Головна
Реферати » Реферати по біології » Конспект лекцій з біофізики

Конспект лекцій з біофізики

поводяться подібно молекулам газу.

? = RTS або? = RT? / V,

? - Осмотичний тиск,

RT? - Кількість молей речовини,

R - газова постійна,

Т - абсолютна температура,

С - концентрація.

Це вираз справедливо лише для розбавлених розчинів.
Осмотичності: два розчину, в яких створюється однакове осмотичний тиск по обидві сторони мембрани проникною тільки для води називаються ізоосмотичними, розчини містять в одиниці об'єму однакове число розчинених молекул. Якщо один з розчинів має осмотичний тиск по відношенню до іншого, то перший розчин називається гіперосмотичним, другий
- гипоосмотічеських.
Тонічність: визначається по реакції клітин і тканин на їх занурення в розчин; якщо при зануренні в розчин тканина не набухає, що не зморщується, такий розчин називають ізотонічним по відношенню до тканини. Якщо при зануренні тканину набухає - розчин гіпотонічний, якщо тканина зморщується - розчин гіпертонічний.

Транспорт іонів

Необхідно враховувати і вплив електричних сил.

1. На заряджені частинки (органічні і неорганічні іони) діють

2 сили, що визначають їх дифузію через мембрану: концентраційний градієнт і електрична сила (визначається різницею потенціалів).

Сукупність цих двох сил становить електрохімічний потенціал.

2. Існує різниця потенціалів, урівноважує чинний на даний іон концентраційний градієнт і запобігає трансмембранний перенос даного іона. У цій ситуації буде існувати якийсь стан рівноваги - електрохімічне рівновагу, а відповідні потенціали мембрани називатимуться рівноважними потенціалами. Наприклад, на мембрані багато К +, йде відтік

К +. Якщо зарядити внутрішню поверхню мембрани до-97 мВ, для Na + рівноважний потенціал? +55 МВ.

3. Дифузія заряджених частинок може відбуватися проти концентраційного градієнта, якщо електричний градієнт буде направлений протилежно до концентраційного і перевищуватиме його дію.

Доннановское рівновагу

Фредерік Доннан - фізико-хімік 1911 р

Якщо налити в посудину з полупроніцаемоей перегородкою води, то в 1 і 2 буде вода.

Доннан додав в перший відсік сіль KCl. Після певного часу концентрації різних іонів в двох відсіках стали рівні.

Доннан взяв сіль з органічними іонами, які не проходять через мембрану. Через деякий час іони K + і Cl-починають діффунціровать. Настає ситуація при якій в першому відсіку [K +] більше, ніж у другому, в першому відсіку [Cl-] менше, ніж у другому.

Висновок: аніон, що не проходить через мембрану надає на розподіл аніонів та катіонів, вільно проходять через мембрану між відсіками.

Така ж ситуація спостерігається і в клітинах і в биосистемах. Встановлений
Доннаном рівновагу обумовлено декількома фактами:

1. Обидва відсіку окремо повинні бути електронейтральність, тобто в кожному відсіку число "+" іонів має дорівнювати числу " - "іонів.

2. дифундує іони (K + і Cl-) перетинають мембрану парами, при цьому зберігається електронейтральність відсіків. Ймовірність перетину мембрани цими іонами определятется твором їх концентрацій

[K +] * [Cl-].

3. В рівновазі швидкість дифузії KCl в одному напрямку дорівнює швидкості дифузії KCl в протилежному напрямку. Тому [K +] * [Cl-] має бути однаковим для обох відсіків.
Математичне вираз Доннановского рівноваги: ??

[K +] 2 / [K +] 1 = ([A-] 1+ [Cl-] 1) / [Cl-] 2.

Механізми пасивного транспорту через мембрани

Пасивний транспорт здійснюється головним чином трьома способами:
1. Речовини, що знаходяться у водній фазі по одну сторону мембрани, розчиняються в липидно-білковому шарі мембрани, перетинають його і знову переходять у водну фазу з протилежного боку мембрани.
2. Речовини, які переміщуються через пори або канали мембрани, заповнені водою.
3. Молекули речовини, що транспортується з'єднуються з молекулою переносником, вбудованим в мембрану і переносник опосредует або полегшує транспорт - цей транспорт називають полегшеною або опосередкованої дифузією. Молекули переносника завжди жірорастворіми, вони прискорюють транспорт речовин по їх концентраційного або електрохімічного градієнту.
Перший механізм:
Простий транспорт. Він здійснюється під впливом теплового руху частинок. Для того, щоб потрапити з водної фази в ліпідну, молекула повинна розірвати всі свої водневі зв'язки з водою, на це витрачається енергія 5 ккал / моль водневих зв'язків. Чим менше молекула утворює водневих зв'язків, тим більше її шанси проникнути через мембрану. Цей вид транспорту тільки для незаряджених молекул. На рухливість молекули всередині мембрани впливатиме молекулярна маса і форма молекули. Але найголовніший фактор - це коефіцієнт розподілу. Він визначається експериментально: береться пробірка, соедржащая рівні об'єми (кількості) води і оливкового масла, потім в неї додається досліджувана речовина. Пробірку гарненько струшують, щоб суміш розподілилася по всьому об'єму. Потім визначають концентрацію цієї речовини у воді і в маслі.

