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Corrente di singolo canale attraverso un canale ionico


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. 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.
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