a través de la membrana
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A través de la membranaEquilibrio a través de la membrana
M. En C. Raúl Herrera Fragoso
Difusión Difusión: Es el movimiento térmico aleatorio de las moléculas disueltas o
suspendidas provoca su dispersión desde las regiones de concentraciones elevadas hacia las de menor concentración.
La tasa de difusión de un soluto s puede definirse por la ecuación de difusión de Fick:
En la que dQs/dt es la tasa de difusión (es decir, la cantidad de s que difunde por unidad de tiempo), Ds es el coeficiente de difusión de s, A es el área de la sección por la que s difunde y dCs/dx es el gradiente de concentración con la distancia.
dxdC
ADdtdQ s
ss
Permeabilidad Permeabilidad de la membrana
para una sustancia es la tasa a la que la sustancia penetra la membrana pasivamente en unas condiciones determinadas.
Si suponemos una sustancia no electrolítica, y que existe un gradiente continuo de concentración entre un punto (I) de alta concentración y otro (II) de baja concentración, entonces:
Donde dQs/dt es la cantidad de sustancia s que cruza un área de unidad de membrana por unidad de tiempo, CI y CII son las respectivas concentraciones de la sustancia a ambos lados de la membrana y P es la constante de permeabilidad de la sustancia.
)( IIIs CCP
dt
dQ
Coeficiente de difusión La relación lineal con el gradiente es
característica de la difusión simple, y se puede utilizar en experimentos para distinguir entre la difusión pasiva de cualquier otro mecanismo.
La constante de permeabilidad incorpora todos los factores inherentes a la membrana y a la sustancia en cuestión.
Esta relación puede expresarse como:
Donde Dm es el coeficiente de difusión de la sustancia en la membrana, K es el coeficiente de partición de la sustancia, y x es el espesor de la membrana.
xDmK
P
?
??
?
Sócrates, Aristóteles, Pitágoras y Platón
Osmosis Si colocamos agua pura a un lado de
una membrana y una solución acuosa que contiene electrolitos u otras moléculas en el otro lado, el agua pasa hacia la solución a través de la membrana, el agua se comporta como cualquier otra sustancia difundiendo a favor de su gradiente de concentración.
La osmosis produce una presión hidrostática hasta detener la difusión, se llama presión osmótica.
La presión osmótica π es proporcional no solo a la concentración del soluto, C sino también a su temperatura absoluta, T.
Las moléculas de un soluto se comportan termodinámicamente como moléculas de gas:
VnRT
π
Por no dejar….La osmolaridad se define sobre la base de un
osmómetro ideal en le que la membrana osmótica permite pasar el agua pero impide el paso de soluto
Se dice que dos soluciones son isosmóticas si ejercen la misma presión osmótica a través de una membrana solo permeable al agua.
Si una de las soluciones ejerce menos presión osmótica que la otra, es hiposmótica respecto a aquella; si ejerce una presión mayor, es hiperosmótica.
La tonicidad de una solución se define por
la respuesta de las células o los tejidos inmersos en la solución.
Se considera que una solución es isotónica, para una célula o tejido determinado, si la célula o el tejido inmerso en ella no se deshidrata o se hincha.
Si el tejido se hincha, se dice que la solución es hipotónica para él, si se deshidrata, se dice que la solución es hipertónica para el tejido.
Influencias eléctricas La permeabilidad de la
membrana a partículas cargadas depende tanto de la constante de permeabilidad de la membrana como del potencial eléctrico a través de ella.
Sobre los iones y moléculas cargadas pueden actuar dos fuerzas para producir una difusión pasiva neta de cada especie a través de una membrana:
◦ 1. El gradiente químico derivado de las diferencias en la concentración de la sustancia a ambos lados de la membrana, y
◦ 2. El campo eléctrico, o la diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana.
Influencias eléctricas Un ion se alejara de las regiones de
concentración elevada y, si esta cargado positivamente, también avanzara hacia el potencial negativo creciente.
La suma de las fuerzas combinadas del gradiente de concentración y el gradiente eléctrico determinan el gradiente electroquímico neto sobre ese ion.
Cuando un ion esta en equilibrio con respecto a la membrana (es decir, cuando no hay flujo transmembrana neto de ese tipo de ion), existirá una deferencia de potencial suficiente para contrarrestar el gradiente químico que actúa sobre el ion.
El potencial en el que un ion se encuentra en equilibrio electroquímico se denomina potencial de equilibrio y se mide en voltios (o milivoltios)
Equilibrio de Donnan Si solutos difusibles se separan por una
membrana que es libremente permeable al agua y a los electrolitos, pero totalmente impermeable a una de las especies iónicas, los solutos difusibles se distribuyen desigualmente entre ambos compartimientos.
Imaginemos, para empezar, agua pura en dos compartimientos (I y II) y añada algo de KCl en uno de ellos. La sal disuelta (K+ y Cl-) difundirá a través de la membrana hasta que el sistema este en equilibrio (las concentraciones de K+ y Cl- sean iguales a ambos lados).
Ahora añadimos una sal potásica de un anión no difusible (macromolécula A-) a uno de los comportamientos. El K+ y Cl-
se redistribuirán rápidamente hasta que se establezca un nuevo equilibrio.
La redistribución reciproca de los aniones y los cationes cumple:
I
II
II
I
ClCl
KK
][][
][][
En el equilibrio, el catión difusible, K+, esta mas concentrado en el compartimiento en el que esta confinado el anión no difusible, A-, mientras que el anión difusibles, Cl-, esta menos concentrado en este comportamiento que en el otro.
Podemos entender esta situación al considerar las consecuencias de los siguientes principios físicos:◦ 1. Debe existir electroneutralidad en
ambos compartimientos; esto es, en cada uno de ellos el numero total de cargas positivas debe igualar el numero total de cargas [K+]=[Cl-] en un comportamiento.
◦ 2. Considerando estadísticamente, los iones difusibles K+ y Cl- cruzan la membrana emparejados para mantener la electroneutralidad eléctrica. La probabilidad de que la crucen juntos es proporcional al producto [K+]x[Cl-].
◦ 3. En el equilibrio, la tasa de difusión del KCl en una dirección a través de la membrana debe igualar la tasa de difusión del KCl en la dirección opuesta. Se deduce pues que, en el equilibrio, el producto [K+]x[Cl-] en un compartimiento debe igualar el producto en el otro compartimiento. Sean x, y y z las concentraciones de los iones K+, Cl- y A- respectivamente, en los compartimientos, podemos expresar algebraicamente la condición de equilibrio:
x2=y(y+z)
Esta ecuación es valida también, por supuesto, si A- no esta presente. En ese caso, K+ y Cl- se distribuyen por igual, y z=0 y x=y. Reordenando la ecuación podemos ver que la distribución de los iones difusibles en los dos compartimientos es reciproca en el equilibrio:
De esta relación, esta claro que al aumentar la concentración del anión no difusible z, la concentración de los iones difusibles (x e y) se hace progresivamente divergente. Esta distribución desigual de los iones difusibles es el rasgo principal del equilibrio de Donnan.
En el equilibrio de Donnan, la desigual distribución osmótica de las partículas de soluto hace que el agua se mueva en la dirección del compartimiento de osmolaridad superior. Esta diferencia de presión osmótica, mas cualquier otro incremento de presión hidrostática en ese compartimiento, se denomina presión oncótica.
I
II
II
I
ClCl
KK
oyx
xzy
][][
][][