Cinetica Quimica Y Transporte De Membrana

UNIVERSIDAD DE SAN MARTÍN DE PORRES FACULTAD DE MEDICINA HUMANA CURSO DE QUÍMICA BIOLÓGICA

LA CINÉTICA QUÍMICA Y LOS PRINCIPALES MECANISMOS DE TRANSPORTE EN EL ORGANISMO

Alumnos: Mónica Alexandra López Murga Diego Gómez wong

LIMA - PERÚ 2008

LA CINÉTICA QUÍMICA Y LOS PRINCIPALES MECANISMOS DE TRANSPORTE EN EL ORGANISMO

UNIVERSIDAD DE SAN MARTÍN DE PORRES FACULTAD DE MEDICINA HUMANA CURSO DE QUÍMICA BIOLÓGICA

LA CINÉTICA QUÍMICA Y LOS PRINCIPALES MECANISMOS DE TRANSPORTE EN EL ORGANISMO

LIMA - PERÚ 2008

Al Prof. Dr. Max Bodenstein: fundador de la cinética química moderna; y a Henry Le Chatelier: quien formuló el principio de los sistemas en equilibrio que ahora lleva su nombre.

Agradecemos ante todo al profesor del curso de lenguaje médico Pedro García Toledo por sus brillantes clases acerca de la correcta estructura de una monografía y también por darnos las referencias necesarias que nos orientaron a desarrollar nuestro tema; y, a nuestro amigo Paul Menéndez Llanos por los libros que nos asesoró en esta búsqueda.

¿Por qué se ha de temer a los cambios? Toda la vida es un cambio. H. G. Wells

ÍNDICE INTRODUCCIÓN

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1.CINÉTICA QUÍMICA

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1.1 DEFINICIÓN 1.2 VELOCIDAD DE REACCIÓN 1.3 TEORÍAS PARA EXPLICAR LA VELOCIDAD DE REACCION 1.3.1 TEORÍA DE LAS COLISIONES 1.3.2 TEORÍA DEL COMPLEJO ACTIVADO 1.4. FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN 1.4.1 TEMPERATURA 7 1.4.2 NATURALEZA DE LOS REACTANTES 1.4.3 CONCENTRACIÓN DE SUSTANCIAS REACCCIONANTES 8 1.4.4 CATÁLISIS 1.5 MECANISMOS DE REACCIÓN 9 1.5.1 REACCIONES SENCILLAS 1.5.2 REACCIONES COMPLEJAS 10 1.6 POR LA COMPOSICIÓN FINAL , O SENTIDO DE LA REACCIÓN 1.6.1 REACCIONES IREVERSIBLES 1.6.2 REACCIONES REVERSIBLES 1.6.2.1 LEY DE ACCION DE MASAS 1.6.2.2 EQUILIBIRIO QUÍMICO 11 1.6.3 TIPOS DE EQUILIBRIO DE ACUERDO A LA NATURALEZA DE PRODUCTOS Y REACTANTES 1.6.3.1 EQUILIBRIO HOMOGÉNEO 1.6.3.2 EQUILIBRIO HETEROGÉNEO 1.6.4 FACTORES QUE AFECTAN EL EQUILIBRIO QUÍMICO 1.7 RELACIÓN ENTRE LA CONSTANTE DE VELOCIDAD DE 12 REACCIÓN Y LA TEMPERATURA 1.8 FÓRMULAS DE CINÉTICA DE ABSORCIÓN 13 2. MECANISMOS DE TRANSPORTE A TRAVES DE AL MEMBRANA

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CONCLUSIÓN BIBLIOGRAFÍA

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INTRODUCCIÓN La cinética química y los mecanismos de transporte en el organismo tiene suma importancia en la vida en general como la conocemos y más particularmente dentro de nuestro propio cuerpo; ya que los cambios que son estudiados por esta rama de la química se dan a cada instante, ya q sin ellos la vida no seria igual como la conocemos; desde las transformaciones mas simples hasta las más compleja. Con este trabajo se pretende entender de una manera más profunda los mecanismos y factores que lo hacen posible.

