sábado, 3 de diciembre de 2011

Cuestionario: Fisicoquímica Experimental

Fisicoquímica Experimental

1.       ¿Cuáles son los estados de la materia?
La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólidolíquido y gaseoso.
Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua.
La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso:
  • Los sólidos: Tienen forma y volumen constantes. Se caracterizan por la rigidez y regularidad de sus estructuras.
  • Los líquidos: No tienen forma fija pero sí volumen. La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy específicas son características de los líquidos.
  • Los gases: No tienen forma ni volumen fijos. En ellos es muy característica la gran variación de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presión.

2.       ¿Cuáles son las principales características de los gases?
Los gases, igual que los líquidos, no tienen forma fija pero, a diferencia de éstos, su volumen tampoco es fijo. También son fluidos, como los líquidos.
En los gases, las fuerzas que mantienen unidas las partículas son muy pequeñas. En un gas el número de partículas por unidad de volumen es también muy pequeño. Las partículas se mueven de forma desordenada, con choques entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene. Esto explica las propiedades de expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases: sus partículas se mueven libremente, de modo que ocupan todo el espacio disponible. La compresibilidad tiene un límite, si se reduce mucho el volumen en que se encuentra confinado un gas éste pasará a estado líquido.
Al aumentar la temperatura las partículas se mueven más deprisa y chocan con más energía contra las paredes del recipiente, por lo que aumenta la presión.

3.       ¿Cuáles son las principales características de los sólidos y líquidos?
Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen constantes. Esto se debe a que las partículas que los forman están unidas por unas fuerzas de atracción grandes de modo que ocupan posiciones casi fijas. En el estado sólido las partículas solamente pueden moverse vibrando u oscilando alrededor de posiciones fijas, pero no pueden moverse trasladándose libremente a lo largo del sólido. Las partículas en el estado sólido propiamente dicho, se disponen de forma ordenada, con una regularidad espacial geométrica, que da lugar a diversas estructuras cristalinas. Al aumentar la temperatura aumenta la vibración de las partículas.

Los líquidos, al igual que los sólidos, tienen volumen constante. En los líquidos las partículas están unidas por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por esta razón las partículas de un líquido pueden trasladarse con libertad. El número de partículas por unidad de volumen es muy alto, por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas.
Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene. También se explican propiedades como la fluidez o la viscosidad. En los líquidos el movimiento es desordenado, pero existen asociaciones de varias partículas que, como si fueran una, se mueven al unísono. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las partículas (su energía).

4.       ¿Cuál es el concepto de disolución?
Una solución es una mezcla homogénea de especies químicas dispersas a escala molecular. Según esta definición, una solución es una fase simple. Una solución puede ser gaseosa, sólida o líquida. El constituyente presente en mayor cantidad se conoce comúnmente como disolvente, mientras que aquellos constituyentes, uno o más, presentes en cantidades relativamente pequeñas se llaman solutos.

5.       ¿Cómo se pueden expresar las concentraciones de las disoluciones?
Porcentaje en masa (m/m), porcentaje en volumen (V/V), porcentaje masa a volumen (m/V), partes por millón (ppm), formalidad (F), molaridad (M), molalidad (m), normalidad (N), fracción molar (X) y porcentaje molar (X%).

6.        ¿Qué tipos de soluciones existen?
Gas en líquido, líquido en líquido, sólido en líquido, gas en gas, líquido en gas, sólido en gas, gas en sólido, líquido en sólido y sólido en sólido.

7.       ¿Qué es la solubilidad?
La cantidad de una sustancia que se disuelve en otra depende de la naturaleza del soluto y del solvente, de la temperatura y la presión. En general, el efecto de la temperatura es muy pronunciado y su dirección depende del calor de solución.  Si una sustancia se disuelve hasta la saturación, con desprendimiento de calor, la solubilidad disminuye con el aumento de la temperatura. Por otra parte, si una sustancia se disuelve con absorción de calor, la solubilidad se incrementa cuando se eleva la temperatura.

8.       ¿Qué dice la ecuación de los gases ideales?
El volumen de un gas depende de la presión, temperatura y número de moles.

9.       ¿Qué es el punto de ebullición?
El punto de ebullición de una solución es la temperatura a la cual su presión de vapor es igual a la presión externa.

10.   ¿Cuáles son las propiedades coligativas de la materia?
a) El descenso de la presión de vapor del solvente.
b) El descenso del punto de congelación.
c) El aumento del punto de ebullición.
d) La presión osmótica.

11.    ¿Qué son las propiedades coligativas de la materia?
Son aquellas que dependen únicamente del número de partículas en solución y de ninguna manera de la naturaleza de las mismas; este es el atributo esencial de los cuatro fenómenos mencionados antes, al menos en soluciones diluidas.

12.   ¿Qué son las soluciones electrolíticas?
En las electrolíticas, el soluto se disocia en mayor o menor proporción en iones, incrementando así el número de partículas en solución. El comportamiento de ésta respecto a ciertas propiedades cambia y exige la modificación de las leyes simples deducidas para las soluciones no electrolíticas.

13.   ¿Qué son las soluciones no electrolíticas?
En las no electrolíticas, el soluto disuelto permanece en forma molecular sin carga y no presenta tendencia a la disociación en iones con carga eléctrica. 

14.   ¿En qué consiste el descenso de la presión de vapor?
Un soluto disuelto hace descender la presión de vapor del líquido solvente en que se encuentra. Este descenso se comprende fácilmente si tomamos en cuenta la Ley de Raoult, que establece que la presión de vapor parcial del constituyente volátil de una solución es igual a la presión del vapor del constituyente puro multiplicada por la fracción molar de tal constituyente en la solución.

15.   ¿En qué consiste el aumento del punto de ebullición?
Las soluciones que contienen solutos no volátiles hierven a temperaturas más elevadas que las del solvente puro. La diferencia entre los punto s de ebullición de la solución y del solvente para una presión constante establecida, se conoce como elevación del punto de ebullición, que depende de la naturaleza del solvente y la concentración del soluto, pero es independiente, por lo menos en soluciones diluidas, de la naturaleza del soluto en tanto éste no se ionice.
Este aumento es fácil de comprender en función de la disminución de la presión de vapor y es una consecuencia directa de ella.

16.   ¿En qué consiste el descenso del punto de congelación?
Al enfriar una solución diluida, se alcanza eventualmente una temperatura en la cual el solvente sólido comienza a separarse. La temperatura en que comienza tal separación se conoce como punto de congelación de la solución, que de una manera más general se define como aquella temperatura en la cual una solución particular se halla en equilibrio con el solvente sólido.
Las soluciones se congelan a temperaturas menores que el solvente puro. El descenso del punto de congelación de una solución es, otra vez, una consecuencia directa de la disminución de la presión de vapor del solvente por el soluto disuelto.

