ATP

El trifosfato de adenosina (ATP) es un nucleótido fundamental en la obtención de energía celular. Está formado por una base nitrogenada (adenina) unida al carbono 1 de un azúcar de tipo pentosa, la ribosa, que en su carbono 5 tiene enlazados tres grupos fosfato.

Se produce durante la fotosíntesis y la respiración celular, y es consumido por muchos enzimas en la catálisis de numerosos procesos químicos. Su fórmula es C10H16N5O13P3.

ATP COMO FUENTE DE ENERGÍA LIBRE EN LOS SISTEMAS VIVOS.

El acoplamiento entre las reacciones exergónicas que liberan energía al medio y endergónicas (con consumo de energía), en conjunto constituyen el metabolismo celular.

Las reacciones endergónicas se manifiestan durante los procesos anabólicos; de manera que, requieren que se le añade energía a los reactivos (sustratos o combustibles metabólicos), se le suma energía (contiene más energía libre que los reactivos). Por otro lado, durante las reacciones exergónicas se libera energía como resultado de los procesos químicos (ej. el catabolismo de macromoléculas). La energía libre se encuentra en un estado organizado, disponible para trabajo biológico útil.

En la célula son oxidadas las macromoléculas por una serie de reacciones químicas degradativas (catabolismo). Como productos del catabolismo se obtienen metabolitos simples y energía. Ambos son los precursores para la síntesis de los componentes celulares. Todo el conjunto de reacciones de síntesis se llama anabolismo. En el catabolismo (oxidación) se produce una liberación de electrones que son captados por moléculas transportadoras de electrones como el NAD+ (que al aceptar electrones se reduce a NADH). Por otra parte, la energía liberada queda retenida en su mayoría en el ATP.

La síntesis (anabolismo) de los compuestos celulares se realiza con los metabolitos simples, utilizando la energía contenida en el ATP y los electrones contenidos en el NADH, ya que éste es un proceso reductivo (toma electrones). El ATP es esa moneda de intercambio energético debido a su estructura química. Cuando se hidroliza libera mucha energía que va a ser captada por las enzimas que catalizan las reacciones de biosíntesis.

ESTRUCTURA DEL ATP . INESTABILIDAD Y FORMACIÓN DE HÍBRIDOS DE RESONANCIA

Molécula de ATP y su hidrólisis a ADP + Pi:

Donde °¬°°~° son los enlaces anhídrido de ácido, que son de alta energía. En la hidrólisis del ATP se está hidrolizando uno de esos enlaces anhídrido de ácido. Esto libera energía (7'7kcal/mol).

Es decir: ΔG = -7,7 kcal/mol "REACCIÓN EXERGÓNICA"

Así se comprende que el ATP tiene tendencia a hidrolizarse de forma natural y liberar energía.

Las razones químicas de esa tendencia son tres:

1.Energía de estabilización por resonancia: viene dada por la deslocalización electrónica, es decir, que debido a la distinta electronegatividad entre el P y el O, existe un desplazamiento de los electrones de los dobles enlaces hacia el O. En el enlace doble tienen cierto carácter de sencillo y viceversa. Pues bien, la energía de estabilización por resonancia es más alta en los productos de hidrólisis que en el ATP. Esto se debe fundamentalmente a que los electrones π (los puntos rojos en los O) de los oxígenos puente entre los P son fuertemente atraídos por los grupos fosfóricos.

La competencia por los electrones π crea una tensión en la molécula; ésta es evidentemente menor (o está ausente) en los productos de hidrólisis. Por lo tanto, hay mayor energía de estabilización por resonancia en los productos de hidrólisis.

2.Tensión eléctrica entre las cargas negativas vecinas existente en el ATP (las flechas entre los O de los Pi). Esa tensión es evidentemente menor en los productos de hidrólisis.

3.Solvatación: la tendencia natural es hacia una mayor solvatación. La energía de solvatación es mayor en los productos de hidrólisis que en el ATP.

En la célula existen muchos enlaces de alta energía, la mayoría de los cuales son enlaces fosfato. El ATP ocupa una posición intermedia entre los fosfatos de alta energía.

NADH y FADH2 COMO FUENTES DE PODER REDUCTOR.

La dinucleótido de nicotinamida adenina (abreviada NAD+ en su forma oxidada y NADH en su forma reducida) es una coenzima que contiene la vitamina B3 y cuya función principal es el intercambio de electrones e hidrogeniones en la producción de energía de todas las células.