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1. CINÉTICA QUÍMICA 1.1. DEFINICIÓN La cinética química estudia las velocidades de reacción de las reacciones químicas y el mecanismo por el cual estas se producen

1.2. VELOCIDAD DE REACCIÓN

Es el cambio de concentración de un reactante (desaparición) o de un producto (aparición) en un intervalo de tiempo. V= ∆ Concentración ∆ Tiempo

1.3. TEORÍAS PARA EXPLICAR LA VELOCIDAD DE REACCION Son dos: 1.3.1 TEORÍA DE LAS COLISIONES -Dos partículas reaccionan cuando chocan entre si. -Deben poseer suficiente energía y una adecuada orientación para q se originen los productos. 1.3.2 TEORÍA DEL COMPLEJO ACTIVADO Se forma un estado de transición o complejo activado de alta energía Los reactantes deben de ganar energía para q se forme el complejo activado, energía de activación Dicho complejo puede formar productos (irreversible) o nuevamente reactantes (reversibles) Ea = Eca – Er

Erx =Ep -Er

1.4. FACTORES QUE AFECTAN LA VELOCIDAD DE REACCIÓN 6

1.4.1 TEMPERATURA

Según la Teoría Cinética, la temperatura aumenta la energía cinética de las moléculas o iones y por consiguiente el movimiento de estos, con lo cual, aumenta la posibilidad de choques entre las moléculas o iones de los reactivos, aumentando la posibilidad de que ocurra la reacción o acelerando una reacción en desarrollo. Sin embargo, el incremento de la velocidad de la reacción no depende tanto del incremento del número de colisiones, cómo del número de moléculas que han alcanzado la energía de activación. La velocidad de una reacción crece, en general, con la temperatura, y se duplica, aproximadamente, por cada 10 °C que aumenta la temperatura. Por ejemplo, el cloruro de sodio reacciona lentamente con el ácido sulfúrico. Si se le proporciona calor aumenta la velocidad de reacción dando sulfato de sodio (Na2SO4) y ácido clorhídrico: 2NaCl + H2SO4 Na2SO4 + 2.HCl Recordemos que los combustibles para ser quemado, primero deben alcanzar su punto de combustión, luego por ser reacciones exotérmicas (liberan calor) la combustión continúa sola.

1.4.2 NATURALEZA DE LOS REACTANTES La naturaleza de los reactantes involucrados en una reacción determina el tipo de reacción que se efectúa. Las reacciones en las cuales se redistribuyen enlaces o se transfieren electrones pueden ser más lentas que las que no involucran estos cambios. Las reacciones iónicas se efectúan inmediatamente, esto se debe a las frecuentes colisiones entre iones con cargas opuestas. En una reacción iónica no hay transferencia de electrones. Las reacciones entre moléculas neutras pueden ser más lentas que las iónicas a causa de la transferencia electrónica y redistribución de enlaces. La mayor parte de las colisiones moleculares son elásticas, por lo tanto, las moléculas simplemente rebotan y se apartan sin cambios. Sin embargo, algunas colisiones tienen la suficiente energía para ocasionar cambios en las nubes electrónicas de las moléculas que chocan. Cuando ocurre el cambio, las moléculas que chocan pueden formar el complejo activado. La energía requerida para formar este se conoce como energía de activación. Si esta es pequeña pocas de las colisiones tienen la suficiente energía para formar el complejo activado. Por lo tanto, la reacción puede ser tan lenta que no es detectable. Por ejemplo, el hidrógeno y el oxígeno pueden mantenerse durante años en el mismo recipiente sin reaccionar. Aunque hay colisiones entre las moléculas, no se alcanza la energía de activación. Sin embargo, si la mezcla se calienta a 800 °C , o se introduce una llama o una chispa en el recipiente, el hidrógeno y el oxígeno reaccionan violentamente. El calor, la llama o la chispa suministran la energía de activación.

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1.4.3 CONCENTRACIÓN DE SUSTANCIAS REACCCIONANTES

A mayor concentración de las sustancia reaccionantes, el número de colisiones efectivas aumenta, luego, la velocidad de reacción también aumenta.

