MECANISMOS DISIPATIVOS Y SUSFUERZAS IMPULSORAS

Bibliografía

• Temas de Biofísica

– Mario Parisi

– Capítulo 3: Los Grandes Mecanismos

Disipativos y sus Fuerzas Impulsoras

Gradiente

[C]-[B] [D]-[C]

A B C D E

x x

Variación de una “cierta cantidad” en función de la distancia

Gradiente

• Gradiente Químico

• Gradiente Eléctrico

• Gradiente Electroquímico

• Gradiente Osmótico

Gradiente QuímicoVariación de concentración…

Cuando entre dos puntos de un sistema existe una variación de concentración, esta

tiende a disiparse.

AguaGota

colorante

• Diferencia de Concentración

• Movimiento al azar

• Movimiento espontáneo

– G < 0

Gradiente Químico

Difusión…

Fuerza Impulsora: Agitación Térmica

Movimiento “cinético” de las partículas debido a su energía interna.

• Permeables

• Semipermeables

• Impermeables

Gradiente Químico

Membranas…

Coeficiente de Staverman (S)

c

e

P

PS

c

e

OsM

OsMS

a soluto s = 1

a soluto s = 0

Glucosa 100 mM Glucosa 100 mM

Glucosa 100 mM

Difusión: Movimiento de una partícula de un

lugar a otro debido a la existencia de una F. I:

Agitación Térmica

Flujo: J=J

Cantidad de “algo” que atraviesa un área

determinada en la unidad de tiempo.

• Flujo Unidireccional

• Flujo Neto: paso de soluto desde el lugar de

mayor concentración hacia el de menor

concentración

dt

dAJ

,...;;

3

s

C

s

m

s

Kg

Gradiente QuímicoFlujo...

Glucosa 100mM Glucosa 200mM

Jt=J2-J1

J2

J1

Jt

J2

J1

Ley de Fick

Establece los factores que están relacionados con la magnitud del flujo neto de difusión.

d

c1

c2

x

CDAJ

x

CJ

α

x

CCDAJ

21

a

KTD

6

sm P=x

D

Dm: Coeficiente de Difusión

para una membrana

D Coeficiente de Difusión [cm2/s]A Área [cm2]C Variación de la concentración [mol/cm3]x Distancia [m]J Flujo [mol/s]

[mol/s.cm2]

x

CCDAJ

21Ley de Fick

x

CCADJ m

21

CAPJ s

• La disipación de un gradiente libera una cierta energia.

• El potencial quimico expresa la energia

libre asociada al gradiente quimico,

disponible para realizar un trabajo.

• Soluciones diluidas gas ideal

CRTo ln

Difusión y Potencial Químico

CRTo ln

Difusión y Potencial Químico

: Potencial Químico para un soluto en solucióno: Potencial de ReferenciaR: Constante de los gasesT: Temperatura AbsolutaC: Concentración

2

1lnC

CRTDiferencia de Potencial

Químico

Forma medible de expresar la Energía Libre de Gibbs

Gradiente Eléctrico

• Potencial de

Membrana

• Contracción Muscular

• Impulso Nervioso, etc

NaCl 100 mM

Variación o distribución de cargas en función de la distancia

Concepto...

Cl Na

NaCl 100 mM

Jion

=PeAV

- +

V

Gradiente Eléctrico

Jion V

Pe Coeficiente de Permeabilidad eléctrica del ión en la membrana

Flujo Eléctrico...

Flujo eléctrico: Cantidad de carga que atraviesa la membrana

en un tiempo determinado.

Gradiente Eléctrico

Función que define cuánta energía se le debeasociar a una carga para desplazarla.

Energía disponible para realizar un trabajo

F. Impulsora: Diferencia de Potencial (V)...

Ej: 1 mol de cargas monovalentesValencia = 1

Equivalente eléctrico = # moles. iEquivalente eléctrico = 1 mol. 1Equivalene eléctrico = 1

We = Ue = qV

Gradiente Eléctrico

F. Impulsora: Diferencia de Potencial (V)...

La carga en coulombs de un equivalente es la Constante de Faraday F (Medida Experimentalmente)

F = 96500 C/mol

VqUe

VFUe

VzFUe Caso General

Donde z: Valencia

Gradiente ElectroquímicoEL soluto tiene carga neta....

El transporte de soluto se ve influído tanto por la gradiente de concentración como por el gradiente eléctrico a través de la membrana

Ejemplo: El potencial de membrana

[Na+]

14mEq/l[Na+]140mEq/l

+ -

Extra C Intra C

Potencial electroquímico favorable para entrar

Potencial Electroquímico

Potencial Químico RTlnCo

μμ

zFVUe Potencial Eléctrico

zFVRTlnCo

μμ Potencial Electroquímico

VzFC

CRTG

2

1lnEnergía Libre de Gibbs

Gradiente osmótico:

ósmosis

• Se genera un gradiente osmótico entre dos

soluciones, separadas por una membrana cuando

existe una diferencia de osmolaridad (OsM).

Sacarosa 100 mM Agua

Sacarosa 100 mM Agua

P

Gradiente osmótico: ósmosisSistema de Regulación....

• Diferencia de Osmolaridad• Diferencia de P.Hidrostática

P equilibrio P menor P mayor

• Diferencia de presión que debe existir entre lasolución y su solvente puro para que este no pase(en ningún sentido) a través de la membrana.

• Propiedad inherente a toda solución

• Osmómetro– Ej: Presión osmótica del plasma 7 atmósferas

Presión osmótica

Soluto: Comportamiento según el modelo de Gas Ideal

[] = atmósferasnRT

V MRT

MiRT

Presión de equilibrio....

• Es necesaria una presión de 22,4 atm para impedir elpaso neto de agua a través de una membranaosmótica, desde un compartimiento de agua purahacia otro con una solución.

Gradiente osmótico: ósmosisEjemplo....

Presión Osmótica de una solución 1 Molar a 0ºC

atm 22.4 π

273K x mol.K

atm.l 0.082 x

l

mol1 π

MRT π

Propiedades Coligativas

• Congelamiento a 0°C

• Ebullición a 100°C

• Presión de vapor 47mmHg a 37°C

Agua pura a nivel del mar ...

¿ Qué pasa si se agrega un soluto ?

Congelamiento: Menor 0°C: Descenso Crioscópico

Ebullición: Mayor 100°C: Ascenso Ebulloscópico

Presión de vapor: Menor 47mmHg a 37°C: Descenso de la presión de vapor

Tc,ag

-Tc,sol

=Tc=K

c*M

Descenso Crioscópico

T1 T2

Kc= 186 K.l/mol

Te,sol-Te,ag=Te=Ke*M

Ascenso Ebulloscópico

Ke

= 0.512 Kl/mol

Pv = Pvi-Pvf

Descenso en la Presión de Vapor

Presión a la cual debe estar sometido el sistema paraque el estado líquido y el estado gaseoso coexistan auna determinada temperatura.

MKT ee

MKT cc

VfViV PPP

MRT π

Si el soluto es cargado... i: valencia

Número de Partículas de soluto en solución por

unidad de volumen