Electroforesis

La electroforesis es una técnica para la separación de moleculas según la movilidad de estas en un campo eléctrico. La separación puede realizarse sobre la superficie hidratada de un soporte sólido, o bien a través de una matriz porosa, o bien en disolución (electroforesis libre). Dependiendo de la técnica que se use, la separación obedece en distinta medida a la carga eléctrica de las moléculas y a su masa.

La gran mayoría de macromoléculas están cargadas eléctricamente y, al igual que los electrolitos, se pueden clasificar en fuertes y débiles dependiendo de la constante de ionización de grupos ácidos y básicos. Por ejemplo los ácidos nucleicos son poliácidos fuertes.

Por lo general, para caracterizar la molécula se determina la velocidad a la que esta se mueve en un campo eléctrico y se utiliza para determinar, en el caso de proteínas, la masa molecular o para detectar cambios de aminoácidos y separar cuantitativamente distintas especies moleculares; en el caso de ácidos nucleicos se determina su tamaño, medido en pares de bases.

En general la electroforesis depende directamente del campo eléctrico y este depende de distintos parámetros. Basándose en la ley de Ohm se tiene que

Diferencia de potencial (V): define el campo eléctrico; la velocidad de avance es directamente proporcional a ella.

Resistencia (R): la movilidad de las moléculas es inversamente proporcional a ella.

Intensidad (I) : cuantifica el flujo de carga eléctrica, se relaciona directamente con la distancia recorrida por las moléculas.

Por último, otro factor que afecta significativamente a la electroforesis es la temperatura, esta es importante puesto que por el efecto Joule el paso de una corriente eléctrica va a producir calor y este es directamente proporcional a la diferencia de potencial y a la resistencia. Por lo tanto, es necesario controlar de manera estricta la temperatura para que esta no afecte a la muestra desnaturalizándola.

La electroforesis es un método de laboratorio en el que se utiliza una corriente eléctrica controlada con la finalidad de separar biomoleculas según su tamaño y carga eléctrica a través de una matriz gelatinosa.

REFERENCIAS:

Tippens. FISICA. Conceptos y aplicaciones. Mc Graw Hill

30 preguntas

1.Explique en que consiste el modelo del mosaico fluido:
"Una membrana consta de un mosaico de diferentes proteinas que esta en constante movimiento y fluye dentro de una capa de fosfolipidos"


2.Nombre las proteinas que conforman la membrana plasmatica y mencione sus funciones:
Proteinas integrales: Atraviesan todo el ancho de la membrana, proporcionan canales o poros en los cuales las sustancias hidrosolubles pueden difundir entre los liquidos extra e intracelular, por lo que actuan como proteinas de transporte para llevar sustancias en direccion contraria a su direccion natural de difusion.
Proteinas  perifericas. Sirven como proteinas de transporte.


3.¿Cuáles son las funciones de la membrana plasmática?
Aislan el contenido de la celula.
Regula el intercambio de sustacias entre la célula el fluido extracelular, o entre los organelos cerrados por membranas y el citosol.
Permite la comunicación con otras células.
Regula muchas reacciones bioquímicas.


4. ¿Qué es la difusión?
Es el movimiento neto de moleculas de un gradiente de mayor concentración a otro de menor concentración.


5.¿Qué es ósmosis?
Difusión de agua a través de membranas selectivamente permeables desde regiones con elevada concentración de soluto a regiones con concentración baja.


6.¿Cuáles son los tipos de difusión?
Difusión simple: Difusión de sustancias como vitmanias A,D,E, CO2, Hormonas las cuales difunden facilmente a traves de la bicapa.
Difusión facilitada. Tipo de difusión la cual requiere una interacción de las moleculas e iones con una proteina de transporte.
Ósmosis. Difusión de agua a través de membranas selectivamente permeables desde regiones con elevada concentración de soluto a regiones con concentración baja.


7-¿Qué le sucede a la célula en una solución hipertónica?
  Como hay mayor cantidad de soluto en el medio extracelular, el agua del interior de la célula difunde hacia afuera ella, por lo que la célula se deshidrata y se encoje.