1.4.4 CATÁLISIS Puede ser catalizador (aumenta la velocidad) o inhibidor (disminuye la velocidad) Se llaman catalizadores a las sustancias que intervienen en las reacciones, acelerándolas o retardándolas y que siguen presentes al finalizar la reacción, es decir que no se consumen en esta, no son parte de los productos reaccionantes. Las sustancias que retardan la velocidad de reacción se denominan inhibidores. Por ejemplo, añadiendo dióxido de manganeso (MnO2) al peróxido de hidrógeno (H2O2), se observa que se descompone liberando abundante oxígeno: 2.H2O2 + n.MnO2 ® 2.H2O + O2 (g) + n.MnO2 (rápida) La cantidad n de dióxido de manganeso (MnO2) permanece constante luego de finalizada la reacción. i. Catalizadores de contacto o heterogéneos: No reaccionan químicamente con las sustancias del sistema: adsorben en su superficie, las moléculas de esas sustancias reaccionantes, aumentan, por consiguiente, el número de choques entre ellas y aceleran la reacción. Una reacción en la cual los reactantes y el catalizador no están en la misma fase (estado) es una reacción heterogénea. Este tipo de catalizadores generalmente producen una superficie donde las sustancias pueden reaccionar, estos catalizadores funcionan adsorbiendo alguno de los reactantes, debilitando el enlace en cuestión hasta el punto en que el otro reactante rompe dicho enlace. La adsorción es la adherencia de una sustancia a la superficie de otra. Algunos metales (finamente divididos para aumentar la superficie de contacto) actúan como catalizadores de contacto: platino, níquel, óxido férrico (Fe2O3), pentóxido de vanadio (V2O5), entre otros. El dióxido de azufre (SO2) reacciona lentamente con el oxígeno:

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Luego el dióxido de nitrógeno reacciona (reduciéndose) con el dióxido de azufre (este se oxida), dando trióxido de azufre (SO3) y regenerándose el monóxido de nitrógeno (NO): 2.SO2 + 2.NO2 ® 2.NO + 2.SO3 Son características de los catalizadores: a) Gran desproporción entre la masa de las sustancias que reaccionan y la pequeña masa del catalizador. b) El catalizador se halla igual al final del proceso, que al comienzo de él. c) Un catalizador no produce una reacción que sin él no se realiza, solo modifica la velocidad de la misma. d) Los catalizadores son específicos de cada reacción o de un cierto grupo de reacciones. La absorción de las impurezas que acompañan a las sustancias reaccionantes, pueden disminuir o detener la acción del catalizador. Estas sustancias que retardan la acción de los catalizadores se denominan venenos del catalizador.

1.5. MECANISMOS DE REACCIÓN 1.5.1 REACCIONES SENCILLAS Tiene tan solo una etapa su mecanismo LEY DE VELOCIDAD DE REACCIÓN Es la ecuación que expresa la relación entre las concentraciones de los reactantes y la velocidad de reacción. b y Vrx = K [Reactante 1] [Reactante 2] ORDEN DE REACCIÓN(n) n=b+y Mida la influencia de la concentración de los reactantes sobre la velocidad de reacción. El orden de reacción total (n) es la suma de los órdenes parciales de reacción (coeficientes estequiométricos) - Reacciones sencillas: Los órdenes de reacción son los coeficientes estequiométricos. - Reacciones complejas: Los órdenes de reacción dependen del mecanismo y deben ser determinados experimentalmente.

9 CONSTANTE DE VELOCIDAD DE REACCIÓN b y Vrx = K [Reactante 1] [Reactante 2]

DETERMINACION DE LA LEY DE VELOCIDAD Aa + Bb

→

Vrx = K [A] [B ]

Cc + Dd

1.5.2REACCIONES COMPLEJAS Puede tener varias etapas su mecanismo; a cada una se le denomina mecanismo elemental. Si estas tienen distintas velocidades, la más lenta se considera como la velocidad de reacción total

1.6. POR LA COMPOSICIÓN FINAL, O SENTIDO DE LA REACCIÓN 1.6.1 REACCIONES IREVERSIBLES Solo ocurre en un solo sentido, en q los reactantes se convierten en productos 1.6.2 REACCIONES REVERSIBLES Puede ocurrir en dos sentidos, directo e inverso: Aa + Bb → Cc + Dd 1.6.2.1 LEY DE ACCION DE MASAS V1 = k1 [A] [B] V2 = k2 [C] [D]

→ →

directa inversa

10 1.6.2.2 EQUILIBIRIO QUÍMICO V1 =V2

K= [C] [D] [A] [B]

