Виды переноса веществ через мембрану

Транспорт компонента разделяемой газовой смеси через пористую основу мембраны осуществляется одновременно несколькими механизмами переноса, в зависимости от структуры матрицы, свойств веществ и термодинамических параметров процесса. В общем случае движение компонентов смеси может вызываться конвективно-фильтрационным переносом, различного вида скольжениями вдоль поверхности пор, объемной диффузией, баро- и термодиффузией, кнудсеновской диффузией (эффузией), поверхностной диффузией, пленочным течением вследствии градиента расклинивающего давления, капиллярным переносом конденсированной фазы в анизотропных структурах. Вещество в порах скелета мембраны, как показано ранее, может находиться в виде объемной газовой фазы, капиллярной жидкости и адсорбированной пленки. Для каждого из этих состояний возможно несколько механизмов переноса, взаимосвязанных между собой. Не все виды переноса равнозначны по своему вкладу в результирующий поток веществу, поэтому при вычислении коэффициента проницаемости необходимо определить условия, при которых те или иные формы движения вещества являются доминирующими [З, 9, 10, 14—16]. [c.54]

Возникновение АрН на мембране может служить основой для вторичного активного транспорта и органических веществ. В плазмалемме обнаружены белки-переносчики сахаров, аминокислот, которые приобретают высокое сродство к субстрату только в условиях протонирования. Поэтому когда Н+-насос начинает работать и на наружной поверхности плазмалеммы увеличивается концентрация ионов Н+, то эти белки-перено-счики протонируются и связывают сахара (аминокислоты). При переносе молекул сахара на внутреннюю сторону мембраны, где ионов Н+ очень мало, Н+ и сахара освобождаются, причем сахара поступают в цитоплазму, а ионы Н+ снова выкачиваются из клетки Н+-насосом, По существу, Н+ играет в этом процессе роль катализатора. Точно так же в симпорте с ионами Н+ в клетку могут поступать и анионы. Кроме того, анионы слабых органических кислот при понижении pH на поверхности плазмалеммы могут проникать через мембрану в виде незаряженных молекул (если они растворимы в липидной фазе), так как с повышением кислотности снижается их диссоциация. [c.263]

Липиды составляют вместе с белками и углеводами основную массу органического вещества живой клетки. Они присутствуют в организмах различного происхождения растительных, животных, бактериальных. В высокой концентрации липиды (особенно фосфолипиды) обнаружены в различных органах животных и человека головном и спинном мозге, крови, печени, сердце, почках и т. д., особенно велико содержание липидов в нервной системе (20—25%). Липиды входят в состав всех структурных элементов клетки, в первую очередь клеточных мембран, и мембран субклеточных частиц липиды (в виде липопротеидов) составляют не менее 30% общей сухой массы мембраны. С участием липидов протекают такие важнейщие биохимические процессы, как передача нервного импульса, активный перенос через мембраны, транспорт жиров в плазме крови, синтез белка и другие ферментативные процессы, особенно процессы, связанные с цепью переноса электронов и окислительным фосфорилированием. [c.185]

АТФ — это универсальное энергетическое вещество. Освобождающаяся при расщеплении АТФ энергия (10 ккал/моль) обеспечивает любые виды клеточных функций — движение, биосинтез, перенос вещества через мембраны и т. д. [c.608]

Третья особенность живого, благодаря которой мы ближе подходим к сути жизненных процессов, состоит в том, что живые организмы обладают способностью извлекать, преобразовывать и использовать энергию окружающей их среды-либо в форме органических питательных веществ, либо в виде энергии солнечного излучения. Эта энергия позволяет организмам создавать собственные богатые энергией сложные структуры и поддерживать их целостность. Кроме того, за счет этой энергии организмы вьшолняют механическую работу при передвижении она также дает возможность осуществлять перенос различных веществ через мембраны. Живые организмы никогда не бывают в состоянии равновесия-это касается как процессов, идущих в самих организмах, так и их взаимодействия с окружающей средой. Неживая материя, напротив, неспособна к целенаправленному использованию энергии для поддержания своей структуры и вьшолнения работы. Предоставленная самой себе, она постепенно раз- [c.12]

