Todos los días, los científicos de los laboratorios de todo el mundo se sientan en sus escritorios y diseñan a conciencia experimentos con la esperanza de hacer un descubrimiento que cambie la forma en que pensamos sobre un proceso biológico. Debido a que los procesos biológicos como la actividad enzimática dependen del pH, un aspecto crítico del diseño experimental es elegir un sistema tampón que ayude a mantener un pH estable sin alterar los resultados.

Y, a menudo, es la elección del tampón lo que hace o daña el experimento. Es posible que el tampón que está utilizando en su laboratorio sea la razón por la que su experimento está fallando. Aquí encontrarás cómo funciona un sistema tampón, una descripción de las características de un buen tampón y una lista de posibles aplicaciones y características de los tampones biológicos más utilizados.

¿Qué es un tampón?

Un tampón consta de un ácido débil (donante de protones, HA) y su base conjugada (aceptor de protones, A -). En agua, HA puede disociarse en A- y H+. H+ luego reacciona con el agua para formar H3O+. En la solución tampón acuosa, H3O+, HA y H+ existen en equilibrio entre sí. El mecanismo de amortiguación consta de dos reacciones reversibles en las que la concentración del donante de protones y del aceptor de protones son iguales.

Luego, cuando el científico introduce un ácido o base fuerte en este sistema o por actividad enzimática durante el experimento, los nuevos iones del ácido o base introducidos (H + or OH-) son absorbidos por el tampón y el pH permanece estable. Previniendo cambios en la estructura y función de las proteínas.

Los tampones no pueden moderar arbitrariamente ningún cambio en la concentración de iones. Su capacidad de amortiguación óptima o rango, se define por la constante de disociación, o ka, del ácido. Por lo general, analizamos la capacidad de almacenamiento del tampón en términos de pKa o la constante logarítmica de ka. Consideramos que la capacidad tampón de un tampón específico es el pKa ± 1. Por ejemplo, un tampón con un pH de 6,8 tiene un rango tampón de pH de 5,8 a 7,8.

¿Qué es un buen tampón biológico?

Hace años, los científicos realizaron experimentos bioquímicos con amortiguadores inadecuados que limitaron en gran medida el impacto de su investigación. Estos tampones exhibieron una alta toxicidad celular y no pudieron soportar la actividad enzimática a lo largo de los procedimientos. Luego, en 1966 Norman E. Good y su equipo diseñaron una serie de tampones específicamente para la investigación biológica con las siguientes características:

  • Los tampones deben tener un pKa entre 6,0 y 8,0 porque el pH óptimo para la mayoría de las reacciones biológicas se encuentra en este rango.
  • Los tampones deben tener alta solubilidad en agua y mínima solubilidad en solventes orgánicos para que permanezca en el medio acuoso del sistema biológico.
  • Los tampones no deben penetrar las membranas celulares. El tampón no debe acumularse en orgánulos celulares. Es posible que esto no se aplique a tu experimento específico. Los tampones bipolares no penetran en las membranas celulares.
  • Los tampones deben tener efectos salinos mínimos porque los tampones iónicos pueden ser problemáticos si el sistema biológico que se está estudiando se ve afectado negativamente por las sales.
  • La concentración del tampón, la temperatura y la composición iónica del medio deben tener un efecto mínimo sobre la capacidad tampón (pKa).
  • La formación de complejos entre un ión metálico y el tampón da como resultado la liberación de protones, lo que afecta el pH del sistema y puede tener un efecto adverso en los resultados experimentales. Por tanto, estos complejos iónicos deben ser solubles y su constante de unión debe conocerse. Un tampón con una constante de unión a metales baja, es adecuado para el estudio de reacciones enzimáticas dependientes de metales. Si tu diseño experimental requiere el uso de un metal, entonces debes elegir un amortiguador que no forme un complejo con ese metal específico.
  • Los tampones deben ser estables y resistir la degradación enzimática y no enzimática. Y no deben interferir con los sustratos enzimáticos ni parecerse a ellos.
  • Los tampones no deben absorber la luz en las regiones visible o ultravioleta del espectro para evitar interferencias en los ensayos espectrofotométricos.
  • Su preparación y purificación debe ser fácil y económica.

¿Cuáles son los tampones más comunes y cómo se utilizan?

Las características consideradas por Good y su equipo son un buen punto de partida a la hora de elegir el tampón para tu experimento específico. Aquí, incluimos una Guía de selección de tampones biológicos (haz click aquí o desplázate hacia abajo para ver el PDF) que contiene una lista de los tampones biológicos más comunes y las técnicas y experimentos específicos para los que se utilizan. También incluimos una descripción de sus propiedades, incluido el pH, el rango de amortiguación, las capacidades de unión de metales, las ventajas y desventajas y los enlaces a los protocolos para las soluciones madre.

Además, incluimos una guía (haz click aquí o desplácese hacia abajo para ver el PDF) de los tampones más utilizados en el laboratorio describiendo su pH y composición.

Recursos adicionales:

Guía de usuario para tampones Goldbio

Catálogo de tampones GoldBio, por familia

Catálogo de tampones GoldBio, por pH

Referencias

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Good, N. E., Winget, G. D., Winter, W., Connolly, T. N., Izawa, S., & Singh, R. M. (1966). Hydrogen Ion Buffers for Biological Research*. Biochemistry, 5(2), 467-477. doi:10.1021/bi00866a011.

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