Биофизика мембран. Функции мембран. Транспорт веществ через мембраны. Потенциалы покоя и действия

Введение

Первое начало термодинамики.
Диффузия.

Параметры состояния:

Свойства тела (термодинамической системы):

Функция состояния:

Внутренняя энергия тела (ТС) – функция состояния,
однозначно определяемая свойствами
системы и термодинамическими

Приращение внутренней энергии системы
постоянного химического состава (N = const):

Две формы

Приращение внутренней энергии тела (ТС):

Сообщенная
системе
теплота

Работа над
системой

Приращение внутренней энергии тела (ТС)
переменного химического состава (N = var):

Сообщенная
системе
теплота

Работа над
системой

Изменение
энергии,
связанное
с

Химический потенциал системы для частиц
одного сорта:

Приращение внутренней энергии системы
за счет изменения

Смесь молекул:

В расчете на 1 моль химический потенциал
i – того компонента

Частицы заряженные:

Электростатическое поле

φ

Потенциальная энергия заряженной частицы
в электрическом поле:

В расчете на 1 моль i

В расчете на 1 моль электрохимический потенциал
i – того компонента смеси:

Дж/моль

функция

Приращение электрохимического потенциала:

Мысленный эксперимент

(не рассматриваются причины)

ППП

1

2

Термодинамическое равновесие

1

2

1 – внутри
клетки
i - inside

2 – снаружи клетки
(межклеточная
жидкость –
условный нуль

Уравнение Нернста:

Диффузия – самопроизвольный процесс
переноса вещества

«Движущая сила» (причина) – градиент концентрации

Перенос

Уравнение диффузии – закон Фика:

Любой самопроизвольный процесс - антиградиентный

j – плотность

ППП

1

2

JN – плотность потока частиц [J] = частиц/м2ּс

– коэффициент диффузии ППП

1

2

Перенос частиц

Перенос заряда

Частицы электрически заряжены:

Суммарный перенос заряженных частиц:

1

2

Суммарный перенос ионов:

вещество + заряд

Уравнение Нернста – Планка:

Градиент концентрации (химического потенциала)

Градиент электрического потенциала

= Градиент

Р – проницаемость ППП (мембраны) для
данного вида заряженных частиц

[P] – зависит

1 – внутри
клетки
i - inside

2 – снаружи клетки
(межклеточная
жидкость –
условный нуль

Суммарная плотность потока:

Общие выводы к введению:

Химический и электрохимический потенциалы –
составляющие внутренней энергии