Por lo general, la hidrólisis es un proceso químico en el que se agrega una molécula de agua a una sustancia. A veces, esta adición hace que tanto la sustancia como la molécula de agua se dividan en dos partes. En tales reacciones, un fragmento de la molécula objetivo (o molécula madre) gana un ion hidrógeno. Rompe un enlace químico en el compuesto.
Saltaseditar
Un tipo común de hidrólisis se produce cuando una sal de un ácido débil o base débil (o ambos) se disuelve en agua. El agua se ioniza espontáneamente en aniones hidróxidos y cationes de hidronio. La sal también se disocia en sus aniones y cationes constituyentes. Por ejemplo, el acetato de sodio se disocia en agua en iones de sodio y acetato. Los iones de sodio reaccionan muy poco con los iones de hidróxido, mientras que los iones de acetato se combinan con los iones de hidronio para producir ácido acético. En este caso, el resultado neto es un exceso relativo de iones hidróxido, dando como resultado una solución básica.
Los ácidos fuertes también sufren hidrólisis. Por ejemplo, la disolución de ácido sulfúrico (H2SO4) en agua se acompaña de hidrólisis para dar hidronio y bisulfato, la base conjugada del ácido sulfúrico. Para una discusión más técnica de lo que ocurre durante tal hidrólisis, ver teoría ácido–base de Brønsted–Lowry.
Ésteres y amidaseditar
Las hidrolizadas catalizadas con ácido–base son muy comunes; un ejemplo es la hidrólisis de amidas o ésteres. Su hidrólisis ocurre cuando el nucleófilo (un agente buscador de núcleos, por ejemplo, agua o ion hidroxilo) ataca el carbono del grupo carbonilo del éster o amida. En una base acuosa, los iones hidroxilo son mejores nucleófilos que las moléculas polares como el agua. En los ácidos, el grupo carbonilo se protona, y esto conduce a un ataque nucleofílico mucho más fácil. Los productos para ambas hidrolizadas son compuestos con grupos de ácido carboxílico.
Quizás el ejemplo más antiguo de hidrólisis de éster practicado comercialmente es la saponificación (formación de jabón). Es la hidrólisis de un triglicérido (grasa) con una base acuosa como el hidróxido de sodio (NaOH). Durante el proceso, se forma glicerol, y los ácidos grasos reaccionan con la base, convirtiéndolos en sales. Estas sales se llaman jabones, de uso común en los hogares.
Además, en los sistemas vivos, la mayoría de las reacciones bioquímicas (incluida la hidrólisis de ATP) tienen lugar durante la catálisis de enzimas. La acción catalítica de las enzimas permite la hidrólisis de proteínas, grasas, aceites y carbohidratos. Como ejemplo, se pueden considerar las proteasas (enzimas que ayudan a la digestión al causar hidrólisis de los enlaces peptídicos en las proteínas). Catalizan la hidrólisis de enlaces peptídicos interiores en cadenas peptídicas, a diferencia de las exopeptidasas (otra clase de enzimas, que catalizan la hidrólisis de enlaces peptídicos terminales, liberando un aminoácido libre a la vez).
Sin embargo, las proteasas no catalizan la hidrólisis de todo tipo de proteínas. Su acción es estereosectiva: Solo las proteínas con una cierta estructura terciaria se dirigen, ya que se necesita algún tipo de fuerza orientadora para colocar al grupo amida en la posición adecuada para la catálisis. Los contactos necesarios entre una enzima y sus sustratos (proteínas) se crean porque la enzima se pliega de tal manera que forma una grieta en la que encaja el sustrato; la grieta también contiene los grupos catalíticos. Por lo tanto, las proteínas que no encajan en la grieta no sufrirán hidrólisis. Esta especificidad preserva la integridad de otras proteínas, como las hormonas, y por lo tanto el sistema biológico continúa funcionando normalmente.
Tras la hidrólisis, una amida se convierte en ácido carboxílico y una amina o amoníaco (que en presencia de ácido se convierten inmediatamente en sales de amonio). Uno de los dos grupos de oxígeno en el ácido carboxílico se deriva de una molécula de agua y la amina (o amoníaco) gana el ion hidrógeno. La hidrólisis de péptidos da aminoácidos.
Muchos polímeros de poliamida, como el nylon 6,6, se hidrolizan en presencia de ácidos fuertes. El proceso conduce a la despolimerización. Por esta razón, los productos de nailon fallan al fracturarse cuando se exponen a pequeñas cantidades de agua ácida. Los poliésteres también son susceptibles a reacciones similares de degradación de polímeros. El problema se conoce como agrietamiento por tensión ambiental.
