Transporte y difusión

Transporte  

El transporte a través de la membrana plasmática, esta tiene un interior que es apolar por ende los solutos localizados en ambos lados de la membrana son  especies solubles en agua y no tienen facilidad para insertarse en una fase apolar como lo es en el interior de la bicapa.

Difusión  

Consiste en el mecanismo de transporte más simple, por él todas las moléculas se mueven al azar. Si contamos con un recipiente que contiene agua y un soluto el cual se ubica en un lado del recipiente dejando el otro lado libre de soluto, luego de un tiempo las concentraciones se homogenizan dejando ambos juntos y no en capas como se encontraban en el comienzo ante ello podemos ubicar un gradiente de concentración (considerando que el soluto se disolverá desde mayor concentración hacia donde no hay concentración de este mismo) definida por el cambio gradual de concentración mientras se mueve el soluto.[pic 1]

[pic 2]

Movimiento del soluto graficado en un principio considera a X=0 se reduce mientras que al x máximo aumentará  por ende su pendiente será menor y al pasar del tiempo será mayor el lado derecho y el lado izquierdo se irá reduciendo hasta que ambos lados tengan un a concentración igualada. 

[pic 3]

Para cuantificar el movimiento del soluto dentro de un plano se traza una línea imaginaria dividiendo el plano en dos partes iguales por donde pasa el soluto en forma neta de izquierda a la derecha (considerar que si se encuentra el soluto en mayor cantidad en el lado izquierdo del plano fluirá mayormente desde el lado izquierdo hacia el derecho y viceversa)

J=  [pic 4][pic 5]

• J = el número de moléculas que atraviesan en una determinada cantidad de tiempo en el área determinada
• Considerando la magnitud del flujo proporcional al gradiente de concentración (radicada en )[pic 6]
• Cuando el gradiente de concentración es cero el flujo ( J ) es cero (no hay movimiento de moléculas)
• Una vez que la gradiente es máxima el flujo es máximo

J=                   ley de Fick [pic 7]

• Coeficiente de difusión D lleva un signo menos ya que el flujo es el número de moles que atraviesa una cantidad determinada es positivo, sin embargo la cantidad final siempre será menor que la inicial lo que conlleva a una cantidad negativa
• El coeficiente de difusión depende de la sustancia debida, del solvente, de la temperatura en el momento , etc.  

cinemática de una difusión [pic 8]

La relación entre el flujo y las concentraciones se determina en J=  puesto a que este radica en la diferencia de concentraciones que se encuentran entre ambos lados. Ante ello obtenemos que el flujo es linealmente proporcional con la diferencia de concentración considerando a  J como una línea recta cuando el transporte ocurre por difusión.  [pic 9]

Permeabilidad

El tamaño de las moléculas recae en el movimiento generado por estas siendo las más pequeñas realizan movimientos más rápidos.

La relación existente entre la permeabilidad y la solubilidad radica en que mientras más solubles sean los solutos tanto más permeables son (ambos son directamente proporcionales) Cuál molécula apolar atravesará la membrana biológica mientras una que sea polar puede atravesar la membrana con una permeabilidad baja incluso siendo hasta impermeable

[pic 10]

La permeabilidad es considerada la pendiente de las rectas, esta depende del coeficiente de difusión en la membrana, la polaridad de la membrana y el espesor de la membrana que es una constante.

 Transporte: difusión en la bicapa

Consiste en el resultado de un movimiento en un ambiente acuoso; el cual consta de tres etapas las cuales se denominan como difusión en la fase acuosa, difusión en el interior de la bicapa (más lenta) y difusión en la fase acuosa.

Aquellos solutos polares mayores que no entran de esta forma a la membrana como por ejemplo la glucosa o los aminoácidos, no entran en un medio acuoso por ende no pueden atravesar la membrana.

Con la finalidad de determinar la concentración inicial considerando la concentración externa como constante,  el flujo a tiempo es la pendiente de la tangente al tiempo determinado J=  Para calcular los distintos puntos de la gráfica se deben calcular las distintas pendientes comparadas con el flujo. [pic 11][pic 12]

la concentración irá aumentando por ende las pendientes serán mayores a medida que avance el tiempo y ante los valores de flujo inicial se construye la gráfica de cinética.

