БИОФИЗИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ТРАНСПОРТА ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ БМ

Различают пассивный и активный транспорт веществ через клеточные мембраны. К пассивному относится трансмембранный массоперенос, происходящий в направлении действия концентрационного, электрического, осмотического, фильтрационного (гидростатического) градиентов. Так как по отношению к одному и тому же веществу перечисленные градиенты могут быть направлены противоположно, то при анализе массопереноса необходимо учитывать термодинамическое сопряжение всех физико-химических градиентов.

Активным транспортом называют перенос вещества в направлении, противоположном тому, которое предопределено термодинамическим сопряжением всех перечисленных выше градиентов. Движущей силой активного транспорта служит химический потенциал, который обусловливает в БМ течение ферментативных реакций и поставляет свою энергию, необходимую для преодоления градиентов.

Концентрационный, электрический, осмотический и фильтрационный градиенты имеют неодинаковое значение в переносе конкретных веществ через клеточные мембраны. Так, массоперенос, происходящий в результате суммарного действия осмотического и фильтрационного градиентов, принято называть конвекционным или конвективным потоком. Этим потоком определяется, прежде всего, транспортно-мембранный перенос воды вместе с растворенными в ней веществами. Конвекционный поток обеспечивает обмен веществ в капиллярах между кровью и межклеточной средой, а также образование первичной мочи в почках.

Через клеточные мембраны пассивный транспорт заряженных частиц (ионов) происходит главным образом, под воздействием концентрационного и электрического градиентов, так как, между цитоплазмой и межклеточной средой нет существенных отличий в осмотическом и гидростатическом давлениях, а, следовательно, отсутствуют соответствующие градиенты. В этом случае уравнение для пассивного транспорта ионов через БМ можно представить в следующем виде:

Решение этих двух уравнений приводит к электродиффузионному уравнению Нернста -Планка, и поток определяется по формуле:

- коэффициент диффузии ;

- число Фарадея;

- плотность потока вещества (ионов) через БМ ;

- концентрация ;

u - подвижность заряженных частиц ;

- валентность переносимых ионов;

- напряженность электрического поля.

Суммарный массоперенос, обусловленный концентрационным и электрическим градиентами, может быть как больше, так и меньше, по сравнению с изолированным действием каждого из градиентов. В первом случае градиент направлен в одну сторону, во втором - в противоположную.

Трансмембранный перенос незаряженных частиц подчиняется уравнению Фика, которое имеет вид:

- площадь, через которую осуществляется перенос.

При наличии только градиента , массоперенос описывается только этим уравнением. Следует отметить, что свободная диффузия под воздействием только градиента , характерна для небольшого количества веществ в организме ( неполярные жирорастворимые соединения, вирусы, бактерии и т. д.).