Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 1

Físico-química de soluções eletrolíticas

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 2

Cargas elétricas em soluções: íons

)(

)(

,

ohmsR

SSiemensG

mCfGR

VI

ou

VGI

III

iii

i

ii

i

Em soluções correntes são geradas pelo movimento de íons. Diferenças de potencial elétrico surgem por separação de cargas dos íons

e-

+

--- +

+

A

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 3

Energia térmica – dimensões microscópicas (átomos, moléculas)

termicaEEE 0

Eletrônica

Vibracional

Rotacional

Translacional

M

RTc

RTE transltermica

8

2

3

transltermicaE Difusão

s

m

molkg

x

KmolKJ

cco 3781001.4414.3

2983145.88

3

_

2

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 4

q

Energia térmica – dimensões macroscópicas

Energia Livre de Gibbs

0S

S: Entropia – medida de

Desordem, aleatoriedade

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 5

Energia Livre de Gibbs

0

STHG

STHGEm processos espontâneos

Para P=0

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 6

Segunda lei: Transformações Espontâneas

Energia Livre de Gibbs

q

32

ADP+P

ATP

w

0 STHGS

SATP GG

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 7

1

2

1

2

ln

ln

c

cRT

n

G

c

cnRTG

Em processos isotérmicos, para gases ideais

Diferença de Potencial Químico

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 8

UNIDADES

Energia

Caloria

cal

erg (CGS) J

Joule J(MKS)

0,239 107 1

cal 1 4,1840 *107 4,1840

1 mmHg 1,316*10-3 atm 1 torr

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 9

Constantes

GasesR 1,9872 cal/(mol*K) 8,314 J/(mol*K) 8,314 VC/(mol*K)

k (Boltzmann) k = R/NA 1,381*10-23 J/K

Elétricas

e- (carga) 1,60*10-19 coul

F (Faraday) F=NA*e-=96484 coul/mol

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 10

[Na]=10

[ATP]=4mM

[ADP]=0.001mM

[Pi]=2mM

[Na]=140mM

molkJG

ATP

PADPRTGG

PADPATP

IATP

iHOH

/30

][

]][[ln

250

0

molkJx

xGATP /67

104

)102()10(ln310314.830

3

36

Cálculos para uma célula

Energia livre de reação químicas

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 11

Transporte passivo nas membranas celulares por difusão ou eletrodifusão

- +

1

2ln

0~

c

c

zF

RTV

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 12

VzFc

RT

c

cRT

C

2

1

2

1ln~

ln

Diferença de potencial eletroquímico

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 13

Fluxos de íons, equações de Nernst-Planck e de Planck

dx

dcs

dx

dcDM ss

ds

dx

dcM ss

es

dx

dc

dx

dcDM

MMM

sss

ss

es

dss

Nernst-Planck

Fz

RTD

s

ss

dx

dc

RT

FzD

dx

dcDM s

sssss

dx

dc

RT

Fz

dx

dcDM s

ssss

(Stokes-Einstein) Na condição de equilíbrio Ms=0.

dx

dc

cFz

RT

dx

d

dx

dc

RT

Fz

dx

dc

s

ss

sss

1

0

exs

ics

si c

c

Fz

RTE ln Nernst

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 14

Interações fracas, não-covalentes, entre espécies químicas

0,6kcal/mol

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 15

Van der Waals (Dipolos induzidos)

1 kcal/m

ol

1 kcal/m

ol

Interações fracas....

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 16

Na+ Cl-2,8Å

Interação eletrostática

1-3 kcal/m

ol

1-3 kcal/m

ol

Interações fracas....

Pontes de H

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Soluções aquosas

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 18

Propriedades da molécula da água biologicamente importantes

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 19

Hidrofílicos

Eletrofisiologia 2008 A. C. Cassola 20

Hidrofóbicos