domingo, 27 de noviembre de 2011
viernes, 25 de noviembre de 2011
POTENCIOMETRO
Es un dispositivo que mide el potencial de una solución. Este potencial depende de la actividad de los protones, por lo cual, conociendo el potencial, es posible conocer el pH de la solución a medir.
El potenciómetro se utiliza para controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si éste se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial si éste se conecta en serie
Consta de 2 tubos de vidrio llamados “electrodos” y un termómetro en forma de una barrita de metal (sonda).
El potenciómetro se utiliza para controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si éste se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial si éste se conecta en serie
Consta de 2 tubos de vidrio llamados “electrodos” y un termómetro en forma de una barrita de metal (sonda).
PUNTO DE EBULLICIÓN
una temperatura característica que depende de la naturaleza del cuerpo y de la
presión. Son los llamados puntos de ebullición y de congelación; para el agua estos
son 100 ºC y 0 ºC a 1 atmósfera de presión.
Puesto que la presión no es casi nunca 1 atmósfera, estos puntos no serán
exactamente los previstos.
Aunque se podría analizar tanto la crioscopía como la ebulloscopía, es más fácil tanto
desde el punto de vista experimental como desde el práctico (disponer de hielo),
trabajar solo con el punto de ebullición.
Los datos de punto de ebullición y fusión corresponden a sustancias puras. No
obstante, las disolqciones sufren una variación en estos puntos, llamados descenso
crioscópico y ascenso ebulloscópico, que pueden calcularse de acuerdo con la ley:
Dt = K m donde K es la constante crioscópica o ebulloscópica, que depende solo del
disolvente y m la molalidad del soluto (moles / Kg de disolvente).
Además, si la especie disuelta se disocia en la disolución, el valor de Dt es mayor que
el previsto. Una comparación entre ambos permite estimar el grado de ionización del
soluto.
Presion de Vapor-
PRESIÓN DE VAPOR
La presión de vapor es una de las propiedades más importante y útil de los líquidos, de algunos sólidos y de las disoluciones líquidas a las condiciones que predominan en nuestro entorno ecológico. La propiedad en estudio es una variable importante en el diseño y operación de procesos industriales Químicos, Físicos y Biológicos como consecuencia de la existencia de interfase en las que participe un vapor.
Vaporización:
El cambio de fase de líquido a vapor se llama vaporización y la temperatura asociada con este cambio se llama punto de ebullición de la sustancia. Existen tres formas en las que puede ocurrir dicho cambio:
1) Evaporación: se produce vaporización en la superficie de un líquido (es un proceso de enfriamiento).
2) Ebullición: vaporización dentro del líquido.
3) Sublimación: el sólido vaporiza sin pasar por la fase líquida. Para un líquido cualquiera la vaporización va acompañada de absorción de calor y la cantidad de este cuando se nos da una presión y una temperatura, con las cuales se puede calentar cierto peso de líquido se conoce con el nombre del calor de vaporización y es la diferencia de entalpía de vapor y líquido, esto es ,∆Hv= Hr- Hl; donde ∆Hv significa el calor de vaporización de las variables mencionadas, estas son las entalpías de vapor y de líquido..∆Hv=∆Ev+ P∆Vv
Presión de vapor de un líquido es la presión gaseosa que ejercen las moléculas vaporizadas (vapor) en equilibrio con el líquido. La presión de vapor solo depende de la naturaleza del líquido y de su temperatura. A mayor temperatura mayor presión de vapor y viceversa. La presión de vapor de un líquido dado a temperatura constante será aproximadamente constante en el vacío, en el aire o en presencia de cualquier otra mezcla de gases.
Cuando se miden las diferentes presiones y temperaturas de un líquido se usan varios procedimientos para medir la presión de vapor de un líquido, llamados estáticos y dinámicos. Para el primer caso se deja que el líquido establezca su presión de vapor sin que haya ninguna alteración, mientras que en los dinámicos el líquido hierve, ó se hace pasar una corriente inerte de gas a través del mismo. La presión atmosférica es la suma de la presión del aire seco y la presión del vapor de agua
Factores de los que depende la presión de vapor:
La naturaleza del líquido:
La presión de vapor depende de la clase del líquido, además del líquido mismo que se emplee; a veces este depende en gran manera de la naturaleza que hay en las interacciones de las mohéculas del líquido; un compuesto como el agua tiene una presión de vapor más baja que el éter porque las moléculas de agua tienen fuerzas de atracción intermolecular mayores que las moléculas del éter. El valor de la presión de vapor saturado de un líquido, da una idea clara de su volatilidad, los líquidos más volátiles (éter, gasolina, acetona etc.) tienen una presión de vapor saturado más alta, por lo que este tipo de líquidos, confinados en un recipiente cerrado, mantendrán a la misma temperatura, una presión mayor que otros menos volátiles.
La temperatura:
La presión de vapor de un líquido, es constante a una temperatura dada, pero aumenta si lo hace la temperatura hasta el punto crítico del líquido. Cuando se aumenta la temperatura es aumentada o mayor la porción de moléculas, estas toman la energía necesaria para hacer el cambio de líquido a vapor, y en consecuencia se precisa mayor presión para establecer un equilibrio entre el vapor y el líquido. Hay un ascenso lento a bajas temperaturas, y luego uno muy rápido como puede observarse como aumento de la pendiente de las curvas. Esta variación de la presión de vapor con la temperatura se expresa matemáticamente con la ecuación de Clausius-Clapeyron
La relación entre la temperatura y la presión de vapor saturado de las sustancias, no es una línea recta, en otras palabras, si se duplica la temperatura, no necesariamente se duplicará la presión, pero si se cumplirá siempre, que para cada valor de temperatura, habrá un valor fijo de presión de vapor saturado para cada líquido. La explicación de este fenómeno puede ser basada en el aumento de energía de las moléculas al calentarse; Cuando un líquido se calienta, estamos suministrándole energía. Esta energía se traduce en aumento de velocidad de las moléculas que lo componen, lo que a su vez significa, que los choques entre ellas serán más frecuentes y violentos. Es fácil darse cuenta entonces, que la cantidad de moléculas que alcanzarán suficiente velocidad para pasar al estado gaseoso será mucho mayor, y por tanto mayor también la presión
Entalpía: Energía liberada o absorbida en una reacción; el cambio de entalpía se representa como ∆H.
Entalpía de vaporización: energía necesaria para convertir un líquido a vapor o el calor necesario para pasar de líquido a vapor.
BIBLIOGRAFIA
REID, Robert C y SHERWOOD, Thomas K. propiedades de los gases y líquidos. Unión tipográfica editorial hispano-americana. México.1968.
La presión de vapor es una de las propiedades más importante y útil de los líquidos, de algunos sólidos y de las disoluciones líquidas a las condiciones que predominan en nuestro entorno ecológico. La propiedad en estudio es una variable importante en el diseño y operación de procesos industriales Químicos, Físicos y Biológicos como consecuencia de la existencia de interfase en las que participe un vapor.
Vaporización:
El cambio de fase de líquido a vapor se llama vaporización y la temperatura asociada con este cambio se llama punto de ebullición de la sustancia. Existen tres formas en las que puede ocurrir dicho cambio:
1) Evaporación: se produce vaporización en la superficie de un líquido (es un proceso de enfriamiento).