17.   ¿Qué es ósmosis?
Cuando una solución de soluto se separa de un solvente puro mediante una membrana semipermeable; es decir, que permite el paso del solvente pero no del soluto, se observa que aquel tiende a pasar a través de la membrana a la solución, y de ahí a diluirlo.

18.   ¿En qué consiste la presión osmótica?
Se llama presión osmótica de la solución a la presión mecánica que debe aplicarse sobre la solución para impedir la ósmosis del solvente hacia la solución a través de una membrana semipermeable.

19.   ¿Cuál es la importancia de las propiedades coligativas de la materia?
Las propiedades coligativas tienen tanta importancia en la vida común como en las disciplinas científicas y tecnológicas, y su correcta aplicación permite:
A) Separar los componentes de una solución por un método llamado destilación fraccionada.
B) Formular y crear mezclas frigoríficas y anticongelantes.
C) Determinar masas molares de solutos desconocidos.
D) Formular sueros o soluciones fisiológicas que no provoquen desequilibrio hidrosalino en los organismos animales o que permitan corregir una anomalía del mismo.
E) Formular caldos de cultivos adecuados para microorganismos específicos.
F) Formular soluciones de nutrientes especiales para regadíos de vegetales en general.

20.   ¿Cuáles son las disoluciones isotónicas?
Son aquéllas que manifiestan la misma presión osmótica que la disolución de referencia.


Bibliografía
- Estados de la materia. Dispnible en: http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/materiales/estados/estados1.htm. Consulta: diciembre 02, 2011.
Propiedades coligativas. Disponible en:  http://www.ehu.es/biomoleculas/agua/coligativas.htm#po. Consulta: diciembre 02, 2011.
Maron S. H. y Prutton C. F. Fundamentos de fisicoquímica. 1982. Ed. Limusa México. p.p. 270-290; 319-334.
- Castellan G. W. Fisicoquímica. 1987. II ed. Ed. Addison-Wesley Iberoamericana. p.p. 297-310.
- Propiedades coligativas de soluciones. Disponible en: http://www.radiodent.cl/quimica/propiedades_coligativas_de_soluciones.pdf. Consulta: diciembre 02, 2011.
-         


Cuestionario: Electrodos, Electroforesis y Potenciómetro

1.       ¿Qué es un electrodo?
Un electrodo es una placa de membrana rugosa de metal, un conductor utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito.

2.       ¿Qué es un potenciómetro?
El potenciómetro es el típico instrumento que, utilizando un electrodo combinado de vidrio, sirve para medir el pH, razón por la cual se le conoce usualmente como pHmetro. Debe poder medir el pH con una exactitud de ±0,01 unidades de pH. Normalmente, los instrumentos modernos tienen un sistema de compensación de temperatura y se calibran mediante un procedimiento automatizado en el que se utilizan dos soluciones patrón (soluciones tampón) de pH 4,01 y 6,86 a 25ºC (Tabla 2). Una vez calibrado puede utilizarse una solución patrón de bitartrato potásico (pH 3,56 a 25ºC) para la verificación rutinaria del instrumento.
De esta forma, el principio básico de la medida electrométrica del pH se fundamenta en el registro potenciométrico de la actividad de los iones hidrógeno por el uso de un electrodo de vidrio y un electrodo de referencia, o un electrodo combinado. La fuerza electromotriz (fem) producida por el sistema electroquímico varía linealmente con el pH y puede verificarse por la obtención de una gráfica de pH vs. fem para diferentes soluciones de pH conocido. El pH de la muestra se determina por interpolación.

3.       ¿Cuál es el funcionamiento del potenciómetro?
El método determina el pH midiendo el potencial generado (en milivolts) por un electrodo, este potencial se compara contra un electrodo de referencia, que genera un potencial constante e independiente del pH. El electrodo de referencia que se utiliza es el de calomel saturado con cloruro de potasio, el cual sirve como puente salino que permite el paso de los milivolts generados hacia al circuito de medición.

4.       ¿Qué es un oxímetro y qué parámetros mide?
Un oxímetro es un dispositivo médico que mide el pulso y los niveles de oxígeno de los pacientes, con bastante precisión y facilidad. Consiste en un electrodo de plata, otro de oro  y un electrolito, todos separados de la muestra por una membrana permeable a los gases. 
-          Saturación de Oxígeno (SpO2%): indica el porcentaje de hemoglobina saturada en cada eritrocito. Lo normal es tener una saturación por arriba de los 95 puntos porcentuales. Al existir grados de hipoxia, el oxímetro marcará por debajo de 93%, indicando la falta de oxígeno a nivel sanguíneo (lo que clínicamente supone también una hipoxia a nivel tisular).
-          Pulso: con cada "oleada" del pulso distal producida por el corazón, el oxímetro contará un ciclo, por lo que al juntar y promediar los ciclos contados en una unidad de tiempo, el oxímetro registra también el pulso del paciente.

5.       ¿Qué es la electroforesis y cuáles son los principales tipos?
La electroforesis es una técnica para la separación de moléculas según la movilidad de estas en un  campo eléctrico a través de una matriz porosa, la cual finalmente las separa por tamaños moleculares y carga eléctrica, dependiendo de la técnica que se use.

-          Electroforesis capilar en zona o en disolución libre (CZE). Es el procedimiento de electroforesis más habitual, en el cual el capilar es recorrido por el  electrolito a través de un medio buffer que puede ser ácido (fosfato o citrato), básico (borato), o  anfótero (carácter ácido y  básico). El flujo electroosmótico crece con el pH del medio  electroforético.

-           Electroforesis capilar electrocinética micelar (MEKC). En esta variante del procedimiento anterior se añade a la fase móvil un compuesto catiónico o aniónico para formar micelas cargadas. Estas pequeñísimas gotitas inmiscibles con la disolución retienen a los compuestos neutros de un modo más o menos eficaz, por afinidad hidrófilahidrófoba. Se puede utilizar este tipo de electroforesis para moléculas que tienen tendencia a migrar sin separación, como es el caso de algunos enantiomeros.

-          Electroforesis capilar en gel (CGE). Esta es la transposición de la electroforesis en egel de poliacrilamida o de agarosa. El capilar está  relleno con un electrolito que contiene al gel. Se produce un efecto de filtración que ralentiza a las  grandes moléculas y que minimiza los fenómenos de convección o de difusión. Los  oligonucleótidos, poco frágiles, se pueden separar de este modo.

-          Isoelectroenfoque capilar (CIEF). Esta técnica,  también conocida como electroforesis en soporte, consiste en crear un gradiente de  pH lineal en un capilar con pared tratada que contiene un anfótero. Cada compuesto migra y se  enfoca al pH que tenga igual valor que su punto isoeléctrico (al pI su carga neta es nula).  Seguidamente, bajo el efecto de una presión hidrostática y manteniendo el campo eléctrico, se  desplazan las especies separadas hacia el detector. Las altas eficiencias obtenidas con este  procedimiento permiten separar péptidos con pI que apenas difieren entre sí 0.02 unidades de pH.


