Difusi€n simple
Difusi€n simple Se denomina difusi€n simple al proceso por el cual se produce un flujo neto de mol•culas a trav•s de una membrana permeable sin que exista un aporte externo de energ‚a. Este proceso, que en ƒltima instancia se encuentra determinado por una diferencia de concentraci€n entre los dos medios separados por la membrana; no requiere de un aporte de energ‚a debido a que su principal fuerza impulsora es el aumento de la entrop‚a total del sistema. Esquema de los efectos de la difusi€n de mol•culas a trav•s de una membrana celular. En este proceso el desplazamiento de las mol•culas se produce siguiendo el gradiente de concentraci€n, las mol•culas atraviesan la membrana desde el medio donde se encuentran en mayor concentraci€n, hacia el medio donde se encuentran en menor concentraci€n.
El proceso de difusi€n simple se encuentra descrito por las Leyes de Fick, las cuales relacionan la densidad del flujo de las mol•culas con la diferencia de concentraci€n entre los dos medios separados por la membrana, el coeficiente de difusi€n de las mismas y la permeabilidad de la membrana. El proceso de difusi€n simple es de vital importancia para el transporte de mol•culas peque„as a trav•s de las membranas celulares. Es el ƒnico mecanismo por el cual el ox‚geno ingresa a las c•lulas que lo utilizan como aceptor final de electrones en la cadena respiratoria y uno de los principales mecanismos de regulaci€n osm€tica en las c•lulas.
Generalidades Difusi€n Difusi€n es el proceso irreversible por el cual un grupo de part‚culas se distribuye de manera uniforme en un medio ya sea vac‚o o formado por otro grupo de part‚culas. Este proceso es estad‚sticamente predecible en conjunto, aunque el movimiento de cada part‚cula aislada es totalmente aleatorio. Se encuentra impulsado por el movimiento t•rmico de las part‚culas que componen ese sistema y se produce siguiendo las l‚neas de mayor diferencia de concentraci€n entre regiones, esto es, siguiendo los gradientes de concentraci€n. En las membranas celulares En el caso de las c•lulas vivas, el proceso de difusi€n simple se establece a trav•s de la membrana celular, por lo que de hecho existen tres procesos de difusi€n encadenados, una difusi€n que ocurre en el medio de mayor concentraci€n, una difusi€n que ocurre en el medio de separaci€n y una difusi€n que ocurre en el medio de menor concentraci€n. Como el proceso limitante de la velocidad es la difusi€n a trav•s del medio de separaci€n, se puede simplificar un modelo donde el flujo de part‚culas depende de la diferencia de concentraci€n entre ambos lados del medio de separaci€n y del tipo de interacciones que presente la mol•cula que va a atravesar la membrana con ese medio. Las mol•culas que pueden atravesar con facilidad las membranas celulares, debido a este fen€meno, son ƒnicamente las de los gases (por ejemplo CO 2, O2), las mol•culas hidrof€bicas (por ejemplo benceno) y las mol•culas polares
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peque„as (por ejemplo H 2O y etanol), esto es as‚ debido a que las mol•culas hidrof€bicas y apolares son solubles en la regi€n central apolar de la bicapa lip‚dica, y las mol•culas polares peque„as son lo suficientemente peque„as como para que las interacciones desfavorables se vean compensadas por un aumento de la entrop‚a del sistema. Por otra parte, las mol•culas polares grandes tales como la glucosa, los amino…cidos y las mol•culas cargadas o iones (H+, Na+, Cl+ y Ca2+) establecen interacciones demasiado fuertes con el medio acuoso fuera de la bicapa lip‚dica, por lo que les resulta muy desfavorable desde el punto de vista energ•tico romper estas interacciones para atravesar la regi€n central hidrof€bica. Como consecuencia las membranas biol€gicas son pr…cticamente impermeables a este tipo de mol•culas, por lo que requieren de otros mecanismos de transporte.