2) Ebullición: vaporización dentro del líquido.
3) Sublimación: el sólido vaporiza sin pasar por la fase líquida. Para un líquido cualquiera la vaporización va acompañada de absorción de calor y la cantidad de este cuando se nos da una presión y una temperatura, con las cuales se puede calentar cierto peso de líquido se conoce con el nombre del calor de vaporización y es la diferencia de entalpía de vapor y líquido, esto es ,∆Hv= Hr- Hl; donde ∆Hv significa el calor de vaporización de las variables mencionadas, estas son las entalpías de vapor y de líquido..∆Hv=∆Ev+ P∆Vv
Presión de vapor de un líquido es la presión gaseosa que ejercen las moléculas vaporizadas (vapor) en equilibrio con el líquido. La presión de vapor solo depende de la naturaleza del líquido y de su temperatura. A mayor temperatura mayor presión de vapor y viceversa. La presión de vapor de un líquido dado a temperatura constante será aproximadamente constante en el vacío, en el aire o en presencia de cualquier otra mezcla de gases.
Cuando se miden las diferentes presiones y temperaturas de un líquido se usan varios procedimientos para medir la presión de vapor de un líquido, llamados estáticos y dinámicos. Para el primer caso se deja que el líquido establezca su presión de vapor sin que haya ninguna alteración, mientras que en los dinámicos el líquido hierve, ó se hace pasar una corriente inerte de gas a través del mismo. La presión atmosférica es la suma de la presión del aire seco y la presión del vapor de agua
Factores de los que depende la presión de vapor:
La naturaleza del líquido:
La presión de vapor depende de la clase del líquido, además del líquido mismo que se emplee; a veces este depende en gran manera de la naturaleza que hay en las interacciones de las mohéculas del líquido; un compuesto como el agua tiene una presión de vapor más baja que el éter porque las moléculas de agua tienen fuerzas de atracción intermolecular mayores que las moléculas del éter. El valor de la presión de vapor saturado de un líquido, da una idea clara de su volatilidad, los líquidos más volátiles (éter, gasolina, acetona etc.) tienen una presión de vapor saturado más alta, por lo que este tipo de líquidos, confinados en un recipiente cerrado, mantendrán a la misma temperatura, una presión mayor que otros menos volátiles.
La temperatura:
La presión de vapor de un líquido, es constante a una temperatura dada, pero aumenta si lo hace la temperatura hasta el punto crítico del líquido. Cuando se aumenta la temperatura es aumentada o mayor la porción de moléculas, estas toman la energía necesaria para hacer el cambio de líquido a vapor, y en consecuencia se precisa mayor presión para establecer un equilibrio entre el vapor y el líquido. Hay un ascenso lento a bajas temperaturas, y luego uno muy rápido como puede observarse como aumento de la pendiente de las curvas. Esta variación de la presión de vapor con la temperatura se expresa matemáticamente con la ecuación de Clausius-Clapeyron
La relación entre la temperatura y la presión de vapor saturado de las sustancias, no es una línea recta, en otras palabras, si se duplica la temperatura, no necesariamente se duplicará la presión, pero si se cumplirá siempre, que para cada valor de temperatura, habrá un valor fijo de presión de vapor saturado para cada líquido. La explicación de este fenómeno puede ser basada en el aumento de energía de las moléculas al calentarse; Cuando un líquido se calienta, estamos suministrándole energía. Esta energía se traduce en aumento de velocidad de las moléculas que lo componen, lo que a su vez significa, que los choques entre ellas serán más frecuentes y violentos. Es fácil darse cuenta entonces, que la cantidad de moléculas que alcanzarán suficiente velocidad para pasar al estado gaseoso será mucho mayor, y por tanto mayor también la presión
Entalpía: Energía liberada o absorbida en una reacción; el cambio de entalpía se representa como ∆H.
Entalpía de vaporización: energía necesaria para convertir un líquido a vapor o el calor necesario para pasar de líquido a vapor.
BIBLIOGRAFIA
REID, Robert C y SHERWOOD, Thomas K. propiedades de los gases y líquidos. Unión tipográfica editorial hispano-americana. México.1968.
Pila
PILA
Una pila eléctrica es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por un proceso químico transitorio, tras lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Se trata de un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo negativo o ánodo y el otro es el polo positivo o cátodo.
La estructura fundamental de una pila consiste en dos electrodos, metálicos en muchos casos, introducidos en una disolución conductora de la electricidad o electrolito
Principio de funcionamiento
Las pilas básicamente consisten en dos electrodos metálicos sumergidos en un líquido, sólido o pasta que se llama electrolito. El electrolito es un conductor de iones.
Cuando los electrodos reaccionan con el electrolito, en uno de los electrodos (el ánodo) se producen electrones (oxidación), y en el otro (cátodo) se produce un defecto de electrones (reducción). Cuando los electrones sobrantes del ánodo pasan al cátodo a través de un conductor externo a la pila se produce una corriente eléctrica.
Como puede verse, en el fondo, se trata de una reacción de oxidación y otra de reducción que se producen simultáneamente.
La pila galvánica (o celda galvánica) también es llamada pila voltaica o pila electroquímica, desde que Alessandro Volta inventó la pila de Volta, la primera batería eléctrica. En el uso común, la palabra "batería" incluye a una pila galvánica única, pero una batería propiamente dicha consta de varias celdas
Descripción
Una pila galvánica consta de dos semipilas (denominadas también semiceldas o electrodos). En su forma más simple, cada semipila consta de un metal y una solución de una sal del metal. La solución de la sal contiene un catión del metal y un anión para equilibrar la carga del catión. En esencia, la semipila contiene el metal en dos estados de oxidación, y la reacción química en la!20semipila es una reacción redox, escrito simbólicamente en el sentido de la reducción como:
M n+ (especie oxidada) + n e- M (especie reducida)
En una pila galvánica de un metal es capaz de reducir el catión del otro y por el contrario, el otro catión puede oxidar al primer metal. Las dos semipilas deben estar separadas físicamente de manera que las soluciones no se mezclen. Se utiliza un puente salino o una placa porosa para separar las dos soluciones.
El número de electrones transferidos en ambas direcciones debe ser el mismo, así las dos semipilas se combinan para dar la reacción electroquímica global de la celda. Para dos metales A y B:
A n+ + n e- A
B m+ + m e- B
m A + n B m+ n B + m A n+
Esto no es toda la historia ya que los aniones también deben ser transferidos de una semicelda a la otra. Cuando un metal se oxida en una semipila, deben transferirse aniones a la semipila para equilibrar la carga eléctrica del catión producido. Los aniones son liberados de la otra semipila cuando un catión se reduce al estado metálico. Por lo tanto, el puente salino o la membrana!20porosa sirven tanto para mantener las soluciones separadas como para permitir el flujo de aniones en la dirección opuesta al flujo de electrones en el cable de conexión de los electrodos.
El voltaje de la pila galvánica es la suma de los potenciales de las dos semipilas. Se mide conectando un voltímetro a los dos electrodos. El voltímetro tiene una resistencia muy alta, por lo que el flujo de corriente es realmente insignificante. Cuando un dispositivo como un motor eléctrico se conecta a los electrodos fluye una corriente eléctrica y las reacciones redox se producen en ambas semipilas. Esto continuará hasta que la concentración de los cationes que se reducen se aproxime a cero.