El NAD+ interviene en múltiples reacciones metabólicas de óxido-reducción. Cuando una enzima oxida un substrato por deshidrogenación, los átomos de hidrógeno arrancados a dicho substrato son cedidos por la enzima al NAD+; éste actúa como agente oxidante al aceptar dos electrones (y un protón), quedando libre en el medio otro protón:

A-H2 + NAD+ → A + NADH+H+
Por tanto, el NADH es la forma reducida del NAD+, ya que posee dos electrones (y un protón) más. El NADH actúa como transportador de 2e- y 1H+, para acabar cediéndolos. En el catabolismo aerobio, el NADH cede sus electrones al complejo NADH-deshidrogenasa (el primer elemento de la cadena respiratoria) situado en la membrana interna de la mitocondria; en el catabolismo anaerobio, como en la fermentación láctica, el NADH cede sus electrones al ácido pirúvico que se reduce a ácido láctico.

El flavín adenín dinucleótido es un coenzima que interviene como dador o aceptor de electrones y protones (poder reductor) en reacciones metabólicas redox; su estado oxidado (FAD) se reduce a FADH2 al aceptar dos átomos de hidrógeno (cada uno formado por un electrón y un protón), según la siguiente reacción:

La función bioquímica general del FAD es oxidar los alcanos a alquenos, mientras que el NAD+ (un coenzima con simialr función) oxida los alcoholes a aldehídos o cetonas. Esto es debido a que la oxidación de un alcano (como el succinato) a un alqueno (como el fumarato) es suficiente exergónica como para reducir el FAD a FADH2, pero no para reducir el NAD+ a NADH.

La reoxidación del FADH2 (es decir, la liberación de los dos electrones y dos protones capturados) tiene lugar en la cadena respiratoria, lo que posibilita la formación de ATP (fosforilación oxidativa).

Muchas oxidorreductasas, denominadas flavoenzimas o flavoproteínas, requieren FAD como coenzima para oxidar los substratos. Pero en el enzima succinato deshidrogenasa, que oxida el succinato a fumarato en el ciclo de Krebs, el FAD es realmente un grupo prostético, ya que está unido fuerte y permanentemente al enzima mediante un enlace covalente.

http://es.wikipedia.org/wiki/Adenos%C3%ADn_trifosfato#Enlaces_externos
http://es.wikipedia.org/wiki/NADH
http://es.wikipedia.org/wiki/Flav%C3%ADn_aden%C3%ADn_dinucle%C3%B3tido

INTRODUCCIÓN A LA BIOENERGÉTICA.

La Bioenergética es la parte de la biología muy relacionada con la física, que se encarga del estudio de los procesos de absorción, transformación y entrega de energía en los sistemas biológicos. Se relaciona con la Termodinámica, en particular con el tema de la Energía Libre, en especial la Energía Libre de Gibbs. Los cambios en la energía libre de Gibbs ΔG nos dan una cuantificación de la factibilidad energética de una reacción química y pueden proveer de una predicción de si la reacción podrá suceder o no. La Bioenergética solo se interesa por los estados energéticos inicial y final de los componentes de una reacción química, los tiempos necesarios para que el cambio químico se lleve a cabo en general se desprecian.

TERMODINÁMICA.

La termodinámica es una rama de la física que estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas a un nivel macroscópico. También explica los procesos de intercambio de masa y energía térmica entre sistemas térmicos diferentes.En esencia estudia la circulación de la energía y cómo la energía infunde movimiento. Históricamente, la termodinámica se desarrolló a partir de la necesidad de aumentar la eficiencia de las primeras máquinas de vapor.

El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinámicas son las leyes de la termodinámica, que postulan que la energía puede ser intercambiada entre sistemas en forma de calor o trabajo. También se postula la existencia de una magnitud llamada entropía, que puede ser definida para cualquier sistema. En la termodinámica se estudian y clasifican las interacciones entre diversos sistemas, lo que lleva a definir conceptos como sistema termodinámico y su contorno. Un sistema termodinámico se caracteriza por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las ecuaciones de estado. Éstas se pueden combinar para expresar la energía interna y los potenciales termodinámicos, útiles para determinar las condiciones de equilibrio entre sistemas y los procesos espontáneos.

ENERGÍA LIBRE DE GIBBS.

En termodinámica, la energía libre de Gibbs (o energía libre) es un potencial termodinámico, es decir, una función de estado extensiva con unidades de energía, que da la condición de equilibrio y de espontaneidad para una reacción química (a presión y temperatura constantes).

