Вопрос 40.Биомембраны. Физ процессы в мембранах. Перенос через мембраны. Ур Фика

Мембрана – важн орган клетки, регул каждое её взаимод внутри и с окр средой. Общ площадь мембран достигает огр размера. Мембрана осущ ф-ции: 1. Мех разделение. 2. Транспрот ф-ции. 3. Селект барьер. 4. Рецензирование (расп др клеток и тд) 5. Распр нервного импульса. 6. Матричная ф-ция.

Явл перенос – самопроиз необрат процессы, в кот благодаря мол движ из одной части сист в другую, перенос какая-либо физ вел-на. Как синоним исп «транспорт в-в». Ур диффузии в однородной среде рассм ситуац, когда в однород жидкую (газообр) среду введ некот кол-во инород в-ва. В нач распр этого в-ва по объему жидк будет неравном, но с теч врем, конц этого в-ва ы разл об-тях жидк будут выравн. Вещество диффундирующее через мембрану преодолевает 3 барьера: примембранный слой, мембрану, противоположный примембранный слойю. Диффузия – явл-е самопроизв переноса массы в-ва из о-ти с бол конц в об-ть с мен конц. Идет без затрат эн. Она приводит к равномерному рапр в-ва по всему V. Кол-но диф опис: 1. Поток в-ва через некот пов-ть: потоком в-ва (Ф) через эл-т пов-ти, кот напра перпенд направлению диф, равно кол-ву этого в-ва, перенос через данный эл-т за ед времени: Ф=m/t[кг/с]. Очевидно, что Ф пропорционально площади выделенного эл-та S, кроме того, можно показ, что Ф пропорц градиенту конц (dc/dx), поэтому им место сл формула: Ф= -Д(dc/dx), где D – коэф диф, «-» означ, что поток напр в сторону убыв конц. 2. П-ть потока в-ва [I] – отношение [Ф] через эл-т пов-ти к площади этого эл-та S. I=Ф/S[кг/с*м²]. П-ть потока выр-ся ур диф Фика: I= - D(dc/dx), где «-» показ, что суммарная пл-ть потока в-ва при диф напр в сторону, противопол градиенту с-ти. Ур Фика опис диф в однород среде. Модификация его для случ диф чеерз мембрану: на границе раздела 2фаз (вода/масло) им место скачкообр изм конц частиц диф в-ва. Например, если в сосуд, в кот поверх воды налито масло бросить сило, то её конц в этих средах будет разл. Кэоф распр в-ва К – это вел-на, равная отнош конц ч-ц в границе сред: К=с₁/с₂. К – вел-на безразмерная. Рас диф незар частиц (мол или ат) через мембр.

В-во диф преодалевает 3 барьера: предмембранный слой (а), саму мембрану (б), противопл примембр слой (в). Конц ч-ц внутри и вне клетки соотс равны с_i и с₀. Конц в мембране у её внутр и вн пов-тей: с_мi и с_м0. Коэф распр кач-ва между мембр и окр средой равно коэф распр в-ва между мембр и клеткой. К= с_мi/с_i. К= с_м0/с₀, с_мi=Кс_i,с_м0=Кс₀, причем конц можно изм, учитывая малую толщинц мембр. Можно считать, что конц диф в-ва слоя пост: dc/dx= с_м0-с_мi/L. Теперь, запишем выр для: I= - D(с_м0-с_мi/L). Подставляя, получим: I = P(с_j-с₀), где Р=DК/L и это коэф проницаемости (м/с), кот зав от D, L, К между мембраной и окр средой. Под проницаемостью поним сп-ть мембраны пропускать сквозь себя опред в-ва.

Вопрос 41. Перенос заряженных частиц, электродиф ур Нернста-Планка. Виды транпспорта через мембраны: акт и пас.

Рас перенос ионов. При отсутств вн возд-я между пов-ми мембраны сущ разность потенц, те в мембране есть пост эл поле, при отсутствие градиента кон, главная ЭДС (при переносе ионов) – эл поле. На ионы в эл поле действ сила F₀=qE, где Е – напряженность эл поля. q=Ze. Е эл поля выр-ся через градиент эл потенциала Е= - gradφ= - dφ/dx, поэтому, f₀= - Ze(dφ/dx), в дал будем рассм силу f, действ на 1 моль ионов: f=f₀N_a, где N_a – пост Авагадро. Поэтому: f= - Ze(dφ/dx)N_a, где F= N_ae (число Фарадея, кот исп в электрохимии). F= -ZF(dφ/dx). Помимо эл силы на ионы действ разл силы сопротивл, поэтому в срнеднем их движ явл равномерным и хар-ся ср с-тью V. Между V и f сущ прямопропорц зав-ть: V=U_mf, где U_m – коэф пропорционален подвиж ионов. V= - U_mF(dφ/dx). Чтобы найти поток в-ва, переносимых через эл-т пов-ти S выделим цилиндр объем эл-та, огр 2 такими эл-ми. Длины цилиндра выч через с-ть и время: l=υt. За время t, все конц, наход в цилиндре пройдут через площадь S кол-во в-ва при этом равно: m=cV, m=cυtS. V=υtS.

Получим: Ф=cvS. П-ть потока: I=cv. Исп формулу: I= - cU_mFZ(dφ/dx). В об случае, перенос ч-ц опред как градиентом конц, так и возд эл поля: I= - D(dc/dx) - U_mF(dφ/dx) – ур Нернста-Планка. Оно устан зав-ть п-ти от конц ионов м\ и напряженности эл поля.

Разл несколько типов:

1.Простая диф через мембранный слой. Она подчин ур Фика для мол-л или в более общ виде ур Н-П. В жив клетке такая диф обесп прохожд O₂, СО₂, ряда лек в-в.

Однако, пр диф протек дост медленно и не можут снабдить клетку в нудном кол-ве пит в-вом.

2. Транспорт через каналы (поры). Канал – уч мембраны, вкл белк мол-лы и липиды, кот обр в мембране проход. Он допуск проник воды, крупных ионов, наличие канала увел проницаемость. Проницаемость зав от числа каналов и от их радиуса. Каналы могут проявл селективность по отн к разл ионам. Это проявл в разл прониц для разных ионов.

3. Облегченная диф – перенос ионов спец мол-ми переносчиками за счет диф переносчика вместе с в-вом. Наиб подробно это явл-ие изучено для случая переноса а/б (валиномицина). Он резко повыш проницаемость мембраны для К⁺. В нем форм полость, в кот точно и прочно вписывается ион. В мол-ле, захват обр р-р. Комлекс проход через мембраны. В итоге К⁺ ост,а переносчик уходит обр.

4. Эстафетная – мол-лы переносчика обр временную цепочку поперек мембраны и перд друг другу диф мол-лу.

5. Ак трансп – перенос мол-л и ионов, кот происх при затрате хим эн от мин конц к бол, а ионы перенос против сил, действ на них сос стор эл поля. Та обр акт трансп осущ перенос в-в в направ, противопол градиенту конц. Эн-я получ за счет гидролиза мол-л особ соед – АТФ. Экспер уст, что эн-я расп 1 мол-лы дост для вывед наружу 3 ионов Na⁺ и вывед 2 ионов К⁺. Одна из схем акт трансп (К-Na-насос)