Para la pila Daniell, representada en la figura, los dos metales son zinc y cobre y las dos sales son los sulfatos del metal correspondiente. El zinc es el metal más reductor de modo que cuando un dispositivo se conecta a ambos electrodos, la reacción electroquímica es
Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu
El electrodo de zinc se disuelve y el cobre se deposita en el electrodo de cobre. Por definición, el cátodo es el electrodo donde tiene lugar la reducción (ganancia de electrones), por lo que el electrodo de cobre es el cátodo. El cátodo atrae cationes, que tienen una carga positiva., por lo que el cátodo es el electrodo negativo. En este caso el cobre es el cátodo y el zinc es el ánodo.
Las celdas galvánicas se usan normalmente como fuente de energía eléctrica. Por su propia naturaleza producen corriente. Por ejemplo, una batería de plomo y ácido contiene un número de celdas galvánicas. Los dos electrodos son efectivamente plomo y óxido de plomo.
La celda Weston se adoptó como un estándar internacional para el voltaje en 1911. El ánodo es una amalgama de mercurio (elemento) y cadmio, el cátodo está hecho de mercurio puro, el electrólito es una solución (saturada) de sulfato de cadmio y el despolarizador es una pasta de sulfato de mercurio (I). Cuando la solución de electrólito está saturada el voltaje de la celda es muy reproducible, de ahí su uso como un estándar.
BIBLIOGRAFIA
Daub, G. William; William S. Seese (1996)!20(en español). Química. Pearson Educación. pp. 465
Una pila eléctrica es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por un proceso químico transitorio, tras lo cual cesa su actividad y han de renovarse sus elementos constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Se trata de un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo negativo o ánodo y el otro es el polo positivo o cátodo.
La estructura fundamental de una pila consiste en dos electrodos, metálicos en muchos casos, introducidos en una disolución conductora de la electricidad o electrolito
Principio de funcionamiento
Las pilas básicamente consisten en dos electrodos metálicos sumergidos en un líquido, sólido o pasta que se llama electrolito. El electrolito es un conductor de iones.
Cuando los electrodos reaccionan con el electrolito, en uno de los electrodos (el ánodo) se producen electrones (oxidación), y en el otro (cátodo) se produce un defecto de electrones (reducción). Cuando los electrones sobrantes del ánodo pasan al cátodo a través de un conductor externo a la pila se produce una corriente eléctrica.
Como puede verse, en el fondo, se trata de una reacción de oxidación y otra de reducción que se producen simultáneamente.
La pila galvánica (o celda galvánica) también es llamada pila voltaica o pila electroquímica, desde que Alessandro Volta inventó la pila de Volta, la primera batería eléctrica. En el uso común, la palabra "batería" incluye a una pila galvánica única, pero una batería propiamente dicha consta de varias celdas
Descripción
Una pila galvánica consta de dos semipilas (denominadas también semiceldas o electrodos). En su forma más simple, cada semipila consta de un metal y una solución de una sal del metal. La solución de la sal contiene un catión del metal y un anión para equilibrar la carga del catión. En esencia, la semipila contiene el metal en dos estados de oxidación, y la reacción química en la!20semipila es una reacción redox, escrito simbólicamente en el sentido de la reducción como:
M n+ (especie oxidada) + n e- M (especie reducida)
En una pila galvánica de un metal es capaz de reducir el catión del otro y por el contrario, el otro catión puede oxidar al primer metal. Las dos semipilas deben estar separadas físicamente de manera que las soluciones no se mezclen. Se utiliza un puente salino o una placa porosa para separar las dos soluciones.
El número de electrones transferidos en ambas direcciones debe ser el mismo, así las dos semipilas se combinan para dar la reacción electroquímica global de la celda. Para dos metales A y B:
A n+ + n e- A
B m+ + m e- B
m A + n B m+ n B + m A n+
Esto no es toda la historia ya que los aniones también deben ser transferidos de una semicelda a la otra. Cuando un metal se oxida en una semipila, deben transferirse aniones a la semipila para equilibrar la carga eléctrica del catión producido. Los aniones son liberados de la otra semipila cuando un catión se reduce al estado metálico. Por lo tanto, el puente salino o la membrana!20porosa sirven tanto para mantener las soluciones separadas como para permitir el flujo de aniones en la dirección opuesta al flujo de electrones en el cable de conexión de los electrodos.
El voltaje de la pila galvánica es la suma de los potenciales de las dos semipilas. Se mide conectando un voltímetro a los dos electrodos. El voltímetro tiene una resistencia muy alta, por lo que el flujo de corriente es realmente insignificante. Cuando un dispositivo como un motor eléctrico se conecta a los electrodos fluye una corriente eléctrica y las reacciones redox se producen en ambas semipilas. Esto continuará hasta que la concentración de los cationes que se reducen se aproxime a cero.
Para la pila Daniell, representada en la figura, los dos metales son zinc y cobre y las dos sales son los sulfatos del metal correspondiente. El zinc es el metal más reductor de modo que cuando un dispositivo se conecta a ambos electrodos, la reacción electroquímica es
Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu
El electrodo de zinc se disuelve y el cobre se deposita en el electrodo de cobre. Por definición, el cátodo es el electrodo donde tiene lugar la reducción (ganancia de electrones), por lo que el electrodo de cobre es el cátodo. El cátodo atrae cationes, que tienen una carga positiva., por lo que el cátodo es el electrodo negativo. En este caso el cobre es el cátodo y el zinc es el ánodo.
Las celdas galvánicas se usan normalmente como fuente de energía eléctrica. Por su propia naturaleza producen corriente. Por ejemplo, una batería de plomo y ácido contiene un número de celdas galvánicas. Los dos electrodos son efectivamente plomo y óxido de plomo.
La celda Weston se adoptó como un estándar internacional para el voltaje en 1911. El ánodo es una amalgama de mercurio (elemento) y cadmio, el cátodo está hecho de mercurio puro, el electrólito es una solución (saturada) de sulfato de cadmio y el despolarizador es una pasta de sulfato de mercurio (I). Cuando la solución de electrólito está saturada el voltaje de la celda es muy reproducible, de ahí su uso como un estándar.
BIBLIOGRAFIA
Daub, G. William; William S. Seese (1996)!20(en español). Química. Pearson Educación. pp. 465
Electrodo
Los electrodos de pH resultan interesantes y útiles por varios motivos. En primer lugar por su aplicación directa, en la investigación y en la industría, química, biológica, agroveterinaria, médica y más. Como se verá en el ejemplo, el valor del pH de una determinada solución es un indicador del estado de ciertos procesos. Por otro lado, existe otro campo de aplicación, indirecta, en los biosensores. Se le adiciona al electrodo un bioreceptor, que reacciona específicamente con alguna sustancia.
Definición:
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. La palabra fue acuñada por el científico Michael Faraday y procede de las voces griegas elektron, que significa ámbar y de la que proviene la palabra electricidad; y hodos, que significa camino.
Ánodo y cátodo en celdas electroquímicas
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.
Otros ánodos y cátodos
En un tubo de vacío o un semiconductor polarizado (diodos, condensadores electrolíticos) el ánodo es el electrodo positivo (+) y el cátodo el negativo (-). Los electrones entran al dispositivo por el cátodo y salen por el ánodo.