Bibliografía
Federación Española de Asociaciones de Enólogos. Artículos técnicos. Disponible en: http://www.enologo.com/tecnicos/eno41/eno41_3.html. Consulta: diciembre 02, 2011.
- Ciganda L. M. Electrodos para medir pH. 2004. XIII Seminario de Ing. Biomédica. Facultades de Medicina e Ingeniería. Universidad de la República Oriental de Uruguay.

- Evaluación de la eutrofización en agua. Disponible en: http://www.uhu.es/inmaculada_giraldez/protocolos_practicas/eutrofizacion_agua.PDF. Consulta: diciembre 02, 2011.
Castellan, G. (1998) Fisicoquímica, 2 ed. México, Pearson-Adisson Wesley. Págs. 461-462. 
- Rouessac, F. (2003)  Análisis Químico: Métodos y Técnicas Instrumentales Modernas.  España, McGraw Hill. Págs. 121-133.




jueves, 24 de noviembre de 2011

Cuestionario: Membrana plasmática, Transporte de membrana y Transmisión sináptica

Membrana plasmática

1. ¿Cuál es la estructura de la membrana plasmática?
Las membranas celulares consisten en una cara doble (bicapa) de moléculas de fosfolípidos anfipáticos; es decir, con una cabeza polar hidrófila (con apentencia por el agua) y una cola no polar hidrófoba (que repele el agua). Las cabezas polares proceden directamente del glicerol conjugado con un compuesto de nitrógeno como la colina, la etanolamina o la serina mediante un enlace de fosfato. EL grupo fosfato tiene carga negativa, mientras que la carga del grupo nitrogenado es positiva. La cola no polar de la molécula de fosfolípido consiste en dos ácidos grasos de cadena larga, cada uno de ellos unido mediante un enlace covalente al glicerol de la cabeza polar. En la mayoría de las células de los mamíferos, uno de los ácidos grasos es saturado y de cadena recta, mientras que el otro es insaturado y se halla plegado en la posición del enlace insaturado. Debido a su naturaleza anfipática cuando la membrana se encuentra en una solución acuosa, los fosfolípidos forman espontáneamente una bicapa, con las cabezas hidrófilas (polares) dirigidas hacia afuera y las colas hidrófobas reunidas hacia el interior.



2. ¿Qué le proporciona a la membrana plasmática su fluidez y flexibilidad?
La fluidez y flexibilidad de la membrana aumentan con la presencia de ácidos grasos insaturados que evitan el empaquetamiento dentro de las colas hidrófobas. En la bicapa existen también moléculas de colesterol en una proporción de casi 1:1 con los fosfolípidos. Estas moléculas de colesterol son asimismo anfipáticas y poseen una configuración espiralizada, lo que ayuda a evitar en empaquetamiento denso de las colas de ácidos grasos de los fosfolípidos y al mismo tiempo hace que ocupen las lagunas existentes en los pliegues de las colas de ácidos grasos insaturados. Por tanto, las moléculas de colesterol estabilizan y regulan la fluidez de la bicapa de fosfolípidos.

3. ¿Qué tipos de proteínas se encuentran en la membrana plasmática?
Las moléculas de proteínas representan casi la mitad de la masa total de la membrana. Algunas se encuentran incorporadas a la membrana (proteínas intrínsecas o integrantes), mientras que otras se mantienen sobre la superficie externa o interna gracias a débiles fuerzas electrostáticas (proteínas extrínsecas o periféricas). Algunas proteínas intrínsecas ocupan todo el grosor de la membrana (proteínas transmembranosas) quedando expuestas en ambas superficies. Otras proteínas de la membrana se encuentran ancladas a estructuras citoplasmáticas a través del citoesqueleto.

4. ¿Cuál es el objetivo de que exista un transporte a través de la membrana plasmática y en qué consiste la difusión pasiva, difusión facilitada, transporte activo y transporte “masivo”?
A través de las membranas plasmáticas se hace el intercambio de materiales e información entre los ambientes internos y externos de la célula, lo que permite que ésta controle la calidad de su medio interno. El transporte de materiales a través de la membrana plasmática se hace mediante cuatro mecanismos principales: difusión pasiva, difusión facilitada, transporte activo y transporte “masivo”.



  Difusión pasiva. Este tipo de transporte depende por completo de la existencia de un gradiente de concentración a través de la membrana plasmática. Los lípidos y las moléculas liposolubles como el etanol, pasan libremente a través de las membranas plasmáticas cuya oposición a la difusión de gases como el oxígeno y el anhídrido carbónico también es muy débil. En general, la membrana plasmática es impermeable a las moléculas hidrófilas.

        Difusión facilitada. Este tipo de transporte también depende de la concentración e implica el movimiento de moléculas hidrófilas de mayor tamaño, como la glucosa o los aminoácidos, movimiento que puede producirse en ambas direcciones. Se trata de un proceso estrictamente pasivo pero que requiere la presencia de moléculas transportadoras de proteínas a las que se unen las moléculas de forma específica pero reversible. Por ejemplo, cuando la glucosa se une a la proteína transportadora, esta proteína transmembranosa modifica su forma haciendo que la molécula de glucosa penetre en el interior de la célula, donde puede separarse el transportador que, a su vez, recupera su forma original.

     Transporte activo. Este tipo de transporte no sólo es independiente de los gradientes de concentración, sino que a meudo opera contra enormes gradientes de este tipo. El ejemplo clásico de esta modalidad de transporte es la salida continua de sodio de las células a través de la “bomba de sodio”, un complejo proteico transmembranoso (Na+-K+-ATPasa) que intercambia un ión de sodio por uno de potasio a través de la membrana para generar la energía necesaria para el proceso, el ATP se convierte en ADP.

      Transporte “masivo”. El paso de grandes moléculas o de partículas pequeñas al interior de la célula, se produce gracias a diversos mecanismos que en conjunto, reciben el nombre de endocitosis, entre los que se encuentra la fagocitosis y la endocitosis mediada por receptores. La exocitosis recurre a mecanismos similares pero inversos, para secretar productos celulares hacia el medio externo. La pinocitosis consiste en la captación inespecífica de pequeños volúmenes de líquido extracelular. Los materiales captados por pinocitosis pueden ser transportados a través de la célula y excretados por otra cara de la misma; a este proceso se le denomina transcitosis.



5. ¿Qué es la transmisión sináptica y en qué consiste?
Se refiere a la propagación de los impulsos nerviosos de una célula hacia otra.