La segunda ley de la termodinámica postula que una reacción química espontánea hace que la entropía del universo aumente, ΔSuniverso > 0, así mismo ΔSuniverso esta en función de ΔSsistema y ΔSalrededores. Por lo general sólo importa lo que ocurre en el sistema en estudio y; por otro lado el cálculo de ΔSalrededores puede ser complicado.

Por esta razón fue necesario otra función termodinámica, la energía libre de Gibbs, que sirva para calcular si una reacción ocurre de forma espontánea tomando en cuenta solo las variables del sistema.

TRABAJO BIOLÓGICO.

La FOTOSÍNTESIS realizada por las plantas verdes y la OXIDACIÓN de los alimentos efectuada por los animales, al proporcionar ENERGÍA para la realización de trabajo, son los elementos principales en un ciclo enorme de ENERGÍA BIOLÓGICA en nuestra Tierra.

Las UNIDADES MOLECULARES básicas en la organización de los sistemas de transformación de energía celular son las moléculas de ENZIMAS, que son proteínas especializadas capaces de catalizar las reacciones químicas específicas en la célula. Estas moléculas de enzimas están arregladas en grupos orientados en estructuras diferentes de la CÉLULA para proporcionar dirección a las transformaciones de energía que ellas catalizan.

La ENERGÍA es transformada de un tipo a otro en 3 grandes etapas durante su FLUJO a través del mundo biológico.

1- La 1ra ETAPA es la FOTOSÍNTESIS, la captura de la ENERGÍA SOLAR por el pigmento clorofila en las células de las plantas verdes y su transformación en ENERGÍA QUÍMICA, que se usa para construir carbohidratos y otras moléculas de alimentos a partir del CO2 y H2O.

2- La 2da ETAPA en el flujo de energía es la RESPIRACIÓN en el que la ENERGÍA QUÍMICA de las moléculas de alimentos se transforma en una clase de energía más útil durante la OXIDACIÓN en las células de animales.

3- En la 3ra ETAPA la ENERGÍA QUÍMICA recuperada la utilizan las células para realizar TRABAJO, ya sea dentro de las células o en el medio ambiente. El trabajo realizado puede ser el trabajo mecánico de la contracción muscular, el trabajo eléctrico, el trabajo osmótico, o el trabajo químico de crecimiento. Conforme se realizan estas funciones, la ENERGÍA FLUYE finalmente al MEDIO AMBIENTE en una forma disipada, menos útil.

No sólo fluye ENERGÍA entre los mundos de vegetales y de animales, sino también MASA. Durante la RESPIRACIÓN las células animales toman O2 de la atmósfera y luego descargan CO2. Las plantas verdes extraen CO2 y H2O de la atmósfera y descargan O2. Entonces hay ahí un CICLO de CO2, un CICLO de O2 y un CICLO de H2O entre los mundos de animales y plantas. El contenido de agua en la biosfera es muy grande, así como el contenido de O2. El contenido de CO2 en la atmósfera es más bien pequeño, solamente del orden de 0.03 por ciento. Hay así un balance entre la producción de CO2y la utilización en la biosfera. El mundo de las células fotosintéticas y el mundo de las células heterotróficas viven en SIMBIOSIS unas con otras, una simbiosis en el que tanto la masa y la energía son elementos componentes.

http://es.wikipedia.org/wiki/Bioenerg%C3%A9tica
http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica
http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_libre_de_Gibbs
http://espanol.answers.yahoo.com/question/index?qid=20090203222903AAPscG1

Cuestionario Final.

1.- ¿Qué es la vaporización?

A cualquier temperatura dada, cierto número de moléculas en un líquido tiene la suficiente energía cinética para escapar desde la superficie, a esto se le conoce como vaporización.

Es necesario energía (comúnmente en forma de calor) para pasar de líquido a gas, lo cual va acompañado por un incremento en el desorden.

2.- ¿Qué es la presión de vapor?

La presión de vapor de un líquido es la presión ejercida por su vapor cuando el estado líquido y gaseoso están en equilibrio. En ese equilibrio entre líquido-gas, la máxima presión del gas ejercidad a cierta temperatura, dará una costante de presión. Por lo tanto, la presión cambia con la temperatura.

3.- ¿Qué es el punto de ebullición?

Es la temperatura a la cual la presión de vapor de un líquido, es igual a la presión externa. El punto de ebullición normal es el punto de ebullición cuando la presión externa es de 1atm.

Se formarán burbujas en el seno del líquido. La presión de vapor dentro de la burbuja se debe a la presión de vapor del líquido. Cuando la presión de vapor llega a ser igual a la presión externa, la burbuja sube a la superficie del líquido y se revienta.

