Resumen De Tema 2

Transporte a través de membranas Difusión de solutos en solución Difusión: Es el flujo irreversible (espontáneo) de un soluto, desde las zonas de mayor concentración a las de menor concentración, en presencia de un gradiente de concentración. La difusión de un soluto ocurre de las regiones de mayor concentración hacia las zonas de menor concentración. El proceso de difusión depende del movimiento browniano aleatorio que tienen todas las partículas en solución, y a su vez, éste movimiento depende de la energía térmica cinética de las moléculas; eso quiere decir que al aumentar la temperatura de la solución, las moléculas se moverán más y a mayor velocidad. Ilustrémoslo con un ejemplo: Tenemos una gota de tinta en un recipiente con agua. Sabemos que al elevar la temperatura se eleva la energía cinética; entonces al aumentar la temperatura de la solución las moléculas de tinta comenzarán a moverse en cualquier dirección, de suceder que lleguen a moverse hacia el interior de la gota de tinta, las moléculas tardaran menos en encontrarse unas con otras y su desplazamiento será corto; en cambio sí se desplazan hacia el exterior de la gota de tinta, las moléculas tenderán a dispersarse y su desplazamiento será más largo. Con el tiempo, al continuar aumentando la energía cinética, las moléculas van a dispersarse hacia el exterior de la gota hasta que la solución pase a ser una mezcla homogénea, se alcance el estado de equilibrio y se complete el proceso de difusión al terminar de pasar el soluto desde donde estaba más concentrado (en la gota), hasta donde se encontraba menos concentrado.

Difusión Flujo – Fuerza El flujo: es la tasa (velocidad) neta de difusión de un soluto (número de partículas que difunden por unidad de tiempo). El flujo se representa con la letra J. La fuerza = gradiente de concentración. La fuerza = dC/dx. -A: área de sección transversal útil para la difusión. –D: coeficiente de difusión del soluto. - El gradiente de concentración es la fuerza conductora de la difusión. Si aumenta la [C] (gradiente) aumenta también el flujo. Es directamente proporcional.

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¿Cómo es el flujo en cada uno de éstos casos?

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1. La [C] es más elevada que en el otro extremo

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2. Disminuye la [C] un poco. 3. Se eleva la [C] hasta igualar la del otro extremo. 1= El flujo es fuerte! Y está representado en esta segunda gráfica también, ya que la pendiente es más negativa y se

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encuentra en un punto más alejado del equilibrio, por lo tanto,

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su gradiente de concentración es muy elevado, lo que genera que el soluto se desplace más rápido, desde donde hay mayor [S] a donde hay menos. 3

2= El flujo se hace menos fuerte ya que se acerca más al equilibrio y su pendiente es menos negativa, terminando de ocurrir lo mismo que en el primer caso. 3= El flujo es NULO! Porque no existe un gradiente, como tal, ya que la reacción alcanzó el equilibrio.

Matemáticamente el flujo sería las pendientes de las líneas rectas tangentes en cada uno de los puntos de la curva. Ella dijo que NO nos lo aprendiéramos, pero igual se los menciono. Si quieren se los explico mejor en persona  En conclusión, para que se genere una fuerza de flujo (proceso de difusión), debe existir un gradiente de concentración, de existir, mientras más elevada sea la [C] de ese gradiente, mayor será la fuerza de flujo, lo que conllevará a que se dé un proceso difusivo más rápido y, que al igualarse la [C] en el medio, se alcanzará el estado de equilibrio, impidiendo que se produzca el proceso de difusión.

Coeficiente de difusión (D) Es la facilidad con que el soluto difunde en el solvente; y el flujo depende de él. D = u RT

-u: movilidad de la partícula -R: constante de los gases. -T: Temperatura.

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f

6πnr

u= =

-f: fuerza de roce.

-n: viscosidad del medio. -r: radio de partícula.

D es proporcional a u porque T no es un parámetro que se tome en consideración ya que el cuerpo regula la temperatura a 37°. Y u es inversamente proporcional a f de las partículas y ésta, a su vez, será directamente proporcional a r, ya que si la partícula es más grande, f será mayor y u será menor. Entonces D es inversamente proporcional a r, ya que mientras más grande sea la partícula menos podrá difundir a través de algo. No se lo deben grabar todo, solo entenderlo porque no lo va a preguntar, pero si va a servir para lo que viene más adelante. TRANSPORTE DE MEMBRANAS

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Difusión en solución de un soluto cargado En el caso de un soluto cargado, la fuerza conductora del flujo va a ser una fusión del: - Gradiente químico de concentración. - Gradiente eléctrico o diferencia de potencial eléctrico. Cuando un proceso fisicoquímico produce una separación de cargas genera una diferencia de potencial eléctrico. La diferencia de potencial eléctrico = voltaje = fuerza electromotriz. Fuerza electromotriz: Es la fuerza capaz de mover una carga. La diferencia de potencial eléctrico se mide en voltios (V). Ec. Nerst-Plank.

