Диффузия частиц через полупроницаемую мембрану.

Электрохимический потенциал. Транспорт веществ через биологическую мембрану: пассивный и активный, принципиальные различия между ними.

Химическим потенциалом данного вещества Мю называется величина, численно равная энергии Гиббса, приходящаяся на один моль этого вещества. Математически он определяется как частная производная от энергии Гиббса G по количеству k-го вещества, при постоянстве температуры Т, давления Р и количеств всех других веществ m1 (l не = k):

Пассивный транспорт - это перенос вещества из мест с боль­шим значением электрохимического потенциала к местам с его меньшим значением.

Пассивный транспорт идет с уменьшением энергии Гиббса, и поэтому этот процесс может идти самопроизвольно без затра­ты энергии. Плотность потока вещества j при пассивном транспорте под­чиняется уравнению Теорелла: где U - подвижность частиц, С - концентрация. Знак минус показывает, что перенос происходит в сторону убывания Мю. Плотность потока вещества - это величина, численно равная количеству вещества, перенесенного за единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной направле­нию переноса:

Уравнение Нернста—Планка:

Активный транспорт — это перенос вещества из мест с мень­шим значением электрохимического потенциала в места с его большим значением.

Активный транспорт в мембране сопровождается ростом энергии Гиббса, он не может идти самопроизвольно, а только в сопряжении с процессом гидролиза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), то есть за счет затраты энергии, запасенной в макроэргических связях АТФ. Активный транспорт веществ через биологические мембра­ны имеет огромное значение.За счет активного транспорта в организме создаются градиенты концентраций, градиенты электрических потенциалов, градиенты давления и т.д., под­держивающие жизненные процессы, то есть с точки зрения тер­модинамики активный перенос удерживает организм в нерав­новесном состоянии, поддерживает жизнь.

Диффузия заряженных частиц. Уравнение Теорелла. Уравнение

Нернста - Планка.

Плотность потока вещества jм при пассивном транспорте под­чиняется уравнению Теорелла: где U - подвижность частиц, С - концентрация.

Выражение разбавленных растворов при Мю = const уравнение Нернста—Планка: градиент концентрации градиент электрического потенциала dФи/dX.

Диффузия — самопроизвольное перемещение вещества из мест с большей концентрацией в места с меньшей концентра­цией вещества вследствие хаотического теплового движения молекул.

Диффузия вещества через липидный бислой вы­зывается градиентом концентрации в мембране. Плотность по­тока вещества по закону Фика: где С1м ^- концентрация вещества в мембране около одной ее по­верхности и См2 - около другой, I - толщина мембраны. Градиент концентрации приблизительно равен (См2-См1)/L.

Облегченная диффузия – происходит при участии молекул переносчиков (валиномицин – переносит ионы калия). Отличия облегченной диффузии от простой:

1) перенос вещества с участием переносчика происходит зна­чительно быстрее;

2) облегченная диффузия обладает свойством насыщения: при увеличении концентрации с одной стороны мем­браны плотность потока вещества возрастает лишь до некото­рого предела, когда все молекулы переносчика уже заняты;

3) при облегченной диффузии наблюдается конкуренция пе­реносимых веществ в тех случаях, когда переносчиком пере­носятся разные вещества; При этом одни вещества переносятся лучше, чем другие, и добавление одних веществ затрудняет транспорт других; Так, из сахаров глюкоза переносится лучше, чем фруктоза, фруктоза лучше, чем ксилоза, а ксилоза лучше, чем арабиноза, и т.д.;

Диффузия частиц через полупроницаемую мембрану.