Электрохимический потенциал. Равновесие Доннана. Пассивный транспорт.

Электрохимический потенциал, термодинамическая функция, характеризующая состояние какого-либо компонента, состоящего из заряженных частиц (электронов, ионов), в фазе данного состава. Электрохимический потенциал может быть определён как приращение любого из потенциалов термодинамических системы при введении в неё одной заряженной частицы i-того компонента при неизменных всех остальных переменных, от которых зависит рассматриваемый потенциал. Электрохимический потенциал, выражается формулой:, где m — химический потенциал i-того компонента, zi, — заряд частицы, j — электрический потенциал, е — элементарный заряд; член ziej выражает работу по преодолению электрических сил. СТАНДАРТНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ электрохимический (нормальный потенциал), электродвижущая сила гальванического элемента, составленного из какого-либо электрода и стандартного электрода сравнения при условии, что термодинамические активности всех ионов, участвующих в электродном процессе, равны 1. В качестве стандартного электрода сравнения обычно принимают водородный электрод, потенциал которого при всех температурах принимается равным нулю.

Металлы, расположенные в определенной последовательности их стандартного потенциала, образуют ряд напряжений. Равновесие Доннана. Если налить в сосуд с полупроницаемоей перегородкой воды, то в 1 и 2 будет вода. Доннан добавил в первый отсек соль KCl. По прошествии определенного времени концентрации различных ионов в двух отсеках стали равны.

Доннан взял соль с органическими ионами, которые не проходят через мембрану. Через некоторое время ионы K+ и Cl– начинают диффунцировать. Наступает ситуация при которой в первом отсеке [K+] больше, чем во втором, в первом отсеке [Cl–] меньше, чем во втором. Вывод: анион, не проходящий через мембрану оказывает на распределение анионов и катионов, свободно проходящих через мембрану между отсеками. Такая же ситуация наблюдается и в клетках и в биосистемах.

Установленное Доннаном равновесие обусловлено несколькими фактами: 1. Оба отсека по отдельности должны быть электронейтральными, то есть в каждом отсеке число "+" ионов должно быть равно числу "–" ионов. 2. Диффундирующие ионы (K+ и Cl–) пересекают мембрану парами, при этом сохраняется электронейтральность отсеков. Вероятность пересечения мембраны этими ионами определятется произведением их концентраций [K+]*[Cl–]. 3. В равновесии скорость диффузии KCl в одном направлении равна скорости диффузии KCl в противоположном направлении. Поэтому [K+]*[Cl–] должно быть одинаковым для обоих отсеков.

Математическое выражение Доннановского равновесия: [K+]2/[K+]1=([A–]1+[Cl–]1)/[Cl–]2. Транспорт веществ через мембраны подразделяется на активный и пассивный. Пассивный транспорт всегда идёт по градиенту электрохимического потенциала до тех пор, пока разность потенциалов не будет равна нулю. 1. Простая диффузия. Простая диффузия неэлектролитов не требует наличия каких-либо специализированных структур, зависит только от липофильности и градиента концентрации. В общем случае диффузия зависит от размеров частицы: Вероятность диффузии крупных молекул через мембрану ниже.

Простая диффузия электролитов затруднена наличием мембранного потенциала и гидрофильностью, поэтому диффузия электролитов требует участия специальных селективных каналов в мембране. Электролиты играют важную роль в жизнедеятельности клетки и транспорт электролитов может регулироваться изменением проницаемости каналов. 2. Облегчённая диффузия. Осуществляется с участием специализированных переносчиков. Перенос осуществляется значительно быстрее, чем простая диффузия.

С её помощью осуществляется перенос аминокислот, моносахаридов, некоторых ионов.