Q10 (coeficiente de temperatura)

Gráfico que ilustra la dependencia de la temperatura de las velocidades de las reacciones químicas y de varios procesos biológicos, para varios coeficientes de temperatura Q ₁₀ diferentes . La relación de velocidades con un aumento de temperatura de 10 grados (marcada con puntos) es igual al coeficiente Q ₁₀ .

El coeficiente de temperatura Q ₁₀ es una medida de sensibilidad a la temperatura basada en las reacciones químicas.

El Q10 _se calcula así:

${\displaystyle Q_{10}=\left({\frac {R_{2}}{R_{1}}}\right)^{10\,^{\circ }\mathrm {C} /(T_{2}-T_{1})}}$

dónde;

R es la tasa

T es la temperatura en grados Celsius o kelvin .

Reescribiendo esta ecuación, la suposición detrás de Q ₁₀ es que la velocidad de reacción R depende exponencialmente de la temperatura:

${\displaystyle R_{2}=R_{1}~Q_{10}^{(T_{2}-T_{1})/10\,^{\circ }\mathrm {C} }}$

Q ₁₀ es una cantidad sin unidades, ya que es el factor por el cual cambia una tasa y es una forma útil de expresar la dependencia de la temperatura de un proceso.

Para la mayoría de los sistemas biológicos, el valor Q _{10 es de ~ 2 a 3.} ^[1]

En el rendimiento muscular

Efectos de la temperatura sobre la actividad enzimática . Arriba: el aumento de la temperatura aumenta la velocidad de reacción ( _coeficiente Q10 ). En el medio: la fracción de enzima plegada y funcional disminuye por encima de su temperatura de desnaturalización . Abajo: en consecuencia, la velocidad óptima de reacción de una enzima se da a una temperatura intermedia.

La temperatura de un músculo tiene un efecto significativo en la velocidad y la potencia de la contracción muscular, y el rendimiento generalmente disminuye con la disminución de la temperatura y aumenta con el aumento de la misma. El coeficiente Q ₁₀ representa el grado de dependencia de la temperatura que exhibe un músculo, medido por las tasas de contracción. ^[2] Un Q _{10 de 1,0 indica independencia térmica de un músculo, mientras que un valor} Q ₁₀ creciente indica una dependencia térmica creciente. Los valores inferiores a 1,0 indican una dependencia térmica negativa o inversa, es decir, una disminución del rendimiento muscular a medida que aumenta la temperatura. ^[3]

Los valores Q ₁₀ de los procesos biológicos varían con la temperatura. La disminución de la temperatura muscular produce una disminución sustancial del rendimiento muscular, de modo que una disminución de la temperatura de 10 grados Celsius produce una disminución de al menos el 50% del rendimiento muscular. ^[4] Las personas que han caído en agua helada pueden perder gradualmente la capacidad de nadar o agarrarse a cuerdas de seguridad debido a este efecto, aunque otros efectos como la fibrilación auricular son una causa más inmediata de muertes por ahogamiento. A cierta temperatura mínima, los sistemas biológicos no funcionan en absoluto, pero el rendimiento aumenta con el aumento de la temperatura ( Q ₁₀ de 2-4) hasta un nivel máximo de rendimiento e independencia térmica ( Q ₁₀ de 1,0-1,5). Con el aumento continuo de la temperatura, el rendimiento disminuye rápidamente ( Q ₁₀ de 0,2-0,8) hasta una temperatura máxima en la que cesa de nuevo toda función biológica. ^[5]

En los vertebrados, la actividad muscular esquelética tiene diferentes dependencias térmicas. La tasa de contracción y relajación muscular depende de la temperatura ( Q ₁₀ de 2,0-2,5), mientras que la contracción máxima, por ejemplo, la contracción tetánica, es independiente de la temperatura. ^[6]

Los músculos de algunas especies ectotérmicas, por ejemplo los tiburones, muestran menos dependencia térmica a temperaturas más bajas que las especies endotérmicas ^{[4] [7]}

Véase también

• Ecuación de Arrhenius
• El complot de Arrhenius
• Isotónica (fisiología del ejercicio)
• Ejercicio isométrico
• Músculo estriado esquelético
• Contracción tetánica

Referencias

1. Reyes BA, Pendergast JS, Yamazaki S (febrero de 2008). "Los osciladores circadianos periféricos de los mamíferos están compensados ​​por la temperatura". Journal of Biological Rhythms . 23 (1): 95–8. doi :10.1177/0748730407311855. PMC  2365757 . PMID  18258762.
2. Mundim KC, Baraldi S, Machado HG, Vieira FM (1 de septiembre de 2020). "Coeficiente de temperatura (Q10) y sus aplicaciones en sistemas biológicos: más allá de la teoría de Arrhenius". Modelado ecológico . 431 : 109127. doi :10.1016/j.ecolmodel.2020.109127. ISSN  0304-3800.
3. Bennett AF (agosto de 1984). "Dependencia térmica de la función muscular". The American Journal of Physiology . 247 (2 Pt 2): R217-29. doi :10.1152/ajpregu.1984.247.2.R217. PMID  6380314.
4. Deban SM, Lappin AK (abril de 2011). "Efectos térmicos en la dinámica y el control motor de la captura balística de presas en sapos: mantenimiento de un alto rendimiento a baja temperatura". The Journal of Experimental Biology . 214 (Pt 8): 1333–46. doi :10.1242/jeb.048405. PMID  21430211.
5. Bennett AF (agosto de 1990). "Dependencia térmica de la capacidad locomotora". The American Journal of Physiology . 259 (2 Pt 2): R253-8. doi :10.1152/ajpregu.1990.259.2.R253. PMID  2201218.
6. Bennett AF (marzo de 1985). «Temperatura y músculo». The Journal of Experimental Biology . 115 : 333–44. PMID  3875678.
7. Donley JM, Shadwick RE, Sepulveda CA, Syme DA (abril de 2007). "Dependencia térmica de las propiedades contráctiles del músculo locomotor aeróbico en el tiburón leopardo y el tiburón mako de aleta corta". The Journal of Experimental Biology . 210 (Pt 7): 1194–203. doi :10.1242/jeb.02730. PMID  17371918.