4.- ¿Qué es tensión superficial?

Es la cantidad de energía requerida para estirar o aumentar la superficie por unidad de área. Los líquidos formados por moléculas de fuerzas intermoleculares fuertes, también tienen tensiones superficiales altas.

5.- ¿Qué son los electrolitos?

Los electrólitos son compuestos que conducen la electricidad cuando están disueltos o fundidos. Una corriente eléctrica es un flujo de cargas.

6.- ¿Cómo se clasifican los electrolitos?

Los electrólitos pueden clasificarse como fuertes o débiles. En una solución de un electrólito fuerte, la mayor parte del soluto está formado por iones, por ejemplo el NaCl; sus soluciones conducen muy bien la electricidad, a menos, que estén muy diluidas. Sin embargo, las soluciones saturadas de electrólitos fuertes insolubles no conducen muy bien la electricidad, porque hay muy poco soluto disuelto. El sulfato de Bario BaSo4, cuya solubilidad es sólo 0.0002 g/100 ml de agua a 25ºC, es un ejemplo de electrólito fuerte insoluble.

7.- ¿Qué es una solución no electrolítica?

Si la solución de un compuesto no conduce una cantidad observable de electricidad, a éste se le llama no electrólito. En esta solución, el electrólito está en forma de molécula; no hay iones. El alcohol y el azúcar son ejemplos de no electrólitos.

8.- ¿Qué es una solución porcentual?

Las soluciones porcentuales son aquellas cuya medida es la cantidad de mililitros o gramos referidos a 100 ml de solución.

9.- ¿Qué es la molaridad?

La molaridad se define como el número de moles de soluto por litro de solución.

M=(n)/(V).

En donde M es la molaridad, n es el número de moles de soluto y V es el volumen de solución expresado en litros.

10.- ¿Qué es la fracción molar?

La fracción molar es una unidad química para expresar la concentración de soluto en una disolución. Nos expresa la proporción en que se encuentran los moles de soluto con respecto a los moles totales de disolución, que se calculan sumando los moles de soluto(s) y de disolvente.

11.- ¿Quiénes propusieron el modelo del mosaico fluido y cómo es éste?

J. Singery Garth Nicolson descubrieron un modelo de mosaico fluido, en el que la doble capa lipídica es el esqueleto aglutinante de la membrana, en el que se encuentran asociadas o incluidas las proteínas que interactúan entre si y con los lípidos, sin perder la capacidad de moverse lentamente en la fase lipídica fluida. Además, las cadenas de ácidos grasos de los fosfolípidos y los residuos de aminoácidos no polares de las proteínas son mantenidos sin contacto con el agua; mientras que, los grupos polares e iónicos de las proteínas, lípidos y carbohidratos de la membrana están en contacto con el agua.

12.- ¿El modelo, qué tipo de proteínas propone?

El modelo contempla dos categorías de proteínas de membrana: periféricas (se ubican en la parte más superficial de la membrana) e, integrales (algunas abarcan todo el espesor de la mebrana y sobresalen hacia una o ambas superficies de la doble capa fosfolipídica).

13.- Tipos de transportes mediados por transportadores.

Existen al menos dos mecanismos de transporte mediados por transportadores; uno que promueve la difusión facilitada, el transportador ayuda a la molécula a lo largo de la dirección en que esa molécula se movería en forma corriente. En el transporte activo, una sustancia puede continuar acumulándose en una región en la que ya existe en una concentración mayor, sólo si se suministra energía al sistema transportador en forma continua desde el metabolismo. La energía metabólica dirige al transporte activo.

14.- ¿Cómo es el movimiento de la célula por citosis?

Las sustancias pueden traspasar la membrana en el interior de vesículas, que son receptáculos hechas de parte de la membrana misma. Cuando los materiales son incorporados a la célula envueltos en una membrana vesiculosa, el proceso se denomina endocitosis; si los materiales son descargados en vesículas para ser excretados, a este proceso se le conoce como exocitosis.

15.- ¿Qué es el potencial de membrana?

Dentro de la membrana de todas las fibras nerviosas se encuentra un potencial eléctrico de aproximadamente -90 milivolts. Que se llama potencial de membrana. Lo causan las diferencias de concentración iónicas a través de la membrana celular. La concentración de iones potasio (K+) en el interior de la membrana es muy elevada en comparación con su concentración en el exterior. Esta diferencia de concentración hace que escapen iones potasio de carga positiva hacia el exterior de la fibras nerviosas (axones), y dejan en el interior moléculas de proteínas de carga negativa que no pueden salir, con lo que crea electronegatividad en el interior.