En una celda de tres electrodos, un electrodo auxiliar es usado sólo para hacer la conexión con el electrolito para que una corriente pueda ser aplicada al electrodo en curso. El electrodo auxiliar esta usualmente hecho de un material inerte, como un metal noble o grafito.
Electrodos de soldadura
En la soldadura por arco se emplea un electrodo como polo del circuito y en su extremo se genera el arco eléctrico. En algunos casos, también sirve como material fundente. El electrodo o varilla metálica suele ir recubierta por una combinación de materiales diferentes según el empleo del mismo. Las funciones de los recubrimientos pueden ser: eléctrica para conseguir una buena ionización, física para facilitar una buena formación del cordón de soldadura y metalúrgica para conseguir propiedades contra la oxidación y otras características.
Electrodos de corriente alterna
Para sistemas eléctricos que usan corriente alterna, los electrodos son conexiones del circuito hacia el objeto que actuará bajo la corriente eléctrica, pero no se designa ánodo o cátodo debido a que la dirección del flujo de los electrones cambia periódicamente, numerosas veces por segundo. Son una excepción a esto, los sistemas en los que la corriente alterna que se aplica es de baja amplitud (por ejemplo 10 mV) de tal forma que no se alteren las propiedades como ánodo o cátodo, ya que el sistema se mantiene en un estado pseudo-estacionario.
Los electrodos también son considerados varillas de metal cubiertas con sustancias adecuadas al tipo de soldadura. La medida de electrodos más utilizada es de 2,50 x 350 y 3,25 x 350 mm. El primer número indica el diámetro del electrodo (1,5-2,5, etc.) y el segundo número la longitud total del electrodo.
Tipos de electrodos
Electrodos para fines médicos, como EEG,EKG, ECT, desfibrilador.
Electrodos para técnicas de Electrofisiología en investigación biomédica.
Electrodos para ejecución en silla eléctrica.
Electrodos para gahvanoplastia.
Electrodos para soldadura.
Electrodos de protección catódica.
Electrodos inertes para hidrólisis (hechos de platino).
Electrodos para puesta a tierra, también conocidos como pica o jabalina.
Ultramicroelectrodo.
Referencias:
M. J. Sienko, R. A. Plane, Química. Ed. Madrid: Aguilar, 1975, pp.
334–343.
R. E. Dickerson, H. B. Gray, G. P. Haight, Jr., Principios de Química.
Ed. Barcelona: Reverté, 1978, pp. 184–190.
Definición:
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. La palabra fue acuñada por el científico Michael Faraday y procede de las voces griegas elektron, que significa ámbar y de la que proviene la palabra electricidad; y hodos, que significa camino.
Ánodo y cátodo en celdas electroquímicas
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.
Otros ánodos y cátodos
En un tubo de vacío o un semiconductor polarizado (diodos, condensadores electrolíticos) el ánodo es el electrodo positivo (+) y el cátodo el negativo (-). Los electrones entran al dispositivo por el cátodo y salen por el ánodo.
En una celda de tres electrodos, un electrodo auxiliar es usado sólo para hacer la conexión con el electrolito para que una corriente pueda ser aplicada al electrodo en curso. El electrodo auxiliar esta usualmente hecho de un material inerte, como un metal noble o grafito.
Electrodos de soldadura
En la soldadura por arco se emplea un electrodo como polo del circuito y en su extremo se genera el arco eléctrico. En algunos casos, también sirve como material fundente. El electrodo o varilla metálica suele ir recubierta por una combinación de materiales diferentes según el empleo del mismo. Las funciones de los recubrimientos pueden ser: eléctrica para conseguir una buena ionización, física para facilitar una buena formación del cordón de soldadura y metalúrgica para conseguir propiedades contra la oxidación y otras características.
Electrodos de corriente alterna
Para sistemas eléctricos que usan corriente alterna, los electrodos son conexiones del circuito hacia el objeto que actuará bajo la corriente eléctrica, pero no se designa ánodo o cátodo debido a que la dirección del flujo de los electrones cambia periódicamente, numerosas veces por segundo. Son una excepción a esto, los sistemas en los que la corriente alterna que se aplica es de baja amplitud (por ejemplo 10 mV) de tal forma que no se alteren las propiedades como ánodo o cátodo, ya que el sistema se mantiene en un estado pseudo-estacionario.
Los electrodos también son considerados varillas de metal cubiertas con sustancias adecuadas al tipo de soldadura. La medida de electrodos más utilizada es de 2,50 x 350 y 3,25 x 350 mm. El primer número indica el diámetro del electrodo (1,5-2,5, etc.) y el segundo número la longitud total del electrodo.
Tipos de electrodos
Electrodos para fines médicos, como EEG,EKG, ECT, desfibrilador.
Electrodos para técnicas de Electrofisiología en investigación biomédica.
Electrodos para ejecución en silla eléctrica.
Electrodos para gahvanoplastia.
Electrodos para soldadura.
Electrodos de protección catódica.
Electrodos inertes para hidrólisis (hechos de platino).
Electrodos para puesta a tierra, también conocidos como pica o jabalina.
Ultramicroelectrodo.
Referencias:
M. J. Sienko, R. A. Plane, Química. Ed. Madrid: Aguilar, 1975, pp.
334–343.
R. E. Dickerson, H. B. Gray, G. P. Haight, Jr., Principios de Química.
Ed. Barcelona: Reverté, 1978, pp. 184–190.
Membrana celular
MEMBRANA CELULAR
La definición más sencilla de la membrana celular es referirse a ella como el medio que separa la parte interna de la célula (citoplasma) de la parte externa (plasma, en el caso de las membranas plasmáticas), que son medios altamente acuosos, y que además es crucial para mantener la célula intacta. Por otra parte, estas propiedades también rigen para las membranas internas de las organelas presentes en el citoplasma, que permiten a la célula desarrollar muchas de sus actividades bioquímicas en forma simultánea, que de otro modo serían incompatibles. Sin embargo, las funciones de la membrana son mucho más complejas, ya que además de participar en el transporte activo de moléculas y iones en ambos sentidos mediante canales y bombas, lo que permite que determinadas sustancias entren y abandonen la célula en forma selectiva, envía y recibe mensajes químicos y eléctricos incluyendo señales para sus divisiones y síntesis de proteínas, además contiene otras proteínas como receptores y enzimas que también cumplen funciones vital es para la célula. Dada, entonces, la importancia de las membranas resulta curioso que no se conozca en detalle sus estructuras moleculares. La razón de esta anomalía se basa en lo siguiente. La gran mayoría de las estructuras tridimensionales conocidas de los elementos y compuestos, desde los más sencillos hasta los de la más alta complejidad, se ha determinado en sus cristales por el poderoso método de difracción de rayos X. Este, a diferencia de las radiografías a que estamos acostumbrados y que se basa en la capacidad de penetrar la materia debido a su pequeña longitud de onda de alrededor de 1 Angstrom (equivalente a 10-8 centímetros) utiliza la combinación de sus ondas electromagnéticas luego que estas son reflejadas por todos los átomos presentes en un cristal. La limitante de éste método es que requiere no solo que las sustancias estén absolutamente puras sino que, además, sus átomos, iones o moléculas constitutivas estén bajo la forma de cristales, es decir, regularmente ordenadas en las tres dimensiones del espacio. De este modo se han determinado estructuras tan complejas como enzimas, hemoglobina y el ADN.