ATPEdit
La hidrólisis está relacionada con el metabolismo y el almacenamiento de energía. Todas las células vivas requieren un suministro continuo de energía para dos propósitos principales: la biosíntesis de micro y macromoléculas, y el transporte activo de iones y moléculas a través de las membranas celulares. La energía derivada de la oxidación de nutrientes no se utiliza directamente, sino que, mediante una compleja y larga secuencia de reacciones, se canaliza hacia una molécula especial de almacenamiento de energía, el trifosfato de adenosina (ATP). La molécula de ATP contiene enlaces de pirofosfato (enlaces formados cuando se combinan dos unidades de fosfato) que liberan energía cuando es necesario. El ATP puede sufrir hidrólisis de dos maneras: En primer lugar, la eliminación de fosfato terminal para formar difosfato de adenosina (ADP) y fosfato inorgánico, con la reacción:
ATP + H
2O → ADP + Pi
En segundo lugar, la eliminación de un difosfato terminal para producir monofosfato de adenosina (AMP) y pirofosfato. Este último suele sufrir una mayor escisión en sus dos fosfatos constituyentes. Esto da lugar a reacciones de biosíntesis, que generalmente ocurren en cadenas, que pueden impulsarse en la dirección de la síntesis cuando los enlaces fosfatados han sufrido hidrólisis.
PolysaccharidesEdit
Los monosacáridos se pueden unir por enlaces glucosídicos, que se pueden escindir por hidrólisis. Dos, tres, varios o muchos monosacáridos así unidos forman disacáridos, trisacáridos, oligosacáridos o polisacáridos, respectivamente. Las enzimas que hidrolizan enlaces glucosídicos se denominan «glucósidos hidrolasas»o » glucosidasas».
El disacárido más conocido es la sacarosa (azúcar de mesa). La hidrólisis de sacarosa produce glucosa y fructosa. La invertasa es una sacarasa utilizada industrialmente para la hidrólisis de sacarosa en el llamado azúcar invertido. La lactasa es esencial para la hidrólisis digestiva de la lactosa en la leche; muchos humanos adultos no producen lactasa y no pueden digerir la lactosa en la leche.
La hidrólisis de polisacáridos a azúcares solubles puede reconocerse como sacarificación. La malta hecha de cebada se utiliza como fuente de β-amilasa para descomponer el almidón en la maltosa disacárida, que puede ser utilizada por la levadura para producir cerveza. Otras enzimas amilasas pueden convertir el almidón en glucosa u oligosacáridos. La celulosa es hidrolizada primero a celobiosa por la celulasa y luego la celobiosa es hidrolizada posteriormente a glucosa por la beta-glucosidasa. Los rumiantes, como las vacas, son capaces de hidrolizar la celulosa en celobiosa y luego glucosa debido a las bacterias simbióticas que producen celulasas.
Metal aqua Ionseditar
Los iones metálicos son ácidos de Lewis, y en solución acuosa forman complejos metálicos acuosos de fórmula general M (H2O)nm+. Los iones acuáticos sufren hidrólisis, en mayor o menor medida. El primer paso de hidrólisis se da genéricamente como
M(H2O)nm+ + H2O M M(H2O)n−1(OH) (m−1)+ + H3O+
Por lo tanto, los aquacationes se comportan como ácidos en términos de la teoría ácido-base de Brønsted-Lowry. Este efecto se explica fácilmente considerando el efecto inductivo del ion metálico cargado positivamente, que debilita el enlace O-H de una molécula de agua unida, haciendo que la liberación de un protón sea relativamente fácil.
La constante de disociación, pKa, para esta reacción está más o menos linealmente relacionada con la relación carga-tamaño del ion metálico. Los iones con cargas bajas, como el Na+, son ácidos muy débiles con hidrólisis casi imperceptible. Los iones divalentes grandes como Ca2+, Zn2+, Sn2 + y Pb2+ tienen un pKa de 6 o más y normalmente no se clasificarían como ácidos, pero los iones divalentes pequeños como Be2+ sufren una hidrólisis extensa. Los iones trivalentes como Al3+ y Fe3+ son ácidos débiles cuyo pKa es comparable al del ácido acético. Las soluciones de sales como BeCl2 o Al (NO3)3 en agua son notablemente ácidas; la hidrólisis se puede suprimir agregando un ácido como el ácido nítrico, haciendo que la solución sea más ácida.
La hidrólisis puede continuar más allá del primer paso, a menudo con la formación de especies polinucleares a través del proceso de olación. Algunas especies «exóticas» como Sn3 (OH)42 + están bien caracterizadas. La hidrólisis tiende a proceder a medida que el pH aumenta, lo que en muchos casos conduce a la precipitación de un hidróxido como Al(OH)3 o AlO(OH). Estas sustancias, constituyentes principales de la bauxita, se conocen como lateritas y se forman por lixiviación de rocas de la mayoría de los iones distintos del aluminio y el hierro y la posterior hidrólisis del aluminio y el hierro restantes.