8-¿Qué le pasa a la célula en una solución hipotónica?
Como en el interior de la célula hay mayor cantidad de soluto, hace que el agua entre al interior de la célula, por consiguiente se hinchan y corren el riesgo de reventarse.


9.¿Qué es una pila?
Dispositivo que convierte la energía química de una reacción redox en energía eléctrica. Consta de un ánodo (electrodo negativo) ocurre oxidación y de un catodo (electrodo positivo) ocurre reducción.


10.¿Cuál es el fundamento de una pila?
Transformación de la energía química en eléctrica, mediante reacciones de oxidación reducción producidas en los electrodos, que generan una corriente de electrones.


11.¿Qué es la electroforesis?
Es una tecnica para la separación de moleculas según so movilidad en un campo eléctrico.


12.¿Cómo puede efectuarse dicha separación?
Puede realizarse sobre la superficie hidratada de un soporte sólido (electroforesis en papel)
o en una matriz porosa (electroforesis en gel)
o en una disolución (electroforesis libre)


13. Fundamento de la electroforesis.
Para separar distintas especies moleculares, se crea un campo eléctrico para la molecula colocada en un liquido portador, al generar este campo existira una intensidad pasando constantemente de polo positivo al polo negativo y por tanto, actuara una fuerza sobre la molecula y esta se desplazara con una velocidad constante.


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


15. ¿Qué es un electrodo es una celda electroquimica?
Se refiere a 2 conceptos anodo y catodo. El anodo es el electrodo en el cual los electrones salen de la celda y ocurre la oxidación, y el catodo es definido como el electrodo en el cual los electrones entran a la celda y ocurre la reducción.


16. ¿Qué es un potenciometro?
Instrumento tipo de puente de circuito para medir voltajes.

17.¿A qué se le llama propiedades coligativas de la materia?
A las propiedades más universales que sólo dependen de la concentración del soluto y no de la naturaleza de sus moléculas. Estas son las llamadas propiedades coligativas.

18-¿Cuáles son los cuatro tipos de propiedades coligativas?
Descenso de la presión de vapor
Elevación ebulloscópica
Desceso crioscópico
 Presión ósmotica

19.¿Cuándo desciende la presión de vapor?
La presión de vapor de un disolvente desciende cuando se le añade un soluto no volátil.

20.Mencione los factores de intervienen en dicho descenso:
Este efecto es el resultado de dos factores:

1. la disminución del número de moléculas del disolvente en la superficie libre
2. la aparición de fuerzas atractivas entre las moléculas del soluto y las moléculas del disolvente, dificultando su paso a vapor

21. Mencione la relación que existe en el descenso de la presión de vapor del disolvente con la fracción molar del soluto:
El descenso relativo de la presión de vapor del disolvente en una disolución es proporcional a la fraccion molar del soluto.

22. ¿Cuándo se efectúa la elevación ebulloscópica?
Cualquier disminución en la presión de vapor (como al añadir un soluto no volátil) producirá un aumento en la temperatura de ebullición .

23. ¿Cuál es la propiedad coligativa más importante en los sistemas biológicos?
La presión osmótica.

24.Define la presión osmótica.
Se define como la tendencia a diluirse de una disolución separada del disolvente puro por una membrana semipermeable.

25. Instrumento que sirve para medir la presión osmótica.
El osmómetro.

26. ¿Cuál es la mecánica con la cual trabaja el osmómetro?
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.

27. ¿En qué consiste la ley de Boyle?
es la ecuación del estado del gas ideal, un gas hipotético formado por partículas puntuales, sin atracción ni repulsión entre ellas y cuyos choques son perfectamente elásticos.

28.Relación entre la presión y el volumen de un gas cuando la temperatura es constante:
Ley de Boyle

29. Relaciona el volumen y la temperatura de una cierta cantidad de gas ideal, mantenido a una presión constante, mediante una constante de proporcionalidad directa.
Ley de Charles y Gay lussac.

