Перенос нейтральных частиц через мембраны. Уравнение простой диффузии

Так как внутренняя часть липидного слоя клетки гидрофобна, он представляет собой практически непроницаемый барьер для большинства полярных молекул. из-за этого клетка была вынуждена создать специальные механизмы для транспорта растворимых в воде веществ через мембрану. Перенос малых водорастворимых молекул осуществляется при помощи специальных транспортных белков. Это особые трансмембранные белки, каждый из которых отвечает за транспорт определенных молекул или групп родственных молекул. В клетках существуют также механизмы переноса через мембрану макромолекул (белков) и даже крупных частиц. за перенос подобных веществ ответственны специальные мембранные транспортные белки. Каждый из них предназ- начен для определенного класса молекул а иногда и для определенной разновидности молекул. Все изученные транспортные белки являются трансмембранными белками, полипептидная цепь которых пересекает липидный бислой несколько раз. транспортные белки делятся на белки-переносчики и каналообразующие белки. Первые взаимодействуют с молекулой переносимого вещества и каким-либо способом перемещают ее сквозь мембрану.

Если молекула не заряжена, то направление ее диффузии определяется разностью концентраций по обеим сторонам мембраны или градиентом концентрации. Такой вид транспорта называется пассивным (облегченная диффузия), и не требует затрат энергии. Процесс, с помощью которого белки-переносчики связывают и транспортируют растворенные молекулы, напоминает ферментативную реакцию.

Уравнение простой диффузии обычно записывают в виде уравнения Фика:

J-плотность потока вещества, D-коэффициент диффузии, dC/dx-градиент концентрации.

Знак «-«показывает, что суммарная плотность потока вещества при диффузии направлена в сторону уменьшения концентрации(в сторону, противоположную градиенту концентрации).

Применительно к биологической мембране

dC/dx =С наружной мембраны-С внутренней мембраны / l

l-толщина мембраны

 

Перенос ионов через мембраны. Уравнение электродиффузии. Уравнение Нернста-Планка

Вещества, способные переносить ионы через мембраны наз-ся-ионофорами.

Перенос ионов через мембраны: электродиффузия, облегченная диффузия и Активный транспорт.

Уравнение Нернста-Планка: .

Поток, обусловленный разностью концентраций(Ф_ΔС): - D *

 

Поток, обусловленный разностью потенциалов(Ф_Δ :
Z – валентность электронов.

C – молярная концентрация.

U – подвижность ионов. U=V _{упор.движ.чатиц} /F.

F – число Фарадея (F=96500 Кл/Моль)

Виды пассивного транспорта нейтральных и заряженных частиц через мембраны

Виды транспорта.

I. Пассивный транспорт

1.1 Простая диффузия – перенос вещества вследствие разности концентраций. Она может осуществляться через липидный слой, через липидную пору, через белковую пору. При этом возможен также осмос – диффузия не растворенных частиц и растворителя от точек с меньшей концентрацией некоторого вещества к точкам с большей его концентрацией. При осмосе, как и при диффузии, происходит выравнивание концентраций.

1.2 Облегченная диффузия может протекать с подвижным либо неподвижным переносчиком. Этим путем через мембраны переносятся аминокислоты, сахара, ионы калия. Облегченная диффузия происходит с участием молекулы переносчика. Например, молекула ВАЛИНОМИЦИНА со своей внешней стороны имеет высокий коэффициент проницаемости. Внутри молекулы валиномицина имеются как бы полость с полярными группами, что позволяет молекуле захватывать и связывать ионы калия и другие липидо-нерастворимые вещества. Переносимое вещество (ионы калия) захватывается молекулой переносчиком там, где вещества больше и переносится туда, где его меньше, то есть перенос как и при обычной диффузии идет в сторону уменьшения концентрации.

1.3 Фильтрация – перемещение раствора (и растворителя) под действием разности давлений. Это вид переноса имеет основное значение при переносе воды через стенки капилляров. Явление подчиняется формуле Пуазейля Q = ∆p/w, где Q – объемная скорость (Q = ∆V/∆t), ∆р – разность давлений, W – гидравлическое сопротивление.

1.4 Электродиффузия.

Под электродиффузией понимают перенос заряженных частиц (ионов) вследствие как разности концентрации, так и разности потенциалов. Именно за счёт элктродиффузии через мембраны переносятся ионы калия, натрия, хлора, что приводит формированию на мембране потенциала покоя и потенциала действия.