загрузка...
загрузка...
На головну

Пасивний перенос речовин через мембрану

  1. A, b -необязательни, якщо використовуються, то повинні бути числами, причому a
  2. F1 Психічні і поведінкові розлади внаслідок вживання психоактивних речовин
  3. I. Моль. Еквівалентні маси і еквіваленти простих і складних речовин. закон еквівалентів
  4. Iii. Місцево дратівливі лікарські речовини
  5. III. Вимоги до відпустки наркотичних засобів і психотропних речовин; лікарських засобів, що підлягають предметно-кількісному обліку; анаболічних стероїдів
  6. Passive Indefinite Voice. Пасивна застава невизначеного часу.
  7. XIV. речовин та їх прекурсорів, що підлягають контролю в Російській Федерації, і дикорослих конопель

Пасивний транспорт - це перенесення речовини з місць з великим значенням електрохімічного потенціалу до місць з його меншим значенням.

Пасивний транспорт йде зі зменшенням енергії Гіббса, і тому цей процес може йти мимовільно без витрати енергії.

Щільність потоку речовини jm при пасивному транспорті підпорядковується рівняння Теорелля:

jm = - UC (¶m / ¶x) = - UCgrad m (2)

де U - рухливість частинок, С - концентрація. Знак мінус показує, що перенесення відбувається в бік зменшення m.

Щільність потоку речовини jm - Це величина, що чисельно дорівнює кількості речовини, перенесеного за одиницю часу через одиницю площі поверхні, перпендикулярної напрямку перенесення:

Підставивши в (2) вираз для електрохімічного потенціалу (1), отримаємо для розбавлених розчинів при mo= Const рівняння Нернста- Планка:

jm = -URT DC / dx - UCZF dj / dx = - URTgradC - UCZFgradj (3)

Отже, можуть бути дві причини перенесення речовини при пасивному транспорті: градієнт концентрації dC / dx і градієнт електричного потенціалу dj / dx. Знаки мінусів показують, що градієнт концентрації викликає перенесення речовини від місць з більшою концентрацією до місць з його меншою концентрацією; а градієнт електричного потенціалу викликає перенесення позитивних зарядів від місць з великим до місць з меншим потенціалом.

В окремих випадках внаслідок сполучення цих двох причин може відбуватися пасивний перенесення речовини від місць з меншою концентрацією до місць з більшою концентрацією, якщо другий член рівняння (3) по модулю більше першого, і може відбуватися перенесення речовини від місць з меншим потенціалом до місць з великим потенціалом, якщо перший член рівняння (3) по модулю більше другого. У разі неелектролітів (Z = 0) або відсутності електричного поля (dj / dx = 0) рівняння Теорелля переходить в рівняння:

jm= - URT gradC (4)

Згідно співвідношенню Ейнштейна коефіцієнт дифузії D = URT. В результаті отримуємо рівняння, що описує просту дифузію - закон Фіка:

jm= - D gradC(5)

дифузія- Мимовільне переміщення речовини з місць з більшою концентрацією в місця з меншою концентрацією речовини внаслідок хаотичного теплового руху молекул.

Дифузія речовини через ліпідний бішар (рис.11) викликається градієнтом концентрації в мембрані. Щільність потоку речовини за законом Фіка

jm = - D gradC = -D (C2m- C1m) /l = D (C1m- C2m) /l (6)

Так як виміряти концентрації C1m и C2m важко, на практиці користуються формулою, що зв'язує щільність потоку речовини через мембрану з концентраціями цієї речовини не всередині мембрани, а зовні в розчинах близько поверхонь мембрани, С1и С2.

jm= Р (С1 - С2) (7)

Коефіцієнт проникності мембрани Р залежить від властивостей мембрани і переносите речовин. Якщо вважати концентрації речовини біля поверхні в мембрані прямо пропорційними концентрацій у поверхні поза мебран, то

C1m= КС1 (8)

C2m= КС2 (9)

Величина До зветься коефіцієнта розподілу, Який показує співвідношення концентрації речовини поза мембрани і всередині її. Підставивши (8,9) в (3), отримаємо:

jm= DK (С1 - С2)/l (10)

З рівнянь (7) і (10) видно, що коефіцієнт проникності:

P = DK /l . (11)

Коефіцієнт проникності тим більше, чим більше коефіцієнт дифузії (чим менше в'язкість мембрани), чим тонше мембрана (чим менше l) І чим краще речовина розчиняється в мембрані (чим більше К).

