Ainete transport läbi bioloogiliste membraanide 2

Παρουσίαση με θέμα: "Ainete transport läbi bioloogiliste membraanide 2"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Ainete transport läbi bioloogiliste membraanide 2
Andres Soosaar

2 Kasulik materjal tutvumiseks
Chiara Portas’ Lecture notes

3 29. Difusioon, Ficki difusiooniseadus. Osmoos
29. Difusioon, Ficki difusiooniseadus. Osmoos.  Hüpo-, iso- ja hüpertoonilised lahused, rakkude käitumine nendes. 30. Membraaniga seotud bioelektrilised protsessid. Membraani elektrilised omadused. Membraani ekvivalentne elektriline skeem. Ioonid kui bioloogilise elektri materiaalne kandja. 31. Iooni tasakaalupotentsiaal, Nernsti võrrand. Gibbs-Donnani tasakaal. Membraani puhkepotentsiaal: olemus, suurus, tekkimise tingimused, Goldmanni võrrand.

4 Ficki 1. seadus dm/dt -- difundeeruva aine mass ajas
D – diffusiooni koefitsient S – diffusiooni pindala d – difusiooni distants C1 ja C2 – ainete sisaldused difusiooni lähte ja lõppkohas

5 Ficki 1. seadus Vool (flux) J on defineeritud kui aine moolide arv, mis läbib ajaühikus pinnaühikut D on difusioonikoefitsient C aine molaarne kontsentratsioon x on kaugus difusiooniteel teatud lähtekohast dC/dx on aine kontsentratsioonigradient

6 Collanderi võrrand Ficki 1. seaduse rakendus membraanitranspordile
P on permeaabluskoefitsient

7 Membraani permeaablus (cm/s)

8 Osmoos Osmoos on lahusti (vesi) difusioon läbi poolläbilaskva membraani. Rakumembraan käitub poolläbilaskva membraanina Osmoos põhjustab lisarõhu selles piirkonnas, kuhu lahusti hakkab liikuma. Seda lisarõhku nimetatakse osmootseks rõhuks (π).

9 Osmoos

10 van’t Hoffi valem π on osmootne rõhk R universaalne gaasikonstant
T on tempratuur Kelvini skaalas C on osmootselt aktiivse aine molaarne kontsentratsioon i on aine dissotsiatsioonil tekkivate ioonide arv (NaCl korral i=2)

11

12 Lahusti transport osmoosil
Jv mahtkiirus Lp osmootne vee permeaablus Esimese valemi korral ei läbi lahustunud aine üldse membraani Teises valemis on σ refleksioonikoefitsient, mis näitab, millisel määral on lahustunud aine permeaablusest tegelik osmootne rõhk vähenenud. σ =0…1

13

14 Osmoos bioloogilistes organismides
Vereplasma osmootne rõhk 7,3-7,4 atm 0,9% NaCl lahus on vereplasmaga isotoomiline. Hüpotoonilises lahuses rakud paisuvad, hüpertoonilises lahuses rakud kortsuvad Vereplasma valkude kolloidosmootne ehk onkootne rõhk on mmHg. Onkootsel rõhul on oluline osa vee filtratsioonil kapillaarides.

15 Osmoosi mõju rakkude ruumalale

16

17 Filtratsioon Vedeliku liikumist kirjeldab Hagen-Poiseuille’i seadus (Q=Jv) Vedeliku mahtkiirus filtratsioonil võrdub filtratsioonikoefitsiendi ja hüdrostaatilise rõhudiferentsi korrutisega. Kui kaasnevad osmoosinähtused, siis määrab reaalse filtratsioonirõhu hüdrostaatilise ja osmootse rõhu resultant (vt Starlingi valem)

18 Vee filtratsioon kapillaarides
Vesi liigub vere ja intersitsiaalse ruumi vahel difusiooni ja filtratsiooni tõttu Filtratsioonil määral vee liikumise suuna hüdrostaatilise ja onkootse rõhu vahekord filtratsioonipiirkonnas

19 Difusioonipotentsiaalid
Erineva liikuvusega ioonide liikumisel tekivad süsteemis elektrilise potentsiaalierinevused, neid kutsutakse mõnikord difusioonipotentsiaaliks.