Potencial de mebrana

Dentro de la membrana de todas las fibras nerviosas se encuentra un potencial eléctrico de aproximadamente -90 milivolts. Que se llama potencial de membrana. Lo causan las diferencias de concentración iónicas a través de la membrana celular. La concentración de iones potasio (K+) en el interior de la membrana es muy elevada en comparación con su concentración en el exterior. Esta diferencia de concentración hace que escapen iones potasio de carga positiva hacia el exterior de la fibras nerviosas (axones), y dejan en el interior moléculas de proteínas de carga negativa que no pueden salir, con lo que crea electronegatividad en el interior.

La membrana nerviosa también tiene una concentración elevada de iones de sodio en el exterior, pero una concentración baja en el interior. El potencial de membrana no es exclusivo de las células nerviosas, puesto que tales potenciales se encuentran presentes en todos los tipos de células, aunque varía la magnitud del voltaje entre -15 y -100 milivolts. En el caso de las células excitables, (neuronas y células musculares) el potencial de membrana se conoce como potencial en reposo, dado que es objeto de un cambio muy drástico

La membrana del axón cuenta con la misma bomba de sodio-potasio que la de las demás membranas celulares del cuerpo. La bomba transporta iones de sodio desde el interior del axón hacia el exterior del mismo, en tanto que transporta iones potasio hacia el interior. El efecto final de estos procesos es que la concentración de sodio en el exterior es de 142 meq por litro, pero en el interior es de sólo 14 meq por litro. En el caso del potasio, la diferencia de concentración es lo contrario; con una concentración de 140 meq dentro y de 4 meq en el exterior (“meq= miliequivalentes”, concentración milimolar multiplicada por la valencia del ión). Como resultado de esta distribución desigual de cargas entre el interior y el exterior de las células, cada célula se comporta como una diminuta pila, en el que el polo positivo está situado fuera de la membrana plasmática y el polo negativo en el interior. La magnitud de esta diferencia de carga se mide en voltaje. Para determinar el voltaje de la membrana plasmática, se inserta un pequeño electrodo de vidrio en el citoplasma de la célula, mientras que otro electrodo se coloca en el líquido extracelular, y cada uno se conecta a un volímetro, instrumento que permite evaluar la diferencia de cargas entre estos dos puntos. Este pequeño voltaje tiene mucha importancia en procesos fisiológicos como la contracción muscular, la regulación del latido cardiaco y la generación de impulsos nerviosos.

La membrana del axón en reposo es muy impermeable a los iones de sodio pero muy permeable a los iones de potasio. Por lo tanto, los iones de potasio muy concentrados dentro del axón siempre tratan de salir de la fibra, y muchos lo logran. Como los iones potasio tienen carga negativa, su pérdida hacia el exterior produce carga positiva en ese sitio. Dentro de la fibra se encuentran numerosas moléculas proteicas de carga negativa que no pueden escapar hacia el exterior y se quedan dentro. Por ello, el interior de la fibra se vuelve muy negativo por el déficit de iones de potasio y el exceso de proteínas de carga negativa, en consecuencia, el potencial de membrana de la fibra nerviosa bajo condiciones de reposo es de aproximadamente -90 milivolts: la negatividad se encuentra dentro de la fibra.

La bomba Na+/K+ ayudan a contrarrestar la fugas de iones y manteniendo así el potencial de membrana, dado que saca 3 Na+ e introduce 2 K+ a la célula; tiene el efecto de contribuir a la carga intracelular negativa. Este efecto electrogénico de las bombas añade aproximadamente 3 milivolts al potencial de membrana. Como resultado de estas acciones, una célula real tiene:

1.- Una concentración de Na+ y de K+ relativamente constante.
2.- Un potencial de membrana constante (en ausencia de estimulación) en los nervios y músculos de entre -65 y -85 milivolts.

El voltaje que se desarrollará a través de la membrana cuando es selectivamente permeable sólo a un ión univalente positivo se puede calcular con la siguiente ecuación, la ecuación de Nernst, Cabe señalar que esta ecuación es válida a una temperatura de 37 ºC.

Milivolts de potencial de membrana

=-61*log (concentración dentro/ concentración fuera)

Para el potasio:

=-61*log(140/4)=-94

El verdadero valor es de aproximadamente -90 milivolts que es ligeramente menor que los -94 milivolts encontrados, esto, porque la membrana es ligeramente permeable a los iones sodio, que llevan cargas positivas hacia el interior y neutralizan una cantidad pequeña de la negatividad intracelular.