30."Volumenes iguales de distintas sustancias gaseosas, medidos en las mismas condiciones de presión y temperatura, contienen el mismo número de partículas" :
Ley de Avogadro.

TRANSMISIÓN SINAPTICA

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.

 Fuerza sináptica

La fuerza de una sinapsis viene dada por el cambio del potencial de membrana que ocurre cuando se activan los receptores de neurotransmisores postsinápticos. Este cambio de voltaje se denomina potencial postsináptico, y es resultado directo de los flujos iónicos a través de los canales receptores postsinápticos. Los cambios en la fuerza sináptica pueden ser a corto plazo y sin cambios permanentes en las estructuras neuronales, con una duración de segundos o minutos, o de larga duración (potenciación a largo plazo o LTP), en que la activación continuada o repetida de la sinapsis implica que los segundos mensajeros inducen la síntesis proteica en el núcleo de la neurona, alterando la estructura de la propia neurona. El aprendizaje y la memoria podrían ser resultado de cambios a largo plazo en la fuerza sináptica, mediante un mecanismo de plasticidad sináptica.

 Integración de señales sinápticas

Generalmente, si una sinapsis excitatoria es fuerte, un potencial de acción en la neurona presináptica iniciará otro potencial en la célula postsináptica. En una sinapsis débil, el potencial excitatorio postsináptico ("PEPS") no alcanzará el umbral para la iniciación del potencial de acción. En el cerebro, cada neurona mantiene conexiones o sinapsis con muchas otras, pudiendo recibir cada una de ellas múltiples señales. Cuando se disparan potenciales de acción simultáneamente en varias neuronas que se unen en sinapsis débiles a otra neurona, pueden forzar el inicio de un impulso en esa célula a pesar de que las sinapsis son débiles.

 

La transmisión de información constituye una de las funciones fundamentales del sistema nervioso. Dicha transmisión de información se basa en la comunicación entre las neuronas que se realiza fundamentalmente mediante la transmisión sináptica que, en la gran mayoría de las sinapsis, es de naturaleza química, aunque también existe un tipo de comunicación intercelular exclusivamente eléctrico. Las moléculas responsables de la transmisión de información en las sinapsis químicas se denominan neurotransmisores. Los neurotransmisores, que pueden ser excitadores o inhibidores, se liberan en unas estructuras especializadas denominadas sinapsis en las cuales existen unas zonas activas de secreción donde se localiza la maquinaria molecular necesaria para producir la secreción exocitótica del neurotransmisor en respuesta a cambios en los niveles de calcio intracelular. Como resultado de la secreción de neurotransmisores se producen cambios en las propiedades eléctricas de la neurona postsináptica que producen la propagación de la señal y, en último término, la transmisión de información.

 

 

REFERENCIAS

http://www.todoenfermeria.es/inicio/apuntes/anatomia/la_transmision_sinaptica.pdf

PILAS

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.


Un ELECTRODO es una placa de membrana rugosa de metal, un conductor utilizado para hacer contacto con una parte metalica de un circuito.

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.

POTENCIOMETRO.
El potenciómetro original es un tipo de puente de circuito para medir voltajes. La palabra se deriva de “voltaje potencial” y “potencial” era usado para referirse a “fuerza”. El potenciómetro original se divide en cuatro clases: el potenciómetro de resistencia constante, el potenciómetro de corriente constante, el potenciómetro microvolt y el potenciómetro termopar.
Se utiliza para medir voltajes debajo de 1,5 V. En este circuito, la tensión desconocida está conectada a través de una sección del alambre de la resistencia, los extremos de la cual están conectados con una célula electroquímica estándar que proporciona una corriente constante a través del alambre, el fem desconocido, en serie con un galvanómetro, entonces se conecta a través de una sección de longitud variable del alambre de la resistencia usando un contacto que se desliza. El contacto que se desliza se mueve hasta que ninguna corriente fluya dentro o fuera de la célula estándar, según lo indicado por un galvanómetro en serie con el fem desconocido. El voltaje a través de la sección seleccionada del alambre es entonces igual al voltaje desconocido. Todo lo que queda es calcular el voltaje desconocido de la corriente y de la fracción de la longitud del alambre de la resistencia que fue conectado con el fem desconocido. El galvanómetro no necesita ser calibrado, pues su única función es leer cero. Cuando el galvanómetro lee cero, no se saca ninguna corriente de la fuerza electromotriz desconocida y así que la lectura es independiente de la resistencia interna de la fuente






 Referencias
Chang. QUÍMICA 2002 7a edición
Wade. Química Organica 2004 5a edición.

