¿ Que ocurre cuando existe una carga eléctrica en la molécula que va a atravesar la membrana ? ¿ Que fuerza dirige ese movimiento ? Cuando la molécula está ionizada habrá que considerar además de la carga del ión : La Variación de Energía libre del proceso debida a una diferencia de concentración La diferencia de potencial a ambos lados de la membrana Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid Termodinámica del Transporte de moléculas cargadas ( iones )

[ Na + ] = 145 mM [ Na + ] = 12 mM [ K + ] = 4 mM [Cl - ] = 4 mM [ K + ] = 139 mM [ Mg ++ ] = 1.5 mM [Cl - ] = 116 mM [ Ca ++ ] = 1.8 mM [HCO 3 - ] = 29 mM [HCO 3 - ] = 12 mM [ Ca ++ ] < 0.2 μ M [ Mg ++ ] = 0.8 mM [Proteinato - ] = 9 mM [Proteinato - ] = 138 mM CONCENTRACIÓN DE IONES EN CITOSOL Y EN SANGRE Esta diferencia en la concentración de iones a ambos lados de la membrana crea una diferencia de potencial denominada potencial de reposo. Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid

Esta diferencia en la concentración de iones a ambos lados de la membrana crea una diferencia de potencial denominada potencial de reposo. Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid  V = - 70 mV Todas las células tienen potencial de reposo, y el valor del potencial de reposo es variable. Las células excitables ( neuronas y musculares ) tienen un valor aproximado a -70 mV. En lo sucesivo representaremos y utilizaremos este valor como valor de referencia.

¿ En que dirección atravesará la membrana un catión ( ión + ) que tenemos en el espacio extracelular en mayor concentración que en el citosol ? Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid  V = - 70 mV La respuesta es obvia : pasará desde el espacio extracelular hasta el citosol I+I+

Ahora bien, ¿ En que dirección atravesará la membrana un catión ( ión + ) que tenemos en el espacio extracelular en menor concentración que en el citosol ? Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid  V = - 70 mV Por un lado tenemos que considerar que la variación de energía libre para el proceso de entrada de I + en la célula vendrá dado, según vimos para una molécula neutra, por el gradiente químico : [I + ] int >[I + ] ext C 1 =[I + ] ext C 2 =[I + ] int  G = + RT ln ____ C 1 C2C2 C 2 > C 1 ____ C 1 C2C2 > 1  G > 0 [I + ] int [I + ] ext

Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid  V = - 70 mV [I + ] int >[I + ] ext C 1 =[I + ] ext C 2 =[I + ] int  G = + RT ln ____ C 1 C2C2 C 2 > C 1 ____ C 1 C2C2 > 1  G > 0 [I + ] int [I + ] ext C 2 > C 1

Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid  V = - 70 mV Sin embargo, el problema no queda resuelto. Es verdad que la molécula debido al gradiente químico tenderá a salir de la célula, pero también es evidente que tenemos una molécula cargada I + ( + ) que se encuentra en un campo eléctrico. El campo eléctrico hace que cualquier catión ( carga positiva ) tienda a entrar en la célula debido a que el potencial de reposo es negativo. [I + ] int >[I + ] ext C 1 =[I + ] ext C 2 =[I + ] int La variación de energía libre debida al campo eléctrico será :  G = Z F  V Donde Z es la carga del ión,  V es la diferencia de potencial entre ambos lados de la membrana y F es la constante de Faraday. Z = +1 F = cal mol -1 V -1  V = V

La variación de energía libre total del proceso de transporte o de paso del ión a través de la membrana será por lo tanto la suma de ambas, la debida al gradiente químico y la debida al campo eléctrico : Realizado por Dr. A. Martínez-Conde & Dra P. Mayor Dep. Bioquímica y Biología Molecular Fac. Medicina Universidad Complutense de Madrid  V = - 70 mV + Z F  V  G =  G  = + RT ln ____ C 1 C2C2 __  G  es llamado potencial electroquímico de un ión __ C 1 =[I + ] ext C 2 =[I + ] int