Коеф. розпод. К = конц в-ва в липидной фазі / конц в-ва у водній фазі.
1937 Колландер Р. провів дуже великі дослідження на гігантських клітинах прісноводних водоростей, які були присвячені вивченню залежності коеф. розпод. і проникності мембрани для речовин (існує якась генеральна залежність.

Розподіл точок для різних речовин. Але були винятки, наприклад H2O, CO2 та інші дрібні незаряджені молекули - спостерігаються великі коливання К і проникності. гексанол (1

ОН) і монітол (6 ОН) однакові по елементарному складу. Це призводить до того, що-ОН групи утворюють водневі зв'язки з водою, тому знижується розчинність речовини в ліпідах, це позначається на К. Наявність тільки однієї-ОН групи знижує К (в 40 разів.

Тому гексанол дифундує набагато швидше, ніж монітол.

Відносно води було зроблено припущення: вона додатково дифундує через пори мембрани. Це було доведено експериментально: якщо брати синтетичну мембрану, але що складається тільки з ліпідів, вода проходить через неї (ще одні механізм, пов'язаний з динамічними властивостями ліпідів. Так як під час цих динамічних рухів утворюються дефекти і дуже рухливі молекули води встигають протікнуть через них через мембрану.

Кінетика такого транспорту характеризує графічну залежність швидкості надходження через мембрану від концентрації речовини поза клітиною. Ця пряма відображає кінетику без насичення (тобто концентрація речовини може зростати до бесконеченості). Така кінетика відрізняє просту дифузію від двох інших механізмів пасивного транспорту.
Другий механізм:
Дифузія через мембранні канали. Основна маса каналів специфічна
(пропускає тільки один вид іонів), інші або не-або частково специфічні, причому канали заповнені водою. Це доведено експеріментрально в спостереженнях на штучному ліпідному Біслі. Якщо на його поверхню помістити електроліт, то проходження іонів немає, якщо додати каналообразующие білки, то виникає електричний струм. Каналообразующие білки виділяють з природної сировини, причому вони самостійно вбудовуються в мембрану. В даний час розроблені методи виділення каналообразующих білків.
Нестатін - протигрибковий антибіотик, його молекули є стержневідние освіти, які можуть вбудовуватися, як в природні, так і в штучні мембрани.

Через такі пори можуть проходити негативні іони (Cl-, молекули води, сечовина, дрібні незаряджені частинки, + заряджені частинки не проходять). На такій моделі вивчали цей вид транспорту. В області високої концентрації спостерігається явище насичення, оскільки пропускна спроможність іонно каналів обмежена. Але в биосистемах явища насичення не зустрічається.
Третій механізм:
Полегшена дифузія.
Це говорить, що швидкість збільшується тільки при відносно низьких концентраціях. Це кінетика насичення.
Причини кінетики насичення:
1. Зв'язування проникаючої молекули з певною ділянкою всередині каналу або поблизу нього.
2. Основна причина - транспорт речовини через мембрану за допомогою молекули-переносника: а) кількість молекул-переносників обмежена, б) швидкість з реагування з стерпним речовиною так само лімітована.

Швидкість полегшеної дифузії досягає max, коли всі молекули переносника будуть зайняті транспортуються речовиною.

Теорія полегшеної дифузії нагадує теорію субстрат-зв'язуючого комплексу. Даний вид транспорту можна інгібувати за допомогою хімічних аналогів транспортованого речовини.

Механізми первинно активного транспорту

Енергія клітинного механізму концентрується у вигляді АТФ. Існують спеціальні мембранні насоси, їх сукупність - первинно активний транспорт. Джерело енергії - клітинний метаболізм, якщо відключити джерело енергії, то іони розташуються рівномірно, щодо мембрани.
Концентраційний градієнт спрямований всередину клітини, іони Na ??пасивно надходять всередину клітини. Але концентраційний градієнт постійний, так як йому протистоять Na насоси.

Основні особливості первинно активного транспорту:
1. Здійснюється проти концентраційного градієнта.
2. Система первинного транспорту найвищою мірою специфічна (Na система не перекачує інші іони).
3. Для його забезпечення потрібна АТФ або інші джерела енергії

(метаболічні отрути блокують насос).
4. Обмінює один вид іонів на інший (К-Na насос).
5. Багато видів іонних насосів виконують електричну роботу, переносячи заряди через мембрану (реогенний насос - це насос, при роботі якого створюється електричний струм).
6. Активний транспорт за допомогою іонних насосів вибірково пригнічується блокуючими агентами. (Існують специфічні речовини, які блокують даний насос, наприклад, убаін - серцевий глікозид. Це речовина конкурентно блокує ділянки, що зв'язують іони К +.)
7. Енергія, необхідна для первинно активного транспорту, вивільняється при гідролізі АТФ ферментами, розташованими в мембрані. Активність ферментів залежить від концентрації іонів.

Сучасна гіпотеза первинно активного транспорту

K-Na-АТФаза - молекула з двох субодиниць,

Сторінки: 1 2 3 4 5 6 7