TRANSPORTE CELULAR

Ósmosis

Comportamiento de célula vegetal ante distintas presiones osmoticas

La ósmosis es un tipo especial de transporte pasivo en el cual sólo las moléculas de agua son transportadas a través de la membrana. El movimiento de agua se realiza desde un punto en que hay menor concentración de solutos a uno de mayor concentración de solutos para igualar concentraciones en ambos extremos de la membrana bicapa fosfolipidica. De acuerdo al medio en que se encuentre una célula, la ósmosis varía. La función de la osmosis es mantener hidratada a la membrana celular. Dicho proceso no requiere gasto de energía. En otras palabras la ósmosis u osmosis es un fenómeno consistente en el paso del solvente de una disolución desde una zona de baja concentración de soluto a una de alta concentración del soluto, separadas por una membrana semipermeable.

Ósmosis en una célula animal

• En un medio isotónico, hay un equilibrio dinámico, es decir, el paso constante de agua.
• En un medio hipotónico, la célula absorbe agua hinchándose y hasta el punto en que puede estallar dando origen a la citólisis.
• En un medio hipertónico, la célula arruga llegando a deshidratarse y se muere, esto se llama crenación.

Ósmosis en una célula vegetal

• En un medio isotónico, existe un equilibrio dinámico.
• En un medio hipotónico, la célula toma agua y sus vacuolas se llenan aumentando la presión de turgencia.
• En un medio hipertónico, la célula elimina agua y el volumen de la vacuola disminuye, produciendo que la membrana plasmática se despegue de la pared celular, ocurriendo la plasmólisis

Transporte activo

Es un mecanismo que permite a la célula transportar sustancias disueltas a través de su membrana desde regiones de menor concentración a otras de mayor concentración. Es un proceso que requiere energía, llamado también producto activo debido al movimiento absorbente de partículas que es un proceso de energía para requerir que mueva el material a través de una membrana de la célula y sube el gradiente de la concentración. La célula utiliza transporte activo en tres situaciones:

• cuando una partícula va de punto bajo a la alta concentración.
• cuando las partículas necesitan la ayuda que entra en la membrana porque son selectivamente impermeables.
• cuando las partículas muy grandes incorporan y salen de la célula.

En la mayor parte de los casos este transporte activo se realiza a expensas de un gradiente de H⁺ (potencial electroquímico de protones) previamente creado a ambos lados de la membrana, por procesos de respiración y fotosíntesis; por hidrólisis de ATP mediante ATP hidrolasas de membrana. El transporte activo varía la concentración intracelular y ello da lugar un nuevo movimiento osmótico de rebalanceo por hidratación. Los sistemas de transporte activo son los más abundantes entre las bacterias, y se han seleccionado evolutivamente debido a que en sus medios naturales la mayoría de los procariotas se encuentran de forma permanente o transitoria con una baja concentración de nutrientes.

Los sistemas de transporte activo están basados en permeasas específicas e inducibles. El modo en que se acopla la energía metabólica con el transporte del soluto aún no está dilucidado, pero en general se maneja la hipótesis de que las permeasas, una vez captado el sustrato con gran afinidad, experimentan un cambio conformacional dependiente de energía que les hace perder dicha afinidad, lo que supone la liberación de la sustancia al interior celular.