Добре розчинні в фосфоліпідної фазі мембрани неполярні речовини, наприклад органічні жирні кислоти, ефіри. Ці речовини добре проникають через ліпідну фазу мембрани. Погано проходять через ліпідний бішар полярні, водорозчинні речовини: солі, основи, цукру, амінокислоти, спирти.

Проникнення через ліпідні біслойную мембрани дрібних полярних молекул пов'язують з утворенням між жирнокислотного хвостами фосфоліпідних молекул при їх тепловому русі невеликих вільних порожнин - Кінк (Від англ, kink - петля), утворених гош-транс-гош-конфігурацією ліпідних молекул Внаслідок теплового руху хвостів Кінкі можуть переміщатися поперек мембрани і переносити потрапили в них дрібні молекули, в першу чергу молекули води.

Через ліпідні і білкові пори крізь мембрану проникають молекули нерозчинних у ліпідах речовин і водорозчинні гідратовані іони (оточені молекулами води). Для жіронерастворімих речовин і іонів мембрана виступає як молекулярне сито: чим більше розмір молекули, тим менше проникність мембрани для цієї речовини.

Вибірковість перенесення забезпечується набором в мембрані пір певного радіуса, відповідних розміру проникаючої частки. Цей розподіл залежить від мембранного потенціалу. Так, виборчі для іонів калію пори в мембрані еритроцитів мають порівняно низький коефіцієнт проникності, рівний 4ПМ / с при мембранному потенціалі 80 мВ, який зменшується в чотири рази з пониженням потенціалу до 40 мВ. Проникність мембрани аксона кальмара для іонів калію при рівні потенціалу збудження визначається калієвими каналами, радіус яких чисельно оцінюється як сума кристалічного радіуса іона калію і товщини однієї гідратної оболонки (0,133 нм + 0,272 нм = 0,405 нм). Селективність іонних каналів неабсолютності, канали доступні і для інших іонів, але з меншими значеннями Р. Максимальна величина Р відповідає іонів калію. Іони з великими кристалічними радіусами (рубідій, цезій) мають менші Р, т. К. Їх розміри з однієї гідратної оболонкою перевищують розмір каналу. Л. Муллінз передбачає, що в розчині поза пори кожен іон має гідрадну оболонку, що складається з трьох сферичних шарів молекул води. При входженні в пору гідратований іон "роздягається", втрачаючи воду пошарово. Пора буде проникна для іона, якщо її діаметр точно відповідає діаметру будь-який з цих сферичних оболонок. Як правило, в порі іон залишається з однієї гідратної оболонкою. Розрахунок, наведений вище, показує, що радіус калієвої пори складе в цьому випадку 0,405 нм. Гідратованих іони натрію і літію, розміри яких не кратні розмірам пори, будуть відчувати утруднення при проходженні через неї. Відзначено своєрідне "квантування" гідратованих іонів за їх розмірами при проходженні через пори.

У біологічних мембранах був виявлений ще один вид дифузії - полегшена дифузія. Полегшена дифузія відбувається за участю молекул переносників. наприклад, валиномицин - переносник іонів калію. Молекула валиномицина має форму манжетки, засіяна всередині полярними групами, а зовні - неполярними. Т. е валиномицин, по-перше, здатний утворювати комплекс з іонами калію, що потрапляють всередину молекули-манжети, і, по-друге, валиномицин розчинний в ліпідної фазі мембрани, так як зовні його молекула неполярна. Молекули валиномицина, що опинилися біля поверхні мембрани, можуть захоплювати з навколишнього розчину іони калію. Диффундируя в мембрані, молекули переносять калій через мембрану, і деякі з них віддають іони в розчин по іншу сторону мембрани.

