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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 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...
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
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
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