Los impulsos nerviosos son transmitidos en la brecha sináptica por la liberación de químicos denominados neurotransmisores. Cuando el impulso nervioso, o el potencial de acción llega al final del axón pre-sináptico, las moléculas del neurotransmisor son liberadas hacia la brecha sináptica. Los neurotransmisores son un grupo diverso de compuestos químicos, desde aminas simples como la dopamina y amino ácidos tales como el acido gamma-amino butírico (GABA), hasta polipéptidos como las encefalinas. Los mecanismos por los cuales se produce una respuesta en ambas neuronas pre-sinápticas y post-sinápticas son tan diversos como los mecanismos usados por el factor de crecimiento y los receptores de citocinas.




Bibliografía
-       Young B. y Heath J. W. Wheather’s Histología Funcional, Texto y Atlas en Color. 2005. 4ª ed. Ed. Elsevier. p. p. 7-8.



miércoles, 23 de noviembre de 2011

Transmisión sináptica

Transmisión sináptica

La transmisión sináptica se refiere a la propagación de los impulsos nerviosos de una célula hacia otra. Esto ocurre en una estructura especializada de la célula conocida como la brecha sináptica, un sitio de encuentro entre el axón de la neurona pre-sináptica y la neurona post-sináptica. La terminación de un axón pre-sináptico, que se encuentra opuesto a la neurona post-sináptica, se agranda y forma una estructura conocida como el botón terminal. Un axón puede hacer contacto a través de cualquier lugar en la segunda neurona: en las dendritas (una sinapsis axo-dendrítica), en el cuerpo celular (una sinapsis axo-somática) o los axones (una sinapsis axo-axonal).


Los impulsos nerviosos son transmitidos en la brecha sináptica por la liberación de químicos denominados neurotransmisores. Cuando el impulso nervioso, o el potencial de acción llega al final del axón pre-sináptico, las moléculas del neurotransmisor son liberadas hacia la brecha sináptica. Los neurotransmisores son un grupo diverso de compuestos químicos, desde aminas simples como la dopamina y amino ácidos tales como el acido gamma-amino butírico (GABA), hasta polipéptidos como las encefalinas. Los mecanismos por los cuales se produce una respuesta en ambas neuronas pre-sinápticas y post-sinápticas son tan diversos como los mecanismos usados por el factor de crecimiento y los receptores de citocinas.
Cuando el potencial de acción llega a los botones sinápticos, hace que las vesículas sinápticas se peguen a la membrana abriéndose y liberando los neurotransmisores (NT).
El espacio sináptico es el espacio entre la membrana de los botones sinápticos de la neurona que lleva el mensaje y la membrana de las dendritas de la neurona, músculo o glándula que va a recibir el mensaje.
Cuando los NT son liberados a la sinapsis, éstos se desplazan hasta la membrana objetivo y allí se adhieren en lugares específicos. Cuando el NT llega a la membrana objetivo tiene como resultado excitarla para que emita una señal o inhibirla de emitir mensajes.
Los neurotransmisores son los que, al incidir sobre las dendritas, inician un nuevo disturbio en la próxima neurona cuyo resultado puede ser que el impulso se transmita a través de esa neurona. El efecto puede ser también una contracción muscular o una secreción glandular.
Los NT guardan una relación llave cerradura respecto al lugar donde se adhieren.  Esto quiere decir que la relación es específica: ciertos NT pueden adherirse en determinados lugares y producen reacciones específicas. Además, dependiendo del lugar es la función que puede desempeñar el NTya sea como inhibidor o excitador.
También, dependiendo del lugar un mismo NT puede estar relacionado con diferentes procesos psicológicos o actividades mentales.

Acetilcolina (Ach)
A nivel muscular actúa como un excitador cuya función principal es provocar la contracción muscular.  Venenos como el curare y el botulismo actúan bloqueando la función de la Ach a nivel muscular.  El efecto puede ser la muerte por paro respiratorio o cardíaco.
Se ha encontrado también que la Ach desempeña un papel importante en la formación de memorias en el hipocampo. En los pacientes de Alzheimer se ha encontrado bajos niveles de Ach en el hipocampo. Estos pacientes padecen pérdida de memoria.

Dopamina
A nivel muscular actúa como inhibidor.  Su función principal es  lograr una mayor coordinación del movimiento muscular.
En los pacientes con el mal de Parkinson los niveles de dopamina son bajos.  Una de las características de estos pacientes es la falta de coordinación de los movimientos musculares.  Se ha utilizado el medicamento L-dopa en el tratamiento de esta condición
Por otro lado, en pacientes esquizofrénicos se ha encontrado un sobre uso de dopamina en ciertas


Clases de transmisión sináptica
Se distinguen tres tipos principales de transmisión sináptica; los dos primeros mecanismos constituyen las fuerzas principales que rigen en los circuitos neuronales:

  • Transmisión excitadora: aquella que incrementa la posibilidad de producir un potencial de acción;
  • Transmisión inhibidora: aquella que reduce la posibilidad de producir un potencial de acción;
  • Transmisión moduladora: aquella que cambia el patrón y/o la frecuencia de la actividad producida por las células involucradas.
 Propiedades y regulación
Tras la fusión de las vesículas sinápticas y la liberación de las moléculas transmisoras en la hendidura sináptica, el neurotransmisor es rápidamente eliminado del espacio por proteínas especializadas en su reciclaje, situadas en las membranas tanto presináptica como postsináptica. Esta recaptación evita la desensibilización de los receptores postsinápticos y asegura que los potenciales de acción subsiguientes generen un PEP de la misma intensidad. La necesidad de una recaptación y el fenómeno de la desensibilización en los receptores y canales iónicos significa que la fuerza de la sinapsis puede disminuir si un tren de potenciales de acción llega en una sucesión rápida, un fenómeno que hace que exista una dependencia de la frecuencia en las sinapsis. El sistema nervioso se aprovecha de esta propiedad para computaciones, y puede ajustar las sinapsis mediante la fosforilación de las proteínas implicadas. El tamaño, número y tasa de reposición de las vesículas también está sujeto a regulación, así como otros muchos aspectos de la transmisión sináptica. Por ejemplo, un tipo de fármaco conocido como inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina o SSRI afectan a ciertas sinapsis inhibiendo la recaptación del neurotransmisor serotonina. Por el contrario, un neurotransmisor excitatorio muy importante, la acetilcolina, no es recaptada, pero es eliminada por acción de la enzima acetilcolinesterasa.