Становится все более очевидным, что перенос веществ через покровные ткани и мембраны происходит с участием различных механизмов [46]. Гипотеза активного переноса включает элементы как адсорбционной, так и диффузионной теории [32, 59]. Все процессы, которые объединяются общим названием активный перенос , характеризуются тем, что они функционируют за счет энергии обмена веществ, поставляемой в виде макроэргических связей и расходуемой на перемещение веществ против градиента концентраций [46]. Об активном поглощении и передвижении в [c.203]

Наложение электрического поля на баромембранные процессы существенно влияет на перенос вещества через мембрану и соответственно— на селективные свойства мембран [147—157]. Наблюдаемые при этом эффекты зависят от типа разделяемой системы, структуры мембраны, вида подводимого к мембране электрического поля (постоянный или переменный ток) и других факторов. [c.92]

Регуляция скорости поступления метаболитов в клетку. Лишь немногие вещества, подобно воде, свободно проникают мембраны посредством простой диффузии. На перенос веществ через мембрану влияют процессы двух типов. Концентрация многих растворимых метаболитов с низкой молекулярной массой выше в клетках, чем во внеклеточной крови или лимфе. Поэтому поступление таких метаболитов в клетки требует их переноса против концентрационного градиента. Активный транспорт, стало быть, представляет собой процесс с положительной ДС, для протекания которого требуется энергия в виде АТР. В других случаях перемещаемый материал движется внутрь по концентрационному градиенту, т. е. ДС отрицательна. Однако возможность такого пассивного транспорта обычно обусловлена специфическими механизмами мембраны (см. ниже). Эти транспортные системы не только обеспечивают постоянство внутриклеточного состава, но и принимают участие в процессах транспорта веществ через мембраны внутриклеточных органелл, например митохондрий (гл. 12). Ниже обсуждаются специфические аспекты транспортных процессов. [c.362]

Первый член отражает перенос растворенного вещества к поверхности мембраны в результате объемного течения второй член представляет обратный диффузионный поток в объем раствора, подчиняющийся закону Фика член в правой стороне уравнения выражает поток растворенного вещества через мембрану. Если мембрана непроницаема для растворенного вещества, В О и уравнение можно записать в интегральном виде [c.180]

Зеленые ткани растений своей окраской обязаны фотосинтетическому пигменту хлорофиллу, который в высоких концентрациях содержится в хлоропла-стах. Поглощение света хлорофиллом запускает в хлоропластах процессы переноса электронов, которые сопряжены с переносом протонов через мембраны тилакоидов и, как следствие, с запасанием энергии в биологически полезной форме (в виде молекул АТР) и восстановительных эквивалентов (в виде NADPH). Полученные таким путем АТР и ШОРН в свою очередь используются хлоропластами для превращения СО2 в сахара (см. гл. 9). При этом синтетическая активность хлоропластов такова, что позволяет фотосинтезирующим тканям экспортировать большие количества органических веществ во все остальные части растения. Эти вещества в основном представлены дисахаридом сахарозой, поэтому жидкость, заполняющая ситовидные трубки (флоэмный сок) содержит обычно от 10 до 25% сахарозы [c.178]

Осмос — это перенос растворителя через полупроницаемую мембрану. Движущей силой является разница между активностями растворителя в растворах, разделенных мембраной. Если одновременно происходит диффузия растворенного вещества, она стремится изменить дифференциал активности и снизить нормальный осмотический перенос. Осмос в чистом виде происходит только тогда, когда мембраны непроницаемы для растворенного вещества и проницаемы для растворителя. [c.7]

Перенос в биологических мембранах осуществляется агентами двух видов переносчиками и веществами с избирательной пропускной способностью. Очень близок к описанным ранее процессам перенос через мембраны с использованием промежуточного носителя. Механизм этого явления, показанный на рис. 5.13, состоит из следующих стадий [c.171]