1.6.3 TIPOS DE EQUILIBRIO DE ACUERDO A LA NATURALEZA DE PRODUCTOS Y REACTANTES

1.6.3.1 EQUILIBRIO HOMOGÉNEO Cuando se encuentran todas las sustancias en una misma fase, sólida, acuosa, etc. N204 (g) ⇌ 2NO2 (g) 1.6.3.2 EQUILIBRIO HETEROGÉNEO Se presenta más de una fase. 2NaHCO3(s) ⇌ Na2co3(s) + CO2(g) 1.6.4 FACTORES QUE AFECTAN EL EQUILIBRIO QUÍMICO Basados en el principio de Le Chatelier; el cual dice que cuando hay una acción externa en el equilibrio, esta se desplaza hacia el sentido q tienda a disminuir con el fin de disminuir dicho cambio. ACCIONES EXTERNAS •

Cambios de concentración:

Si aumentara la concentración molar de algunos de los reactantes, se formaran más productos para disminuir los reactantes.

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•

Cambios de presión y volumen:

Si aumenta la presión el equilibrio se desplaza hacia donde hay menos moles; mientras que si aumenta el volumen ocurre lo contrario. •

Cambios de temperatura

Son de dos tipos: o Reacción endotérmica: Se absorbe calor en esta reacción, al aumentar la temperatura el equilibrio se desplaza hacia la formación de productos y cuando disminuye hacia los reactantes. A + B + calor ⇌ C o Reacción exotérmica : En este tipo de reacción se libera energía, al aumentar la temperatura el equilibrio se desplaza hacia los reactantes y si disminuye ocurre lo contrario. A

+

B

⇌ C + calor

En este tipo de reacción la temperatura es directamente proporcional a la formación de los reactantes. A + B •

⇌

C + calor

Adición de catalizadores

No afectan el equilibrio químico, debido a que las velocidades de las reacciones inversa y directa varían en la misma proporción. 1.7.

RELACIÓN ENTRE LA CONSTANTE DE VELOCIDAD DE REACCIÓN Y LA TEMPERATURA

En 1889 Svante Arrhenius expreso la dependencia de la constante de velocidad de reacción con la temperatura mediante la ecuación (- Ea/RT) K= A e

12 Donde:

K: Constante De velocidad de reacción A: Factor preexponencial, de frecuencia o de Arrhenius R: Constantes de los gases T: Temperatura absoluta Se aprecia que a la velocidad específica aumenta exponencialmente con la temperatura. Si tomamos logaritmos a a la ecuación de Arrhenius, se obtiene una relación lineal: Ln k = ln A - Ea RT 1.8 FÓRMULAS DE CINÉTICA DE ABSORCIÓN •

(ORDEN 0): El producto viene dado por la ecuación de tipo:

d[P] = k dt Su integración da:

[P] = [P] o + kt •

(ORDEN 1): Corresponded a procesos elementales unimoleculares:

1A

P

La ley de velocidad es de tipo:

d[A] = - k[A] dt Tiempo de vida media : t 1/2

= ( ln 2) / k

13 •

(ORDEN 2): La ecuación puede ser de dos tipos dependiendo si hay uno o dos reactivos:

- En el primer caso: 2A

P

La ecuación de velocidad es:

d[A] = - k[A]

2

dt Su integración da: 1/ [A] = Kt + 1/ [A]

Tiempo de vida media: t

1/2

= 1 ([A]o k)

-En el segundo caso: 1A +

1R

P

La ecuación de velocidad es:

d[A] = - k[A][R] dt Si se que se reemplaza la concentración de A que ha reaccionado en el tiempo t por x, la ley de velocidad integrada será: 1 ln [R]o ([A]o – x) = - kt

[R]o- [A]o

[A]o ([R]o – x) 14

MECANISMOS DE TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA MEMBRANA Las membranas regulan el tránsito químico pudiendo actuar como una barrea a una sustancia dada en un determinado momento o promoviendo su paso activo en otro instante; esto en respuesta a las condiciones ambientales o las necesidades celulares. Permite el ingreso de sustancias útiles, tales como los nutrientes y la salida de los materiales de desecho; se dice entonces que tiene permeabilidad selectiva, propiedad que le permite regular el intercambio de sustancias. La permeabilidad selectiva de las membranas biológicas a las moléculas más pequeñas es lo que le permite a la célula controlar y mantener su composición interna. Existen, sin embargo, muchos factores que determinan el tipo de mecanismo mediante el cual las distintas moléculas atravesarán dicha membrana.