Bibliografía
- Página Prof. Eddie Marrero, Ph. D. Neurona. Biología y comportamiento. Disponible en:  http://academic.uprm.edu/~eddiem/psic3001/id36.htm. Consulta: noviembre 23, 2011.
-Bioquímica de la Transmisión sináptica. Disponible en: http://themedicalbiochemistrypage.org/spanish/nerves-sp.html. Consulta: noviembre 23, 2011.




martes, 22 de noviembre de 2011

Electrodos

Electrodos, potenciómetro y oxímetro

Un electrodo es una placa de membrana rugosa de metal, un conductor utilizado para hacer contacto con una parte no metálica de un circuito, por ejemplo un semiconductor, un electrolito, el vacío (en una válvula termoiónica), un gas (en una lámpara de neón), etc
Un electrodo en una celda electroquímica se refiere a cualquiera de los dos conceptos, sea ánodo o cátodo, que también fueron acuñados por Faraday. El ánodo es definido como el electrodo en el cual los electrones salen de la celda y ocurre la oxidación, y el cátodo es definido como el electrodo en el cual los electrones entran a la celda y ocurre la reducción. Cada electrodo puede convertirse en ánodo o cátodo dependiendo del voltaje que se aplique a la celda. Un electrodo bipolar es un electrodo que funciona como ánodo en una celda y como cátodo en otra.
Celda primaria
Una celda primaria es un tipo especial de celda electroquímica en la cual la reacción no puede ser revertida, y las identidades del ánodo y cátodo son, por lo tanto, fijas. El cátodo siempre es el electrodo positivo. La celda puede ser descargada pero no recargada.
Celda secundaria
Una celda secundaria, una batería recargable por ejemplo, es una celda en que la reacción es reversible. Cuando la celda está siendo cargada, el ánodo se convierte en el electrodo positivo (+) y el cátodo en el negativo (-). Esto también se aplica para la celda electrolítica. Cuando la celda está siendo descargada, se comporta como una celda primaria o voltaica, con el ánodo como electrodo negativo y el cátodo como positivo.

 

Definición de pH
Las reacciones más importantes son probablemente las que tienen lugar en disolución acuosa. Todas las reacciones biológicas, y gran número de las efectuadas en laboratorio, se realizan en el seno del agua. 
Una sustancia en dilución acuosa  se disocia en fragmentos menores (iones) y se establece un equilibrio entre la especie no disociada y sus partes componentes. Una vez establecido el equilibrio, la unión de ambos iones para reconstruir el compuesto se produce con la velocidad precisa para compensar la disociación. 
En disoluciones razonablemente diluidas, el valor de [H2O], es prácticamente constante. La cantidad de agua que se consume o se forma durante una reacción química es pequeña, en comparación con la cantidad total de agua presente.
La constante de equilibrio,  Ka, se llama  producto iónico del agua y varía con la temperatura. Su valor es 1,0 * 10-14, a 25 ºC. En el agua pura las concentraciones de H+ y OH-  valen cada una 1,0 * 10-7.  Si se añade un ácido al agua, la concentración de hidrogeniones (H+) aumenta sobre el valor 1,0 * 10-7, pero como el producto iónico permanece igual a 1,0 * 10-14, la concentración de aniones hidroxilo (OH-) desciende por debajo de 1,0 * 10-7. De modo análogo, cuando se añade una base al agua, la concentración de cationes H+ disminuye.
Puesto que las potencias grandes de diez son incómodas de manejar, se ha introducido una notación logarítmica, llamada escala de pH. El símbolo pH significa “potencia negativa de la concentración de ión hidrógeno.” El pH es el logaritmo cambiado de signo de [H+]:
pH = - log10 [H+]
En el agua pura el pH es 7. Todas la soluciones neutras tienen este valor para el pH, mientras que el de las ácidas es menor que 7, y el de las básicas, mayor.

Descripción del electrodo de pH
El  electrodo de vidrio actualmente constituye la pieza fundamental en la medición electrométrica del pH. Junto con el electrodo de calomel, se encuentran ampliamente difundidos y a la fecha no existe otro sistema para la medición electrométrica que tenga la misma versatilidad y precisión.
La varilla de soporte del electrodo es de vidrio común (o plástico), no conductor de cargas eléctricas mientras que el bulbo sensible, el extremo sensible del electrodo, se construye con este vidrio de formulación especial, conocido como "vidrio sensible al pH" (en realidad, es vidrio polarizable). El vidrio de pH es conductor de cargas eléctricas porque tiene óxido de litio dentro del cristal, además de óxido de sílice, de calcio y algunos otros. La estructura del vidrio es tal que permite el intercambio de iones litio por iones de hidrógeno en solución acuosa, de modo que se forma una capa (fina) hidratada. Se crea así un potencial (del orden milivolts) a través de la interface creada entre el vidrio (en el "seno" del vidrio) y la solución acuosa. El voltaje creado hacia el interior del bulbo es constante porque se mantiene su pH constante (mediante una solución buffer de pH 7) de modo que la diferencia de potencial depende sólo del pH del medio externo. La incorporación de un alambre (usualmente de Ag/AgCl) permite conducir este potencial hasta un amplificador.


Funcionamiento del electrodo de pH
El método determina el pH midiendo el potencial generado (en milivolts) por un electrodo, este potencial se compara contra un electrodo de referencia, que genera un potencial constante e independiente del pH. El electrodo de referencia que se utiliza es el de calomel saturado con cloruro de potasio, el cual sirve como puente salino que permite el paso de los milivolts generados hacia al circuito de medición.
El sistema actual de medición de pH es, por excelencia, el electrodo de combinación. Su nombre deriva de la práctica inicial en que el electrodo sensor de H+ estaba separado del electrodo de referencia; la combinación de ambos en una sola estructura llevó a su nombre actual. Sin embargo, la práctica industrial sigue utilizando electrodos de referencia y de pH separados, porque permite señales más confiables y procedimientos de mantención que, en ciertos casos, resultan más controlables y de menor costo.


Oxímetro
El oxímetro consiste en un electrodo de plata, otro de oro  y un electrolito, todos separados de la muestra por una membrana permeable a los gases. El oxígeno se difunde a través de la membrana y se reduce a hidroxilo en el cátodo de oro, según la reacción:
O2 + 2·H2O + 4·e- à 4·OH-
Los eletrones necesarios proceden de un ánodo de plata. Debido a que el electrolito contiene iones cloruro, la reacción que tiene lugar es:
Ag + Cl- à AgCl + e-
A cualquier temperatura, la corriente que fluye entre cátodo y ánodo es proprocional al nivel de oxígeno exterior a la membrana.

