Procesos de transporte

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Combinando las ecuaciones 9.13 y 9.14 se tiene: _ _ dnA dn B ~dnc dnD dC - 0 - aPA -- + bPB -- + b,ue .-- + bPD -a bed a/ll\ + b/lb = C/lc + d/ld [9.16] Con estas dos reglas del equilibrio termodinamico, sabemos que el potencial quimico de una sustancia en una solucion, depende de su concentracion. Ahora, para responder como depende el potencial quimico (/li) de la concentracion de i, debemos distinguir dos tipos de soluciones: Lassoluciones ideales y aquellas no ideales. Lassoluciones ideales son aquellas que siguen la ley de Raoult, la cual dice que la presion de vapor de cada componente es estrictamente proporcional a la fraceion molar del componente en cualquier concentracion. Para determinar como varia el potencial quimico de un componente con respeeto a su concentracion, definiremos una solucion ideal de manera diferente. En una solucion ideal, no hay diferencia de energia de interaccion entre el soluto y el solvente: y el cambio de entropia solo se debe al cambio de desorden producido por el mezclado. De la ecuacion 4.10, tenemos: t.C m = t.H m - T t.S m = RT L n i In Xi donde Xi es la fraccion molar de "i". En general, la energia libre de mezclado esta definida por la siguiente ecuacion: La energia libre de un componente puro es igual al numero de moles por la energia libre molar parcial, 0 sea al numero de moles por su potencial quimico. EIpotencial quimico de una sustancia pura se halla representado por If. Transformando la ecuacion 9.19, tenemos: /l; - /lio = RT In \ [9.22] Normalmente, la fraccion molar, Xi, no se utiliza como unidad de concentracion de solutos en las soluciones. Afortunadamente, como la fraccion molar, el potencial quimico varia de manera
donde C es la concentracion del soluto en una solucion diluida. EIvalor de Jlo depende de las unidades de concentracion que se utilicen. Por ejemplo, Jlo puede ser el potencial quimico de una solucion 1M 0 1 g/L de una sustancia pura, dependiendo si las unidades de C son M 0 g/L respectivamente. Transporte de materia a traves de las membranas Las celulas estan siempre, limitadas de su medio circundante por una membrana superficial Hamada membrana plasmatica 0 plasmalema. Ademas, las celulas eucariotes de animales y plantas se encuentran compartamentalizadas en organelos por medio de membranas internas (figura 1.1). Sin duda, una de las propiedades mas sobresalientes de las membranas es su capacidad de actuar como barreras de permeabilidad selectiva y controlar la cantidad y naturaleza de las sustancias que la atraviesan. Es posible imaginar la evolucion de la celula primitiva como una serie de macromoleculas cataliticamente activas rodeadas de una membrana, la cual era atravesada por 105sustratos, moleculas mas pequenas, y algunos iones. La selectividad de esta membrana traeria como consecuencia que la celula retuviera en su interior alas moleculas esenciales dentro de ella aun cuando su concentracion en el medio exterior fuera muy baja y que tambien eliminara 105productos de desecho del metabolismo, Las celulas, ademas, deben tener la capacidad de responder a cambios de su medio externo. Por ejemplo, el volumen celular solo puede cambiar de forma controlada, ya que un cambio de volumen altera la concentracion de las moleculas dentro de la celula y un cambio brusco puede modificar las estructuras celulares. Este control del volumen celular se logra mediante la regulacion de algunas sustancias organicas de bajo peso molecular u osmolitos y de iones inorganicos. Las sustancias osmorreguladoras u osmolitos pueden ser el glicerol, azucares, aminoacidos, potasio, sodio, etcetera. La permeabilidad de las membranas varia ampliamente. Por 10 general 105gases f1uyen facilmente a traves de la membrana, y las moleculas pequenas 10hacen con mayor facilidad que las moleculas grandes cuando son del mismo tipo. Lassustancias pueden difundir a traves de la I membrana de manera pasiva 0 por medio de un mecanismo que requiere de energia. La selectividad de las membranas permite que, en la celula y en 105organelos, se mantengan medios 0 microambientes especificos de manera controlada. Estologra que, a pesar de cambios en el medio exterior, 105procesos bioquimicos en el interior se realicen de manera controlada y ordenada. AI mismo tiempo, las membranas permiten el intercambio entre el interior y exterior de 105 materiales necesarios como el oxigeno y 105 nutrientes, asi como de 105 desechos metabolicos en sentido contrario. EI control del movimiento de materiales a traves de las membranas es de fundamental importancia en el proceso homeostatico, ya que afecta directamente a propiedades como el pH, fuerza ionica, actividad enzimatica y otras funciones metabolicas y osmoticas. En este capitulo solo nos referimos al transporte pasivo de materiales a traves de las membranas, sin embargo, este es solo una de las muchas funciones de las membranas. Las membranas tambien participan en funciones como 10 son las interacciones celulares, reacciones enzimaticas, generacion de ATP,captacion de energia luminosa, excitacion
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