Перенесення калію валиномицин може відбуватися через мембрану і в одну і в іншу сторону. Тому, якщо концентрації калію по обидві сторони мембрани однакові, потік калію в одну сторону буде такою ж, що і в іншу, і в результаті перенесення калію через мембрану не буде. Але якщо з одного боку концентрація калію більше, ніж з іншого ([До+]1 > [До+]2), То тут іони будуть частіше захоплюватися молекулами переносника, ніж з іншого боку, і потік калію в сторону зменшення [До+] Буде більше, ніж в протилежну.

полегшена дифузія походить від місць з більшою концентрацією переноситься речовини до місць з меншою концентрацією. Полегшеної дифузії пояснюється також перенесення через біологічні мембрани амінокислот, цукрів та інших біологічно важливих речовин.

Відмінності полегшеної дифузії від простої:

1) перенесення речовини з участю переносника відбувається значно швидше;

2) полегшена дифузія має властивість насичення: при збільшенні концентрації з одного боку мембрани щільність потоку речовини зростає лише до певної межі, коли всі молекули переносника вже зайняті;

3) при полегшеної дифузії спостерігається конкуренція переносите речовин в тих випадках, коли переносником переносяться різні речовини; при цьому одні речовини переносяться краще, ніж інші, і додавання одних речовин утрудняє транспорт інших; так, з цукрів глюкоза переноситься краще, ніж фруктоза, фруктоза краще, ніж ксилоза, а ксилоза краще, ніж арабиноза, і т. д .;

4) є речовини, що блокують полегшену дифузію -вони утворюють міцний комплекс з молекулами переносника, наприклад, флоридзин пригнічує транспорт цукрів через біологічну мембрану.

Якщо транспорт певної речовини через біологічну мембрану володіє цими особливостями, можна зробити припущення, що має місце полегшена дифузія.

Різновидом полегшеної дифузії є транспорт за допомогою нерухомих молекул-переносників, фіксованих певним чином поперек мембрани. При цьому молекула стерпного речовини передається від однієї молекули переносника до іншої, як по естафеті.

фільтрацієюназивається рух розчину через пори в мембрані під дією градієнта тиску. Швидкість перенесення при фільтрації підпорядковується закону Пуазейля:

DV / dt = (P1 - P2) / W (12)

Де DV / dt - об'ємна швидкість перенесення розчину, W - гідравлічний опір,

W = (8hl) /pr4, l- довжина пори, r - радіус пори, h - коефіцієнт в'язкості розчину.

Явище фільтрації грає важливу роль в процесах перенесення води через стінки кровоносних судин.

осмос - Переважне рух молекул води через напівпроникні мембрани (непроникні для розчиненої речовини і проникні для води) з місць з меншою концентрацією розчиненої речовини в місця з більшою концентрацією. Осмос грає велику роль у багатьох біологічних явищах. Явище осмосу обумовлює гемоліз еритроцитів в гіпотонічних розчинах.

 




Основні функції біологічних мембран | Структура біологічних мембран | Фазові переходи ліпідів в мембранах | Електрогенних іонні насоси | Вторинний (зв'язаний) активний транспорт. | Ліпідні пори: стабільність і проникність мембран | ГЛАВА 3. БІОЕЛЕКТРИЧНІ ПОТЕНЦІАЛИ | ГЛАВА 4. МЕХАНІЗМИ ГЕНЕРАЦІЇ ПОТЕНЦІАЛУ ДІЇ | Типи керованих каналів. | Структура іонного каналу. |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати