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Luisa AchaerandioIgnacio CrespoJuan Carlos GilJosé EdelsteinFrancis VillatoroHéctor SocasGastón Giribettransferencia protónica en conformación aquímica cuántica conformación a fosfatotransferencia protón dihidrogenofosfato energíaestructura b puente energéticoestructura b del fosfatotransferencia de protones identidadbarrera kilojulios por molenergía de punto cero transferenciaconformación b del ácido fosfóricotransferencia de protones en ácido fosfóricodatos del universo rhométodos cuánticos para espectro conformacionalJuan Carlos Gilestructura Bconformación AATPADPH3O+Francis VillatoroHéctor SocasH2PO4-HPO4--PO4-H3PO4GrothussH2O
Transferencia protón dihidrogenofosfato energía
Con
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Juan Carlos Gil explica que los cálculos de química cuántica realizados para analizar la conformación A del fosfato revelan que la transferencia de un protón a dihidrogenofosfato no es favorable debido al aumento continuo de energía.
…la energía por sí sola no consigue desempatar entre A y B. Esto es parte de lo que me ha gustado del artículo: que cada paso que daban, daban uno para adelante y otro para atrás; es bastante gracioso. Pero es que tampoco nos interesa estrictamente cuál es el Más estable, lo que estamos buscando es cuál favorece la transferencia protónica; estamos buscando la autopista de protones. Así que lo que vamos a intentar ver es cuál de estas dos combinaciones de dedos facilitaría esta transferencia de protones a través de los puentes de hidrógeno. En la conformación A tenemos todos los puentes de hidrógeno iguales, parecería que cualquiera podría hacer saltar un protón para Transformar el fosfato en dihidrogenofosfato, pero cuando se hacen los cálculos, de nuevo, con química cuántica, resulta que a lo largo de este proceso de transferencia de una especie a la siguiente, la energía sube continuamente; no aparece ningún estado estable al lado del puente. O sea que parece que esta transferencia directa no sería favorable. La estructura B, en cambio, hay dos protones que pueden transferirse y cuando lo hace ocurre exactamente el mecanismo que os comentábamos al principio de intercambio de identidades, de tal forma que el defecto protónico pasa de una especie a otra. y además la barrera que calculan es pequeñita, es de solo kilojulios, 6 kilojulios por mol, que incluso puede llegar a ser inferior a la energía de punto cero de la transferencia de ese movimiento preciso. Por lo tanto, si estamos buscando la autopista de protones en el ácido fosfórico, desde luego esta conformación B parece ser la más sugerente. Venga, ya tenemos lo que dice el experimento, datos del universo rho, si queréis, y lo que dice la cuántica Vamos a ver, por tanto, que dice, cómo podemos que la cuántica nos diga que nos debería salir en el experimento Vamos a calcular el espectro de las conformaciones A y B mediante los métodos cuánticos Eso es la figura 5 del artículo a la izquierda tenemos el dímero normal, a la derecha tenemos el deuterado y de arriba a abajo tenemos las tres cosas: las tres etapas. Arriba el experimento, que es lo que dice el universo; en medio la estructura A y abajo la estructura B. Por…
Significado #1 · Palabras #1
Juan Carlos Gil explica la importancia del ácido fosfórico en diversos campos, desde la química prebiótica hasta aplicaciones tecnológicas como baterías y pilas de combustible, destacando su excepcional capacidad para conducir protones.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5 · Palabras #4ácido fosfórico h3po4eliminación de protones químicoscation hidrógeno hautopista de protones químicadihidrógeno fosfato h2po4 menosácido fosfórico en química prebióticaconducción de protones ácido fosfóricotransferencia de energía atp adpgradientes electroquímicos membrana celular…pero uno de los grandes mecanismos de regulación celular. y si queréis el papá químico, la molécula madre, tanto papá como mamá de todas estas variaciones, bueno pues es el ácido fosfórico, es el H3PO4. H3PO4 tiene ahí tres hidrógenos y resulta que se los podemos ir quitando químicamente uno a uno, lo cual se le quitamos un protón, protón es H+, es el cation hidrógeno. Me ha hecho gracia porque antes Héctor te has referido al HLC como, no sé si ha dicho exactamente, una autopista de protones. Yo habilar yo de otra autopista de protones, en este caso química. Bueno, si al ácido fosfórico le quitas un protón