Potencial Químico

CUANDO EL SOLUTO NO TIENE CARGA ELÉCTRICA

 Es comprobable que el movimiento ocurre desde mayor a menor potencial químico (desde más concentrado a menos concentrado) hasta alcanzar el equilibrio del potencial químico considerando que este radica en la concentración. Por lo que mayor concentración se resume en un potencial químico mayor

(insertar fórmula cinco)

Si el cambio es negativo la transferencia espontánea, sin embargo si las concentraciones son iguales está equilibrada , es decir que una vez que el soluto viaja la energía implicada en el movimiento proviene desde el gradiente de concentración (la diferencia de potencial químico). Es un transporte pasivo debido a que no requiere ningún tipo de energía externa para ser producido.

Energética de la Difusión.

Para alcanzar el equilibrio los solutos se deben mover de un lado A hacia un lado B utilizando trabajo por ende se ve presente la energía, esta se encuentra involucrada en la difusión de un soluto se denomina potencial químico de un soluto a la contribución que ese soluto hace a la energía total de una solución en un punto en una solución. Esta energía incluye las energías cinéticas de las moléculas y las energías potenciales de las interacciones entre moléculas. Es decir, en ambos lados se encuentra el solvente, sin embargo el soluto se encuentra solo en el lado A del recipiente considerando que al ubicar las moléculas de solvente y soluto las cuales se mueven localizando al energía cinética, a su vez estas moléculas cuentan con interacciones como por ejemplo puente de van der waals, de london, de electrostática, entre otras. A esto se le denomina como energías potenciales de las interacciones. La contribución que hace un soluto particular a la energía total del sistema en un punto determinado se denomina potencial químico de un soluto y a esto se le alude un valor determinado utilizando

 J/mol [pic 13]

(a P y T constantes)

• Considerando a R como la constante de los gases la cual está cuantificada por el número 8,31 J/Kmol
• oi es un valor de referencia
• T es la temperatura en Kelvin
• Logaritmo natural de la concentración del soluto en el punto considerado

Resumen

La difusión es un mecanismo de transporte eficaz sobre distancias cortas (distancias del orden de los tamaños celulares). A distancias mayores (decenas de cm) el transporte masivo por difusión toma tiempos muy largos: muchos minutos a horas.

• En la difusión, el flujo depende linealmente de la concentración, y la pendiente de esta relación es la permeabilidad
• La permeabilidad depende del tamaño y forma de las moléculas (Dm) y de su apolaridad o solubilidad en la bicapa (β)
• Los iones y los solutos polares mayores (como azúcares) son impermeables porque no penetran en la bicapa fosfolipídica
• La energía para la difusión de un soluto (sin carga eléctrica) entre dos puntos corresponde a la diferencia en el potencial químico del soluto entre esos dos puntos. El soluto sin carga eléctrica siempre es transportado (por difusión) de mayor a menor potencial químico

Transporte: mediado por proteínas

Aquellos solutos iónicos y solutos polares (grandes) que no pueden traspasar directamente la bicapa lipídica  pero si son transportados en la membrana dando origen a la relación hiperbólica entre flujo y concentración, esta curva es denominada de saturación. (a diferencia del transporte mencionado anteriormente que mantenía una dirección lineal) ante esto podemos notar que llega un punto donde el aumento de la concentración no gatilla el aumento del flujo por ende este se mantiene de alguna forma “constante”. Esto  se atribuye a la presencia en la membrana de especies de transporte (proteínas)  las cuales tienen un sitio de unión que se acopla a ambos lados de la membrana intermitentemente esto quiere decir que puede estar dispuesto hacia el lado exterior y el lado interior de la membrana pero no está dispuesto hacia ambos lados simultáneamente ya que finalmente retoma su estado original. Las curvas de saturación se pueden caracterizar por dos valores uno de ellos es el valor del flujo máximo, este flujo depende directamente del número de moléculas de transportador en la membrana (mientras mayor sea la cantidad de moléculas que hayan en el transportador el flujo máximo es mayor)  y el otro valor que se  considera es la concentración de Km (soluto) que nos otorga la mitad del flujo máximo el cual refleja la afinidad -fuerza con la cual el sitio se une al soluto-  del sitio de unión por el soluto (a mayor afinidad, menor Km).

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