MECANISMOS DISIPATIVOS Y SUS FUERZAS IMPULSORAS

Transcripción

1 MECANISMOS DISIPATIVOS Y SUS FUERZAS IMPULSORAS

2 Temas de Biofísica Mario Parisi Bibliografía Capítulo 3: Los Grandes Mecanismos Disipativos y sus Fuerzas Impulsoras

3 Gradiente Variación de una cierta cantidad en función de la distancia x x A B C D E [C]-[B] [D]-[C]

4 Gradiente Gradiente Químico Gradiente Eléctrico Gradiente Electroquímico Gradiente Osmótico

5 Gradiente Químico Variación de concentración Agua Gota colorante Cuando entre dos puntos de un sistema existe una variación de concentración, esta tiende a disiparse.

6 Gradiente Químico Diferencia de Concentración Movimiento al azar Movimiento espontáneo G < 0 Difusión Fuerza Impulsora: Agitación Térmica Movimiento cinético de las partículas debido a su energía interna.

7 Gradiente Químico Permeables Semipermeables Impermeables Membranas a soluto s = 0 a soluto s = 1 Coeficiente de Staverman (S) S S P P e c OsM OsM e c

8 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 Glucosa 100 mm Flujo: J=J

9 Gradiente Químico Flujo... 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 J da dt Kg s ; m s 3 ; C s,...

10 Glucosa 100mM Glucosa 200mM J 1 J 1 J 2 J t J t =J 2 -J 1 J 2

11 Ley de Fick Establece los factores que están relacionados con la magnitud del flujo neto de difusión. J α C x c 1 c2 J C DA x J C1 C DA x KT D 6 a 2 d

12 Ley de Fick J C DA C 1 2 x D Coeficiente de Difusión [cm 2 /s] A Área [cm 2 ] C Variación de la concentración [mol/cm 3 ] x Distancia [m] J Flujo [mol/s] [mol/s.cm 2 ] J C1 C2 Dm A x D m x = Dm: Coeficiente de Difusión para una membrana P s J PA s C

13 Difusión y Potencial Químico 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 o RT lnc

14 Difusión y Potencial Químico o RT lnc : Potencial Químico para un soluto en solución o : Potencial de Referencia R: Constante de los gases T: Temperatura Absoluta C: Concentración Diferencia de Potencial Químico RT ln C C 1 2 Forma medible de expresar la Energía Libre de Gibbs

15 Gradiente Eléctrico Concepto... Potencial de Membrana Contracción Muscular Impulso Nervioso, etc NaCl 100 mm Variación o distribución de cargas en función de la distancia

16 Gradiente Eléctrico V Flujo Eléctrico... J ion V J ion =P e AV - + NaCl 100 mm Cl Na P e Coeficiente de Permeabilidad eléctrica del ión en la membrana Flujo eléctrico: Cantidad de carga que atraviesa la membrana en un tiempo determinado.

17 Gradiente Eléctrico F. Impulsora: Diferencia de Potencial (V)... Función que define cuánta energía se le debe asociar a una carga para desplazarla. Energía disponible para realizar un trabajo We = Ue = qv Ej: 1 mol de cargas monovalentes Valencia = 1 Equivalente eléctrico = # moles. i Equivalente eléctrico = 1 mol. 1 Equivalene eléctrico = 1

18 Gradiente Eléctrico F. Impulsora: Diferencia de Potencial (V)... La carga en coulombs de un equivalente es la Constante de Faraday F (Medida Experimentalmente) F = C/mol U e q V U e F V Caso General U e zf V Donde z: Valencia

19 Gradiente Electroquímico EL 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 Extra C Intra C [Na + ] 140mEq/l + - [Na + ] 14mEq/l

20 Potencial electroquímico favorable para entrar

21 Potencial Electroquímico Potencial Químico μ μ o RTlnC Potencial Eléctrico U e zfv Potencial Electroquímico Energía Libre de Gibbs G μ μ o RT ln RTlnC zfv C C 1 2 zfv

22 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

23 Gradiente osmótico: ósmosis Sistema de Regulación... P Diferencia de Osmolaridad Diferencia de P.Hidrostática P equilibrio P menor P mayor Sacarosa 100 mm Agua

24 Presión osmótica Presión de equilibrio... Diferencia de presión que debe existir entre la solución 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 Soluto: Comportamiento según el modelo de Gas Ideal n RT V MRT [] = atmósferas MiRT

25 Gradiente osmótico: ósmosis Ejemplo... Es necesaria una presión de 22,4 atm para impedir el paso neto de agua a través de una membrana osmótica, desde un compartimiento de agua pura hacia otro con una solución. Presión Osmótica de una solución 1 Molar a 0ºC π MRT π π mol 1 x l 22.4 atm atm.l mol.k x 273K

26 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

27 Descenso Crioscópico T c,ag -T c,sol =T c =K c *M K c = 186 K.l/mol T 1 T 2

28 Ascenso Ebulloscópico T e,sol -T e,ag =T e =K e *M K e = Kl/mol

29 Descenso en la Presión de Vapor P v = P vi -P vf Presión a la cual debe estar sometido el sistema para que el estado líquido y el estado gaseoso coexistan a una determinada temperatura. T T e c K K e c M M Número de Partículas de soluto en solución por unidad de volumen P V P Vi π MRT P Vf Si el soluto es cargado... i: valencia