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Q10 (coeficiente de temperatura)

Un gráfico de la dependencia de la temperatura de las velocidades de reacciones químicas y varios procesos biológicos, para varios coeficientes de temperatura Q10 diferentes.
Un gráfico que ilustra la dependencia de la temperatura de las velocidades de reacciones químicas y diversos procesos biológicos, para varios coeficientes de temperatura Q 10 diferentes. La relación de tasas con un aumento de temperatura de 10 grados (marcada por puntos) es igual al coeficiente Q 10 .

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

El Q 10 se calcula como:

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:

Q 10 es una cantidad sin unidades, ya que es el factor por el cual cambia una velocidad 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 ~ 2 a 3. [1]

En el rendimiento muscular

Los efectos de la temperatura sobre la actividad enzimática . Arriba: el aumento de temperatura aumenta la velocidad de reacción ( coeficiente Q 10 ). Medio: la fracción de enzima funcional y plegada disminuye por encima de su temperatura de desnaturalización . Abajo: en consecuencia, la velocidad óptima de reacción de una enzima es una temperatura intermedia.

La temperatura de un músculo tiene un efecto significativo sobre la velocidad y la potencia de la contracción muscular, y el rendimiento generalmente disminuye al disminuir la temperatura y aumenta con el aumento. 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. 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 de Q 10 para procesos biológicos varían con la temperatura. La disminución de la temperatura muscular da como resultado una disminución sustancial del rendimiento muscular, de modo que una disminución de temperatura de 10 grados Celsius resulta en al menos una disminución del 50% en el rendimiento muscular. [4] Las personas que han caído al agua helada pueden perder gradualmente la capacidad de nadar o agarrarse de líneas de seguridad debido a este efecto, aunque otros efectos, como la fibrilación auricular, son una causa más inmediata de muerte por ahogamiento. A algunas temperaturas mínimas, 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 un aumento continuo de la temperatura, el rendimiento disminuye rápidamente ( Q 10 de 0,2-0,8) hasta una temperatura máxima en la que toda función biológica cesa nuevamente. [5]

Dentro de los vertebrados, las diferentes actividades de los músculos esqueléticos tienen correspondientemente diferentes dependencias térmicas. La velocidad de las contracciones y relajaciones musculares dependen térmicamente ( Q 10 de 2,0-2,5), mientras que la contracción máxima, por ejemplo, la contracción tetánica, es térmicamente independiente. [6]

Músculos de algunas especies ectotérmicas. Por ejemplo, los tiburones muestran menos dependencia térmica a temperaturas más bajas que las especies endotérmicas [4] [7]

Ver también

Referencias

  1. ^ Reyes BA, Pendergast JS, Yamazaki S (febrero de 2008). "Los osciladores circadianos periféricos de mamíferos tienen compensación de temperatura". Revista de Ritmos Biológicos . 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". Modelización Ecológica . 431 : 109127. doi : 10.1016/j.ecolmodel.2020.109127. ISSN  0304-3800.
  3. ^ Bennett AF (agosto de 1984). "Dependencia térmica de la función muscular". La revista americana de fisiología . 247 (2 puntos 2): R217-29. doi :10.1152/ajpregu.1984.247.2.R217. PMID  6380314.
  4. ^ ab Deban SM, Lappin AK (abril de 2011). "Efectos térmicos sobre la dinámica y control motor de la captura balística de presas en sapos: mantenimiento de un alto rendimiento a baja temperatura". La Revista de Biología Experimental . 214 (parte 8): 1333–46. doi :10.1242/jeb.048405. PMID  21430211.
  5. ^ Bennett AF (agosto de 1990). "Dependencia térmica de la capacidad locomotora". La revista americana de fisiología . 259 (2 puntos 2): R253-8. doi :10.1152/ajpregu.1990.259.2.R253. PMID  2201218.
  6. ^ Bennett AF (marzo de 1985). "Temperatura y músculo". La Revista de Biología Experimental . 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 marrajo dientuso". La Revista de Biología Experimental . 210 (parte 7): 1194–203. doi :10.1242/jeb.02730. PMID  17371918.