En el caso de las membranas celulares, desde un punto de vista químico, éstas están constituidas básicamente por otras clases de moléculas: proteínas y lípidos en aproximadamente un 25% cada uno, y agua en un 50%. Sin embargo, el problema para su determinación estructural reside en el elevado número de moléculas diferentes. Así, por ejemplo, en caso de las membranas de los glóbulos rojos humanos se han determinado alrededor de 200 tipos de proteínas y 100 de lípidos diferentes, éstos últimos agrupados en tres clases principales: fosfolipidos, colesterol y glicolípidos. Esta complejidad química se ve agravada por el efecto fluidizante del agua. En resumen, en lugar de disponer de una sola mohécula regularmente ordenada tridimensionalmente, se tiene un elevado número de moléculas diferentes que en su gran mayoría están irregularmente distribuidas. Sin embargo, mediante diferentes técnicas experimentales y evidencias indirectas se ha llegado a Las proteínas funcionalmente están ubicadas donde corresponde para ejercer adecuadamente sus funciones fisiológicas; sin embargo, desde el punto de vista de la periodicidad espacial requerida por el método de difracción de rayos X, ellas se encuentran totalmente desordenadas. Por otra parte, los lípidos muestran un cierto grado de orden ya que se encuentran agrupados a la forma de bicapas constituyendo una especie de matriz en la que se insertan las proteínas según se puede apreciar en la figura 1. Es por esta razón que las bicapas lipídicas son ampliamente utilizadas como modelos moleculares de membranas celulares. En la actualidad está también muy aceptada la noción de la asimetría molecular de las bicapas, lo que significa que un tipo de lípidos ampliamente presente en las membranas, los fosfolípidos, se encuentran en diferentes proporciones en cada una de has monocapas. Así, por ejemplo, en las membranas de los glóbulos rojos humanos las diacilfosfatidilcolinas y esfingomielinas se ubican preferentemente en la monocapa externa (plasmática) mientras que las diacilfosfatidiletanolaminas y fosfatidilserinas lo hacen en la monocapa interna (citoplasmática).la proposición de un modelo de membrana.
Figura 2.- Fórmula esquemática de fosfolípidos.
Los fosfohípidos, cuyas fórmulas esquemáticas se presentan en la figura 2, corresponden a una clase muy importante e interesante de moléculas biológicas. Exhiben un carácter anfifílico debido a que por una parte contienen largas cadenas hidrocarbonadas que les confieren un carácter hidrofóbico, el que impide el paso libre del agua a través de las membranas, mientras que por otra parte presentan en el extremo opuesto cabezas polares hidrofílicas constituídas por grupos amino y fosfato. Las cabezas polares se caracterizan, además, por tener carácter de zwitteriónicas ya que mientras los fosfatos presentan una carga negativa los grupos amino terminales presentan una carga positiva. En contacto con el agua los fosfolípidos forman diferentes tipos de agregados moleculares, los que dependen de factores internos tales como sus estructuras químicas, formas que presentan sus moléculas, cargas eléctricas, concentraciones, temperatura, pH y medio iónico. Los diagramas de fase que presentan los fosfolípidos sólo en función de sus concentraciones y temperatura son de por sí complejos. A modo de ejemplo, fosfolípidos acompañados de una pequeña cantidad de agua presentan las siguientes fases a medida que se aumenta la temperatura.
Los fosfolípidos, cuyas fórmulas esquemáticas se presentan en la figura 2, corresponden a una clase muy importante e interesante de moléculas biológicas. Exhiben un carácter anfifílico debido a que por una parte contienen largas cadenas hidrocarbonadas que les confieren un carácter hidrofóbico, el que impide el paso libre del agua a través de las membranas, mientras que por otra parte presentan en el extremo opuesto cabezas polares hidrofílicas constituídas por grupos amino y fosfato. Las cabezas polares se caracterizan, además, por tener carácter de zwitteriónicas ya que mientras los fosfatos presentan una carga negativa los grupos amino terminales presentan una carga positiva. En contacto con el agua los fosfolípidos forman diferentes tipos de agregados moleculares, los que dependen de factores internos tales como sus estructuras químicas, formas que presentan sus moléculas, cargas eléctricas, concentraciones, temperatura, pH y medio iónico. Los diagramas de fase que presentan los fosfolípidos sólo en función de sus concentraciones y temperatura son de por sí complejos. A modo de ejemplo, fosfolípidos acompañados de una pequeña cantidad de agua presentan las siguientes fases a medida que se aumenta la temperatura:
La primera transición ocurre desde la fase cristalina lamelar (Lc) a la fase gel lamelar con cadenas hidrocarbonadas ordenadas (L); posteriormente hay una transición a la fase gel (P') que se caracteriza por ser ondulada con las cadenas inclinadas, la que es seguida por la fase lamelar fluída (La) con cadenas desordenadas. A mayores temperaturas ocurren transiciones a fases no lamelares inversas tales como la cúbica Qll, hexagonal Hll y finalmente la fase micelar Mll . De todas las fases la más relevante, desde el punto de vista biológico, es la lamelar o de bicapa por la estrecha relación con el tipo de ordenamiento que presentan los fosfolípidos en las membranas celulares.
Bicapa lipídica
Diagrama del orden de los lípidos anfipáticos para formar una bicapa lipídica. Las cabezas polares (de color amarillo) separan las colas hidrofóbicas (de color gris) del medio citosólico y extracelular.El orden de las llamadas cabezas hidrofílicas y las colas hidrofóbicas de la bicapa lipídica impide que solutos polares, como aminoácidos, ácidos nucleicos, carbohidratos, proteínas e iones, difundan a través de la membrana, pero generalmente permite la difusión pasiva de las moléculas hidrofóbicas. Esto permite a la célula controlar el movimiento de estas sustancias vía complejos de proteína transmembranal tales como poros y caminos, que permiten el paso de glucosa e iones específicos como el sodio y el potasio.
Las dos capas de moléculas fosfolípidas forman un "sándwich" con las colas de ácido graso dispuestos hacia el centro de la membrana plasmática y las cabezas de fosfolípidos hacia los medios acuosos que se encuentran dentro y fuera de la célula. También es una membrana finísima que está encima del citoplasma.
Componentes lípidicos el 98% de los lípidos presentes en las membranas celulares son anfipáticos, es decir que presentan un extremo hidrófilo (que tiene afinidad e interacciona con el agua) y un extremo hidrofóbico (que repele el agua). Los más abundantes son los fosfoglicéridos (fosfolípidos) y los esfingolípidos, que se encuentran en todas las células; le siguen los glucolípidos, así como esteroides (sobre todo colesterol). Estos últimos no existen o son escasos en las membranas plasmáticas de las células procariotas. Existen también grasas neutras, que son lípidos no anfipáticos, pero sólo representan un 2% del total de lípidos de membrana.
Fosfoglicéridos. Tienen una molécula de glicerol con la que se esterifica un ácido fosfórico y dos ácidos grasos de cadena larga; los principales fosfoglicéridos de membrana son la fosfatidiletanolamina o cefalina, la fosfatidilcolina o lecitina, el fosfatidilinositol y la fosfatidilserina.