se queda dihidrógeno fosfato, H2PO4 menos. Si le quitas otro, hidrógeno fosfato, HPO4 con dos cargas negativas. y hasta un tercero, si le enfrentas a cosas suficientemente electropositivas, pues se te quedaría el fosfato, PO4-. El ácido fosfórico aparece en química prebiótica, tiene importancia en procesos atmosféricos y además tiene aplicaciones tecnológicas en baterías y en pilas de combustible precisamente asociado a lo que os voy a contar. Y es que tiene una propiedad muy llamativa, ya te os digo que está relacionada con la historia de hoy, y es que conduce protones excepcionalmente bien, de hecho es el líquido que mejor conduce protones de entre todos los que conocemos y esto de mover protones no es una chorrada sin más, es que es fundamental para la vida. Se utiliza la comunicación celular en transferencia de energía, se hablaba de ATP y ADP y para el mantenimiento de los gradientes electroquímicos a ambos lados de la membrana, lo que suele atravesar los... Sabéis que hay canales de sodio, canales de potasio, todo eso, el motor de eso es la transferencia de protones. ¿Cómo demonios, el ácido fosfórico conviene? Es verdad, tú has mencionado el aniversario del LHC, pero esto suena al de Star Trek, que si el motor de sodio y el motor de no sé qué se basan en la transferencia de protones, o sea, eso puede ser perfectamente…
Juan Carlos Gil explica cómo el transporte de protones por ácido fosfórico se asemeja a la transferencia de protones en moléculas de agua, describiendo un proceso que involucra puentes de hidrógeno.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #4transporte de protones ácido fosfóricocubos de agua en filasímil personas cubo aguaexceso de cubo filamolécula recibe protón excitacióncarga protónica desplazamientomecanismo de grothuss en química básicacationhidronio h3o inestableagua recibe un protónpuente de hidrógeno en aguaácido fosfórico moléculas oxígeno e hidrógenored enlaces de hidrógeno del aguamecanismo molecular ácido fosfóricotransporte de protones por ácido fosfóricodefecto de un electrón en sólidos…nunca los motores de, bueno los canales de sodio en las membranas? Echar un vistazo a un dibujo o a un vídeo de YouTube un día, porque es alucinante lo que hacen las pequeñas maquinitas que tenemos ahí en nuestras células. ¿Cuál es el mecanismo entonces? ¿Cómo consigue el ácido fosfórico mover protones también? Os voy a contar un símil. Imaginad una fila de personas con un cubo de agua cada una, ¿vale? Y ahora el primero de la fila le llega otro cubo, con lo cual uno de los dos cubos que tiene ahora se lo pasa al siguiente de la fila y así sucesivamente. Pues parecería que el cubo ese extra que ha llegado atraviesa toda la fila y sale por el final, pero no es así; cada cubo solo se desplaza una posición, lo que se transmite a lo largo de la fila es el exceso de cubo, ese momento transitorio en el que una de las personas tiene dos cubos. Bueno, pues algo ocurre semejante en la transferencia de protones: una molécula puede recibir un protón y tras eso se siente excitada porque le sopla uno y le da un protón a una molécula que esté otro, puede ser otro a una que esté cerquita y así sucesivamente. Lo que acaba desplazándose, por tanto, es la carga protónica, si queréis, pero no el protón propiamente dicho; un protón se ha movido poquito. En esencia, ese es lo que se llama el mecanismo de Grothuss, que conocemos y que se estudia en química básica, en particular en relación con el agua, que le pasa lo mismo. Una molécula de H2O recibe un protón y se convierte momentáneamente en cationhidronio, H3O+. El hidronio no es estable y por tanto cedes el protón extra a otra molécula de agua de al lado mediante un... ¿A través de qué? A través de un puente de hidrógeno. Esa es la gracia y eso va a ser parte de lo que os cuento. De tal forma que el siguiente agua se transforma en hidróneo y así sucesivamente. Bueno, pues al ácido fosfórico le tiene que pasar algo parecido, pero el mecanismo molecular preciso de este proceso está muchísimo peor entendido que en el agua, en parte porque si ya la red de enlaces de hidrógeno del agua es tremendamente compleja y además dinámica, pues imaginaos en el ácido fosfórico en el que tenemos cuatro oxígenos y tres hidrógenos por molécula. Aquello es una fiesta, no solo eso, hay una vuelta de tuerca más y Es que además de transportar protones también podemos imaginarnos lo contrario. Se puede transmitir un protón de menos, un hueco, un defecto protónico, que Francis nos lo ha contado mil veces en los sólidos; el defecto de un electrón por ejemplo. Bueno, pues aquí podría ser con un protón. Imaginad la fila de antes, pero que una persona de La fila no tiene cubo, ¿vale? Y ocurre lo mismo de antes. Cuando le llega un cubo por fin, pasa de tener 0 a 1, pero la persona que tenía delante se ha quedado con 0. Es decir, lo que se transmite ahora es la ausencia de cubo que se mueve; esta ausencia, este…