Un oxímetro es un dispositivo médico que mide el pulso y los niveles de oxígeno de los pacientes, con bastante precisión y facilidad. El paciente inserta el dedo en el interior del equipo, y en cuestión de segundos se obtiene una lectura completa de su pulso y oxigenación en la sangre.
Los oxímetros operan a través de un haz de luz y mediante un proceso llamado pletismografía, el oxímetro de pulso nos da dos parámetros principalmente:
1.- Saturación de Oxígeno (SpO2%): indica el porcentaje de hemoglobina saturada en cada eritrocito. Lo normal es tener una saturación por arriba de los 95 puntos porcentuales. Al existir grados de hipoxia, el oxímetro marcará por debajo de 93%, indicando la falta de oxígeno a nivel sanguíneo (lo que clínicamente supone también una hipoxia a nivel tisular).
2.- Pulso: con cada "oleada" del pulso distal producida por el corazón, el oxímetro contará un ciclo, por lo que al juntar y promediar los ciclos contados en una unidad de tiempo, el oxímetro registra también el pulso del paciente.

 


Bibliografía
Ciganda L. M. Electrodos para medir pH. 2004. XIII Seminario de Ing. Biomédica. Facultades de Medicina e Ingeniería. Universidad de la República Oriental de Uruguay.
- Evaluación de la eutrofización en agua. Disponible en: http://www.uhu.es/inmaculada_giraldez/protocolos_practicas/eutrofizacion_agua.PDF. Consulta: noviembre 22, 2011.



Electroforesis

Electroforesis

La electroforesis es una técnica para la separación de moléculas según la movilidad de estas en un  campo eléctrico a través de una matriz porosa, la cual finalmente las separa por tamaños moleculares y carga eléctrica, dependiendo de la técnica que se use.
La técnica clásica utiliza una tira recubierta de una sustancia porosa impregnada de un electrolito. Sus extremos se sumergen en dos depósitos independientes que contienen ambos al electrolito y  están unidos a los electrodos del generador de corriente. La muestra se deposita en forma de un  pequeño trazo transversal en la tira. La distancia de migración se mide en relación un marcador  interno. Las placas son reveladas con sales de plata, azul de Coomassie, o reactivos en particular.


Fundamentos y  Conceptos Básicos
La electroforesis capilar (CE) es una técnica de separación que se ha desarrollado gracias a los avances de la cromatografía líquida de alta eficacia junto con los procedimientos más tradicionales de electroforesis. Esta técnica permite separar bastante bien biomoléculas, donde la cromatografía  líquida se muestra menos eficaz, y compuestos de pequeña masa molecular,  difíciles de estudiar por los procedimientos clásicos de electromigración en soporte.
La electroforesis capilar constituye una adaptación particular de la técnica de electroforesis. Esta técnica separativa se basa en la migración de las especies de la muestra en disolución, portadoras de una carga eléctrica global, bajo el efecto de un campo eléctrico y en contacto con un soporte (medio de desplazamiento) adecuado.
En electroforesis capilar la tira se reemplaza por un tubo capilar abierto en sus extremos, fabricado con un diámetro pequeño (15 a 150µm). El capilar oscila entre 20 y 80cm, y está lleno de una solución buffer. Un detector se encuentra ubicado en un extremo del capilar, cerca del compartimiento catódico. La señal obtenida es la base de la obtención del  electroferograma, que muestra el registro de la composición de la muestra. Solo las especies que se  dirigen hacia el cátodo serán detectadas.


Métodos de Detección
En la detección UV-Vis se mide la intensidad de la luz que pasa a través del capilar en una pequeña zona en la que se ha eliminado el revestimiento opaco. La detección por fluorescencia resulta más sensible si se emplea una fuente láser muy intensa, asociada a menudo a un procedimiento de preformación de derivados de los analitos portadores de un fluoróforo.


Técnicas Electroforéticas
Electroforesis capilar en zona o en disolución libre (CZE)
Es el procedimiento de electroforesis más habitual, en el cual el capilar es recorrido por el  electrolito a través de un medio buffer que puede ser ácido (fosfato o citrato), básico (borato), o  anfótero (carácter ácido y  básico). El flujo electroosmótico crece con el pH del medio  electroforético.

 Electroforesis capilar electrocinética micelar (MEKC)
En esta variante del procedimiento anterior se añade a la fase móvil un compuesto catiónico o aniónico para formar micelas cargadas. Estas pequeñísimas gotitas inmiscibles con la disolución retienen a los compuestos neutros de un modo más o menos eficaz, por afinidad hidrófilahidrófoba. Se puede utilizar este tipo de electroforesis para moléculas que tienen tendencia a migrar sin separación, como es el caso de algunos enantiomeros.

Electroforesis capilar en gel (CGE)
Esta es la transposición de la electroforesis en egel de poliacrilamida o de agarosa. El capilar está  relleno con un electrolito que contiene al gel. Se produce un efecto de filtración que ralentiza a las  grandes moléculas y que minimiza los fenómenos de convección o de difusión. Los  oligonucleótidos, poco frágiles, se pueden separar de este modo.

Isoelectroenfoque capilar (CIEF)
Esta técnica,  también conocida como electroforesis en soporte, consiste en crear un gradiente de  pH lineal en un capilar con pared tratada que contiene un anfótero. Cada compuesto migra y se  enfoca al pH que tenga igual valor que su punto isoeléctrico (al pI su carga neta es nula).  Seguidamente, bajo el efecto de una presión hidrostática y manteniendo el campo eléctrico, se  desplazan las especies separadas hacia el detector. Las altas eficiencias obtenidas con este  procedimiento permiten separar péptidos con pI que apenas difieren entre sí 0.02 unidades de pH.


Electroforesis de Proteínas

Las proteínas son moléculas cuya carga neta depende del contenido de una serie de aminoácidos (fundamentalmente ácido glutámico, ácido aspártico, lisina, arginina e histidina) y del grado de ionización de éstos al pH considerado.