Существует несколько форм транспорта веществ через митохондриальную мембрану. Прежде всего это пассивный транспорт незаряженных молекул, таких, как СО2, О2 и некоторые другие. Кроме того, в незаряженной форме через мембраны митохондрий проходят ионы аммония в виде аммиака и некоторые цвиттери-онные соединения, например цитруллин. Существуют специальные системы, обеспечивающие согласованный встречный транспорт анионов. Так, по-видимому, согласованно переносятся анионы НзРО и ОН" и ряд других пар анионов. Некоторые заряженные частицы предварительно превращаются в незаряженные молекулы, как это, например, имеет место при переносе ацильных остатков с помощью карнитина. Этот механизм избавляет митохондрии от необходимости транспортировать такие громоздкие заряженные молекулы, как ацильные производные кофермента А. [c.433]

Эти формулы или другие, выведенные на несколько иной основе, но также описывающие потоки воды, растворенных веществ и электричества, обеспечивают возможность детального количественного описания многих явлений, связанных с переносом через мембраны. В отличие от уравнений потоков воды и тепла в почве, где трудности, как мы видели, возникают в связи с нелинейностью зависимости от А (см. гл. 1 ), эти уравнения, по-видимому, практически линейны для большинства систем с переносом через мембраны, причем коэффициенты переноса остаются постоянными не только в первом приближении. Следует иметь в виду, особенно в отношении водного обмена в растительных клетках, что для значительного числа растворенных веществ и большинства клеточных мембран 1, и если вместо уравнения ( 1.22) использовать уравнение ( 1.3), то ошибка будет пренебрежимо малой. Однако для некоторых других веществ а<<1, и некритическое использование уравнения ( 1.3) может приводить в этих случаях к значительным погрешностям. [c.186]

Кроме этих видов переноса в особую группу выделяют специальные механизмы перемещения веществ, связанные с нарушением структурной целостности мембраны (эндо- и экзоцитоз). К ним относится высвобождение медиаторов в синапсах при возбуждении, перенос генетического материала через ядерную мембрану, деятельность бактериальных пермеаз, обеспечивающих перемещение олигопептидов через клеточную стенку. [c.101]

Перенос вещества (S) с помощью переносчика (С) через любую мембрану упрощенно можно представить себе в виде двух процессов диффузии в мембране комплекса ( S) в одном направлении и диффузии свободного переносчика в обратном направлении (рис. 53). Главным барьером для транспортируемого вещества служит сама мембрана. Поэтому можно принять, что у обеих поверхностей мембраны быстро устанавливается равновесие вещества и свободного переносчика с комплексом и, следовательно, [c.138]

Л. относятся к числу важных в биологич. отношении веществ, входящих в состав всех живых клеток. Нек-рые Л. в той или иной степени специфичны для определенных тканей или органов (напр., цереброзиды для мозговой ткани), другие (напр., нейтральные жиры) встречаются во всех тканях. Особенно богата Л. нервная ткань содержание фосфолипидов и гликолипидов в белом веществе мозга достигает 7,5—9,0% от веса ткани. Л. в живых организмах находятся в свободном или в связанном состоянии — в виде комплексов с белками липопротеидов и протеолипидов. Биохимич. и физиологич. функции отдельных групп Л. довольно разнообразны и далеко еще не изучены. Важнейшее физико-химич. свойство JI. — нерастворимость в воде — определяет их роль основного структурного элемента протоплазмы из Л. и липопротеиновых комплексов построены поверхностные мембраны клеток и клеточных органоидов — ядер, митохондрий, рибосом. Л., входящие в состав мембран, принимают непосредственное участие в процессах активного переноса через эти мембраны ионов и молекул различных веществ. Нейтральным жирам принадлежит важная роль источника энергии и экономичной формы, в к-рой организм запасает эту энергию. [c.487]

До сих пор мы говорили лишь об одном возможном механизме ионного транспорта, опосредованного переносчиками. Необходимо, однако, помнить о том, что суш,ествуют и многие другие способы переноса веш,еств через мембрану. На рис. 6.11 приведены некоторые важнейшие виды транспортных механизмов, обнаруженные в биологических мембранах. В левой части рисунка изображены простейшие способы переноса — пассивная диффузия ионов (1) и массовый поток жидкости (2). Далее следует пассивная диффузия, опосредованная переносчиком,— либо в одном направлении (3), либо в обоих (4). Весьма распространена такая пассивная диффузия, при которой перенос какого-либо вещества сопряжен с транспортом другого вещества так, во многих клетках осуществляется сопряженный перенос сахаров и аминокислот с Ма+ по градиенту концентрации этого иона (5). Наконец, существуют такие системы транспорта, для работы которых требуется энергия. К ним относятся насосы того типа, который мы только что рассмотрели (6) (источником энергии для работы таких насосов служат макроэргические фосфаты), и протонный насос (7), действующий во внутренней мембране митохондрий (см. гл. 4). Поставщиками энергии для работы протонного насоса служат дыхательные ферменты. Все эти механизмы действуют в биологических мембранах, но, кроме того, некоторые из них были воспроизведены и на искусственных мембранах, составленных из различных органических веществ. Это обстоятельство, открывающее широкие возможности для экспериментального анализа, свидетельствует о том, что особенности процессов переноса в значительной степени определяются свойствами органических молекул и макромолекулярных комплексов, образующих монослои или очень тонкие мембраны. [c.146]

Выброс паров органических веществ в воздух является серьезной экологической проблемой. Поскольку скорость переноса через некоторые мембраны сильно различается у азота (воздуха) и органических паров любого вида (см. гл. V и VI), для извлечения паров веществ и их повторного использования применяют мембранные процессы, особенно при больших концентрациях органических веществ в парах. Типичным примером высокого содержания органических веществ в парах [c.448]

Действие лекарственного вещества представляет собой результат его взаимодействия с клет1ами соответствующих тканей того или иного органа и, в конечном счете, всего организма. Следовательно, первый этап транспорта молекул летарственного вещества с поверхности всасывания начинается с проникновения его через клеточную мембрану и может протекать путем пассивного транспорта. Вид переноса вещества в этом случае зависит от строения и свойств клеточной мембраны (рис. 7.3). [c.115]

Гипотеза активированной диффузии. Рейд считает [115], что исследованные им ацетатцеллюлозные мембраны состоят из перемежающихся кристаллических и аморфных областей. В аморфных областях полимерные цепи длиной до 1,5 мкм (15 ООО А) и шириной 1,0—2,0 нм (10—20 А) уложены менее плотно что позволяет молекулам вбды внедряться в структуру полимера. При этом они ассоциируются с кислородом карбонильных групп ацетатцеллюлозы посредством водородных связей. Заполняющая аморфные области связанная вода не пропускает растворенные вещества, поскольку ее гидратационная способность утрачена при образовании водородных связей. Под действием давления через такую мембрану способна проходить только чистая вода (в аморфных областях), которая непрерывно образует и разрывает на своем пути водородные связи, как бы открывая и закрывая дырки . Поэтому Рейд [115] и назвал такой вид переноса воды активированной диффузией дырчатого типа. [c.84]

Простая диффузия осуществляется за счет теплового движения частиц в направлении градиента их концентраций, и ее скорость зависит от величины этого градиента, коэффициента диффузии, температуры, значения коэффициента распределения. Такой перенос веществ осуществляется через поры мембран в белоксодержащих участках, которые проницаемы для малых молекул (Н2О, мочевина, СО2, О2), или через липидный слой мембраны, служащий растворителем для гидрофобных веществ (простые и сложные эфиры, высшие спирты, жирные кислоты и др.). Перенос вещества с помощью простой диффузии прекращается, когда градиент концентрации становится равным нулю. Однако большинство веществ проникает через биомембраны с помощью специфических транспортных систем. Простейшим процессом такого вида транспорта является облегченная диффузия. [c.444]

Идея о том, что в мембранах для переноса электролитов могут использоваться вещества, образующие с соответствующими ионами растворимые в липидах комплексы, высказывалась в общем виде еще в 1930—1935 гг. В, Остергоутом, Однако впервые явление транспорта ионов через биологические мембраны по механизму переносчиков было обнаружено Б. Прессманом а 1964 г. В качестве такнх переносчиков он использоаал некоторые антибиотики, названные им ионофорами. Классическим представителем мембранных ионофоров является антибиотик депсипептидной природы — валиномицин. [c.591]

Испарение через мембрану осуществляется с помощью непористых полимерных мембран. Исходная жидкая смесь, подлежащая разделению, приводится в контакт с одной стороной селективно проницаемой мембраны, проникшие через мембрану вещества в виде пара удаляются с другой стороны мембраны. Низкие значения парциальных давлений проникающих через мембрану компонентов обеспечиваются путем создания вакуума со стороны паровой фазы или с помощью газа-носителя (см. раздел 18). В отличие от большинства других мембранных процессов, для проведения которых не требуется подвода тепла, процесс испарения через мембрану требует испарения части исходной жидкой смеси. Поэтому данный метод разделения целесообразно использовать для выделения из жидких смесей компонентов, содержащихся в небольших количествах. Разделение смеси достигается за счет того, что различные компоненты смеси переносятся через мембрану с различной скоростью. С помощью испарения через мембрану могут эффективно разделяться азеотропные жидкие смеси, проявляющие положительные отклонения от закона Рауля, разделение которых при помощи обычного процесса ректификации невозможно. В настоящее время испарение через мембрану используется главным образом для дегидратации, т. е. удаления воды из органических растворителей или их смсссй. [c.32]

В мембранных устройствах, действующих под давлением, веществ ва, содержащиеся в виде истинных растворов или коллоидных суспензий, вьщеляются либо методом ультрафильтрации, при которой вода проходит через поры (или дискретные отверстия в фильтрующей среде), а растворенные вещества задерживаются главным образом в соответствии с размером частиц, либо методом обратного осмоса — физико-химического процесса, в котором содержащиеся в растворе вещества задерживаются мембранами в соответствии с их химичео-кими характеристиками (а не их размером, который может быть того же порядка величины, что и размер молекул воды). В последнем случае жидкая фаза, с одной стороны, переносится через мембрану посредством образования и разрыва химических связей с определенными функциональными группами в мембране. Разность давления служит источником энергии дпя процесса переноса молекул воды. С другой стороны, растворенное в воде вещество практически нерастворимо в набухшей в воде мембране или диффундирует через нее чрезвычайно медленно. Поэтому соотношение между свойствами мембраны и химическими характеристиками и размерами частиц веществ, содержа]цихся в промышленных стоках, имеет су- [c.275]

Здесь коэффициент пропорциона п,ности В характеризует такие свойства мембраны, как природа материала, структура пор, пористость, распределение пор по размерам, толщина мембра . Разность парциальных давлений Др зависит только от разности температур по разные стороны от мембраны. В свою очередь, разность температур определяется гидродинамическими условиями осуществления процесса (т. е. скоростью жидкости с двух сторон от мембраны) и конструкцией модулей. От них будет зависеть так называемая температурная поляризация, которая приводит к уменьшению движущей силы процесса. При проведении процесса мембранной дистилляции вещество переносится через мембрану в виде пара. Тешюта, необходимая для парообразования, подводится к поверхности мембраны из объема жидкости. В результате температура будет понижаться по направлению к мембране. Разность температур жидкости вдали от поверхности мембраны и вблизи ее поверхности называется температурной поляризацией. Аналогичным образом со стороны бо.лее холодной жидкости температура будет понижаться в направлении от поверхности мембраны в сторону жидкости (рис. 15.6.4.2). Наличие гемнературной поляризации приводит к з меньщению перепада температур на мембране, т. е. уменьшает движущую силу процесса. [c.436]