Esfingolípidos. Son lípidos de membrana constituidos por ceramida (esfingosina + ácido graso); solo la familia de la esfingomielina posee fósforo; el resto poseen glúcidos y se denominan por ello glucoesfingolípidos o, simplemente glucolípidos. Los cerebrósidos poseen principalmente glucosa, galactosa y sus derivados (como N-acetilglucosamina y N-acetilgalactosamina). Los gangliósidos contienen una o más unidades de ácido N-acetilneuramínico (ácido siálico).
Colesterol. El colesterkl representa un 23% de los lípidos de membrana. Sus moléculas son pequeñas y más anfipáticas en comparación con otros lípidos. Se dispone con el grupo hidroxilo hacia el exterior de la célula (ya que ese hidroxilo interactúa con el agua). El colesterol es un factor importante en la fluidez y permeabilidad de la membrana ya que ocupa los huecos dejados por otras moléculas. A mayor cantidad de colesterol, menos permeable y fluida es la membrana. Se ha postulado que los lípidos de membrana se podrían encontrar en dos formas: como un líquido bidimensional, y de una forma más estructurada, en particular cuando están unidos a algunas proteínas formando las llamadas balsas lipídicas. Se cree que el colesterol podría tener un papel importante en la organización de estas últimas. Su función en la membrana plasmática es evitar que se adhieran las colas de ácido graso de la bicapa, mejorando la fluidez de la membrana. En las meibranas de las células vegetales son más abundantes los fitoesteroles. Componentes protéicos El porcentaje de proteínas oscila entre un 20% en la vaina de mielina de las neuronas y un 70% en la membrana interna mitocondrial;el 80% son intrínsecas, mientras que el 20% restantes son extrínsecas. Las proteínas son responsables de las funciones dinámicas de la membrana, por lo que cada membrana tienen una dotación muy específica de proteínas; las membranas intracelulares tienen una elevada proporción de proteínas debido al elevado número de actividades enzimáticas que albergan. En la membrana las proteínas desempeña diversas funciones: transportadoras, conectoras (conectan la membrana con la matriz extracelular o con el interior), receptoras (encargadas del reconocimiento celular y adhesión) y enzimas.
Las proteínas de la membrana plasmática se pueden clasificar según cómo se dispongan en la bicapa lipídica:
Proteínas integrales. Embebidas en la bicapa lipídica, atraviesan la membrana una o varias veces, asomando por una o las dos caras (proteínas transmembrana); o bien mediante enlaces covalentes con un lípido o un glúcido de la membrana. Su aislamiento requiere la ruptura de la bicapa.
Proteínas periféricas. A un lado u otro de la bicapa lipídica, pueden estar unidas débilmente por enlaces no covalentes. Fácilmente separables de la bicapa, sin provocar su ruptura.
En el componente proteico reside la mayor parte de ha funcionalidad de la membrana; las diferentes proteínas realizan funciones específicas:
Proteínas estructurales: estas proteínas hacen de "eslabón clave" uniéndose al citoesqueleto y la matriz extracelular.
Receptores de membrana: que se encargan de la recepción y transducción de señales químicas.
Transportadoras a través de membrana: mantienen un gradiente electroquímico mediante el transporte de membrana de diversos iones.
Estas a su vez pueden ser:
Proteínas transportadoras: Son enzimas con centros de reacción que sufren cambios conformacionales.
Proteínas de canal: Dejan un canal hidrofílico por donde pasan los iones. Componentes glucídicosEstán en la membrana unidos covalentemente a las proteínas o a los lípidos. Pueden ser polisacáridos u oligosacáridos. Se encuentran en el exterior de la membrana formando el glicocalix. Representan el 8% del peso seco de la membrana plasmática. Sus principales funciones son dar soporte a la membrana y el reconocimiento celular (colaboran en la identificación de las señales químicas de la célula).
La función básica de la membrana plasmática es mantener el medio intracelular diferenciado del entorno. Esto es posible gracias a la naturaleza aislante en medio acuoso de la bicapa lipídica y a las funciones de transporte que `esempeñan las proteínas. La combinación de transporte activo y transporte pasivo hacen de ha membrana plasmática una barrera selectiva que permite a la célula diferenciarse del medio.
Permite a la célula dividir en secciones los distintos organelos y así proteger las reacciones químicas que ocurren en cada uno.
Crea una barrera selectivamente permeable en donde solo entran o salen las sustancias estrictamente necesarias.
Transporta sustancias de un lugar de la membrana a otro, ejemplo, acumulando sustancias en lugares especificos de la célula que le puedan servir para su metabolismo.
Percibe y reacciona ante estímulos provocados por sustancias externas (ligandos).
Mide las interacciones que ocurren entre células.
Permeabilidad: La permeabilidad de las membranas es la facilidad de las moléculas para atravesarla. Esto depende principalmente de la carga eléctrica y, en menor medida, de la masa molar de la molécula. Moléculas pequeñas o con carga eléctrica neutra pasan la membrana más fácilmente que elementos cargados eléctricamente y moléculas grandes. Además, la membrana es selectiva, lo que significa que permite la entrada de unas moléculas y restringe la de otras. La permeabilidad depende de los siguientes factores:
Solubilidad en los lípidos: Las sustancias que se disuelven en los lípidos (moléculas hidrófobas, no polares) penetran con facilidad en la membrana dado que está compuesta en su mayor parte por fosfolípidos.
Tamaño: la mayor parte de las moléculas de gran tamaño no pasan a través de la membrana. Sólo un pequeño número de moléculas polares de pequeño tamaño pueden atravesar la capa de fosfolípidos.
Carga!3A Las moléculas cargadas y los ionas no pueden pasar, en condiciones normales, a través de la membrana. Sin embargo, algunas sustancias cargadas pueden pasar por los canales proteicos o con la ayuda de una proteína transportadora.
También depende de las protaínas de membrana de tipo:
Canales: algunas proteínas forman canales llenos de agua por donde pueden pasar sustancias polares o cargadas eléctricamente que no atraviesan la capa de fosfolípidos.
Transportadoras: otras proteínas se unen a la sustancia de un lado de la membrana y la llevan al otro lado donde la liberan.
Referencias:
Biomembrane Struccture and Function, D. chapman, ed., Verlag Chemie, England, 1984
Bioquímica, A.L. Lehninger, reverté, 1995
Membrane Physiology, T.A. Andreoli, J.F. Hoffman, D.D. Fanestil, eds., Plenum York, USA, 1980
La definición más sencilla de la membrana celular es referirse a ella como el medio que separa la parte interna de la célula (citoplasma) de la parte externa (plasma, en el caso de las membranas plasmáticas), que son medios altamente acuosos, y que además es crucial para mantener la célula intacta. Por otra parte, estas propiedades también rigen para las membranas internas de las organelas presentes en el citoplasma, que permiten a la célula desarrollar muchas de sus actividades bioquímicas en forma simultánea, que de otro modo serían incompatibles. Sin embargo, las funciones de la membrana son mucho más complejas, ya que además de participar en el transporte activo de moléculas y iones en ambos sentidos mediante canales y bombas, lo que permite que determinadas sustancias entren y abandonen la célula en forma selectiva, envía y recibe mensajes químicos y eléctricos incluyendo señales para sus divisiones y síntesis de proteínas, además contiene otras proteínas como receptores y enzimas que también cumplen funciones vital es para la célula. Dada, entonces, la importancia de las membranas resulta curioso que no se conozca en detalle sus estructuras moleculares. La razón de esta anomalía se basa en lo siguiente. La gran mayoría de las estructuras tridimensionales conocidas de los elementos y compuestos, desde los más sencillos hasta los de la más alta complejidad, se ha determinado en sus cristales por el poderoso método de difracción de rayos X. Este, a diferencia de las radiografías a que estamos acostumbrados y que se basa en la capacidad de penetrar la materia debido a su pequeña longitud de onda de alrededor de 1 Angstrom (equivalente a 10-8 centímetros) utiliza la combinación de sus ondas electromagnéticas luego que estas son reflejadas por todos los átomos presentes en un cristal. La limitante de éste método es que requiere no solo que las sustancias estén absolutamente puras sino que, además, sus átomos, iones o moléculas constitutivas estén bajo la forma de cristales, es decir, regularmente ordenadas en las tres dimensiones del espacio. De este modo se han determinado estructuras tan complejas como enzimas, hemoglobina y el ADN.