Bibliografía:

Guyton. C, Arthur. Fisiología Humana. Interamericana Mc Graw Hill. 6a edición. 1987.Tr. Santiago Sapiña Renard. México. Cap. 6.

Karp, Gerald. Biología Celular. Mc Graw Hill. 2a edición. 1992. México. 215-225.

Fox. Stuart, Ira. Fisiología Humana. Mc Graw-Hill. 7ª edición. 2004 pp. 141-144.

POTENCIAL DE MEMBRANA

POTENCIAL QUÍMICO.

El potencial químico de un sistema termodinámico es el cambio de energía que experimentaría el sistema si fuera introducida en éste una partícula adicional, con la entropía y el volumen mantenidos constantes. Si un sistema contiene más de una especie de partículas, hay un potencial químico diferente asociado a cada especie, definido como el cambio en energía cuando el número de partículas de esa especie se incrementa en una unidad. El potencial químico es un parámetro fundamental en termodinámica y se asocia a la cantidad de materia.

El potencial químico es particularmente importante cuando se estudian sistemas de partículas que reaccionan. Consideremos el caso más simple de dos especies, donde una partícula de la especie 1 puede transformarse en una partícula de la especie 2 y viceversa. Un ejemplo de un sistema de esta clase sería una mezcla supersaturada de agua líquida (especie 1) y vapor de agua (especie 2). Si el sistema está en equilibrio, los potenciales químicos de las dos especies deben ser iguales. De lo contrario, cualquier incremento en un potencial químico produciría emisión neta e irreversible de energía del sistema en forma de calor cuando esa especie con el potencial incrementado se transformara en la otra especie, o una ganancia neta de energía (de nuevo en forma de calor) si tuviera lugar la transformación reversible. En las reacciones químicas, las condiciones de equilibrio son generalmente más complicadas ya que intervienen más de dos especies. En este caso, la relación entre los potenciales químicos en el equilibrio viene dada por la ley de acción de las masas.

Puesto que el potencial químico es una cantidad termodinámica, es definido independientemente del comportamiento microscópico del sistema, es decir, de las propiedades de las partículas que lo constituyen.

POTENCILA DE DIFUSIÓN.

Los Potenciales de Membrana son cambios rápidos de polaridad a ambos lados de la membrana de menos de 1 milisegundo. Cuando se habla de potenciales de membrana, se habla del "Potencial de Difusión", dicho potencial esta generado por una diferencia de concentración iónica a ambos lados de la membrana celular. Los potenciales de membrana son la base de la propagación del impulso nervioso.

1. Potencial de Nernst

El potencial de Nernst esta definido como el nivel de potencial de difusión a través de una membrana que se opone directamente a la difusión neta de un ión en particular a través de la misma. Dicho potencial está en el interior de la membrana y se asume que el LEC se mantiene en un potencial de cero y si la temperatura corporal es la adecuada (aproximadamente 37 °C).

Ejemplo: Tomando el caso del Na+, se sabe que este ión es más abundante en el LEC, si se incrementara la concentración de dicho ión mayor será la tendencia a difundir dentro de la célula, entonces, mayor será el potencial de Nernst necesario para impedir la difusón neta adicional. Siendo así directamente proporcional a la concentración de dicho ión.

POTENCIAL DE DONNAN.

El equilibrio de Gibbs - Donnan es el equilibrio que se produce entre los iones que pueden atravesar la membrana y los que no son capaces de hacerlo. Se juega con los iones y con las cargas.

Cuando partículas de gran tamaño cargadas eléctricamente, como las proteínas, que no se difunden a través de una membrana semipermeable están presentes en un compartimento fluido como el vascular, atraen los iones cargados positivamente y repelen los iones cargados negativamente Como consecuencia de ello, se establece un gradiente eléctrico y sendos gradientes de concentración de los iones, estos dos últimos iguales y de signo opuesto. En el equilibrio, los productos de las concentraciones iónicas de cada lado de la membrana son iguales. En consecuencia, la concentración de partículas es desigual a ambos lados de la membrana y se establece un gradiente osmótico en dirección hacia el compartimiento que contiene las proteínas. Esta presión osmótica en el equilibrio de Gibbs-Donnan es de unos 6-7 mm de Hg. El efecto de Donnan sobre la distribución de los iones difusibles es importante en el organismo a causa de la presencias en las células y en el plasma.

ELECTRODOS Y SUS APLICACIONES.

