Проницаемость мембран для воды
Осмос. Если в цилиндр, который обладает свойствами полупроницаемой перегородки: через его стенки могут проходить молекулы воды, но для молекул растворенного вещества они непроницаемы, налить раствор какого-либо вещества, например, сахара, и погрузить цилиндр в воду, то выравнивание концентраций будет происходить только вследствие перемещения молекул воды. Последние в большем числе диффундируют в раствор, чем обратно, поэтому объем раствора будет постепенно увеличиваться, а концентрация сахара в нем уменьшаться. Такая односторонняя диффузия через полупроницаемую перегородку называется осмосом.
Вследствие осмоса объем раствора будет постепенно увеличиваться. Будет создаваться избыточное давление водяного столба (гидростатическое давление), измеряемое разностью уровней жидкости и противодействующее проникновению молекул воды в раствор. Когда гидростатическое давление достигнет определенной: величины, осмос прекратится — наступит равновесие. Гидростатическое давление станет равным тому давлению, которое служит количественной характеристикой осмоса, — осмотическому давлению раствора.
Осмос – диффузия вещества (растворителя) через полупроницаемую перегородку (мембрану), разделяющую чистый растворитель и раствор или два раствора различной концентрации.
Явления осмоса играют очень важную роль в жизни животных в растительных организмов. Оболочки клеток представляют собой перепонки, легко проницаемые для воды, но почти непроницаемые для веществ, растворенных во внутриклеточной жидкости. Проникая в клетки, вода создает в них избыточное давление, которое слегка растягивает оболочки клеток и поддерживает их в напряженном состоянии. Вот почему такие мягкие органы растения, как травянистые стебли, листья, лепестки цветов, обладают упругостью.
Осмос является также одной из причин, обусловливающих поднятие воды по стеблю растения, питание клеток и многие другие явления.
При измерениях осмотического давления различных растворов было установлено, что величина осмотического давления зависит от концентрации раствора и от его температуры, но не зависит ни от природы растворенного вещества, ни от природы растворителя. В 1886 г. Вант-Гофф показал, что для растворов неэлектролитов невысоких концентраций зависимость осмотического давления от концентрации и температуры раствора выражается уравнением (закон Вант-Гоффа):
P=CRT
Здесь Р — осмотическое давление раствора, кПа; С — его мольнообъемная концентрации (молярность), моль/л; R — универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/(моль-К); Т — абсолютная температура раствора.
2.3 Активный транспорт веществ
Активный транспорт - это перенос вещества из мест с меньшим значением электрохимического потенциала в места с его большим значением (рис. 2.8).
Активный транспорт в мембране сопровождается ростом энергии Гиббса, он не может идти самопроизвольно, а только в сопряжении с процессом гидролиза аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ), то есть за счет затраты энергии, запасенной в связях АТФ.
Рис. 2.8. Схема активного транспорта
Активный транспорт веществ через биологические мембраны имеет огромное значение. За счет активного транспорта в организме создаются градиенты концентраций, градиенты электрических потенциалов, градиенты давления и т.д., поддерживающие жизненные процессы, то есть с точки зрения термодинамики активный перенос удерживает организм в неравновесном состоянии, поддерживает жизнь.
Существование активного транспорта веществ через биологические мембраны впервые было доказано в опытах Уссинга (1949 г.) на примере переноса ионов натрия через кожу лягушки.