El transporte activo de moléculas a través de la membrana celular se realiza en dirección ascendente o en contra de un gradiente de concentración (Gradiente químico) o en contra un gradiente eléctrico de presión (gradiente electroquímico), es decir, es el paso de sustancias desde un medio poco concentrado a un medio muy concentrado. Para desplazar estas sustancias contra corriente es necesario el aporte de energía procedente del ATP. Las proteínas portadoras del transporte activo poseen actividad ATPasa, que significa que pueden escindir el ATP (Adenosin Tri Fosfato) para formar ADP (dos Fosfatos) o AMP (un Fosfato) con liberación de energía de los enlaces fosfato de alta energía. Comúnmente se observan tres tipos de transportadores:

• Uniportadores: son proteínas que transportan una molécula en un solo sentido a través de la membrana.

• Antiportadores: incluyen proteínas que transportan una sustancia en un sentido mientras que simultáneamente transportan otra en sentido opuesto.

• Simportadores: son proteínas que transportan una sustancia junto con otra, frecuentemente un protón (H⁺). 
  
  Referencias:
  
  Audesirk, Audesirk BIOLOGIA. Ciencia y Naturaleza
• Sherwood. FISIOLOGIA HUMANA. De las células a los sistemas. CENGAGE Learning

TRANSPORTE DE MEMBRANA

DIFUSIÓN SIMPLE

Para el caso de una membrana fosfolipídica pura, la velocidad de difusión de una sustancia depende de su:

• gradiente de concentración,
• hidrofobicidad,
• tamaño,
• carga, si la molécula posee carga neta.

Estos factores afectan de diversa manera a la velocidad de difusión pasiva:

• a mayor gradiente de concentración, mayor velocidad de difusión,
• a mayor hidrofobicidad, esto es, mayor coeficiente de partición, mayor solubilidad en lípido y por tanto mayor velocidad de difusión,
• a mayor tamaño, menor velocidad de difusión.

DIFUSIÓN FACILITADA

La difusión facilitada involucra el uso de un proteína para facilitar el movimiento de moléculas a través de la membrana. En algunos casos, las moléculas pasan a través de canales con la proteína. En otros casos, la proteína cambia su forma, permitiendo que las moléculas pasen a través de ella.

Bajo el mismo principio termodinámico que en el caso de la difusión simple, es decir, que el soluto a transportar lo hace a favor de gradiente, la difusión facilitada opera de modo similar, pero está facilitada por la existencia de proteínas canal, que son las que facilitan el transporte de, en este caso, agua o algunos iones y moléculas hidrófilas. Estas proteínas integrales de membrana conforman estructuras en forma de poro inmersas en la bicapa, que dejan un canal interno hidrofílico que permite el paso de moléculas altamente lipófobas como las mencionadas anteriormente. La apertura de este canal interno puede ser constitutiva, es decir, continua y desregulada, en los canales no regulados, o bien puede requerir una señal que medie su apertura o cierre: es el caso de los canales regulados.

Referencias
Mckee. Bioquimica. La base molecular de la vida. 2003

MEMBRANA CELULAR

La membrana plasmática es una estructura laminar formada por fosfolípidos (con cabeza hidrofílica y cola hidrofóbica) y proteínas que engloban a las células, define sus límites y contribuye a mantener el equilibrio entre el interior (medio intracelular) y el exterior (medio extracelular) de éstas.

La principal característica de esta barrera es su permeabilidad selectiva, lo que le permite seleccionar las moléculas que deben entrar y salir de la célula. De esta forma se mantiene estable el medio intracelular, regulando el paso de agua, iones y metabolitos, a la vez que mantiene el potencial electroquímico (haciendo que el medio interno esté cargado negativamente). La membrana plasmática es capaz de recibir señales que permiten el ingreso de partículas a su interior.

Cuando una molécula de gran tamaño atraviesa o es expulsada de la célula y se invagina parte de la membrana plasmática para recubrirlas cuando están en el interior ocurren respectivamente los procesos de endocitosis y exocitosis.

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 la 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.

Referencias
Lauralee Sherwood. Fisiologia humana de las celulas vivas. 2011
Audesirk Audesirk. BIOLOGIA. Ciencia y naturaleza.