60. Явление диффузии. Уравнение Фика.

Диффу́зия — процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, из области большей концентрации в область меньшей концентрации, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму. Д. возникает при наличии в среде градиента концентрации (или химического потенциала). Наиболее быстро Д. происходит в газах, медленнее в жидкостях, ещё медленнее в твёрдых телах, что обусловлено характером теплового движения частиц в этих средах. Через единичную площадку в неоднородной среде проходит за единицу времени безвозвратный поток вещества в сторону меньшей концентрации — диффузионный поток j. Он равен разности между числами частиц, пересекающих площадку в том и др. направлениях, и потому пропорционален градиенту концентрации ∇С (уменьшению концентрации С на единицу длины). Эта зависимость выражается законом Фика (1855):

j = -D∇C.

61. Строение и модели клеточных мембран.

Биологические мембраны образуют наружную оболочку всех животных клеток и формируют многочисленные внутриклеточные органеллы.

Толщина мембраны несколько нанометров. Мембраны в основном состоят из липидов и белков, количество которых неодинаково у разных типов клеток. Сложность изучения молекулярных механизмов функционирования клеточных мембран обусловлена тем, что при выделении и очистке клеточных мембран нарушается их нормальное функционирование. В настоящее существует несколько моделей клеточной мембраны, среди которых наибольшее распространение получила жидкостно-мозаичная модель:  мембрана представлена бислоем фосфолипидных молекул, ориентированных таким образом, что гидрофобные концы молекул находятся внутри бислоя, а гидрофильные головки на­правлены в водную фазу. Такая структура идеально подходит для образования раздела двух фаз: вне- и внутриклеточной. Эта модель демонстрирует структуру размещения протеинов внутри или на биполярном слое липидов. Размещаются протеины в хаотичном порядке, при этом получается мозаика протеинов. За счет протеинов осуществляется проницаемость, активный транспорт через мембрану, генерация электрического потенциала.

Мембраны выполняют две функции: матричную – являются основой для удержания белков и барьерную – защищают клетку от проникновения чужеродных частиц.

 

62. Физические свойства биологических мембран.

С одной стороны мембрана ведет себя как жидкость, с другой стороны, мембрана – это упорядоченная структура. Следовательно, фосфолипиды в мембране находятся в жидкокристаллическом состоянии. Вязкость липидного слоя больше вязкости воды, примерно равна вязкости масла. Поверхностное натяжение меньше, чем у воды. При измнении температуры в мембране происходят фазовые переходы: плавление липидов при нагревании и кристаллизация при охлаждении. Жидкокристаллическое состояние имеет меньшую вязкость и большую растворимость, чем твердое состояние. Толщина жидкокристаллического слоя меньше, чем твердого. Структура молекул в жидком и твердом состоянии различна. В жидкой фазе молекулы фосфофлипидов могут образовывать полоски, в которые способны внедряться молекулы диффундирующего вещества. Двойной фосфолипидный слой уподобляет мембрану конденсатору, электроемкость 1 мм² состовляет 5-13 нФ.