LA MEMBRANA:

La membrana celular es la parte externa de la célula que envuelve el citoplasma. Permite el intercambio entre la célula y el medio que la rodea. Intercambia agua, gases y nutrientes, y elimina elementos de desecho. En la composición química de la membrana entran a formar parte lípidos, proteínas y glúcidos en proporciones aproximadas de 40%, 50% y 10%, respectivamente. Los lípidos forman una doble capa y las proteínas se disponen de una forma irregular y asimétrica entre ellos. Estos componentes presentan movilidad, lo que confiere a la membrana un elevado grado de fluidez.

La membrana celular está formada por distintos tipos de membranas todas compuestas de lípidos y proteínas: -

Membrana nuclear Membrana mitocondrial Membrana retículoenendotelial Membrana lisosómica

ASPECTOS FISIOANATÓMICOS:

Funcionalmente la membrana celular se comporta como una barrera semipermeable: Algunas sustancias hidrosolubles y liposolubles de bajo peso molecular, atraviesan fácilmente las membranas celulares, mientras que moléculas con carga eléctrica o de 15

gran tamaño (proteínas) no lo hacen. Los movimientos transmembrana de los fármacos son influenciados por la composición y estructura de la membrana celular. Esta es delgada (70 - 100 amstrong) y compuesta de fosfolípidos y carbohidratos dispersos así como grupos de proteínas integrales que actúan como receptores, canales, bombas, enzimas o simplemente son estructurales. La teoría de la bicapa lipídica o unidad de membrana propuesta por Davson y Danielly (1952), considera que la membrana celular está compuesta por dos capas de fosfolípidos entre dos capas superficiales de proteínas, con las "cabezas" hidrofílicas de los fosfolípidos orientadas hacia el exterior mientras que las "colas" hidrofóbicas están alineadas hacia el interior. Esta teoría explica la observación que los fármacos liposolubles tienden a penetrar más fácilmente la membrana que las sustancias polares. Sin embargo este modelo no tiene en cuenta la difusión del agua, el paso de moléculas de bajo peso molecular (urea) y ciertos iones.

CLASES DE MEMBRANA: PERMEABLE: No establece una restricción a determinadas sustancias al contrario permito el acceso a todas las sustancias en contacto. IMPERMEABLE: No permite el paso de ninguna sustancia sin distinción.

Se trata de una membrana que permite el paso preferencial de ciertas sustancias presentes en una disolución frente a otras. La parte que ha atravesado la membrana se conoce como permeado y la que no es el rechazo. En consecuencia, permite lograr una separación diferencial de unas sustancias frente a otras. Para que el paso de sustancias a través de la membrana se produzca, es necesario la presencia de una fuerza impulsora entre ambos lados de la membrana, la cual puede ser de diferente naturaleza: SEMIPERMEABLE:

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diferencia de presión, diferencia de concentración, potencial eléctrico, etc. Una vez establecido el flujo, el diferente grado de paso de unas sustancias respecto de otras se produce por criterios físicos (tales como el tamaño del poro) oquímicos (como la solubilidad y difusión en la membrana, etc.). Fundamentalmente pasa el disolvente universal: el agua.

TRANSPORTE CELULAR:

El transporte celular es el intercambio de sustancias entre el interior celular y el exterior a través de la membrana celular o el movimiento de moléculas dentro de la célula.

CLASES DE TRANSPORTE:

1. TRANSPORTE PASIVO O DIFUSIÓN:

El transporte pasivo es el intercambio simple de moléculas de una sustancia a través de la membrana plasmática, durante el cual no hay gasto de energía que aporta la célula, debido a que va a favor del gradiente de concentración o a favor de gradiente de carga eléctrica, es decir, de un lugar donde hay una gran concentración a uno donde hay menor. El proceso celular pasivo se realiza por difusión. En sí, es el cambio de un medio de mayor concentración (medio hipertónico) a otro de menor concentración (un medio hipotónico). Difusión a través de los lípidos:

Las sustancias no polares s disuelven bien en los lípidos, y por tanto son capaces de penetrar fácilmente en las células, ya que las membranas celulares están compuestan principalmente por lípidos. La velocidad de este paso de metabolitos mediante la disolución en los lípidos viene definida por el concepto de liposolubilidad que es medido por el coeficiente de reparto lípido/agua. Esto se resume en la relación:

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+ liposubilidad ------- + velocidad de penetración y rapidez de reacción

La mayoría de los metabolitos son ácidos o bases débiles y por tanto poco ionizados, aunque siempre están algo ionizados. La relación entre el estado ionizado/no ionizado viene definido por el pH del medio, y su expresión matemática viene definida por la ecuación de Henderson- Hasselbalch. Metabolito No Ionizado pKa = pH + log---------------------------------------- ÁCIDOS d Metabolismo Ionizado

Metabolismo Ionizado pKa = pH + log-------------------------------------------- BASES D Metabolismo No Ionizado

Todos los metabolitos pueden ser clasificados en dos grupos: ácidos y bases débiles y dependiendo del pH del medio predominará la forma ionizada o no ionizada. En la tabla se reúnen los resultados de la mencionada interacción: Metabolito y pH Metabolito ácido

Metabolito alcalino

pH ácido Predomina la forma no ionizada (liposoluble). Facilita absorción y dificulta eliminación. Predomina la forma ionizada (hidrosoluble). Dificulta la absorción y facilita la eliminación.

pH alcalino Predomina la forma ionizada (hidrosoluble). Dificulta la absorción y facilita la eliminación. Predomina la forma no ionizada (liposoluble). Predomina la absorción y dificulta eliminación.

Atrapamiento Iónico: Dado que los metabolitos tienen un determinando pKa, su ionización será distinta según estén disueltos en un pH o en otro.

1.1 DIFUSIÓN SIMPLE: Algunas sustancias pasan al interior o al exterior de las células a través de una membrana semipermeable, y se mueven dentro de éstas por Difusión simple, siendo un proceso físico basado en el movimiento al azar. La difusión es el movimiento de átomos, moléculas o iones de una región de mayor 18

concentración a una de menor concentración sin requerir gasto de energía. La difusión implica, no sólo el movimiento al azar de las partículas hasta lograr la homogénea distribución de las mismas (y esto ocurre cuando las partículas que azarosamente vienen se equiparan con las que azarosamente van) sino también el homogéneo potencial químico del fluido, ya que de existir una membrana semipermeable que particione un fluido en dos de distinto potencial químico, se generará una presión osmótica desde el potencial químico mayor (p.e. solvente puro) hacia el menor (p.e. solvente y soluto) hasta que ambas particiones se equiparen o la presión hidrostática equilibre la presión osmótica.

1.2 DIFUSIÓN FACILITADA: Es el movimiento de moléculas más grandes que no pueden pasar a través de la membrana plasmática y necesita ayuda de una proteína u otros mecanismos (exocitosis) para pasar al otro lado. También se llama difusión mediada por portador porque la sustancia transportada de esta manera no suele poder atravesar la membrana sin una proteína portadora específica que le ayude. Se diferencia de la difusión simple a través de conductos en que mientras que la magnitud de difusión de la difusión simple se incrementa de manera proporcional con la concentración de la sustancia que se difunde, en la difusión facilitada la magnitud de difusión se aproxima a un máximo (Vmax), al aumentar la concentración de la sustancia.

1.3 FILTRACIÓN: La filtración es el movimiento de agua y moléculas disueltas a través de la membrana debido a la presión hidrostática generada por el sistema cardiovascular. Dependiendo del tamaño de los poros de la membrana, sólo los solutos con un determinado tamaño pueden pasar a través de la membrana. Por ejemplo, los poros de la membrana de la cápsula de Bowman en los glomérulos renales, son muy pequeños, y sólo la albúmina, la más pequeña de las proteínas, tienen la capacidad de ser filtrada a través de ella. Por otra parte, los poros de las membranas de los hepatocitos son extremadamente grandes, por lo que una gran variedad de solutos pueden atravesarla. 1.4 OSMOSIS: La ósmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual sólo las moléculas de agua son transportadas a través de la membrana. El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay mayor concentración a uno de menor. De acuerdo al medio en que se encuentre una célula, la ósmosis varía. La función de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular. Dicho

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proceso no requiere gasto de energía. En otras palabras la ósmosis u osmosis es un fenómeno consistente en el paso del solvente de una disolución desde una zona de baja concentración de soluto a una de alta concentración del soluto, separadas por una membrana semipermeable. Se relaciona con el movimiento browniano.