Un electrodo es un conductor utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, el vacío (en una válvula termoiónica), un gas (en una lámpara de neón), etc. La palabra fue acuñada por el científico Michael Faraday y procede de las voces griegas elektron, que significa ámbar y de la que proviene la palabra electricidad y hodos, que significa camino.

Un electrodo en una celda electroquímica se refiere a cualquiera de los dos conceptos, sea ánodo o cátodo, que también fueron acuñados por Faraday. El ánodo es definido como el electrodo al cual los electrones vienen de la celda y ocurre la oxidación, y el cátodo es definido como el electrodo en el cual los electrones entran a la celda y ocurre la reducción. Los electrodos tienen funciones muy variadas, por ejemplo, en los laboratorios que estudian al DNA, pueden utilizarse para pasar una corriente de electricidad y así poder determinar tipos de DNA. También para medir concentraciones de H, para el pH.

Bibliografía.

http://es.wikipedia.org/wiki/Equilibrio_de_Gibbs_Donnan

http://es.wikipedia.org/wiki/Electrodo

http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_de_membrana

http://es.wikipedia.org/wiki/Potencial_qu%C3%ADmico

MEMBRANA CELULAR.

La célula posee una membrana de permeabilidad selectiva que permite que distintas sustancias que, pasen a través de ella a diferentes velocidades. Además de controlar la difusión de solutos. 

A través de la historia se han propuesto varios modelos para saber cómo es la membrana celular, a partir de sus funciones y otros aspectos que son necesarios tener en cuenta, el que hasta ahora se ha tomado como el mejor modelo es:

• Modelo del Mosaico Fluido.

J. Singery Garth Nicolson descubrieron un modelo de mosaico fluido, en el que la doble capa lipídica es el esqueleto aglutinante de la membrana, en el que se encuentran asociadas o incluidas las proteínas que interactúan entre si y con los lípidos, sin perder la capcidad de moverse lentamente en la fase lipídica fluida. Además, las cadenas de ácidos grasos de los fosfolípidos y los residuos de aminoácidos no polares de las proteínas son mantenidos sin contacto con el agua; mientras que, los grupos polares e iónicos de las proteínas, lípidos y carbohidratos de la membrana están en contacto con el agua. 

El modelo  contempla dos categorías de proteínas de membrana: periféricas (se ubican en la parte más superficial de la membrana)  e, integrales  (algunas abarcan todo el espesor de la mebrana y sobresalen hacia una o ambas superficies de la doble capa fosfolipídica).

Las membranas de la mayoría de los sistemas son asimétricas por tener proteínas funcionales diferentes en las superficies interna y externa, otros tipos celulares tienen unidades de sacáridos que se proyectan sólo desde la superficie externa.

Las sustancias atraviesan las membranas en la célula viva selectivamente. Hay tres rutas generales por medio de las que una sustancia cruza la barrera membranosa:

• Difusión Libre.

En ésta hay un libre paso de las moléculas  por medio de un gradiente de concentración que va desde la mayor a la menor concentración de los solutos. Se ha indicado que las membranas contienen poros de 1 nm de ancho.. que están delimitadas por residuos hidrofóbicos. Tales aberturas son suficientemente amplias para que las moléculas del agua pasen, pero difícilmente servirían para que otras sustancias solubles en agua pasaran por este angosto pasadizo. 

• Mecasmo de Transporte.

 Los metabolitos esenciales insolubles en lípidos, tales como los azúcares y los aminoácidos, entran y salen de la célula por medio de procesos que incluyen la combinación reversible con proteínas de las membranas llamadas transportadoras o "carriers". Los transportadores son muy específicos. Cada uno de ellos tiene un punto de unión característico por el que se une a una clase particular de molécula. Una vez que la molécula se une sea transportada por el carrirer, el transportador queda libre y puede empezar un nuevo ciclo para ayudar a otras moléculas a cruzar la membrana. 

Existen al menos dos mecanismos de transporte mediados por transportadores; uno que promueve la difusión facilitada, el transportador ayuda a la molécula a lo largo de la dirección en que esa molécula se movería en forma corriente.  En el transporte activo, una sustancia puede continuar acumulándose en una región en la que ya existe en una concentración mayor, sólo si se suministra energía al sistema transportador en forma continua desde el metabolismo. La energía metabólica dirige al transporte activo.

• Movimiento por Citosis.

Las sustancias pueden transpasar la membrana en el interior de vesículas, que son receptáculos hechas de parte de la membrana misma. Cuando los materiales son incorporados a la célula envueltos en una membrana vesiculosa, el proceso se denomina endocitosis; si los materiales son descargados en vesículas para ser excretados, a este proceso se le conoce como exocitosis.