En los soportes no restrictivos (en los que el entramado no interfiere en la migración, ya que el tamaño de las proteínas es muy pequeño en comparación con el tamaño de poro del soporte), la separación depende de la densidad de carga de las moléculas y, así, cuanto mayor sea la densidad, mayor será la velocidad de migración en un campo eléctrico hacia el polo que determine su carga neta.
La primera etapa del proceso es la aplicación de la muestra. En papel o acetato de celulosa, esto se puede efectuar de forma puntual (permite el análisis de varias muestras simultáneamente en pequeñas cantidades) o longitudinalmente (permite el estudio de una sola muestra  pero  en mayor cantidad). La muestra se aplica disuelta en el tampón de electroforesis, del que está impregnado el soporte y que se encuentra en los reservorios de la cubeta, y se deposita en una pequeña zona, lo más estrecha posible, en el centro o en un extremo del soporte (si se conoce cuál va a ser la dirección de desplazamiento de la misma) y de forma perpendicular a la dirección del campo eléctrico. Conviene evitar la proximidad de los bordes del papel, ya que allí el campo eléctrico no es homogéneo y se distorsionan las bandas según avanzan. El volumen que se aplica suele ser inferior a 10 µL y si se necesitan mayores volúmenes porque la muestra se encuentre muy diluida, pueden hacerse aplicaciones sucesivas sobre la misma zona, dejando secar entre aplicación y aplicación. Es necesario humedecer el soporte (papel o acetato de celulosa) para que sea conductor; para ello, se impregna el soporte de tampón de electroforesis por ambos extremos y de forma simultánea para que por capilaridad se desplace hacia la  zona de aplicación de la muestra. 
En los geles de agarosa, se perfora el gel con ayuda de un troquel o una pipeta de diámetro adecuado y se elimina esa porción por succión. La perforación puede ser cilíndrica o rectangular, dependiendo del número y cantidad de muestra a analizar y la muestra se deposita en el orificio practicado sin que llegue a rebosar. En este caso, el tampón está embebido en el soporte (agarosa). 
En todos los casos, la zona de aplicación debe ser lo más estrecha posible, para aumentar la resolución y evitar solapamientos entre bandas que migren en posiciones cercanas. 
La electroforesis termina cuando se haya producido la máxima separación de los componentes de la muestra, pero sin sobrepasar los límites del soporte. Para evitar que se sobrepasen estos límites, se utilizan los marcadores electroforéticos que son moléculas coloreadas con una movilidad electroforética superior a cualquier componente de la muestra (poseen elevada carga respecto a su tamaño). Entre los marcadores más utilizados se encuentran la dinitrofenil-lisina (DNP-Lys) y el azul de bromofenol. 
Una vez acabada la electroforesis, se procede a la etapa de tinción. El soporte se retira de la cubeta y se sumerge en un recipiente que contiene una disolución de un colorante que se une de manera específica a los componentes de la muestra y que precipita a los componentes separados en la posición en la que se encuentren. Las disoluciones más utilizadas en el caso de proteínas son el Negro Amido al 1% (p/v) en ácido acético y el Azul de Coomasie al 0.1% (p/v) en metanol/agua/ácido acético (9:9:2 v/v/v). 
Si la electroforesis se pretende desarrollar a escala preparativa, ha de utilizarse un papel de mayor grosor (175 gr/cm2), en lugar del utilizado en la electroforesis analítica (85-100 gr/cm2; 0.15mm de espesor), lo que permite la aplicación de una mayor cantidad de muestra (50-100µL).  




Bibliografía
Castellan, G. (1998) Fisicoquímica, 2 ed. México, Pearson-Adisson Wesley. Págs. 461-462. 
- Rouessac, F. (2003)  Análisis Químico: Métodos y Técnicas Instrumentales Modernas.  España, McGraw Hill. Págs. 121-133.
Nelson, D. (2001) Lehninger Principios de Bioquímica, 3 ed. España, Omega. Págs. 123- 125.
- Sitio de Cultek. Protocolo y técnicas. Soluciones Electroforesis. Disponible en: http://www.cultek.com/inf/otros/soluciones/Soluciones-Electroforesis-protocolos.pdf. Consulta: noviembre 22, 2011.






Pilas

Pilas

El fundamento de las pilas y acumuladores es la transformación de la energía química en eléctrica, mediante reacciones de oxidación-reducción producidas en los electrodos, que generan una corriente de electrones
Cuando se unen mediante un hilo metálico dos cuerpos entre los cuales existe una diferencia de potencial, se produce un paso de corriente que provoca la disminución gradual de dicha diferencia. Al final, cuando el potencial se iguala, el paso de corriente eléctrica cesa. Para que la corriente siga circulando debe mantenerse constante la diferencia de potencial.
En 1800, Alejandro Volta inventó un aparato generador de corriente. La pila de Volta (que él llamó «aparato electromotor de columna»> estaba constituida por un conjunto de pares de discos, unos de cobre y otros de cinc, con un disco de tela impregnada en agua salada —o en cualquier otro líquido conductor— intercalado entre dos pares sucesivos. Se trataba de un dispositivo muy cómodo y manejable, que funcionaba de modo continuo, y que posibilitó la aparición de nuevos descubrimientos sobre electricidad.


Funcionamiento de una pila electroquímica
El funcionamiento de una pila es sencillo, consiste básicamente en introducir electrones en uno de los extremos de un alambre y extraerlos por el otro. La circulación de los electrones a lo largo del alambre constituye la corriente eléctrica. Para que se produzca, hay que conectar cada extremo del alambre a una placa o varilla metálica sumergida en un electrolito que suele ser una solución química de algún compuesto iónico. Cuando ese compuesto se disuelve, las moléculas se dividen en iones positivos y negativos, que se mantienen separados entre sí por efecto de las moléculas del líquido. El electrolito que utilizó Volta era ácido sulfúrico; cada una de sus moléculas, al disolverse en agua, se descompone en dos protones H+ (iones positivos) y un ion sulfato SO4- (ion negativo). Las varillas metálicas de cobre y cinc constituyen los electrodos, que deben ser sumergidos en el electrolito sin que lleguen a entrar en contacto. La placa de cobre es el electrodo positivo o ánodo y la placa de cinc el electrodo negativo o cátodo.
Al reaccionar el electrolito con las varillas se produce una transmisión de electrones, que han sido extraídos de la placa de cinc, hacia la placa de cobre, con lo que los átomos de cinc son oxidados e incorporados a la disolución, según la reacción:
Zn —> Zn2++ 2e-
Esto ocurre así y no al revés, del cobre al zinc, porque los átomos de zinc tienen más tendencia que los de cobre a ceder electrones.
En la varilla de cobre se produce una reducción de los iones hidrógeno H+ de la disolución, ya que los electrones liberados por los átomos de zinc recorren el hilo conductor hacia la placa de cobre y son captados por los H+, que se convierten en átomos de hidrógeno y escapan en forma de gas. Estos electrones en movimiento son los que originan la corriente eléctrica.
Por su parte, los iones SO4- reaccionan con los cationes Zn2+ y se convierten en moléculas de sulfato de zinc.
2 H~+2e ---> H2
Zn2+ + SO42- ---> ZnSO4
Cuando se corta la conexión exterior entre las placas, los electrones no pueden desplazarse a lo largo del hilo de una placa a ¡a otra, con lo que se interrumpe la reacción.
El dispositivo funciona mientras existan átomos de zinc para formar el sulfato correspondiente. Cuando la placa de zinc se ha desintegrado por completo ya no puede producirse la reacción, por lo que la pila ya no tiene uso. Por este motivo, las pilas de este tipo reciben el nombre de pilas primarias.