–Z: Valencia.

–F: constante de

Faraday. –C: concentración. –dV/dx: gradiente de potencial eléctrico. Esto no hay que aprendérselo, solo debemos visualizar como el gradiente de potencial eléctrico influye también en el proceso de difusión cuando el soluto está cargado. El flujo de una partícula cargada en una solución depende de: - Coeficiente de difusión (D). - El gradiente químico de concentración (dC/dx) y del gradiente de potencial eléctrico o voltaje (dV/dx). - Área útil para la difusión. - Si ambas fuerzas de los gradientes son positivas, se suman y sino, se restan y el desplazamiento del soluto va a depender de esa diferencia.

Difusión a través de las membranas biológicas La difusión es un mecanismo importante por medio del cual el agua y los solutos (cargados y no cargados) atraviesan las membranas biológicas. La difusión a través de una membrana difiere de la difusión libre en que los solutos deben atravesar la membrana que constituye una barrera que separa ambos compartimientos. La difusión de un soluto entre dos compartimientos separados por una membrana va a depender del: TRANSPORTE DE MEMBRANAS

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- Gradiente de concentración entre los 2 compartimientos - Coeficiente de permeabilidad P, que es la capacidad que tiene el soluto para atravesar la membrana.

Coeficiente de permeabilidad El coeficiente de permeabilidad (P), depende: - Del coeficiente de difusión del soluto dentro de la membrana (Dm), el cual depende a su vez del tamaño molecular (um). Dm= umRT - Del espesor de la membrana ∆x. (No tomaremos en cuenta éste parámetro). - De la liposolubilidad de la sustancia, la cual depende del coeficiente de partición (K). - Área disponible para la difusión.

Coeficiente de partición El coeficiente de partición K, mide la solubilidad de una sustancia en los lípidos. Para determinar el coeficiente de partición se mide la concentración de soluto en agua que está en equilibrio con la concentración de solutos en lípidos y se establece la siguiente relación:

m

A.K.D P= ∆x

P es directamente proporcional al valor de K e inversamente proporcional al valor de r. En la siguiente gráfica se señalan ambos parámetros y la relación que guardan los 2 con respecto al P de un soluto cualquiera. Al enfrentar los 2 parámetros nos damos cuenta de que la línea recta indica el valor de K y vemos como tiene un valor directo sobre la permeabilidad, pero también como el tamaño de las moléculas influye en su P. Las que se encuentran más arriba tienen una alta permeabilidad y difunden con gran facilidad a través de la membrana, en cambio, mientras más se acerque a la izquierda un soluto, menor valor tendrá su K. Entonces podemos apreciar como hay solutos que a pesar de tener un valor bajo de K son altamente permeables por su diminuto tamaño y viceversa.

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Fuerza y flujo Suponiendo que las variaciones de concentración dentro de la membrana son lineales porque el espesor de la membrana es muy pequeño, tenemos: Éstos gráficos indican que la [C] se aproximará a una pendiente para facilitar el cálculo y ya no hay que derivar nada. Se realiza una resta entre la distancia (x) y la concentración de soluto para determinar la [C] final al atravesar la membrana.

En definitiva, se aplica ésta fórmula para poder utilizar las concentraciones de soluto en los espacios hidrofílicos y no dentro de la membrana ya que por ser muy pequeña no se pueden llegar a calcular las concentraciones de soluto dentro de la misma. Éstas Fórmulas SI DEBEMOS APRENDERLAS.

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P es directamente proporcional al Dm e inversamente proporcional al tamaño de la membrana ∆x. Esto se toma en cuenta cuando se pretende calcular la difusión dentro de la membrana. Recuerden que ya P fue descrito anteriormente. El flujo de un soluto a través de una membrana depende: -Del coeficiente de permeabilidad, P. -Del gradiente de concentración entre los 2 compartimientos separados por la membrana.

Difusión a través de las membranas biológicas de un soluto cargado m J = -A (P ∆C + g ∆V)

g: conductancia, el inverso de la resistencia. El flujo de una partícula cargada a través de una membrana depende de: - El coeficiente de permeabilidad y de la conductancia. - El gradiente químico de concentración y del gradiente de potencial eléctrico o voltaje. - Área útil para la difusión. En algunas ocasiones el gradiente de concentración y el gradiente eléctrico se oponen.

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