Final de biofísica

Exámen final Biofísica

Mauro Facundo

LG04161

LG

1. Describir la fase luminosa de la fotosíntesis e indicar las variables termodinámicas que participan
2. Supongamos que un sistema pasa del estado de equilibrio a uno estacionario ¿Qué cambia? La pregunta va dirigida hacia el a) tipo del sistema y b) Variables termodinámicas.
3. Definir estructuras disipativa
4. ¿Qué fuerzas intermoleculares unen a las proteínas con los lípidos y a los lípidos entre sí? ¿Qué uniones vinculan a los glúcidos con lípidos y proteínas?
5. Describa proceso de transmisión del impulso nervioso ¿A qué se debe la transmisión saltatoria del impulso nervioso?
6. Enuncie la Ecuación de Nernst, significado y las condiciones para las que se calcula.
7. Explique la relación entre la fase luminosa de la fotosíntesis y el potencial hídrico.
8. Escriba la ecuación de Poiseville (de la cuarta potencia) y qué relación tiene con el mayor o menor flujo en las arterias.
9. Número de Reynolds, ecuación y significado.
10. Explique cómo es el proceso de ascenso de agua por el vegetal.

Desarrollo:

1. La fase luminosa de la fotosíntesis comienza con la llegada de fotones al fotosistema II (P680), estos fotones excitan al pigmento P680 de este sistema, el cual pierde tantos electrones como fotones absorbe. Posteriormente, los electrones pasan por una cadena de transporte de electrones para que puedan recuperarse los electrones perdidos por el fotosistema II, se lleva a cabo una fotólisis del agua, en la misma el agua se descompone en 2H+, 2e- y un átomo de O2 (el O2 es eliminado hacia el exterior). Este proceso se realiza en la cara interna de la membrana del tilacoides.

Finalmente los electrones son introducidos en el interior del tilacoides por el citocromo b-f (gradiente electroquímico de protones) que actúa como una bomba de protones, mandándolos al espacio tilacoidal y creando un gradiente de H+ gracias a los electrones previamente introducidos. Esto hace salir protones a través de las ATP sintetasas, con la consiguiente síntesis de ATP que se acumula en el estroma (fosforilación del ADP).

  Los electrones excitados pasan al fotosistema I a una segunda cadena de transporte de electrones. Al final los electrones pasan a la enzima NADP-reductasa y se forma NADPH (fotorreducción del NADPH)

La fotosíntesis es un proceso termodinámico con energía de Gibbs positiva, lo cual se debe a que requiere de un aporte energético para que pueda ocurrir. En un principio la energía necesaria es aportada por fotones de luz, dicha energía también es utilizada (eventualmente) para acoplar fósforo inorgánico a molécula de ADP, es decir, se almacena la energía lumínica en energía química de enlace que es aprovechable por el sistema de células.

  Las células mantienen su entropía a niveles bajos manipulando las concentraciones de reactivos y productos para mantener así sus reacciones metabólicas en la dirección correcta. Utilizan energía para importar moléculas de reactivo, manteniendo altas sus concentraciones. Utilizan energía para exportar moléculas de producto, manteniendo bajas sus concentraciones. Pueden organizar sus reacciones químicas en forma de rutas metabólicas, de manera tal que una reacción alimente el inicio de la siguiente, y así sucesivamente.

1. Si bien, tanto en el estado estacionario como en el estado de equilibrio los parámetros tienden a mantenerse constantes, en el estado de equilibrio esa constancia se consigue gracias a un constante gasto energético.

Desde el punto de vista de la termodinámica, en el equilibrio la cantidad de entropía llega al máximo y una vez allí, deja de producirse en forma neta. La producción de entropía en función del tiempo vale 0 en el equilibrio. Por el contrario, como en el estado estacionario hay que producir trabajo para que el sistema no cambia, hay una continua producción de entropía. Cuanto mayor es el grado de alejamiento del estado de equilibrio, mayor será la producción de entropía por unidad de tiempo.

  Al alejar un sistema del equilibrio aparecerán gradientes que desencadenarán procesos, así también se disipará energía y aumentará la producción de entropía. Se puede ver fácilmente que la dirección de estos flujos es tal, que siempre tienden a restablecer el equilibrio.