De forma que, en resumen,  los electrones tienen carga negativa, y como dos imanes a los que queremos acercar parte negativa con parte negativa o parte positiva con positiva, se repelen.
Esto significa que un electrón repelerá a otro electrón, debido a que éstos tienen carga negativa.
Pero, una carga positiva atraerá una carga negativa, como el electrón.
Las baterías, por medio de una reacción química producen, en su terminal negativo, una gran cantidad de electrones (que tienen carga negativa) y en su terminal positivo se produce una gran ausencia de electrones (lo que causa que este terminal sea de carga positiva).
Ahora, si esta batería alimenta un circuito cualquiera, hará que por éste circule una corriente de electrones que saldrán del terminal negativo de la batería, (debido a que éstos se repelen entre si y repelen también a los electrones libres que hay en el conductor de cobre), y se dirijan al terminal positivo donde hay un carencia de electrones, pasando a través del circuito al que está conectado. De esta manera se produce la corriente eléctrica.
El proceso químico no se presenta por tiempo indefinido, sino que después de algún tiempo deja de tener efecto (Se nota porque su voltaje va disminuyendo). Esta es la causa de que las baterías tengan una vida finita.



Baterías
Las pilas secundarias o acumuladores son aquellas que pueden recargarse, es decir pueden reiniciar el proceso mediante el aporte de energía de una fuente exterior normal mente un generador, que hace que los compuestos químicos se transformen en los compuestos de partida, al hacer pasar corriente a través de ellos en sentido opuesto
Un acumulador es, por tanto, un aparato capaz de retener cierta cantidad de energía en su interior, suministrada externamente, para emplearla cuando la necesite.
Así, una batería está formada por varios acumuladores, y puede ser ácida o calina en función’de la naturaleza del electrolito. Por ejemplo, las baterías de los coches son ácidas, porque contienen un electrolito de ácido sulfúrico en el que se sumergen una placa de plomo metálico y otra de dióxido de plomo. Las reacciones en este caso son las siguientes:
H2SO4 ---> 2H+ SQ42-
Cátodo:...............   Pb + S042 ---->  PbSO+ 2e-
Ánodo: ........ PbO2 + S042- +4 H30+ +  2 e- --->  PbSO+ 6 H20
Cuando se agota el plomo o el dióxido de plomo la batería está gastada y para recargarla se hace pasar una corriente eléctrica de la placa positiva a la negativa mediante un alternador o dinamo, de manera que el sulfato de plomo se vuelve a des componer en plomo en la placa negativa, y en la positiva en dióxido de plomo
En las baterías alcalinas el electrolito suele ser hidróxido potásico, y las placas son habitualmente, de níquel y de hierro.


Bibliografía
- Pilas y baterias que transforman la energía química en eléctrica. Disponible en: http://www.portalplanetasedna.com.ar/pilas.htm. Consulta: noviembre 29, 2011.
- Sitio de Electrónica Unicom. Cómo funcionan las pilas/baterias. Disponible en: http://www.unicrom.com/Tut_comofuncionanbaterias.asp. Consulta: noviembre 29, 2011.




miércoles, 16 de noviembre de 2011

Presión osmótica

Presión osmótica

La presión osmótica es la propiedad coligativa más importante por sus aplicaciones biológicas.
-          Difusión es el proceso mediante el cual las moléculas del soluto tienen a alcanzar una distribución homogénea en todo el espacio que les es accesible, lo que se alcanza al cabo de cierto tiempo.
En Biología es especialmente importante el fenómeno de difusión a través de membranas, ya que la presencia de las membranas biológicas condiciona el paso de disolvente y solutos en las estructuras celulares.
La presencia de una membrana separando dos medios diferentes impone ciertas restricciones al proceso de difusión de solutos, que dependerán fundamentalmente de la relación entre el diámetro de los poros de la membrana y el tamaño de las partículas disueltas. Las membranas se clasifican en cuatro:

  • Impermeables: no son atravesadas ni por solutos ni por el disolvente.
  • Semipermeables: no permiten el paso de solutos verdaderos, pero sí del agua.
  • Dialíticas: son permeables al agua y solutos verdaderos, pero no a los solutos coloidales.
  • Permeables: permiten el paso del disolvente y de solutos coloidales y verdaderos; sólo son impermeables a las dispersiones.
En Biología y en Fisiología, al hablar de disolvente nos referimos al  agua, pero los solutos pueden ser:
  • Coloidales (proteínas, polisacáridos).
  • Verdaderos de tipo molecular (glucosa, urea).
  • Verdaderos de tipo salino (NaCl, KHCO3).
Ósmosis es la difusión de líquidos a través de membranas.
Supongamos una disolución de NaCl separada del disolvente por una membrana semipermeable que, como hemos visto, permite el  paso del agua pero no de la sal.  El agua tiende a atravesar la membrana, pasando de la disolución  más diluída a la más concentrada, o sea, en el sentido de igualar las concentraciones. Esta tendencia obedece al segundo principio de la termodinámica y se debe a la  existencia de una diferencia en la presión de vapor entre las dos 
disoluciones. El equilibrio se alcanza cuando a los dos lados de la membrana se igualan las concentraciones,  ya que el flujo neto de agua se detiene.
Se define la presión osmótica como la tendencia a diluirse de una disolución separada del disolvente puro por una membrana  semipermeable. Un soluto ejerce presión osmótica al enfrentarse con el disolvente sólo cuando no es capaz de atravesar la membrana que los separa. La presión osmótica de una disolución equivale a la presión mecánica necesaria para evitar
la entrada de agua cuando está separada del disolvente por una membrana semipermeable.

Para medir la presión osmótica se utiliza el osmómetro, que  consiste en un recipiente cerrado en su parte inferior por una membrana semipermeable y con un émbolo en la parte superior. Si introducimos una disolución en el recipiente y lo sumergimos en  agua destilada, el agua atraviesa la membrana semipermeable y  ejerce una presión capaz de elevar el émbolo hasta una altura
determinada. Sometiendo el émbolo a una presión mecánica adecuada  se puede impedir que pase el agua hacia la disolución, y el valor de  esta presión  mecánica mide la presión osmótica.
Las leyes que regulan los valores de la presión osmótica para disoluciones muy diluídas (como las que se manejan en Biología) son análogas a las leyes de los gases.
Se conocen con el nombre de su descubridor Jacobus H.  Van t'Hoff , premio Nobel de Química en 1901, y se  expresan mediante la siguiente fórmula:
p= m R T
Donde p representa la presión osmótica, es la molalidad de la disolución, R es la constante universal de los gases y T es la temperatura absoluta.
Si comparamos la presión osmótica de dos disoluciones podemos  definir tres tipos de disoluciones:

  • Disoluciones isotónicas son aquéllas que manifiestan la misma presión osmótica que la disolución de referencia.
  • Disoluciones hipotónicas son aquéllas que manifiestan  menor presión osmótica que la disolución de referencia.
  • Disoluciones hipertónicas son aquéllas que manifiestan  mayor presión osmótica que la disolución de referencia.

Bibliografía
- Propiedades coligativas. Disponible en: http://www.ehu.es/biomoleculas/agua/coligativas.htm#po. Consulta: noviembre 29, 2011.