Пасивний транспорт речовин і його різновиди

Фізичні властивості і параметри мембран

Моделі мембран (штучні мембрани)

1) ліпосоми (фосфоліпідні везикули) - конструкції сфероподобной ф-ми, стінки яких брало утворені подвійним ліпід.слоем

2) плоскі біслойную ліпідні мембрани (БЛМ)

Наведемо деякі фізичні властивості і характеристики біологічних мембран.

Загальна площа всіх мембран дуже велика, наприклад, печінку щури має масу 6 г, а загальна площа її мембран досягає сотень квадратних метрів.

Діаметр "іонних каналів" або пір складає 0,35 - 0,8 нм.

Мембрана являє собою діелектрик з відносною діелектричною проникністю від 2 до 6.

Електричний опір тичних 1 см 2 поверхні мембрани складає 10 2 - 10 5 Ом, що в десятки мільйонів разів більше опору позаклітинної рідини або цитоплазми.

В'язкість мембран дорівнює 30 - 100 мПа × с, що на два порядки вище в'язкості води і її можна порівняти з в'язкістю соняшникової олії.

Поверхневий натяг становить 0,03 - 1 мН / м.

Ліпіди і білки в мембранах не є статичними об'єктами, а беруть участь в дифузійних процесах: латеральної дифузії - переміщення молекул в межах площині мембрани; дифузії «шльопанці» - переміщення молекул в напрямку, перпендикулярному площині мембрани.

Пасивний транспорт речовин через клітинні мембрани включає в себе наступні різновиди: просту дифузію і полегшену дифузію Фільтрація

Проста дифузія - процес перенесення речовини з області з більшою концентрацією в область меншої концентрації. Дифузія описується рівнянням Фіка:

де вектор щільності потоку маси диффундирующего речовини, Сi і C0 - концентрації дифундують речовини всередині і поза клітиною. СMI і Cm0 - концентрації дифундують речовини всередині мембрани на кордоні мембрана.P- проникність мембрани.

Срособность мембран обумовлена двома причинами: наявністю в них переносників, називаемихіонофорамі (рухомих іфіксірованних) і каналів. Полегшена дифузія - процес транспорту речовин за допомогою спеціальних молекул-переносників.

Фільтрація. Фільтрація являє собою перенесення молекул розчинника під дією градієнта тиску. Таким чином, причиною і рушійною силою в процесі фільтрації є різниця тисків. Об'єм розчинника перенесеного в результаті фільтрації, визначається формулою Пуазейля:

де - перепад тиску на відстані. - в'язкість рідини, - радіус поверхні фільтрації, - час перенесення.

де - перепад тиску на відстані. - в'язкість рідини, - радіус поверхні

54. Активний транспорт іонів. Механізм активного транспорту вещ-в на прикладі Na-K насоса. Якби в клітинах ім. тільки пасивний транспорт, то конц-ції, тиску та ін. величини поза і всередині клітини зрівнялися б. Тому сущ-т ін. Механізм, що працює в напрямку проти електрохімічного градієнта і відбувається з витратою енергії клітиною. Перенесення молекул і іонів проти електрохімічного градієнта, здійснюваний кліткою за рахунок енергії метаболічних процесів, наз.актівним транспортом. Він притаманний тільки біологічних мембран. Активний перенос вещ-ва через мембрану відбувається за рахунок вільної енергії, що вивільняється в ході хім. Реакцій всередині клеткі.Актівний транспорт в організмі створює градієнти концентрацій, електро. потенціалів, тисків, т.е.поддержівает життя в організмі. Вивчено 3 основні системи акт.трансп. кіт-ті забезпечують перенесення іонів Na, K, Ca, H через мембрану.Механізм. Іони К + і Na + нерівномірно розподілені по різні боки мембрани: концентр. Na + зовні> іонів K +, а всередині клітини K +> Na + Ці іони дифундують через мембрану у напрямку електрохімічного градієнта, що призводить до його вирівнювання. Na-K насоси вх. до складу цітоплазматі. мембран і працюють за рахунок енергії гідролізу молекул АТФ з обр-ем мовляв-л АДФ і неорганічних. фосфату Фн: АТФ = АДФ + Фн. Насос працює обра-Тімо: градієнти конц-цій іонів спосіб-ють синтезу мовляв-л АТФ з мол-л АДФ і Фн. АДФ + Фн = АТФ.Насос переносить з клітки у зовн. середу 3 іона К + всередину клітини.