20 Elektrodifusioon Ioonide difusioon sõltub kontsentratsiooni- kui elektrilisest gradiendist Iooni elektrokeemiline potentsiaal on defineeritav tööna, mis tehtud 1 mooli ioonide toomiseks standardolukorrast teatud keemilise ja elektrilise potentsiaalini.

21 Ioonitasakaal Ioonilokalisatsioonid on tasakaalus kui nende elektrokeemilised potentsiaalid on võrdsed. Elektrokeemiliste potentsiaalide võrdsusest on tuletatud Nernsti võrrand Nernsti võrrandi alumine versioon on kehtiv 37° C

22 Ioonide sisaldused ekstra- ja intratsellulaarses vedelikus

23 Ioonide tasakaalupotentsiaalid
EK+= - 90 mV ENa+= mV ECl-= mV Tasakaalupotentsiaali korral on iooni summarne vool 0

24 Gibbs-Donnani tasakaal 1
Kujutlege olukorda, kus membraaniga eraldatud süsteemis on ühevalentsed ioonid C+ and A-, mis läbivad vabalt membraani ning ühel pool on anioonid R- (nt valgud), mis ei ole võimelised membraani läbima. Sellisel juhul tekib süsteemis uus tasakaaluseisund, mida iseloomustab C+ ja A- ebaühtlane jaotumine, membraanipotentsiaal ja täiendav osmootne rõhk R- poolel. Sellist olukorda nimtatakse Gibbs-Donnani tasakaaluks.

25 Gibbs-Donnani tasakaal 2

26 Gibbs-Donnani tasakaal 3
Oluline tingimus süsteemile on selle mõlema poole elektroneutraalsus r on Donnani koefitsient Vm on tekkiv membraanipotentsiaal

27 Gibbs-Donnani tasakaal 4

28 Gibbs-Donnani tasakaal 5

29 Membraani elektrilised omadused
Lipiidne kaksikkiht on eeskätt dielektriliste omadustega, valgulised ioonkanaleid läbivad ioonid genereerivad membraani läbiva elektrivoolu Membraani elektriline takistus (R) on harilikult ~1000 Ω/cm2, kuid võib küündida Ω/cm2, kui enamus ioonkanaleid on suletud. Närviraku membraani kogutakistus on 107 – 108 Ω. Membraani elektriline mahtuvus (Cm) on ~1 μF/cm2. Elusat rakku iseloomustab polariseeritud plasmamembraan, mille sisepind on välispinna suhtes negatiivselt laetud

30 Hodgkin-Huxley mudel (1952)

31 Membraani elektriline skeem

32 Ioonkanaleid läbivad elektrivoolud
gi on ioonkanali juhtivus Ei on iooni tasakaalupotentsiaal q on laeng Elementaarlaeng e=1, ·10-19 C

33 Membraanipotentsiaali mõõtmine
Iga elaval rakul on polariseeritud plasmamembraan, st ta omab membraanipotentsiaali (Vm) Erutuvatel rakkudel on membraanipotentsiaal -30 to -100 mV, mis tähendab, et membraani sisepind on välispinna suhtes negatiivselt laetud Membraanipotentsiaali otseseks mõõtmiseks kasutatakse rakku viidavat klaaskapillaarelektroodi.

34 Membraanipotentsiaali säilitavad mehhanismid
Membraani suhteliselt suur läbilaskvus K+ läbi vastavate mittereguleeritavate lekkekanalite (PK:PCl:PNa=100:20:1), mistõttu Vm ja EK arvuliselt üsna lähedased Ioonide ebaühtlane jaotus mõlemal pool membraani, rakusiseste suurte anioonide olemasolust tekkivad Gibbs-Donnani efektid Na+-K+-pump

35 Goldman-Hodgkin-Katz´i konstantse välja võrrand membraanipotentsiaali arvutamiseks