HEPES es un compuesto orgánico zwitteriónico utilizado ampliamente como solución tampón en bioquímica, biología molecular, cultivos celulares y formulaciones farmacéuticas. Su función principal es mantener estable el pH de una solución cuando se añaden pequeñas cantidades de ácido o base.
El valor de HEPES está en la estabilidad que puede aportar durante la preparación, manipulación o lectura del cultivo. Aunque HEPES es un tampón ampliamente utilizado, no siempre es la mejor opción.
¿Qué es HEPES?
HEPES es el nombre abreviado del ácido 4-(2-hidroxietil)-1-piperazinil)etanosulfónico, de fórmula C8H18N2O4S.
Es un compuesto orgánico también denominado ácido 4-(2-hidroxietil)-1-piperazinaetanosulfónico, N-(2-hidroxietil)piperazina-N'-(ácido 2-etanosulfónico) o ácido 2-[4-(2-hidroxietil)piperazin-1-il]etanosulfónico (nombre IUPAC).
Se utiliza ampliamente en bioquímica y biología molecular como agente tampón para mantener el pH fisiológico.
Es un tampón zwitteriónico (tiende a donar o aceptar protones, iones H+, en función del pH de la solución acuosa en la que se encuentra), derivado de la piperazina, clasificado como tampón de Good.
La solución tampón HEPES (1 M), también conocida como ácido N-2-hidroxietilpiperazina-N-2-etanosulfónico, es un agente tampón orgánico zwitteriónico ampliamente utilizado en medios de cultivo celular.
¿Para qué sirve el HEPES?
El HEPES se utiliza ampliamente para tamponar muestras biológicas por su capacidad amortiguadora a pH fisiológico y por su menor toxicidad comparado con otros compuestos similares; también como componente de cultivos celulares, por ejemplo, en la industria farmacéutica.
HEPES proporciona una capacidad tampón fiable en los sistemas de cultivo celular, especialmente cuando las células se manipulan fuera de una incubadora de CO₂.
Este tampón es impermeable a las membranas, tiene una interferencia mínima con las reacciones bioquímicas y demuestra una gran estabilidad química y enzimática.
Cuando se cultivan células en un laboratorio, es necesario mantener estable el pH del medio de crecimiento porque las células son muy sensibles a los cambios de pH.
Los medios tamponados con HEPES se utilizan especialmente cuando la estabilidad del valor del pH en el medio desempeña un papel importante.
Los sistemas de cultivo celular sensibles al valor del pH reciben una amortiguación adicional en el rango de pH 7,2 - 7,6 mediante la adición de HEPES.
Las fluctuaciones en el valor del pH se producen de forma natural a través del metabolismo de las células cultivadas, pero también con los cambios en la concentración de CO₂ en la incubadora o en el ambiente circundante.
¿Cómo actúa HEPES como tampón?
En términos simples, un tampón es una sustancia que puede resistir cambios de pH cuando se agregan pequeñas cantidades de ácido o base a una solución.
HEPES, que significa ácido 4-(2-hidroxietil)-1-piperazinaetanosulfónico, es uno de esos tampones superestrella.
Una de las características clave de HEPES es su valor de pKa.
El pKa es una medida de la acidez de un compuesto y, para HEPES, es de alrededor de 7,55 a 25°C.
Esto significa que en una solución, HEPES puede existir en dos formas: la forma protonada (cuando tiene un ion de hidrógeno adicional) y la forma desprotonada (cuando pierde ese ion de hidrógeno).
Si se añade una pequeña cantidad de ácido, el ácido donará iones de hidrógeno a la solución.
Pero en lugar de que el pH baje significativamente, la forma desprotonada de HEPES reaccionará con esos iones de hidrógeno adicionales y se convertirá en la forma protonada.
Si se agrega una pequeña cantidad de base a la solución, la base eliminará los iones de hidrógeno de la solución.
En este caso, la forma protonada de HEPES donará sus iones de hidrógeno a la solución, convirtiéndose nuevamente en la forma desprotonada.
De esta manera, las dos formas de HEPES ayudan a compensar variaciones moderadas de acidez o alcalinidad y contribuyen a conservar el pH dentro del intervalo de trabajo.
Propiedades principales del HEPES
| Propiedad | Valor o descripción |
|---|---|
| Nombre abreviado | HEPES |
| Fórmula molecular | C8H18N2O4S |
| Número CAS | 7365-45-9 |
| Masa molar | 238,31 g/mol |
| pKa | 7,48 a 25 °C |
| Rango de pH efectivo | 6,8 a 8,2 |
| Punto de fusión | 234 y 238°C |
| Solubilidad en agua | 400 g/L a 20 °C |
| Naturaleza química | Compuesto orgánico zwitteriónico |
| Clasificación | Tampón de Good |
Tiene un pKa de 7,48 a 25 °C, con capacidad tamponante efectiva en un intervalo de pH entre 6,8 a 8,2.
HEPES también tiene buena solubilidad en agua, lo cual es esencial para preparar soluciones tampón.
Puede disolver fácilmente HEPES en agua para crear un tampón con el pH deseado.
El pH de una solución acuosa de HEPES al 1% está entre 4,7 y 6,0.