55.Способи проникнення вещ-в через біологічні мембрани .. Однією з найважливіших хар-к клітинних мембран (КМ) явл-ся избират. проникність. КМ вибірково знижує швидкість пересування мовляв-л в клітку і з неї. Чим менше мовляв-ла і чим менше вона обр. водень. зв'язків, тим швидше вона діффун-дірует ч / з мембрану. =>, Чим менше мовляв-ла і чим більше вона жирорастворима, тим швидше вона буде проникати через мембрану.Малие неполярні мовляв-ли легко розчиняються в ліпідах КМ і швидко діффундіруют.Клетка була змушена створити спец.мех-ми для транспорту розчинних у воді вещ-в через мембрану-через пори в мембрані і за допомогою транспортних білків-переносників мовляв-л. Для жіронерастворімих вещ-в і іонів мембрана виступає як молекулярне сито: чим більше розмір частки, тим менше проникність мембрани для цього вещ-ва. Вибірковість перенесення забезпечується набором в мембрані пір певного радіуса, відповідних розміру проникаючої частіци.Ето розподіл залежить від мембранного потенціалу. Перенесення малих водорозчинних мовляв-л здійснюється за допомогою спеціальних транспортних белков.Ето особливі білки, кожен з яких відповідає за транспорт певних мовляв-л або груп мовляв-л. За перенесення цукру, амінокислот та ін. Полярних мовляв-л відповідальні спеціальні мембранні транспортні белкі.Каждий з них призначений для певного класу мовляв-л.Все вони забезпечують перенесення мовляв-л через мембрану, формуючи в ній наскрізні проходи. Транспортні білки діляться набелкі-переносники, і каналообразующие белкі.Переносчікі взаємо-ють з молекулою стерпного вещ-ва і будь-яким способом переміщають її крізь мембрану. Каналообразующие -формує в мембрані водні пори, через кіт-ті можуть проходити вещ-ва. Відмінності полегшеної дифузії від простої: 1) перенесення іонів за участю переносників происх. значно швидше; 2) має св-вом насищенія- при ув. концентр. З одного боку мемрани щільність потоку вещ-ва зростає лише до певної межі. Різновидом облегч.діфф.-транспорт за допомогою нерухомих мовляв-л переносників, фіксованих поперек мембрани. Осмос- рух мовляв-л води через напівпроникні мембрани з місць з меншою концентрацією розчиненого вещ-ва в місця з більшою концентр. Осмос обумовлюються ет гемоліз еритроцитів в гіпотонічних розчинах і тургор в рослинах.

56. Історія відкриття биопотенциалов. Гіпотеза Бернштейна. Фр.священнік абат Нолле в 1746г відкрив явище осмоса.1826г. Дютроше довів, що осмос є результат прояви не особливих, міфічних сил, а законів фізики і хімії. Немецк.ботанік Пфеффер -ізобрел осмометр і виміряв величину осмотичного давленія.Он виявив, що для кожного розчину величина тиску пряма-пропорційна концентр. раств.вещ-ва, що не проходить через напівпроникну мембрану (Росм = m / V m-маса розчиненого вещ-ва, V-об'єм розчину) .Вант-Гофф прийшов до висновку, що мовляв-ли розчиненого вещ-ва в розчиннику поводяться подібно мовляв-ам ідеального газу (Росм = См RT Див -молярная щільність розчиненого вещ-ва) .Теорія Вант-Гоффа давала точні значення величини осм.давленія для багатьох вещ-в, але для деяких оказ. більше розрахункової в 2раза.С.Арреніус припустив що в розчині мовляв-ла солі розпадається на 2 частки-електролітич. діссоціація.Вальтер Нернст обґрунтував ідею дифузного потенціалу, метушня-го при сопрік-ванні двох рідин. Вів-на діфф.потенц. рассчит-ся: Фн = (u-v / u + v) × (RT / F) × Ln (C1 / C2), де u і v -швидкості швидкого і медл. іонів, R- газ.постоянная, C1 і С2 конц-ції електроліту. Для метушня-ня діфф.потенц. потрібна різниця конц-цій електроліту, різна подвиж-ть аніонів та катіонів. Бернштейн почав пояснювати елект св-ва м'язів не пристроєм цих органів в цілому, а властивостями клето, з яких ці органи состоялі.1902г-рік народження мембранної теорії біопотенціалів. Відповідно до гіпотези Бернштейна, кожна клітина ім. оболонку, кот-ая є напівпроникну мембрану. Всередині і поза клітиною є багато вільних іонів, серед кіт-их нах-ся іони K +. Різниця піт-лов між внутр. стороною БМ і її зовнішньою стороною наз-ся потенціалом спокою (ПП) Величина ПП описание-ся формулою Нернста: ФН = ----- (RT / F) × Ln [(K +) I / (K +) 0] де [K +] i - конц-ція іонів К всередині клітини, [K +] 0 - конц-ція іонів К зовні клітини.

57.Мембранно-іонна теорія генерації біопот-лов кліткою і основ. досліди, її підтвер-щие. Ю.Бернштейн (досліди на м'язі жаби). Нагрівання 1 кінця цілої м'язи, від нагрітого ділянки до холодного потече струм. Елект. струм тече у напрямку від точок простору з більш високим потенціалом до місця з більш низьким значенням електричного потенціала.В 1905р. Гебер виявив, що всі солі, сприяння з-е К, оказ. на м'яз схоже д-віє: ділянку на кіт-ий діяв розчин солі К, набував негативний потенціал по відношенню до інших ділянок мишци.Все солі До при дисоціації у воді підвищували зовнішню конц-цію іонів К, при цьому відношення (K +) i \ (K +) 0 розумний-ся, розум-ся і піт-ал тієї області м'язи, на кіт. д-ють солі К. Однак експерименти Бернштейна і Гебера були непрямими. Щоб підтвердити правильність гіпотези, треба було довести наступне: 1) клітини ім. мембрану, кот-ая проникна лише для одного іона; 2) конц-ція цього іона по обидва боки БМ різна; 3) потенціал на мембрані виникає тільки за рахунок проникності мембрани для цього іона і він дорівнює нернстовскую потенціалу. У 1936г.Дж.Юнг виявив Кольмара, у кіт-ого діаметр нервового волокна доходив до мілліметра.Аксон кальмара був гігантською клітиною, хоча сам молюск ні гігантом.Нервное волокно здобув з молюска і помістили в морську воду, і воно не загинуло. = > (експеримент на клет.уровне). У 1939р. А.Ходжкін і Хакслі виміряли різницю потенціалів на аксоні кальмара.Оні довели, що всередині аксона ім. багато іонів К, і вони обр. іонний газ, тобто на-ся в свобод. сост-ванні.