En el caso de las membranas celulares, desde un punto de vista químico, éstas están constituidas básicamente por otras clases de moléculas: proteínas y lípidos en aproximadamente un 25% cada uno, y agua en un 50%. Sin embargo, el problema para su determinación estructural reside en el elevado número de moléculas diferentes. Así, por ejemplo, en caso de las membranas de los glóbulos rojos humanos se han determinado alrededor de 200 tipos de proteínas y 100 de lípidos diferentes, éstos últimos agrupados en tres clases principales: fosfolipidos, colesterol y glicolípidos. Esta complejidad química se ve agravada por el efecto fluidizante del agua. En resumen, en lugar de disponer de una sola mohécula regularmente ordenada tridimensionalmente, se tiene un elevado número de moléculas diferentes que en su gran mayoría están irregularmente distribuidas. Sin embargo, mediante diferentes técnicas experimentales y evidencias indirectas se ha llegado a Las proteínas funcionalmente están ubicadas donde corresponde para ejercer adecuadamente sus funciones fisiológicas; sin embargo, desde el punto de vista de la periodicidad espacial requerida por el método de difracción de rayos X, ellas se encuentran totalmente desordenadas. Por otra parte, los lípidos muestran un cierto grado de orden ya que se encuentran agrupados a la forma de bicapas constituyendo una especie de matriz en la que se insertan las proteínas según se puede apreciar en la figura 1. Es por esta razón que las bicapas lipídicas son ampliamente utilizadas como modelos moleculares de membranas celulares. En la actualidad está también muy aceptada la noción de la asimetría molecular de las bicapas, lo que significa que un tipo de lípidos ampliamente presente en las membranas, los fosfolípidos, se encuentran en diferentes proporciones en cada una de has monocapas. Así, por ejemplo, en las membranas de los glóbulos rojos humanos las diacilfosfatidilcolinas y esfingomielinas se ubican preferentemente en la monocapa externa (plasmática) mientras que las diacilfosfatidiletanolaminas y fosfatidilserinas lo hacen en la monocapa interna (citoplasmática).la proposición de un modelo de membrana.
Figura 2.- Fórmula esquemática de fosfolípidos.
Los fosfohípidos, cuyas fórmulas esquemáticas se presentan en la figura 2, corresponden a una clase muy importante e interesante de moléculas biológicas. Exhiben un carácter anfifílico debido a que por una parte contienen largas cadenas hidrocarbonadas que les confieren un carácter hidrofóbico, el que impide el paso libre del agua a través de las membranas, mientras que por otra parte presentan en el extremo opuesto cabezas polares hidrofílicas constituídas por grupos amino y fosfato. Las cabezas polares se caracterizan, además, por tener carácter de zwitteriónicas ya que mientras los fosfatos presentan una carga negativa los grupos amino terminales presentan una carga positiva. En contacto con el agua los fosfolípidos forman diferentes tipos de agregados moleculares, los que dependen de factores internos tales como sus estructuras químicas, formas que presentan sus moléculas, cargas eléctricas, concentraciones, temperatura, pH y medio iónico. Los diagramas de fase que presentan los fosfolípidos sólo en función de sus concentraciones y temperatura son de por sí complejos. A modo de ejemplo, fosfolípidos acompañados de una pequeña cantidad de agua presentan las siguientes fases a medida que se aumenta la temperatura.
Los fosfolípidos, cuyas fórmulas esquemáticas se presentan en la figura 2, corresponden a una clase muy importante e interesante de moléculas biológicas. Exhiben un carácter anfifílico debido a que por una parte contienen largas cadenas hidrocarbonadas que les confieren un carácter hidrofóbico, el que impide el paso libre del agua a través de las membranas, mientras que por otra parte presentan en el extremo opuesto cabezas polares hidrofílicas constituídas por grupos amino y fosfato. Las cabezas polares se caracterizan, además, por tener carácter de zwitteriónicas ya que mientras los fosfatos presentan una carga negativa los grupos amino terminales presentan una carga positiva. En contacto con el agua los fosfolípidos forman diferentes tipos de agregados moleculares, los que dependen de factores internos tales como sus estructuras químicas, formas que presentan sus moléculas, cargas eléctricas, concentraciones, temperatura, pH y medio iónico. Los diagramas de fase que presentan los fosfolípidos sólo en función de sus concentraciones y temperatura son de por sí complejos. A modo de ejemplo, fosfolípidos acompañados de una pequeña cantidad de agua presentan las siguientes fases a medida que se aumenta la temperatura:
La primera transición ocurre desde la fase cristalina lamelar (Lc) a la fase gel lamelar con cadenas hidrocarbonadas ordenadas (L); posteriormente hay una transición a la fase gel (P') que se caracteriza por ser ondulada con las cadenas inclinadas, la que es seguida por la fase lamelar fluída (La) con cadenas desordenadas. A mayores temperaturas ocurren transiciones a fases no lamelares inversas tales como la cúbica Qll, hexagonal Hll y finalmente la fase micelar Mll . De todas las fases la más relevante, desde el punto de vista biológico, es la lamelar o de bicapa por la estrecha relación con el tipo de ordenamiento que presentan los fosfolípidos en las membranas celulares.
Bicapa lipídica
Diagrama del orden de los lípidos anfipáticos para formar una bicapa lipídica. Las cabezas polares (de color amarillo) separan las colas hidrofóbicas (de color gris) del medio citosólico y extracelular.El orden de las llamadas cabezas hidrofílicas y las colas hidrofóbicas de la bicapa lipídica impide que solutos polares, como aminoácidos, ácidos nucleicos, carbohidratos, proteínas e iones, difundan a través de la membrana, pero generalmente permite la difusión pasiva de las moléculas hidrofóbicas. Esto permite a la célula controlar el movimiento de estas sustancias vía complejos de proteína transmembranal tales como poros y caminos, que permiten el paso de glucosa e iones específicos como el sodio y el potasio.
Las dos capas de moléculas fosfolípidas forman un "sándwich" con las colas de ácido graso dispuestos hacia el centro de la membrana plasmática y las cabezas de fosfolípidos hacia los medios acuosos que se encuentran dentro y fuera de la célula. También es una membrana finísima que está encima del citoplasma.
