Transporte a través de membrana

Transporte a través de membrana

En la periferia de la célula encontramos la membrana plasmática que divide los compartimientos intra y extracelulares

El transporte a través de membrana implica que una o más partículas se pueden mover en uno u otro sentido atravesando esta estructura

¿Por qué un soluto se transporta?

Principio terminodinámico fundamental

Procesos de transferencia de energía. No hay forma de transportar un soluto sin que exista una fuerza impulsora correspondiente a una cantidad de energía suficiente

¿Cómo ocurre ese transporte?

El cómo y el porqué está determinado por la bicapa lipídica que forma la membrana plasmática.

Energía Cinética es la energía que libera una partícula al moverse, pero para liberarla primero debió de haberla almacenado, correspondiendo ese almacenamiento a la Energía Potencial.

EC = EP

EP = m • g • h

 m = masa ; g = fuerza de gravedad ; h = altura ( a mayor altura, mayor energía libera

Mientras más distancia haya entre el final e inicio del movimiento, mayor cantidad de energía hay almacenada. Esta distancia, corresponde a la diferencia de energía

Dos eventos energéticos separados pueden acoplarse para conseguir el movimiento necesario, aprovechando uno que libere energía para aportársela a uno que requiere energía, así se paga el coste energético de generar el movimiento. Para conseguir esto, necesitamos una estructura física que medie este acople, como lo son las proteínas en nuestras células. El proceso de captar parte de la energía que libera un proceso y se utiliza para poder producir otro, se denomina como Trabajo.

La energía libre de Gibbs nos dice que existe un movimiento cinético de una partícula posee al menos dos estados energéticos, uno inicial y uno final. La diferencia entre estos estados corresponde a la Energía Libre de Gibbs. Mientras más grande es la diferencia, más grande es la gradiente. Nos permite predecir si un proceso será espontáneo o no, si liberará energía o en cambio, requerirá de ésta para ocurrir.

Puede tener 3 resultados posibles:

∆G = 0 : El estado final e inicial son iguales

∆G < 0 Es decir el estado inicial es más grande que el estado final

∆G > 0 : El estado final es más grande que el inicial

La fórmula más básica de la Energía Libre de Gibbs, consta de la Entalpía (∆H), Temperatura en escala absoluta y de la Entropía (∆S) que refleja el paso del tiempo (y como consecuencia el grado de desorden)

∆G=∆H-T∆S

Los sistemas de energía libre los podemos encontrar en dos escenarios:

Sistema Cerrado: Existe transferencia de energía, pero en un espacio totalmente limitado, como lo es en un termo. Existe transferencia en el interior, pero no con el exterior. Son procesos adiabáticos

Sistema Abierto: Existe transferencia de energía en el interior y en el exterior, que puede verse influido de factores como presión o temperatura.

Otra forma de expresar la energía libre de Gibbs es la usada por los biólogos:

∆G=∆G°+RT Ln[X]eq

Si ∆G = 0; las energías son iguales, por ende no existe movimiento neto. Existe un equilibrio termodinámico.

Si ∆G < 0; el evento va a ocurrir espontáneamente en la naturaleza.

Si ∆G>0; el evento no va a ocurrir espontáneamente en la naturaleza. Para que ocurra debemos pagar el coste energético.

¿Hasta cuando este fenómeno de movimiento va a ocurrir?

Hasta que la diferencia de energía sea igual a 0, llegando al equilibrio.

Los solutos siempre van a tender al equilibrio termodinámico (siendo este el nivel energético basal más bajo que puede existir), a menos que agreguemos energía al sistema.

Nuestras células funcionan fueran del equilibrio, tienden al equilibrio pero le estamos agregando energía constantemente (pagando el coste energético).

Los procesos de equilibrio no son reversibles, puesto que la reacción inversa no es espontánea y para que ocurran necesitamos si o si agregar energía, pero esto es un nuevo proceso, no es reversibilidad. Para que el proceso fuese reversible, tendría que haber una manipulación del tiempo y eso no existe.

Al principio, los dos tipos de partículas se encuentran ordenadas puesto que existe un tiempo 0 y por ende, una entropía mínima. Como consecuencia, la energía libre de Gibbs es máxima y corresponde a toda la energía de las partículas.

Con el paso del tiempo, las partículas se empezarán a mezclar para encontrar un equilibrio termodinámico.

Cuando termina el movimiento de partículas que es cuando se alcance el equilibrio (∆G= 0 ) y este proceso se demorará un tiempo determinado, en ese tiempo se encontrará la entropía máxima y una cantidad mínima de energía libre de Gibbs.

Existen dos sistemas:

Partículas con masa y sin carga (neutras)

En el estado inicial vamos a tener una gradiente de energía (el término de gradiente de concentración es sólo para partículas neutras, no para partículas con carga), también conocido como Potencial Químico.

Existe una diferencia en el potencial químico entre ambos estados

En el estado final (equilibrio) las partículas se mueven libremente, lo que significa que todas las partículas tienen la misma probabilidad de moverse a la misma dirección con la misma velocidad. Lo que es la base para que no exista un movimiento neto.

Esta figura muestra que en un sistema que aún no empieza a moverse existe una cierta energía fundamental y también una gradiente de energía (también es aplicable a un soluto con carga) que luego de un lapso de tiempo la gradiente

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