1. En relación al equilibrio, Ilya Prigogine estableció una clasificación para los sistemas, en tanto que estos se encontraban en equilibrio, cerca del equilibrio o lejos del equilibrio. Los sistemas disipativos son aquellos que pueden permanecer lejos del equilibrio y evolucionar. Esta capacidad de evolución viene dada porque en termodinámica, cuando hay un aumento en el flujo de materia y energía que pasa a través de un sistema disipativo, puede ocurrir que se genere un nuevo estado de inestabilidad de la materia, excitaciones, turbulencias, etc. Que provoque una transformación hacia una estructura o estado de una mayor complejidad. Los sistemas disipativos son aquellos que lejos del equilibrio, potencialmente pueden transformarse en estructuras de gran complejidad y evolucionar de una forma autoorganizada.
2. Basándome en las uniones presentes entre los componentes de la membrana celular, las proteínas integrales pueden presentar interacciones hidrofóbicas y fuerzas de Van der Waals entre las regiones hidrofóbicas de la bicapa lipídica y la de proteínas. En la periferia pueden encontrarse uniones covalentes tanto con lípidos como con hidratos de Carbono. Además, los puentes de hidrógeno e interacciones iónicas también participan de las uniones con las partes hidrofílicas de estas proteínas de membrana.

Los glucolipidos se encuentran asociados entre sí por puentes de hidrógeno entre sus azúcares, por fuerzas de Van der Waals entre sus cadenas carbonadas, además de encontrarse fuertemente ancladas al resto de los componentes de la membrana por medio de uniones covalentes. Por otro lado, el colesterol interacciona con las cabezas polares de los fosfolípidos mediante su carga hidroxilo, mientras interactúa con las cadenas de ácidos grasos mediante sus anillos y su cola hidrocarbonada.

  Finalmente, los hidratos de carbono se encuentran asociados a la membrana teniendo interacciones covalentes con los lípidos y con las proteínas. Las unidades de carbono de los glucolipidos pueden extenderse hacia afuera de la membrana para cumplir una importante función en el reconocimiento celular.

1. Cuando actúa un estímulo (puede ser químico, térmico, mecánico o eléctrico) sobre la membrana, este hace que el potencial de membrana supere un potencial umbral determinado, lo que induce la apertura de un gran número de canales de Na+. El potencial de membrana no sólo cambia, sino que ahora es positivo del lado intracelular. Este cambio de potencial de membrana hacia valores positivos se denomina “despolarización” y constituye la etapa inicial del potencial de acción.

El potencial de membrana, frente a la salida de las cargas positivas acarreadas por el K+ entra en una fase llamada “repolarización”, en ella el potencial de reposo se vuelve más negativo. Al final, la salida de los iones K+ lleva a un breve estado de “hiperpolarización”, donde el potencial de membrana toma valores más negativos que en el estado de reposo, acercándose al potencial de equilibrio del K+. Al disminuir el potencial de membrana, los canales de K+ dependientes del potencial eléctrico vuelven a cerrarse.

Transmisión saltatoria: ocurre en axones mielíticos. La mielina actúa como aislante térmico, rodeando al axón. Existen unas interrupciones en esta banda de mielina, que ocurren a intervalos regulares que se denominan “nódulos de Ranvier”, en los que la membrana celular se encuentra expuesta.

  La propagación saltatoria se da de nódulo en nódulo. Incrementa la velocidad de conducción nerviosa puesto que no requiere polarización en todos los puntos y no necesita tener que incrementar significativamente el diámetro del axón.

  En las secciones mielinizadas no se generan potenciales de acción. En los nódulos de Ranvier desminilizados hay una gran cantidad de canales de Na+ dependientes de voltaje, esto permite que los impulsos puedan regenerarse de una manera eficaz a partir de ellos.

1. La ecuación de Nerst expresa la mínima relación entre el gradiente de concentración (o potencial químico) y el gradiente eléctrico que presenta una molécula.

  Puede ser utilizada en la cuantificación de gradiente de potencial, puesto en juego en fenómenos de difusión en membranas, teniendo en cuenta las diferencias de potencial que se genera en ambos lados de la bicapa lipídica, producto de su alta constante dieléctrica. Tanto el potencial químico como el gradiente eléctrico influyen directamente en la difusión de un ion u otras moléculas cargadas.

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