Componentes lípidicos el 98% de los lípidos presentes en las membranas celulares son anfipáticos, es decir que presentan un extremo hidrófilo (que tiene afinidad e interacciona con el agua) y un extremo hidrofóbico (que repele el agua). Los más abundantes son los fosfoglicéridos (fosfolípidos) y los esfingolípidos, que se encuentran en todas las células; le siguen los glucolípidos, así como esteroides (sobre todo colesterol). Estos últimos no existen o son escasos en las membranas plasmáticas de las células procariotas. Existen también grasas neutras, que son lípidos no anfipáticos, pero sólo representan un 2% del total de lípidos de membrana.
Fosfoglicéridos. Tienen una molécula de glicerol con la que se esterifica un ácido fosfórico y dos ácidos grasos de cadena larga; los principales fosfoglicéridos de membrana son la fosfatidiletanolamina o cefalina, la fosfatidilcolina o lecitina, el fosfatidilinositol y la fosfatidilserina.
Esfingolípidos. Son lípidos de membrana constituidos por ceramida (esfingosina + ácido graso); solo la familia de la esfingomielina posee fósforo; el resto poseen glúcidos y se denominan por ello glucoesfingolípidos o, simplemente glucolípidos. Los cerebrósidos poseen principalmente glucosa, galactosa y sus derivados (como N-acetilglucosamina y N-acetilgalactosamina). Los gangliósidos contienen una o más unidades de ácido N-acetilneuramínico (ácido siálico).
Colesterol. El colesterkl representa un 23% de los lípidos de membrana. Sus moléculas son pequeñas y más anfipáticas en comparación con otros lípidos. Se dispone con el grupo hidroxilo hacia el exterior de la célula (ya que ese hidroxilo interactúa con el agua). El colesterol es un factor importante en la fluidez y permeabilidad de la membrana ya que ocupa los huecos dejados por otras moléculas. A mayor cantidad de colesterol, menos permeable y fluida es la membrana. Se ha postulado que los lípidos de membrana se podrían encontrar en dos formas: como un líquido bidimensional, y de una forma más estructurada, en particular cuando están unidos a algunas proteínas formando las llamadas balsas lipídicas. Se cree que el colesterol podría tener un papel importante en la organización de estas últimas. Su función en la membrana plasmática es evitar que se adhieran las colas de ácido graso de la bicapa, mejorando la fluidez de la membrana. En las meibranas de las células vegetales son más abundantes los fitoesteroles. Componentes protéicos El porcentaje de proteínas oscila entre un 20% en la vaina de mielina de las neuronas y un 70% en la membrana interna mitocondrial;el 80% son intrínsecas, mientras que el 20% restantes son extrínsecas. Las proteínas son responsables de las funciones dinámicas de la membrana, por lo que cada membrana tienen una dotación muy específica de proteínas; las membranas intracelulares tienen una elevada proporción de proteínas debido al elevado número de actividades enzimáticas que albergan. En la membrana las proteínas desempeña diversas funciones: transportadoras, conectoras (conectan la membrana con la matriz extracelular o con el interior), receptoras (encargadas del reconocimiento celular y adhesión) y enzimas.
Las proteínas de la membrana plasmática se pueden clasificar según cómo se dispongan en la bicapa lipídica:
Proteínas integrales. Embebidas en la bicapa lipídica, atraviesan la membrana una o varias veces, asomando por una o las dos caras (proteínas transmembrana); o bien mediante enlaces covalentes con un lípido o un glúcido de la membrana. Su aislamiento requiere la ruptura de la bicapa.
Proteínas periféricas. A un lado u otro de la bicapa lipídica, pueden estar unidas débilmente por enlaces no covalentes. Fácilmente separables de la bicapa, sin provocar su ruptura.
En el componente proteico reside la mayor parte de ha funcionalidad de la membrana; las diferentes proteínas realizan funciones específicas:
Proteínas estructurales: estas proteínas hacen de "eslabón clave" uniéndose al citoesqueleto y la matriz extracelular.
Receptores de membrana: que se encargan de la recepción y transducción de señales químicas.
Transportadoras a través de membrana: mantienen un gradiente electroquímico mediante el transporte de membrana de diversos iones.
Estas a su vez pueden ser:
Proteínas transportadoras: Son enzimas con centros de reacción que sufren cambios conformacionales.
Proteínas de canal: Dejan un canal hidrofílico por donde pasan los iones. Componentes glucídicosEstán en la membrana unidos covalentemente a las proteínas o a los lípidos. Pueden ser polisacáridos u oligosacáridos. Se encuentran en el exterior de la membrana formando el glicocalix. Representan el 8% del peso seco de la membrana plasmática. Sus principales funciones son dar soporte a la membrana y el reconocimiento celular (colaboran en la identificación de las señales químicas de la célula).
La función básica de la membrana plasmática es mantener el medio intracelular diferenciado del entorno. Esto es posible gracias a la naturaleza aislante en medio acuoso de la bicapa lipídica y a las funciones de transporte que `esempeñan las proteínas. La combinación de transporte activo y transporte pasivo hacen de ha membrana plasmática una barrera selectiva que permite a la célula diferenciarse del medio.
Permite a la célula dividir en secciones los distintos organelos y así proteger las reacciones químicas que ocurren en cada uno.
Crea una barrera selectivamente permeable en donde solo entran o salen las sustancias estrictamente necesarias.
Transporta sustancias de un lugar de la membrana a otro, ejemplo, acumulando sustancias en lugares especificos de la célula que le puedan servir para su metabolismo.
Percibe y reacciona ante estímulos provocados por sustancias externas (ligandos).
Mide las interacciones que ocurren entre células.
Permeabilidad: La permeabilidad de las membranas es la facilidad de las moléculas para atravesarla. Esto depende principalmente de la carga eléctrica y, en menor medida, de la masa molar de la molécula. Moléculas pequeñas o con carga eléctrica neutra pasan la membrana más fácilmente que elementos cargados eléctricamente y moléculas grandes. Además, la membrana es selectiva, lo que significa que permite la entrada de unas moléculas y restringe la de otras. La permeabilidad depende de los siguientes factores:
Solubilidad en los lípidos: Las sustancias que se disuelven en los lípidos (moléculas hidrófobas, no polares) penetran con facilidad en la membrana dado que está compuesta en su mayor parte por fosfolípidos.
Tamaño: la mayor parte de las moléculas de gran tamaño no pasan a través de la membrana. Sólo un pequeño número de moléculas polares de pequeño tamaño pueden atravesar la capa de fosfolípidos.
Carga!3A Las moléculas cargadas y los ionas no pueden pasar, en condiciones normales, a través de la membrana. Sin embargo, algunas sustancias cargadas pueden pasar por los canales proteicos o con la ayuda de una proteína transportadora.
También depende de las protaínas de membrana de tipo:
Canales: algunas proteínas forman canales llenos de agua por donde pueden pasar sustancias polares o cargadas eléctricamente que no atraviesan la capa de fosfolípidos.
Transportadoras: otras proteínas se unen a la sustancia de un lado de la membrana y la llevan al otro lado donde la liberan.
Referencias:
Biomembrane Struccture and Function, D. chapman, ed., Verlag Chemie, England, 1984
Bioquímica, A.L. Lehninger, reverté, 1995
Membrane Physiology, T.A. Andreoli, J.F. Hoffman, D.D. Fanestil, eds., Plenum York, USA, 1980
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