Concetti Chiave
- La corrente di singolo canale dipende sia dal gradiente elettrico che dal gradiente chimico, entrambi spiegabili con le leggi fisiche del movimento degli ioni in soluzione.
- Il moto browniano causa un movimento casuale degli ioni, che tendono a spostarsi da aree di maggiore concentrazione a quelle di minore, secondo la legge di Fick.
- Secondo la legge di Fick, il flusso di ioni è proporzionale al gradiente di concentrazione, con un segno negativo indicando il movimento verso concentrazioni minori.
- Un gradiente elettrico applica una forza sugli ioni, muovendoli in modo da ridurre l'energia elettrostatica, con la forza calcolata come qE = -ze(dV/dx).
- In soluzione, le collisioni con le molecole di solvente portano gli ioni a muoversi a velocità costante, determinata dalla mobilità dello ione e dalla forza elettrostatica.
Dipendenza dal gradiente chimico
La dipendenza della corrente di singolo canale dal gradiente elettrico e dal gradiente chimico può essere interpretata con le stesse leggi fisiche che vengono da molto tempo utilizzate per spiegare il movimento degli ioni in soluzione.
Dipendenza dal gradiente chimico. Innanzitutto gli ioni in soluzione sono sottoposti ad un moto browniano, ovvero un moto casuale in tutte le direzioni, dovuto alla loro continua collisione con le molecole d’acqua. A causa di questo moto, gli ioni tenderanno nel tempo ad occupare gli spazi adiacenti. Supponendo di avere due spazi adiacenti a diversa concentrazione, gli ioni che per moto browniano si muoveranno dal punto a maggior concentrazione a quello a minor concentrazione saranno in numero maggiore degli ioni che si muovono in direzione opposta. Ciò perché nel comparto a maggiore concentrazione vengono effettuati più tentativi di attraversamento del setto. In termini matematici ciò è espresso dalla legge di Fick. La legge di Fick ci dice quindi che il flusso di ioni è proporzionale al gradiente di concentrazione dello ione permeante (dC/dx), cambiato di segno, a meno di una costante di proporzionalità,data dal prodotto dell’area per il coefficiente di diffusione. Il segno negativo nell’equazione significa che gli ioni si muovonoda concentrazioni maggiori a concentrazioni minori (infatti ∂C/∂x vuol dire (C1 –C2 )/(x1-x2); se x1>x2 allora il flusso è positivo se C1>C2).
Dipendenza dal gradiente elettrico
Dipendenza dal gradiente elettrico. Uno ione presente in una soluzione in cui si applica una differenza di potenziale ΔV, è sottoposto ad una forza che lo muoverà in modo da ridurre la sua energia elettrostatica (ad esempio, se lo ione è positivo, esso si sposterà verso regioni a potenziale più negativo). Questa forza sarà data da forza = q E = -z e (dV/dx), dove E è il campo elettrico a cui la carica q è sottoposta. Contrariamente a quanto succederebbe nel vuoto, dove uno ione sottoposto ad una forza accelera (a causa della legge di Newton), in soluzione le continue collisioni tra lo ione e le molecole di solvente sottraggono continuamente energia allo ione, e come risultato si avrà che lo ione si muove ad una velocità costante v, il cui valore dipenderà dalla forza elettrostatica e da un coefficiente tipico dello ione e del solvente, chiamato mobilità µ: v=µ F = -z e µ (ΔV/Δx). Infine il flusso ionico sarà pari agli ioni che attraversano un’area A nel tempo Δt.
Domande da interrogazione
- Qual è il ruolo del moto browniano nel movimento degli ioni attraverso un canale ionico?
- Come influisce il gradiente elettrico sul movimento degli ioni in soluzione?
- Cosa determina la velocità costante degli ioni in un campo elettrico?
Il moto browniano causa un movimento casuale degli ioni in tutte le direzioni, portando gli ioni a muoversi da aree di maggiore concentrazione a quelle di minore concentrazione, come descritto dalla legge di Fick.
Il gradiente elettrico applica una forza sugli ioni, spingendoli verso regioni di potenziale opposto, e il movimento risultante è a velocità costante a causa delle collisioni con le molecole del solvente.
La velocità costante degli ioni è determinata dalla forza elettrostatica e dalla mobilità dello ione e del solvente, espressa dalla formula v=µ F = -z e µ (ΔV/Δx).
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