2. TRANSPORTE ACTIVO:

Consiste en el transporte de sustancias en contra de un gradiente de concentración, para lo cual se requiere un gasto energético. En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H+ (potencial electroquímico de protones) previamente creado a ambos lados de la membrana, por procesos de respiración y fotosíntesis; por hidrólisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana (F1F0). El transporte activo varía la concentración intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmótico de rebalanceo por hidratación. Los sistemas de transporte activo son los más abundantes entre las bacterias, y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoría de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentración de nutrientes. Los sistemas de transporte activo están basados en permeasas específicas e inducibles. El modo en que se acopla la energía metabólica con el transporte del soluto aún no está dilucidado, pero en general se maneja la hipótesis de que las permeasas, una vez captado el sustrato con gran afinidad, experimentan un cambio conformacional dependiente de energía que les hace perder dicha afinidad, lo que supone la liberación de la sustancia al interior celular. El transporte activo de moléculas a través de la membrana celular se realiza en dirección ascendente o en contra de un gradiente de concentración (Gradiente químico) o en contra un gradiente eléctrico de presión (gradiente electroquímico), es decir, es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado. Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energía procedente del ATP. Las proteínas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa, que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberación de energía de los enlaces fosfato de alta energía. Comúnmente se observan tres tipos de transportadores: Uniportadores: son proteínas que transportan una molécula en un solo sentido a través de la membrana. Antiportadores: incluyen proteínas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultáneamente transportan otra en sentido opuesto. 20

Simportadores: son proteínas que transportan una sustancia junto con otra, frecuentemente un protón (H+).

Transporte activo primario: Bomba de sodio y potasio Se encuentra en todas las células del organismo, encargada de transportar los iones potasio que logran entrar a las células hacia el interior de estas, dando una carga interior negativa y al mismo tiempo bombea iones sodio desde el interior hacia el exterior de la célula (axoplasma), sin embargo el número de iones Na + (con carga positiva) no sobrepasa al de iones con carga negativa dando por resultado una carga interna negativa. En caso particular de las neuronas en estado de reposo esta diferencia de cargas a ambos lados de la membrana se llama potencial de membrana o de reposo.

Transporte activo secundario o cotransporte Es el transporte de sustancias que normalmente no atraviesan la membrana celular tales como los aminoácidos y la glucosa, cuya energía requerida para el transporte deriva del gradiente de concentración de los iones sodio de la membrana celular (Bomba Glucosa/Sodio ATPasa). Bomba de calcio: Es una proteína de la membrana celular de todas las células eucariotas. Su función consiste en transportar calcio iónico (Ca2+) hacia el exterior de la célula, gracias a la energía proporcionada por la hidrólisis de ATP, con la finalidad de mantener la baja concentración de Ca2+ en el citoplasma que es unas diez mil veces menor que en el medio externo, necesaria para el normal funcionamiento celular. Se sabe que las variaciones en la concentración intracelular del Ca2+ (segundo mensajero) se producen como respuesta a diversos estímulos y están involucradas en procesos como la contracción muscular, la expresión genética, la diferenciación celular, la secreción, y varias funciones de las neuronas. Dada la variedad de procesos metabólicos regulados por el Ca2+, un aumento de la concentración de Ca2+ en el citoplasma puede provocar un funcionamiento anormal de los mismos. Si el aumento de la concentración de Ca2+ en la fase acuosa del citoplasma se aproxima a un décimo de la del medio externo, el trastorno metabólico producido conduce a la muerte celular. El calcio es el mineral más abundante del organismo, además de cumplir múltiples funciones.

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3. TRANSPORTE VESICULAR:

Es un proceso de "englobamiento" de partículas (pinocitosis) para líquidos y fagocitosis para sólidos). La endocitosis y exocitosis mueven materiales hacia dentro de la célula o fuera de ella respectivamente. Durante este proceso, la membrana celular se invagina alrededor de la partícula y engloba este material dentro de la célula. Posteriormente la membrana forma una vesícula o vacuola que permitirá al fármaco atravesar la membrana. Se ha propuesto este mecanismo para la absorción de la vacuna oral de polio y otro tipo de macromoléculas.

