Download Aspectos termodinámicos del transporte de moléculas cargadas

Termodinámica del Transporte de moléculas cargadas ( iones )
¿ Que ocurre cuando existe una carga eléctrica en la molécula que va a atravesar la
membrana ? ¿ Que fuerza dirige ese movimiento ?
Cuando la molécula está ionizada habrá que considerar además de la carga del ión :
La Variación de Energía libre del proceso debida a una diferencia de concentración
La diferencia de potencial a ambos lados de la membrana
Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid
CONCENTRACIÓN DE IONES EN CITOSOL Y EN SANGRE
[Cl- ] = 116 mM
+
+
[ K+ ] = 4 mM
-
+
+
+
[ K ] = 139 mM
-
-
[Cl-- ] = 4 mM
-+
[ Na+ ] = 145 mM
+
[ Na+ ] = 12 mM
[HCO3- ] = 29 mM
+
-
+
+
+
-
[HCO3- ] = 12 mM-
[Proteinato- ] = 9 mM
+
-
[Proteinato- ] = 138-mM
+
[ Mg++ ] = 0.8 mM
-
[ Mg++ ] = 1.5 mM
+
[ Ca++ ] = 1.8 mM
[ Ca++ ] < 0.2 μM
Esta diferencia en la concentración de iones a ambos lados de la membrana crea
una diferencia de potencial denominada potencial de reposo.
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Esta diferencia en la concentración de iones a ambos lados de la membrana crea
una diferencia de potencial denominada potencial de reposo.
+
+
+
-
+
-
+
-
+
+
-
-
+
+
-
+
DV = - 70 mV
+
-
+
-
+
-
Todas las células tienen potencial de reposo, y el valor del potencial de reposo es
variable. Las células excitables ( neuronas y musculares ) tienen un valor aproximado
a -70 mV. En lo sucesivo representaremos y utilizaremos este valor como valor de
referencia.
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¿ En que dirección atravesará la membrana un catión ( ión + ) que tenemos en el
espacio extracelular en mayor concentración que en el citosol ?
I+
+
+
+
-
+
-
-
+
-
-
+
-
+
+
-
+
-
+
-
+
+
-
+
DV = - 70 mV
La respuesta es obvia : pasará desde el espacio extracelular hasta el citosol
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Ahora bien, ¿ En que dirección atravesará la membrana un catión ( ión + ) que
tenemos en el espacio extracelular en menor concentración que en el citosol ?
C1=[I+]ext
+
+
+
-
+
-
-
-
-
C2
[I+]int >[I+]ext
+
-
+
+
[I+]ext
-
=[I+]int
[I+]int
+
-
-
+
+
+
+
-
DV = - 70 mV
-
+
-
Por un lado tenemos que considerar que la variación de energía libre para el
proceso de entrada de I+ en la célula vendrá dado, según vimos para una
molécula neutra, por el gradiente químico :
C2
____
DG = + RT ln
C1
C2
> C1
C2
____
C1
>1
DG > 0
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C2
____
DG = + RT ln
C1
C2
C2
____
> C1
C1
[I+]ext
C1=[I+]ext
> C1
+
+
+
-
+
-
-
-
C2
[I+]int >[I+]ext
+
-
+
+
-
+
-
-
+
+
[I+]int
C2
+
DG > 0
>1
=[I+]int
-
+
-
+
DV = - 70 mV
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Sin embargo, el problema no queda resuelto. Es verdad que la molécula debido al
gradiente químico tenderá a salir de la célula, pero también es evidente que
tenemos una molécula cargada I+ ( + ) que se encuentra en un campo eléctrico. El
campo eléctrico hace que cualquier catión ( carga positiva ) tienda a entrar en la
célula debido a que el potencial de reposo es negativo.
C1=[I+]ext
+
+
+
-
+
-
-
-
C2=[I+]int
DV = - 70 mV
[I+]int >[I+]ext
+
-
+
+
-
+
+
+
-
+
-
-
F = 23.062 cal mol-1 V-1
+
-
La variación de energía libre debida al campo eléctrico será :
Z = +1
+
DV = - 70 10-3 V
DG = Z F DV
Donde Z es la carga del ión, DV es la diferencia de potencial entre ambos lados de la
membrana y F es la constante de Faraday.
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La variación de energía libre total del proceso de transporte o de paso del ión a través
de la membrana será por lo tanto la suma de ambas, la debida al gradiente químico y la
debida al campo eléctrico :
__
C2
____
SDG = DG = + RT ln
+ Z F DV
C1
__
DG es llamado potencial electroquímico de un ión
C1
+
=[I+]ext
+
-
+
-
-
+
+
-
+
-
-
+
-
+
-
-
+
+
+
-
C2
DV = - 70 mV
=[I+]int
+
-
+
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