Juan Carlos Gil continúa explicando los antecedentes del trabajo que va a comentar sobre el transporte de protones en ácido fosfórico, sugiriendo que el dihidrógeno fosfato podría ser responsable de un mecanismo y que incluso un dímero formado por una molécula de fosfórico y otra de aluminio podría intervenir.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #15ácido fosfórico transferencia de protonesanión especie desprotonada químicaaniones inusuales hidrógeno fosfatofosfato mecanismo transferencia aniónicotransporte de protones ácido fosfóricodihidrógeno fosfato mecanismo transferenciaácido fosfórico y dihidrógeno fosfatotransferencia de protones mecanismo aniónicomoléculas intercambian su identidadjuan carlos gil explica transferencia…le llega un cubo por fin, pasa de tener 0 a 1, pero la persona que tenía delante se ha quedado con 0. Es decir, lo que se transmite ahora es la ausencia de cubo que se mueve; esta ausencia, este hueco de cubo se mueve en sentido contrario al de los cubos. Pues de nuevo, en el ácido fosfórico puede ocurrir algo parecido y el hueco ahora sería la especie desprotonada, que en química llamamos anión, ¿vale? Y este mecanismo de transferencia de protones aniónico podría ser especialmente relevante en el ácido fosfórico porque, como os he contado, tiene una capacidad de producir distintos aniones inusitadas de hidrógeno fosfato, hidrógeno fosfato, hasta llegar al fosfato. Esto ya lo apuntaba un trabajo previo en el que Achacaba, o que hacía que ponía la pistola humeante en las manos del hidrógeno fosfato. Se cree que puede ser responsable de este mecanismo. Bueno, pues también se propuso, estoy intentando dar unas pinceladas a los antecedentes del trabajo que os voy a comentar, que no solo eso, no solo el dihidrógeno fosfato, sino que podría intervenir en este mecanismo de transferencia de protones en el fosfórico y amigos relacionados, un dímero, un dímero formado por una molécula completa de fosfórico y una molécula al. que le falta un protón, un dihidrógeno fosfato que para los que tengan sensibilidad química os podéis, llama la atención que son el ácido y la base conjugada, o sea son de un solo compuesto el ácido y su base conjugada se alinearían, se asociarían para hacer un mecanismo de transferencia de protones de tal forma que cuando esa transferencia tenga lugar ocurre algo bastante simpático y es que el ácido fosfórico se convierte en dihidrógeno fosfato y el dihidrógeno fosfato se convierte en fosfórico. Es decir, las moléculas intercambian su identidad. El defecto de protón pasa de una molécula a la otra, de una especie química a la otra. y esto que se conta así un poco a mata caballo, bueno pues al menos sobre el papel, al menos tal como lo he descrito yo, pues parece el mecanismo perfecto, el mecanismo paradigmático para una posible vía de transferencia de protones mediante un mecanismo aniónico, ¿vale? Y es aquí. Eso tendría interés, por ejemplo, en baterías ¿no? Pero completo. O sea, no entendemos el mecanismo, pero usamos fosfórico a saco porque en baterías y en pilas de combustible, pues porque trazo, permite protones muy bien. Pero claro, para optimizarlas nos…
Juan Carlos Gil retoma la explicación sobre un trabajo científico relacionado con el transporte de protones en ácido fosfórico. Introduce la pregunta científica clave que los autores intentaron responder: cuál es el mecanismo detallado a escala molecular para este transporte eficiente.