Диффузия —это самопроизвольный процесс проникновения вещества из области большей в область меньшей его концентрации в результате теплового хаотического движения молекул.
Различают несколько типов пассивного переноса веществ (диффузии):
1. простая диффузия.
2. перенос через поры.
3. транспорт с помощью переносчиков (подвижных и эстафетной передачи).
Простая диффузия выражается соотношением (уравнение Фика):
J = (dm/dt) / S = -D (dС/dx), где j -плотность потока вещества, (dС/dx) - градиент концентрации, D - коэффициент диффузии. Это уравнение даёт возможность рассчитать количество вещества (m) попавшее в клетку за определённое время (t) и через известную площадь (S): m = j t S. Последние два вида диффузии относят к облегченной, т.к. количество вещества переносимое при таком виде транспорта существенно больше. Если молекулы диффундирующего вещества движутся без образования комплекса с другими молекулами, то такая диффузия называется простой.
Облегченная диффузия состоит в том, что вещество слабо диффундирующее через мембрану, транспортируется через нее с помощью подвижных или фиксированных в мембране переносчиков. Разновидностью облегченной диффузии является обменная диффузия, которая состоит в том, что вспомогательное вещество образует соединение с диффундирующим веществом и перемещается к другой поверхности мембраны. На другой поверхности мембраны молекула проникающего вещества освобождается и на ее место присоединяется другая молекула такого же вещества. Например, установлено, что натрий эритроцитов благодаря обменной диффузии быстро обменивается на натрий плазмы.
Электродиффузия. Уравнение Нернста – Планка.
Поскольку в диффузии участвуют не только нейтральные вещества, но и ионы разной полярности, Нернст и Планк предложили формулу:
Ф = -uRT (dc/dx) - cuz F (dj/dx)
где: u = D/RT (называется подвижностью молекул)
R - универсальная газовая постоянная;
T - абсолютная температура;
с - концентрация вещества;
z - валентность;
F - число Фарадея;
(dc/dx), (dj/dx) - градиент концентрации и градиент потенциала (то же, что электрическая напряжённость).
Это уравнение выведено из уравнения Теорелла: Ф = -cu (dm/dx), где m - электрохимический потенциал.
Активный транспорт веществ через мембрану. Понятие о натрий – калиевом насосе.
Активный транспорт (в отличие от пассивного - осуществляется против градиента концентрации проходящих веществ, т.е. в сторону больших их концентраций). Следующая особенность - транспортируются вещества только за счёт расхода свободной энергии. В клетках ионный баланс (Na+, K+) обеспечивается белковыми структурами, которые носят название “калий-натриевый насос”. Транспорт Na+ и K+ осуществляется за счёт гидролиза АТФ, превращения её в АДФ + свободный фосфат, с обязательным участием ферментов Na+, K+ -АТФ-аз. Перенос является сопряжённым, т.е. осуществляется синхронно: на переход 3 из клетки во вне необходимо наличие 2 во внеклеточной жидкости для её транспорта в клетку. Активный транспорт веществ через биологические мембраны имеет огромное значение. За счет активного транспорта в организме создаются градиенты концентраций, электрических потенциалов, давления и т.д. С точки зрения термодинамики активный транспорт удерживает организм в неравновесном состоянии, поддерживает жизнь.
https://studopedia.ru/3_176526_prostaya-i-oblegchennaya-diffuziya.html
Диффузионные, мембранные и фазовые потенциалы
БИОФИЗИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ БИОПОТЕНЦИАЛОВ.
БИОПОТЕНЦИАЛЫ.
Измерение биопотенциалов является объективным, универсальным точным показателем течения физиологических функций различных органов. Все процессы жизнедеятельности органов сопровождаются появлением в клетках и тканях электродвижущих сил. Электрические явления играют большую роль в важнейших физиологических процессах: возбуждении клеток и проведении возбуждения по клеткам. Благодаря непосредственной связи биопотенциалов (БП) с метаболическими процессами и физиологическим состоянием клеток они являются чувствительным и точно измеримым показателем различных изменений в клетках в норме и при патологии. Для более эффективного использования измерения БП в медицине необходимо выяснение механизмов их возникновения.
Для возникновения БП решающее значение имеют потенциалы, обусловленные несимметричным, неравномерным распределением ионов. К таким потенциалам могут быть отнесены: диффузионные, мембранные и фазовые.
Диффузионные потенциалы возникают на границе раздела двух жидких сред в результате различной подвижности ионов. Диффузионная разность потенциалов может быть найдена из уравнения Гендерсона: Е = [ (U - V) RT ln (a1/a2) ] / (U + V) ZF,
где U - подвижность катиона; V - подвижность аниона; R - газовая постоянная; T - абсолютная температура; Z - валентность ионов; F - число Фарадея; a1 - активность ионов в области, откуда идет диффузия; a2 - активность ионов в области, куда идет дифффузия. Под активностью ионов понимают их активную концентрацию. Активность ионов всегда меньше их абсолютной концентрации, что обусловлено взаимодействием ионов друг с другом, а также их взаимодействием с электрически заряженными группами других молекул. Активность выражается произведением коэффициента активности f, определяемым эмпирически, на абсолютную концентрацию С ионов: a = f C. Частным случаем диффузионного потенциала является мембранный потенциал. Он возникает при наличии пористой перегородки (в клетке - мембрана), которая избирательно пропускает катионы и анионы, например, пропускающей только катионы. Это приводит к возникновению разности потенциалов, которую можно найти из формулы:
E = (RT / ZF) ln (a1/ a2) - она называется уравнением Нернста. Если перейти от натуральных логарифмов к десятичным и подставить значения постоянных, то при 20° С получим: E = 58 lg (a1 / a2) ] / Z [mB] - это уравнение обычно используют при практическом расчете мембранных потенциалов. В соответствии с современными представлениями потенциалы покоя, повреждения и действия являются по своей природе мембранными потенциалами.Фазовые потенциалы возникают на границе раздела двух несмешивающихся фаз (например, раствор электролита в воде и какое-либо масло) в результате различной растворимости катионов и анионов в неводной фазе. Величину фазовых потенциалов можно определить из уравнения Гендерсона.
https://studopedia.ru/3_176527_diffuzionnie-membrannie-i-fazovie-potentsiali.html