Осмотическое в биологических системах

Осмотические явления играют очень важную роль в биологических системах. Клетка окружена мембраной, которая хорошо проницаема для воды и плохо —для солей, т. е. является полупроницаемой. Поэтому клетки должны находиться в приблизительно изотонической среде, т. е. среде с осмотическим давлением, близким к осмотическому давлению внутри клетки. Иначе вода начнет поступать в клетку и в конечном итоге разорвет ее, произойдет так называемый осмотический шок. [c.243]

Кроме того, осмотические эффекты чрезвычайно важны в биологических системах, поскольку большинство биологических мембран — стенки кишечника, стенки клеток — полупроницаемы. Слишком большой градиент концентрации с двух сторон клеточной стенки приводит к разрыву или высушиванию клетки. Поэтому бактерии, попадая на сахарные леденцы, погибают от высушивания, что спасло жизнь многим людям до появления современной упаковки пищевых продуктов. [c.155]

Левая часть (И, 15) представляет собой энергию, которая рассеивается. В соответствии со вторым началом правая часть уравнения (П, 15) должна быть положительной в необратимом процессе (или равной нулю в обратимом). Для потоков, которые друг от друга не зависят, это означает, что знак потока должен совпадать со знаком силы (сопряженной этому потоку). Так, например, растворенное вещество переносится от области большей концентрации к области меньшей, и поток вещества имеет тот же знак, что и сила осмотического давления. Взаимодействие потоков может привести к тому, что некоторые члены в сумме 2/Дг станут отрицательными или обратятся в нуль, но общая величина суммы все же будет удовлетворять указанным условиям. Различные случаи энергетического сопряжения потоков, встречающиеся в биологических системах, часто выражаются в переносе вещества против градиента концентрации (активные переносы). [c.32]

В биологических системах даже при довольно низких температурах растворенного вещества осмотическое давление может быть достаточно велико. [c.66]

Устройства с высокой кратностью рециркуляции раствора имеют эксплутационные ограничения, связанные с высокой концентрацией веществ в рециркулируемом потоке. При обработке растворов, содержащих неорганические вещества, ограничение связано с осмотическим давлением и физически достаточно понятно. Хорошо понята но также влияние на работу системы взвешенных частиц в линии рециркуляции. Было показано, что при обработке жидкости, содержащей активный ил, через контур рециркуляции может прокачиваться поток с концентрацией биологических частиц 20 ООО -30 ООО мг/л. При концентрации такого материала выше 3 0 ООО мг/л отмечалось заметное снижение потока через мембрану, Одкако влияние на поток зависит, возможно, от природы твердых веществ и поэтому следует изучать это влияние в каждом частном случае отдельно /9/, [c.282]

Рассмотренная вьппе способность воды изменять свои свойства под влиянием растворенных в ней веществ имеет очень важное биологическое значение. Она позволяет, например, пресноводным рыбам сохранять активность в воде при температуре ее замерзания, так как общая концентрация всех растворенных веществ в крови рыб достаточно высока, чтобы температура ее замерзания оказалась ниже температуры замерзания воды. Кроме того, благодаря наличию в крови растворенных веществ, в частности белков, не способных проходить сквозь капиллярные мембраны, в крови создается более высокое осмотическое давление, чем в межклеточной жидкости. В результате вода диффундирует из межклеточной жидкости в кровеносные капилляры, что способствует заполнению сосудистой системы и предохраняет ее от коллапса. [c.86]

До сих пор мы рассматривали только растворы единственного электролита. Но, например, биологические жидкости, такие, как внешняя и внутренняя среда одиночной биологической клетки, представляют более сложные системы. Внеклеточная жидкость — это смесь электролитов, а внутриклеточная — смесь электролитов и неэлектролитов. Кроме того, их концентрации достаточно высоки, чтобы создать осмотическое давление, — примерно 7 атм в клетках организма человека и в три раза больше у морских организмов. Количественное описание взаимодействий ион—ион и ион—растворитель — трудная задача. Тем не менее для очень разбавленных растворов дано краткое описание происходящего при добавлении электролита к неэлектролиту или при смешении электролитов. [c.47]

Периодическое складывание, опускание и поднятие листьев, как оказалось, регулируют испарение и теплоотдачу растений. Механизм этих движений связывается с накоплением калия в нижней или верхней листовой подушечках, которые расположены у черенка. На рассвете содержание калия достигает максимума в нижней листовой подушечке. Это ведет к повышению осмотического давления и поступлению в клетки воды, в результате чего подушечка набухает и лист поднимается. Вечером ионы калия покидают нижнюю подушечку и скапливаются в верхней, поэтому лист складывается. Фазы движения отдельных листьев можно произвольно изменять узким лучом света, падающего на подушечку, но спустя некоторое время ритм их движения становится таким же, как и у других листьев, или совсем прекращается. Эта мембранная гипотеза двигательной системы листа, функционирующая по сигналу биологических часов, тем не менее не раскрывает ни механизма их работы, ни месторасположения. [c.53]

ГИИ надо назвать дыхание, при котором вследствие окисления питательных веществ освобождающаяся энергия запасается уже упоминавшимся соединением — АТФ. В итоге эта форма энергии используется для выполнения биологической работы. Вероятно, еще со школьных времен вы помните, что работу определяют как произведение силы и расстояния. Если происходит сокращение белковых фибрилл, то это — механическая работа, тогда как в основе изменений положения листьев мимоз и других растений лежит осмотическая (связанная с транспортом веществ) работа. Если происходят процессы биосинтеза, то говорят о химической работе. Она играет определенную роль не только при движениях, обусловленных ростом, но и при действии механизмов набухания и молекулярного сцепления, которые могут совершаться лишь в тех случаях, когда имеются растительные структуры сложного строения. Все эти разнообразные виды работы совершаются в растительных клетках, располагающих такой системой превращения энергии, эффективности которой до сих пор не удалось достигнуть (превысить) ни одной из машин. [c.174]

Не участвуя в распределении кислорода, кровеносная система насекомых редуцировалась до спинного сосуда, но при этом сохранила исходные функции переноса продуктов пищеварения от стенок кишечника к метаболически активным тканям и поддержания гомеостаза, то есть постоянства внутренней среды организма и ее защиты от агрессивных воздействий агентов. Вместе с тем гемолимфа обеспечивает осмотическое и гидростатическое напряжение стенок тела, клеток и органов являясь средой для биохимических реакций, она транспортирует и биологически активные соединения от мест их синтеза ко всем тканям. [c.27]

Равновесное распределение по разные стороны мембраны диффундирующих молекул, которые способны проникать через эту мембрану, определяется термодинамическими законами, согласно которым химические потенциалы диффундирующего вещества должны быть одинаковы с обеих сторон мембраны. Это требование приводит к ряду интересных следствий и имеет больщую практическую ценность. Оно объясняет явление осмоса в системах, в которых по одну сторону полупроницаемой мембраны находятся макромолекулы, и зависимость осмотического давления от молекулярной массы макромолекул. На нем основан эффект Доннана, заключающийся в том, что наличие заряженных макромолекул по одну сторону мембраны приводит к неодинаковому распределению малых ионов, свободно диффундирующих через мембрану. Эффект Доннана в свою очередь ответствен за появление мембран Ю1 о потенциала. В биологических мембранах благодаря использованию такого источника энергии, как реакция гидролиза АТР, работают ионные насосы (например, На —К -насос). Это приводит к созданию градиента ионных кон- [c.480]

Следует подчеркнуть, что уравнение Гиббса имеет не только естественно-научное (для химии, биологии, почвоведения, геологии и др.), но и философское значение, сообщая новые черты коллоидно-химическому восприятию мира. В отличие от обычных процессов, идущих в сторону выравнивания интенсивных факторов (давления, температуры, концентрации, химических и электрических потенциалов), в коллоидно-химических и биологических системах процесс адсорбции направлен в сторону самопроизвольного увеличения градиентов концентрации на межфазных границах и такая система в процессе уменьшения дисперсности всегда сможет совершить полезную (осмотическую) работу за счет grad х. [c.84]

Можно легко показать, что для любого самопроизвольного (необратимого) процесса AG отрицательно. Такие процессы называются экзер-гоническими. Если же AG положительно, то реакция сама не пойдет такие реакции называются эндергоническими. Понижение свободной энергии (— АС) —это мера максимального количества работы, которую можно совершить с помощью данной реакции, если, конечно, реакция как-то сопряжена с системой, способной в ходе обратимого процесса совершать работу. Эта работа может быть электрической, мышечной или осмотической, совершаемой за счет реакций, протекающих в биологических системах. В любой реальной системе совершаемая работа [c.207]

Метод работы примерно такой же, как и при определении молекулярного веса. Однако если нужно определить осмотическую концентрацию и давление уже в готовом растворе или какой-либо жидкой биологической системе, природных водах (морская, колодезная, минеральная, почвенная вы-тя жка и т. д.), оппадает необосоди мость вэвешиванвя. [c.70]

Стенки клеток в организме играют роль полупроницаемой мембраны. При введении в организм, например, при инъекциях растворов с ббльшим осмотическим давлениан чем у биологических жидкостей (гипертонический раствор), давление вне и внутри клетки начнет выравниваться, вода изнутри клеток, допустим эритроцитов, начинает переходить во внешнюю среду, они теряют упругость, сморщиваются плазмолиз). При введении гипотонических растворов (с меньшим осмотическим давлением) происходит гемолиз (разбухание) и в дальнейшем разрушение клеточной оболочки в результате проникновения жидкости извне. Очевидно, что растворы для инъекций должны иметь осмотическое давление, близкое жидкостям биологической системы. Растворы с равным осмотическим давлением называются изотоническими. [c.96]

Роль осмоса и осмотического давления в биологических системах. Явление осмоса играет важную роль во многих химических и биологических системах. Благодаря осмосу регулируется поступление воды в клетки и межклеточные структуры. Упругость клеток (тургор), обеспечивающая эластичность тканей и сохранение определенной формы органов, обусловлена осмотическим давлением. Животные и растительные клетки имеют оболочки или поверхностный слой протоплазмы, обладающие свойствами полупроницаемых мембран. При помещении этих клеток в растворы с различной концентрацией наблюдается рсмос. [c.74]

Включение мембранных белков в бимолекулярные липидные мембраны открывает новые перспективы на пути дальнейшего сближения этой модельной системы с биологическими мембранами. В качестве примера успешной реконструкции функционально активных бислойных мембран можно привести слияние белоксодержащих лнпосом с уже сформированными мембранами в условиях осмотического стресса или под действием ионов Са и других агентов, сблегчаю1цих слияние мембран (рис. 303). [c.575]

В мембранных системах для обработки сточных вод, содержащих органические вещества, и в устройствах, объединенных с системами биологической обработки, обьяно применяются давления ниже 14, а часто даже ниже 3,5 кгс/см . Поскольку осмот1 чео-кое давление является прямой функцией моляльности раствора, даже относительно высокие концентрации высокомолекулярных органических веществ в стоках обусловливают лишь небольшую разность осмотических давлений с двух сторон мембраны. Например, осмотическое давление раствора, содержащего 45 ООО мг/л (4,5%) сахарозы, равно 3,14 амт при 2 0 С, т.е. меньше 3,5 кгс/см . Раствор цианида кадмия с концентрацией 2 моль/л (3,2%) имеет осмотическое давление 4,92 кгс/см . Поэтому, хотя некоторые особенности процессов очистки и обессоливания схожи, фактические величины осмотического давления при очистке значительно ниже осмотических давлений, свойственных процессам обессоливания, что объясняется большой разностью молекулярных масс солей тяжелых металлов, с одной стороны, и хлорида натрия и других солей в природных водах, предназначенных для обессоливания, - с другой. Поэтому мембранные процессы с применением давления особенно привлекательны для обезвоживания или концентрирования содержащихся в сточных водах компонентов с высокой молекулярной или атомной массой, так как дпя таких процессов достаточны сравнительно низкие гидравлические давления. [c.284]

Состав внеклеточной жидкости близок к составу морской воды в пред-кембрийскую эпоху, когда появились животные с замкнутой системой кровообращения. С тех пор соленость моря продолжала возрастать, тогда как состав внеклеточной жидкости остался постоянным. Основным катионом во внеклеточной жидкости является ион Ка , а из анионов преобладают СГ и НСОВнутри клеток преобладают катион и анион НРО Для соблюдения физико-химического закона электронейтральности, которому подчиняется любой живой организм в целом, некоторый недостаток неорганических анионов компенсируется анионами органических кислот (молочной, лимонной и др.) и кислых белков, несущих отрицательный заряд при физиологических значениях pH. Если вне клетки органические анионы компенсируют незначительную нехватку отрицательного заряда, то внутри клетки они должны компенсировать около 25 % положительных зарядов, создаваемых неорганическими катионами. Поскольку клеточные мембраны легко проницаемы для воды, то они могут разрушаться при незначительных различиях в давлении жидкости внутри и снаружи клеточной мембраны. Поэтому осмотическое давление внутри клетки должно быть равно таковому во внеклеточной жидкости, т. е. живая клетка подчиняется закону изоосмоляльности. Повышенное содержание катионов по отношению к концентрации анионов во внеклеточных жидкостях в сравнении с внутриклеточными средами приводит к тому, что наружная поверхность мембран клеток оказывается заряжена положительно относительно ее внутренней поверхности, и это имеет огромное биологическое значение (см. главу 15). В биологических жидкостях концентрацию осмотически активных частиц (независимо от их заряда, размера и массы) выражают в единицах осмоляльности — миллиосмомолях на 1 кг воды. Так как главные катионы и анионы внутриклеточных жидкостей многозарядные, то (при одинаковых осмоляльностях) концентрация электролитов, выраженная в миллиэквивалентах на 1 л, будет значительно выше внутри клетки, чем во внеклеточных жидкостях, где в основном содержатся однозарядные ионы. [c.180]

Уменьшение количества воды в биологической клетке способствует уменьшению водной прослойки в промежутке между коллоидными частичками протоплазмы и это активизирует МДК-эффект, т.к. это равноценно уменьшению диаметра всей микропористой системы клетки. При этом снижается привнос питательных веществ через мембранные поры и ускоряется выброс продуктов реакций. При этом возрастает диаметр пор. Т.е. вся клетка как активизирует свою деятельность и увеличивает диаметр пор. Когда же при снижении количества воды возрастает концентрация в клетке солей, то начинается осмотическое всасывание воды в клетку и она опять расширяется, снижает свою биологическую активность и расширяя таким образом микропоры снижает избирательность нроникновения в клетку химических компонентов. Поэтому временное усыхание клеток это полезно для их активизации. [c.286]