Реферат: Мембранное равновесие Доннана (Доклад)

Мембранноеравновесие, связанное с различием концентрации солей внутри и вне клеток,известно давно. В 1911 г. Ф. Доннан объяснил это явление, впоследствииназванное его именем.

Мембранное равновесие Доннана связано с переносомнекоторого количества вещества низкомолекулярного электролита внутрь пространства,содержащего полимер, и, вследствие этого, неравномерного распределенияконцентраций этого электролита по обе стороны полупроницаемой мембраны.

Пусть в некоторый начальный момент времени концентрацииионов низкомолекулярного и высокомолекулярного соединений по обе сторонымембраны распределяются следующим образом:

/>

Рис1.

В левой части сосуда, разделенного полупроницаемоймембраной, находится раствор полимера, который в результате диссоциации представленполикатионом R(Z+) и противоионом Cl–, концентрациикоторых равны соответственно C1 и ZC1. В левой части –раствор низкомолекулярного электролита, например KCl, с концентрацией С2,диссоциирующий на К+ и Cl–.  При установлении равновесиявследствие диффузии в такой системе малые ионы K+ перемещаютсяпреимущественно из правой части сосуда в левую. Макрокатионы R(Z+)не могут проникать через мембрану, поэтому для сохранения электронейтральностивместе с катионами K+ справа налево происходит перемещение избыточногочисла анионов Cl–.   В результате этих процессов концентрациянизкомолекулярного электролита в растворе ВМС повышается:

/>

Рис 2.

Условием равновесия является равенство произведенийконцентраций электролитов в левой и правой части сосуда,  разделенного полупроницаемоймембраной:

[K+]внутр.[Cl–]внутр.= [K+]внеш.[Cl–]внеш.

          Подставляя обозначения изрис.2, имеем уравнение:

X (ZC1 + X)= (C2 – X)2

          Решая это уравнение относительно X,получаем:

    C22

/>X =                                .

    ZC1 +2C2

          Это и есть уравнение Доннана,которое показывает количество низкомолекулярного  вещества, переносимого в фазуВМС через полупроницаемую мембрану. Из него следует вывод, чтонизкомолекулярный электролит распределяется неравномерно по обе сторонымембраны. Перенос вещества всегда существует из внешнего раствора вовнутренний, в результате чего во внутреннем растворе наблюдается более высокаяконцентрация переносимых электролитов по сравнению с внешним раствором. Этим жеобъясняется некоторый избыток осмотического давления в растворах, содержащихВМС и электролиты.

          Если концентрациянизкомолекулярного электролита намного больше концентрации полимера (С2>> C1), то X = C2/2, т.е. при малыхконцентрациях макроионов и больших концентрациях малых ионов наблюдаетсяравномерное распределение малых ионов по обе стороны мембраны.

          При обратном соотношенииконцентраций (C2 << C1), XZC1 = C22,откуда следует, что перенос X очень мал и обратно пропорционален величине ZC1.

          Осмотическое давлениераствора в левом отсеке складывается из осмотического давления, обусловленногоприсутствием ВМС и низкомолекулярного соединения:

p1= p1(ВМС) + p1(НМС) – p2(НМС).

          Та часть осмотическогодавления крови, которая создается растворенными в ней белками, называется онкотическимдавлением. Хотя по абсолютной величине оно, как правило, незначительно(например, для плазмы крови на долю осмотического давления, создаваемогорастворами белков приходится всего лишь 0,5 – 1 %), эта составляющая имеет большое физиологическое значение.

          Все биологические мембраныполупроницаемы: в нормальных условиях проницаемы для неорганических солей иводы и непроницаемы для белков и полисахаридов. Этот эффект является одной изпричин неравномерного распределения ионов вне и внутри клетки.