago de un animal como usted secretan la enzima pepsina en el estómago para ayudar a digerir las proteínas. La pepsina tiene un pH óptimo cercano a pH 2, lo cual es grande porque el pH del estómago también está alrededor de 2. Sin embargo, considerando que las propias células contienen muchas proteínas, y no queremos que las células que contienen pepsina se digieran, ¿cuál es la solución? Debido a que el pH dentro de la célula es cercano a 7.2, muy por encima del pH óptimo para la pepsina, es inactivo dentro de la célula, y solo funciona después de haber sido secretada a un ambiente ácido.