Bibliografía.

AVERS, Charlotte. J. Biología Celular. Ed 2ª. Edit. Iberoamérica. 1981. Capítulo4.

   

PROPIEDADES COLIGATIVAS.

La mayor parte de las soluciones dependen de cuál es el soluto. La identidad del soluto, también define muchas de las propiedades físicas.

Hay cuatro propiedades físicas de las soluciones que son iguales para todos los solutos no volátiles: la disminución de la presión de vapor, la elevación del punto de ebullición, la disminución del punto de congelación y la presión osmótica. Las propiedade coligativas de las soluciones sólo dependen de la cantidad de partículas de soluto.

• Disminución de la presión de vapor.

La presión de una solución de una sustancia no volátil en un solvente volátil es igual a la fracción mol del solvente en la solución, multiplicada por la presión de vapor del solvente puro. Como la fracción mol del solvente en la solución debe ser menor que 1, la presión de vapor de una solución de soluto no volátil es menor que la del solvente puro.

• Elevación del punto de ebullición y depresión del punto de congelación.

Como un soluto no volátil hace bajar la presión de vapor del solvente, se debe alcanzar mayores temperaturas para igualar la presión de vapor del solvente con la presión atmosférica. El punto de abullición de una solución de soluto no volátil es mayor que que el del solvente puro.

El sólido que se congela a partir de una solución diluidasuele ser solvente puro. La presión de vapor del solvente sólido no cambia por la presencia del soluto. porque el soluto permanece en la solución que queda. Uno soluto no volátil, como azúcar o urea, producen descenso en el punto de congelación del solvente y también eleva el punto de ebullición. La solución se concentra más a medida que el solvente se congela y se separa.

Como un soluto no volátil baja el putno de congelación de un solvente, los puntos de fusión de mezclas de dos compuestos que tienen puntos de fusión parecidos son más bajos que lo de los compuestos puros.

• Soluciones de electrólitos.

Si un soluto es un electrólito, cada unidad de fórmula produce más de una partícula en solución acuosa. Por ejemplo, el NaCl es un electrólito fuerte, y se cree que está totalmente ionizado en solución acuosa. Produciendo un total de dos partíclas Na+ y Cl-, Cada unidad de de NaCl debe elevar el punto de ebullición y disminuir el punto de congelación lo doble que una unidad de fórmula de un no electrólito, como el azúcar C12H12011. Sin embargo, aunque los electrólitos fuertes están totalmente discociados en solución acuosa, los iones no son completamente independientes entre si. Los iones hidratados de carga opuesta se ataren entre sí, y se combinana para formar pares iónicos.

• Presión osmótica.

Si se deja reposar un solvente puro y una solución de un soluto no volátil en el solvente, separados por una membrana semipermeable, hay un movimiento neto de moléculas de solvente a través de la membrana semipermeable hacia la solución. Una membarna semipermeables es una membrana que sólo deja pasar moléculas de solvente.

El movimiento neto esponatáneo de las moléculas de solvente a través de una membrana semipermeable desde una solución diluida (o desde el solvente puro) hacia una solución más concentrada se llama ósmosis.

La presión necesaria para detener el movimiento neto de las moléculas del solvente a través de una membrana se llama presión osmótica de la solución.

• Origen de las propiedades coligativas.

Todas las soluciones, ideales y no ideales, que tienen el mismo valor para una propieda coligativa, poseen el mismo valor para las cuatro propiedades. Este hecho conduce a dos conclusiones:

a). Las cuatro propiedades coligativas tienen una causa común,

b). La causa es un efecto de entropía porque no efectúa cambio de energía alguno cuando se forma una solución ideal.

La entropía del solvente líquido puro es menor que la de su vapor, porque los gases son más desordenados al hacerlo. El solvente se evapora porque tienede a desordenarse al hacerlo. Como una solución es más desordenada que el solvente puro, cuando un soluto se disuelve en el solvente disminuye la diferencia de entropía entre las fases líquida y gaseosa. Por consiguiente, la tendencia del solvente a evaporarse disminuye y la presión de vapor y eleva el punto de ebullición normal. De igual forma, el mayor desorden de la solución en comparación con el solvente puro se opone a la tendencia del solvente a congelarse, y disminuye el punto de congelación normal.

Bibliografía.

UMLAND, Jean. B. Química General. Ed. 3ª. Edit. Thomson. México. 2000. pp. 502-510.