Hidrólisis: en qué consiste y ejemplos de reacciones
La hidrólisis es una reacción química que puede darse en moléculas o iones tanto inorgánicos como orgánicos, y que involucra la participación del agua para el rompimiento de sus enlaces. Su nombre origina del griego, ‘hidro’ de agua, y ‘lisis’ de ruptura.
La molécula de agua, H2O, establece un equilibrio con los iones de sales de ácidos y bases débiles, apareciendo por vez primera este concepto en estudios generales de la química y en química analítica. Es pues, una de las reacciones químicas más simples.
En varios ejemplos de hidrólisis el agua por sí sola es incapaz de romper un determinado enlace covalente. Cuando esto ocurre, el proceso se acelera o cataliza mediante la acidificación o alcalinización del medio; es decir, en presencia de iones H3O+ u OH–, respectivamente. Asimismo, existen enzimas que catalizan las hidrólisis.
La hidrólisis ocupa un lugar especial en lo que respecta a las biomoléculas, pues los enlaces que mantienen unidos sus monómeros son susceptibles a hidrolizarse bajo ciertas condiciones. Por ejemplo, los azúcares se hidrolizan para descomponer los polisacáridos en sus monosacáridos constituyentes gracias a la acción de las enzimas glucosidasas.
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La imagen superior explica en qué consiste la hidrólisis. Nótese que no solo la molécula o sustrato (si median enzimas) rompe su enlace, sino también el agua misma, la cual se “fractura” en H+ y OH–, donde H+ termina con A, y OH– con B. A-B reacciona pues con una molécula de agua originando dos productos, A-H y B-OH.
La hidrólisis por lo tanto es la reacción contraria a la condensación. En la condensación dos productos, a decir A-H y B-OH, se unen mediante la liberación de una molécula pequeña: el agua. En la hidrólisis una molécula se consume, mientras que en la condensación esta se libera o produce.
Regresando al ejemplo de los azúcares, supóngase que A-B corresponde a un dímero de sacarosa, donde A representa la glucosa, y B la fructosa. El enlace A-B, glucosídico, puede hidrolizarse para originar los dos monosacáridos por separado y en disolución, y lo mismo le ocurre a los oligo y polisacáridos si median enzimas en tales reacciones.
Nótese que en esta reacción, la de A-B, la flecha tiene solo una dirección; es decir, es una hidrólisis irreversible. Sin embargo, muchas hidrólisis son de hecho reacciones reversibles que alcanzan un equilibrio.
El ATP es estable entre valores de pH de 6,8 y 7,4. Sin embargo, a valores de pH extremos se hidroliza espontáneamente. En los seres vivos la hidrólisis es catalizada por enzimas conocidas como ATPasas:
ATP + H2O => ADP + Pi
Esta reacción es fuertemente exergónica, ya que la entropía del ADP es mayor que la del ATP. La variación de la energía libre de Gibbs (ΔGº) es – 30,5 kJ/mol. La energía producida por la hidrólisis del ATP se utiliza en numerosas reacciones endergónicas.
Reacciones acopladas
En algunos casos, se usa la hidrólisis del ATP para la conversión de un compuesto (A) en un compuesto (B).
A + ATP + H2O => B + ADP + Pi + H+
Dos moléculas de agua pueden reaccionar entre sí en una aparente hidrólisis:
H2O + H2O => H3O+ + OH–
Es como si una de esas moléculas de agua se fracturara en H+ y OH–, yendo a enlazarse el H+ al átomo de oxígeno de la otra molécula de agua, lo cual origina el ion hidronio, H3O+. Esta reacción, más que una hidrólisis, se trata de la autoionización o autoprotólisis del agua.
Las proteínas son macromoléculas estables y para lograr su hidrólisis completa, en los aminoácidos que las constituyen, se requieren condiciones extremas; tales como una concentración de ácido clorhídrico (6 M) y altas temperaturas.
No obstante, los seres vivos están dotados de un arsenal enzimático que le permiten la hidrólisis de las proteínas en aminoácidos en el duodeno. Las enzimas que intervienen en la digestión proteica son secretadas casi totalmente por el páncreas.
Hay enzimas exopeptidasas que degradan las proteínas, comenzando por sus extremos: la aminopeptidasa por el extremo amino, y la carboxipeptidasa por el extremo carboxilo. Las enzimas endopeptidasas ejercen su acción en el interior de la cadena proteína, por ejemplo: la tripsina, pepsina, la quimotripsina, etc.
Las amidas al ser calentadas en un medio alcalino originan un ácido carboxílico y una amina:
RCONH2 + H2O => RCOO– + NH2
Los esteres en un medio acuoso son hidrolizados en un ácido carboxílico y un alcohol. El proceso es catalizado ya sea por una base o un ácido:
RCO-OR’ + H2O => RCOOH + R’OH
Esta es la famosa reacción de saponificación.
En el agua varias especies se hidrolizan para acidificar o alcalinizar el medio acuoso.
Adición de una sal básica
El acetato de sodio, una sal básica, se disocia en agua dando iones Na+ (sodio) y CH3COO– (acetato). Su basicidad se debe a que el acetato se hidroliza para generar iones OH–, mientras que el sodio permanece inalterado:
CH3COO– + H2O => CH3COOH + OH–
El OH– es el responsable de que el pH aumente y se torne básico.
Adición de una sal ácida
El cloruro de amonio (NH4Cl) está formado por el ion cloruro (Cl–) proveniente del ácido clorhídrico (HCl), un ácido fuerte, y el catión amonio (NH4+) proveniente del hidróxido de amonio (NH4OH), una base débil. El Cl– no se disocia en agua, pero el catión amonio se transforma en el agua en la forma siguiente:
NH4+ + H2O => NH3 + H3O+
La hidrólisis del catión amonio produce protones que aumentan la acidez de un medio acuoso, por lo que se concluye que el NH4Cl es una sal ácida.
Adición de una sal neutra
El cloruro de sodio (NaCl) es una sal producto de la reacción de una base fuerte (NaOH) con un ácido fuerte (HCl). Al disolver el cloruro de sodio en el agua, se produce el catión sodio (Na+) y el anión (Cl–). Ambos iones no se disocian en el agua, por lo que no añaden H+ u OH–, manteniéndose constante su pH.
Por lo tanto, se dice que el cloruro de sodio es una sal neutra.
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