Leyes de Fick en la difusi€n simple Para el estudio del transporte a trav•s de las membranas celulares por difusi€n simple, es necesario considerar las leyes que rigen los procesos de difusi€n: las Leyes de Fick. Cuando un sistema presenta una diferencia en el nƒmero de mol•culas por unidad de volumen (concentraci€n), por dentro y por fuera de un espacio delimitado por una membrana, se establece un gradiente de concentraci€n que, expresado en forma diferencial sencilla, es proporcional a la diferencia en la concentraci€n entre ambos medios (c) e inversamente proporcional al espesor de la membrana (x):
En caso de que la membrana sea permeable a las mol•culas desigualmente distribuidas, se establece un flujo neto de part‚culas desde la zona de mayor concentraci€n hacia la zona de menor concentraci€n. La densidad de part‚culas en este flujo (J) depende del gradiente de concentraci€n y de la facilidad con que las part‚culas atraviesan la membrana (D o coeficiente de difusi€n). El signo negativo indica la direcci€n del flujo (de mayor a menor concentraci€n). (1) Primera Ley de Fick. Al considerar una membrana de espesor no infinitesimal relativamente constante, en la cual se presenta una diferencia de concentraci€n tambi•n constante, la primera Ley de Fick se puede reescribir como:
En esta ecuaci€n el coeficiente de permeabilidad de la membrana queda definido como:
Por lo que la primera ley de Fick tambi•n puede escribirse c€mo: La ecuaci€n de continuidad que expresa la conservaci€n del nƒmero de mol•culas, obtenida a partir del an…lisis del flujo entrante y saliente de las mol•culas a trav•s de un …rea y de la rapidez de acumulaci€n (aumento por unidad de tiempo del nƒmero de part‚culas unidad de volumen) es:
Reemplazando, se obtiene:
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Segunda ley de Fick (ecuaci€n de difusi€n) Se puede acordar un modelo matem…tico ideal que permite comprender el comportamiento de las mol•culas y de las variables que intervienen en el proceso de difusi€n, pero la creaci€n de este modelo requiere una serie de asunciones tambi•n ideales: † Se asume un modelo de membrana de espesor constante, a trav•s de la cual s€lo se pueden difundir mol•culas no polares peque„as. † Es necesario asumir que el gradiente de concentraci€n var‚a de manera constante dentro de la membrana. A partir de ello y de la primera Ley de Fick, se halla la densidad de corriente de part‚culas J en funci€n del gradiente de concentraci€n que permite hacer un an…lisis de la dependencia mutua de estas dos variables. † Para obtener la soluci€n a la segunda Ley de Fick, es necesario asumir que
en todo el sistema
considerado y que en a tiempo cero (t = 0) se introduce instant…neamente en un punto del plano que corresponde a x = 0 una cantidad de sustancia igual a N mol•culas/ . Esto implica que cuanto m…s cercano es el tiempo a cero, la concentraci€n tambi•n tiende a cero en todas partes menos en el punto de aplicaci€n x=0. Bajo estas condiciones la segunda Ley de Fick tambi•n debe satisfacer la condici€n de borde y
para
siendo la expresi€n final, obtenida a trav•s de las transformadas de Fourier, la siguiente:
‡sta es la soluci€n desarrollada de la segunda ley de Fick para una sola dimensi€n.
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Referencias [1] http:/ / www.sonia-bueno.net/ 45591.html
Fuentes y contribuyentes del art‚culo
Fuentes y contribuyentes del art•culo Difusi€n simple Fuente: http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=71070270 Contribuyentes: Allforrous, Alrik,
Banfield, BlackBeast, Cobalttempest, CommonsDelinker, Copydays, Dark, Diegusjaimes, Difusion trabajo, Eduardosalg, El david dj, Emiduronte, Hiperfelix, HombreDHojalata, House, J3D3, Jairopj, Jkbw, Leonpolanco, Lucien leGrey, MayteenxD, Mbgxxl, Mutari, Naomiitha fanni, Petruss, P€lux, Rastrojo, Schummy, Sebrev, SuperBraulio13, Tano4595, Technopat, Tirithel, XalD, 98 ediciones an€nimas
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