Пасивний транспорт речовин крізь мембранні структури. Рівняння Фіка. Коефіцієнт проникності мембрани для певної речовини

Рівняння Нерста-Планка.

Важливим елементом функціонування мембран являється їх спроможність пропускати або не пропускати молекули (атоми) та іони. Як синонім переносу частинок в біофізиці широкого розповсюдження набув такий термін як транспорт частинок.

Пасивний транспорт – транспорт речовин за градієнтом концентрації, що не потребує витрат енергії. Пасивно відбувається транспорт гідрофобних речовин крізь ліпідний бішар. Пасивний транспорт, в якому беруть участь мембранні білки, називають полегшеною дифузією.

Закони Фіка. В системі з градієнтом концентрації речовини dC/dx в напрямку х дифузійний потік J визначається першим законом Фіка:

,

де D – коефіцієнт дифузії (знак "-" вказує на напрямок потоку від більших концентрацій до менших).

У разі градієнту концентрації не лише в напрямку х, треба використовувати загальнішу формулу:

,

де μ - хімічний потенціал.

В загальному випадку перенос іонів визначається двома факторами: нерівномірністю їх розподілення, тобто градієнтом концентрації, та дією електричного поля:

J = -D(dc/dx)- u_mZF_с(dφ/dx) - рівняння Нернста-Планка.

Електрохімічний потенціал – термодинамічна функція, що характеризує стан якого-небудь компоненту, що складається із заряджених частинок (електронів, іонів), у фазі даного складу. Електрохімічний потенціал може бути визначений як приріст будь-якого з термодинамічних потенціалів системи при введенні в неї однієї зарядженої частинки i-того компоненту при незмінних решти всіх змінних, від яких залежить даний потенціал. Таким чином, різність електрохімічних потенціалів між двома точками є енергією, яка буде виділена в системі при переміщенні частинки між ними. Електрохімічний потенціал виражається формулою:

,

де – хімічний потенціал i-того компоненту, – заряд частинки, – електричний потенціал, – елементарний заряд; член виражає роботу по подоланню електричних сил. Якщо електрохімічний потенціал відноситься до 1 молю речовини, цей член дорівнює , де – число Фарадея.