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8transporte de protones ácido fosfóricomecanismo detallado molecularsistema representativo químico físicosdímero ácido fosfórico dihidrógeno fosfatosimplificación del transporte de protonesquímica cuántica en ácido fosfóricoproblema intratable manejable…va a tocar cierto trabajo de edición. Pues sí, esto es una faena. Cuando me digas, sigo. Vale, yo donde noté un corte es cuando estabas haciendo la broma de que América no está en Berlín y más o menos por ahí me caí yo. No sé si tienes claro por dónde seguir. Vale, pues repito en particular la pregunta científica que me gusta que quede explícita. Vale, pues dale cuando quieras. Y la pregunta científica que querían responder estos autores, que me gusta explicitarla, es: cuál sería el mecanismo detallado a escala molecular que permite este transporte de protones tan eficiente en el ácido fosfórico. Pero estudiar el ácido fosfórico, ya os he comentado que si ya el agua es una fiesta, pues el H3PO4 no te quiero contar, así que hacen algo muy de químico-físicos, bueno y también de físicos en general, que es buscar el sistema representativo más pequeñito y más fácil de estudiar, que sea eso representativo del todo en alguna forma, ¿vale? Reducimos el problema a la cosa representativa más pequeña y lo que han hecho en este caso es centrarse en el sospechoso de la pistola humeante que os comentaba antes, ese dímero ácido fosfórico de hidrógeno fosfato. Así que, primer gotcha, la simplificación va a ser enorme, porque no estamos estudiando el líquido, el ácido fosfórico completo, sino dos moléculas aisladas, pero a cambio convierte un problema intratable en uno manejable, tanto experimentalmente como mediante cálculos de química cuántica, que os comentaré luego. Si queremos saber cómo pasa un protón de una moleculita a Otra, lo primero que tenemos que tener cierta idea es cómo es esa estructura de puentes de hidrógeno y aquí tenemos una, la primera, dificultad práctica bastante gorda porque todos sabéis mogollón de estudios de espectroscopía en gas de moléculas que tienen…
Juan Carlos Gil explica que los cálculos de química cuántica realizados para analizar la conformación A del fosfato revelan que la transferencia de un protón a dihidrogenofosfato no es favorable debido al aumento continuo de energía.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #1transferencia protónica en conformación aquímica cuántica conformación a fosfatotransferencia protón dihidrogenofosfato energíaestructura b puente energéticoestructura b del fosfatotransferencia de protones identidadbarrera kilojulios por molenergía de punto cero transferenciaconformación b del ácido fosfóricotransferencia de protones en ácido fosfóricodatos del universo rhométodos cuánticos para espectro conformacional…la energía por sí sola no consigue desempatar entre A y B. Esto es parte de lo que me ha gustado del artículo: que cada paso que daban, daban uno para adelante y otro para atrás; es bastante gracioso. Pero es que tampoco nos interesa estrictamente cuál es el Más estable, lo que estamos buscando es cuál favorece la transferencia protónica; estamos buscando la autopista de protones. Así que lo que vamos a intentar ver es cuál de estas dos combinaciones de dedos facilitaría esta transferencia de protones a través de los puentes de hidrógeno. En la conformación A tenemos todos los puentes de hidrógeno iguales, parecería que cualquiera podría hacer saltar un protón para Transformar el fosfato en dihidrogenofosfato, pero cuando se hacen los cálculos, de nuevo, con química cuántica, resulta que a lo largo de este proceso de transferencia de una especie a la siguiente, la energía sube continuamente; no aparece ningún estado estable al lado del puente. O sea que parece que esta transferencia directa no sería favorable. La estructura B, en cambio, hay dos protones que pueden transferirse y cuando lo hace ocurre exactamente el mecanismo que os comentábamos al principio de intercambio de identidades, de tal forma que el defecto protónico pasa de una especie a otra. y además la barrera que calculan es pequeñita, es de solo kilojulios, 6 kilojulios por mol, que incluso puede llegar a ser inferior a la energía de punto cero de la transferencia de ese movimiento preciso. Por lo tanto, si estamos buscando la autopista de protones en el ácido fosfórico, desde luego esta conformación B parece ser la más sugerente. Venga, ya tenemos lo que dice el experimento, datos del universo rho, si queréis, y lo que dice la cuántica Vamos a ver, por tanto, que dice, cómo podemos que la cuántica nos diga que nos debería salir en el experimento Vamos a calcular el espectro de las conformaciones A y B mediante los métodos cuánticos Eso es la figura 5 del artículo a la izquierda tenemos el dímero normal, a la derecha tenemos el deuterado y de arriba a abajo tenemos las tres cosas: las tres etapas. Arriba el experimento, que es lo que dice el universo; en medio la estructura A y abajo la estructura B. Por…