Procesos de transporte
Procesos de transporte Procesos de transporte
En biologia, la difusion a traves de una membrana es mUfho mas usual e interesante que el transporte de particulas en una solucion no compartimentalizada. Hemos considerado, hasta ahora, la difusion a traves de un area imaginaria A (figura 9.1). Si se tiene una membrana de un area determinada y de espesor despreciable (figura 9.2), se debera sustituir el coeficiente de difusion 0, por un coeficiente de permeabilidad, P. De esta manera, puede escribirse la ecuacion 9.24, en un proceso isotermico e isobarico, y sin contener electrolitos: dm -=-PA(C -C) dt 2 1 • • • • • .... • • . •••••••• • • • • • •••• • •• • • • • • • ••••••••••• •••• • •••• ••• • • • • • ••••••••• • • • • • ••••••••••• • • •• ••• C·· • / • •••• 1 ••••• • • C2 •••• ••• ••• • • • • • •••••••••••••• • • ••••••••••• ••••• ••••• • • • • ............ :. • • • • A··••.••.••.•••• • • • •• •••••• •••• • • • • • • A • Figura 9.2 Fenomeno de osmosis. Dos compartimentos con diferente concentracion de soluto se encuentran separados par una membrana que solo permite el paso del solvente. Si definimos a J como el flujo volumetrico (dm/dt), tendremos para el soluto i: J; = - P; (C 2 - C) donde Ji es el movimiento neto de i en mol cm- 2 S-l; C2 y C 1 son las concentraciones molares del soluto en ambos compartimentos. EI coeficiente de difusion (Oi), no solo depende del tipo de particulas en cuestion (soluto y solvente), sino tambien de la naturaleza de la membrana como son su espesor t.x y su estructura molecular. Usualmente, las propiedades de la membrana no se conocen con detalle, sin embargo, el valor de Pi puede precisarse usando la ecuacion 9.27. Primero debe determinarse el flujo del soluto midiendo la cantidad de soluto que atraviesa la membrana por unidad de tiempo y por unidad de area. AI mismo tiempo, resulta necesario determinar las concentraciones internas y externas. Oebido a los fenomenos de superficie mostrados en la figura 9.3, el calculo de t.C es mas complicado que la simple determinacion de las concentraciones en ambos lados de la membrana. Aun si las fases liquidas (soluciones) estan bien agitadas en ambos lados de la mem- brana, las concentraciones en la zona que se hallan en contacto con la membrana (C;' C2) no seran las mismas que las concentraciones en el resto de la solucion (C1 y C2). Como se aprecia
Capo de Stern o Oistoncio (X) Capo difusa de Gouy en la figura 9.3, un perfil de concentraciones aparece, en donde C1 > C2; C1 > C; y C 2> C2. Estefen6meno puede conducir a una subestimaci6n del coeficiente de permeabilidad determinado por medio de la ecuaci6n 9.28, debido a que i\C > i\C'. De donde en realidad el valor de Pi no es - J;I i\C, sino P.= __ Ji_ I i\C' donde i\C' = C2 - G. En el perfil de concentraciones de la figura 9.3, se muestra que siempre hay una capa de soluci6n sobre la superficie de la membrana que no es afectada por la agitaci6n. EI espesor efectivo de esta capa d1 y d2 se conoce como zona no agitada. En las celulas vivas, la agitaci6n esta originada por la ciclosis (corrientes citoplasmicas). En las celulas vivas, d no representa un parametro util, debido a que no es medible practicamente. EI coeficiente de permeabilidad puede relacionarse con el coeficiente de difusi6n de la siguiente manera: P. = _ OJ Kj I i\X donde K; es el coeficiente de partici6n del soluto entre la membrana y el agua que la baiia y i\X es el espesor de la membrana. EIvalor de Kj se puede determinar midiendo la relaci6n de concentraci6n del soluto en equilibrio, en una fase lipidica y una fase acuosa. Los valores de coeficiente de partici6n varian mucho y en su mayoria estan entre 10- 6 Y 10 m/s. En membranas biol6gicas 105valores tipicos de Pi para 105electr61itos pequeiios como el fenol 0 el isopropanol son de aproximadamente 10- 6 mis, mientras que para iones pequeiios como el potasio y sodio, 105valores son de alrededor de 10- 9 m/s. La diferencia entre 105coeficientes de permeabilidad de 105electr61itos y de 105no electr6litos, se debe a que es menor el valor del coeficiente de partici6n de 105electr6litos. La permeabilidad del agua en algunas \
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Capo<br />
<strong>de</strong><br />
Stern<br />
o<br />
Oistoncio (X)<br />
Capo difusa<br />
<strong>de</strong> Gouy<br />
en la figura 9.3, un perfil <strong>de</strong> concentraciones aparece, en don<strong>de</strong> C1 > C2; C1 > C; y<br />
C 2> C2. Estefen6meno pue<strong>de</strong> conducir a una subestimaci6n <strong>de</strong>l coeficiente <strong>de</strong> permeabilidad<br />
<strong>de</strong>terminado por medio <strong>de</strong> la ecuaci6n 9.28, <strong>de</strong>bido a que i\C > i\C'. De don<strong>de</strong> en realidad el<br />
valor <strong>de</strong> Pi no es - J;I i\C, sino<br />
P.= __ Ji_<br />
I i\C'<br />
don<strong>de</strong> i\C' = C2 - G. En el perfil <strong>de</strong> concentraciones <strong>de</strong> la figura 9.3, se muestra que siempre<br />
hay una capa <strong>de</strong> soluci6n sobre la superficie <strong>de</strong> la membrana que no es afectada por la<br />
agitaci6n. EI espesor efectivo <strong>de</strong> esta capa d1 y d2 se conoce como zona no agitada. En las<br />
celulas vivas, la agitaci6n esta originada por la ciclosis (corrientes citoplasmicas). En las celulas<br />
vivas, d no representa un parametro util, <strong>de</strong>bido a que no es medible practicamente.<br />
EI coeficiente <strong>de</strong> permeabilidad pue<strong>de</strong> relacionarse con el coeficiente <strong>de</strong> difusi6n <strong>de</strong> la<br />
siguiente manera:<br />
P. = _ OJ Kj<br />
I i\X<br />
don<strong>de</strong> K; es el coeficiente <strong>de</strong> partici6n <strong>de</strong>l soluto entre la membrana y el agua que la baiia y<br />
i\X es el espesor <strong>de</strong> la membrana. EIvalor <strong>de</strong> Kj se pue<strong>de</strong> <strong>de</strong>terminar midiendo la relaci6n <strong>de</strong><br />
concentraci6n <strong>de</strong>l soluto en equilibrio, en una fase lipidica y una fase acuosa. Los valores<br />
<strong>de</strong> coeficiente <strong>de</strong> partici6n varian mucho y en su mayoria estan entre 10- 6 Y 10 m/s. En<br />
membranas biol6gicas 105valores tipicos <strong>de</strong> Pi para 105electr61itos pequeiios como el fenol 0 el<br />
isopropanol son <strong>de</strong> aproximadamente 10- 6 mis, mientras que para iones pequeiios como<br />
el potasio y sodio, 105valores son <strong>de</strong> alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 10- 9 m/s. La diferencia entre 105coeficientes<br />
<strong>de</strong> permeabilidad <strong>de</strong> 105electr61itos y <strong>de</strong> 105no electr6litos, se <strong>de</strong>be a que es menor el<br />
valor <strong>de</strong>l coeficiente <strong>de</strong> partici6n <strong>de</strong> 105electr6litos. La permeabilidad <strong>de</strong>l agua en algunas<br />
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