Диффузия. Обмен веществ с помощью диффузии. Сущность диффузии.
Простейшим процессом перемещения вещества является диффузия. В растворах (или газах) атомы и молекулы перемещаются свободно, а разность концентраций уравновешивается благодаря диффузии. Рассмотрим два объема, заполненные жидкостью или газом (рис. 1.3), в которых вещества имеют концентрации c1 и с2 и разделены слоем с площадью поверхности А и толщиной d. Поток вещества m за время t описывается первым законом диффузии Фика:
где D-коэффициент диффузии, постоянный для данного вещества, растворителя и температуры. В более общем виде для разности концентраций dc на расстоянии dx
поток через сечение А пропорционален градиенту концентрации dc/dx. Знак «минус» возникает в уравнении потому, что изменение концентрации по направлению х-отрицательно.
Диффузия-это наиболее важный процесс, благодаря которому большая часть молекул в водных растворах перемещается на небольшие расстояния. Это относится и к их движению в клетке постольку, поскольку диффузии не препятствуют мембраны. Множество веществ могут свободно диффундировать через липидные мембраны, в особенности вода и растворенные газы, такие, как 02 и С02. Жирорастворимые вещества также хорошо диффундируют через мембраны; это касается и полярных молекул достаточно малого размера, таких, как этанол и мочевина, тогда как сахара проходят через липидный слой с трудом. Вместе с тем липидные слои практически непроницаемы для заряженных молекул, в том числе даже для неорганических ионов.
Для неэлектролитов уравнение диффузии (1) обычно преобразуют, соединяя характеристки мембраны и диффундирующего вещества в один параметр - проницаемость (Р):
На рисунке сравниваются проницаемости (Р) липидной мембраны для различных молекул.