HEPES en cultivos celulares
Otra gran ventaja de HEPES es que es relativamente no tóxico para las células.
Esto lo hace realmente popular en aplicaciones de cultivo celular.
En los medios de cultivo celular, se emplea como sustituto del tampón de bicarbonato a una concentración de 25 mM o como complemento del tampón de bicarbonato (concentración 10 - 15 mM).
En muchos protocolos se evalúa entre 10 y 25 mM.
La solución se suministra como un concentrado de 1 M preparado en agua apta para cultivos celulares y se filtra de forma estéril para su uso en entornos sensibles a la contaminación.
Se puede diluir hasta la concentración de trabajo deseada en función de los requisitos de la aplicación.
HEPES proporciona una capacidad tampón fiable en los sistemas de cultivo celular, especialmente cuando las células se manipulan fuera de una incubadora de CO₂.
Aplicaciones del HEPES
Bioquímica y ensayos enzimáticos
En bioquímica, se utiliza en ensayos enzimáticos para mantener el pH óptimo para la actividad enzimática.
Las enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas en organismos vivos y, por lo general, funcionan mejor a un pH específico.
Al limitar las variaciones de pH, HEPES ayuda a que las condiciones del ensayo sean más constantes durante la reacción.
Biología molecular
En biología molecular, HEPES se utiliza en procedimientos de extracción de ADN y ARN.
Estos procesos a menudo implican múltiples pasos en los que es necesario controlar cuidadosamente el pH para garantizar la integridad de los ácidos nucleicos.
La adición de 20 mM de HEPES al tampón TBE mejora el comportamiento de la migración de ciertas muestras en el análisis SSCP (polimorfismo de conformación de una sola hebra), con una mayor resolución, especialmente si se desean pequeñas diferencias en las secuencias entre ciertas bandas.
Industria farmacéutica
En la industria farmacéutica, HEPES se utiliza en la formulación de medicamentos.
Muchos medicamentos deben almacenarse y administrarse a un pH específico para mantener su eficacia y estabilidad.
DC Fine Chemicals suministra tampones biológicos y materias primas utilizadas en entornos de life sciences, bioprocesos y aplicaciones farmacéuticas.
Aplicaciones cosméticas
El ácido hidroxietilopiperacina-etanosulfónico o HEPES es una molécula química que actúa como agente amortiguador orgánico.
El HEPES funciona aportando su pH básico más neutro (7,0-7,6 pH) a la solución cosmética, equilibrando así la naturaleza de sus homólogos más ácidos.
Debido a su capacidad para mantener las condiciones de pH durante las reacciones químicas, el HEPES se combina frecuentemente con ingredientes como ácido glicólico.
Esta combinación tampón de ácidos se encuentra habitualmente en los cosméticos para ayudar a prolongar y mantener la calidad de los productos para el cuidado de la piel.
Limitaciones y precauciones
La utilidad del HEPES está limitada por el hecho de que no puede utilizarse si se va a realizar una determinación de proteínas después de la Folin.
Además, el sistema de anillos de piperazina forma radicales en determinadas condiciones.
Fototoxicidad: en algunos contextos, HEPES puede contribuir a la formación de especies reactivas de oxígeno bajo iluminación intensa, especialmente en presencia de ciertos fotosensibilizadores.
Puede contribuir a estrés oxidativo bajo iluminación intensa en determinados contextos.
Algunas sondas o indicadores pueden responder de forma diferente.
La concentración de HEPES debe definirse según el comportamiento real del medio y del cultivo.
La elección del sistema tampón depende del uso real del medio.
Solo para uso en investigación.
No apto para procedimientos diagnósticos o terapéuticos.
Diferencia entre HEPES, HEPPS y HEPPSO
Químicamente, tanto el HEPES, el HEPPS y el HEPPSO son ácidos alcanosulfónicos derivados de la piperazina.
Los tres son tampones zwitteriónicos, clasificados como tampones de Good.
La diferencia está en la longitud de la cadena de carbono entre el grupo amino y el ácido sulfónico, por lo tanto el pKa y el rango de pH efectivo son distintos.
Identificación química del HEPES
El número CAS es un identificador numérico único, que designa una única y específica sustancia.
El número CAS 7365-45-9 corresponde al HEPES, de fórmula C8H18N2O4S.
El ácido 2-(4-(2-hidroxietil)-1-piperazinil)etanosulfónico, de fórmula C8H18N2O4S, es un compuesto orgánico comúnmente denominado HEPES, siendo otras denominaciones ácido 4-(2-hidroxietil)-1-piperazinaetanosulfónico, N-(2-hidroxietil)piperazina-N'-(ácido 2-etanosulfónico) o ácido 2-[4-(2-hidroxietil)piperazin-1-il]etanosulfónico (nombre IUPAC).
El ácido 4-(2-hidroxietil)-1-piperazinaetanosulfónico, de fórmula C8H18N2O4S, es un compuesto orgánico comúnmente denominado HEPES, siendo otras denominaciones ácido 2-(4-(2-hidroxietil)-1-piperazinil)etanosulfónico, N-(2-hidroxietil)piperazina-N'-(ácido 2-etanosulfónico) o ácido 2-[4-(2-hidroxietil)piperazin-1-il]etanosulfónico (nombre IUPAC).
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