4.- TRANSPORTE CONECTIVO:

Moléculas muy pequeñas como úrea, agua y azúcares son capaces de atravesar rápidamente la membrana celular si esta contiene poros o canales. Estos poros nunca se han podido ver al microscopio y solo han sido propuestos en la teoría (mosaico fluido). Existen en la membrana proteínas que son capaces de abrir los poros para permitir el paso de estas sustancias.

5.- FORMACIÓN DE PAR IÓNICO:

Algunos fármacos se comportan como electrolitos fuertes que se encuentran altamente ionizados al pH de la mayoría de tejidos biológicos, así como los compuestos de amonio cuaternario penetran pobremente a la célula. Cuando encuentran otras moléculas con carga opuesta, se unen fuertemente, neutralizan su carga eléctrica y de esta manera atraviesan la membrana. Este mecanismo ha sido comprobado para el propranolol y la quinina.

TRANSPORTE DE MACROMOLÉCULAS O PARTÍCULAS Las macromoléculas o partículas grandes se introducen o expulsan de la célula por dos mecanismos:

Endocitosis La endocitosis es el proceso celular, por el que la célula mueve hacia su interior moléculas grandes (macromoléculas) o partículas, englobándolas en una invaginación de su membrana citoplasmática, formando una vesícula que luego se desprende de la pared celular e incorpora al citoplasma. Esta vesícula, llamada endosoma, luego se fusiona con un lisosoma que realizará la digestión del contenido vesicular.

22 Existen dos procesos: •

Pinocitosis: consiste en la ingestión de líquidos y solutos mediante pequeñas vesículas.

•

Fagocitosis: consiste en la ingestión de grandes partículas que se engloban en grandes vesículas (fagosomas) que se desprenden de la membrana celular.

Exocitosis Es la expulsión de sustancias como la insulina a través de la fusión de vesículas con la membrana celular. La exocitosis es el proceso celular por el cual las vesículas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmática, liberando su contenido. La exocitosis se observa en muy diversas células secretoras, tanto en la función de excreción como en la función endocrina. También interviene la exocitosis en la secreción de un neurotransmisor a la brecha sináptica, para posibilitar la propagación del impulso nervioso entre neuronas. La secreción química desencadena una despolarización del potencial de membrana, desde el axón de la célula emisora hacia la dendrita (u otra parte) de la célula receptora. Este neurotransmisor será luego recuperado por endocitosis para ser reutilizado. Sin este proceso, se produciría un fracaso en la transmisión del impulso nervioso entre neuronas.

23 CONCLUSIONES En los anteriores capítulos se han definido conceptos diversos como cinética química, velocidad de reacción, orden de reacción, absorción, membranas, transporte celular, etc. También se han mencionado factores (que afectan la velocidad de reacción, ejm ) o mecanismos( de reacción, ejm.) que explican la complejidad de los distintos tipos y subtipos de reacciones o movimientos que se producen ya sea dentro de una membrana o en cualquier otro medio; y que se diferencian entre sí precisamente a partir de estas condiciones que los originan. Sobretodo íntegramente en la parte de cinética química se han colocado fórmulas que nos van a ayudar a reconocer, relacionar, despejar e incluso prever las velocidades, estados o mecanismos de las diferentes reacciones químicas que complementan con eficacia la parte práctica. Y en fin como se mencionó en la introducción, la cinética química y los mecanismos de transporte en el organismo son de vital importancia para la vida como la conocemos, particularmente dentro de los seres vivos como nosotros; son cambios necesarios que no siempre son positivos o prefectos y por ello debemos entenderlos para poder modificar dicha situación.

24 BIBLIOGRAFÍA Direcciones electónicas: (1)http://www.unne.edu.ar/Web/cyt/com2004/6-Biologia/B055.pdf (2)http://www.fisicanet.com.ar/quimica/cinetica_quimica/ap01_c in etica_quimica.php (3)http://es.wikipedia.org/wiki/Cin%C3%A9tica_y_Mecanismos_ de_Reacci%C3%B3n

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