OZMÓZIS. BIOFIZIKA I Október 25. Bugyi Beáta PTE ÁOK Biofizikai Intézet

OZMÓZIS

BIOFIZIKA I 2011. Október 25. Bugyi Beáta PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Áttekintés

1. Diffúzió – rövid ismétlés 2. Az ozmózis jelensége és leírása 4. A diffúzió és ozmózis orvos – biológiai jelentősége

OZMÓZIS

Diffúzió - áttekintés

OZMÓZIS

TRANSZPORTFOLYAMATOK ÁLTALÁNOS LEÍRÁSA ONSAGER EGYENLET  lineáris, irreverzibilis folyamatokra  adott kölcsönhatás: az extenzív fizikai mennyiség áramsűrűsége (J) egyenesen arányos az intenzív fizikai mennyiség gradiensével (X)

J  LX DIFFÚZIÓ  részecskék (atomok, molekulák, ionok) inhomogén eloszlása intenzív fizikai mennyiség gradiense: koncentráció (c), kémiai potenciál (μ)  részecskék véletlenszerű hőmozgása  részecskék transzportja a magasabb koncentrációjú régiók felől az alacsonyabb koncentrációjú régiók felé  részecskék eloszlása egyenletes

Diffúzió - áttekintés

OZMÓZIS

FICK I. TÖRVÉNYE térbeli leírás 1D-ban

FICK II. TÖRVÉNYE térbeli és időbeli leírás 1D-ban

c J  D x

c ( ) c  x D  x t

D: DIFFÚZIÓS EGYÜTTHATÓ

m2 [ D]  s kT D 6r

egységnyi koncentrációkülönbség esetén az egységnyi keresztmetszeten egységnyi idő alatt átáramló anyag mennyisége gömbszimmetrikus részecskére  hőmérséklet (T)  részecske tömege, geometriája (M, r)  közeg viszkozitása (η) D 10-5 – 10-12 m2/s

Az ozmózis jelensége

OZMÓZIS


OZMÓZIS 1. HATÁROLÓ FAL

NINCS TRANSZPORT


OZMÓZIS 2. NINCS HATÁROLÓ FAL

szabad DIFFÚZIÓ részecskék egyenletes eloszlása


OZMÓZIS

3. SPECIÁLIS HATÁROLÓFAL: SZEMIPERMEÁBILIS szemipermeábilis: féligáteresztő az oldószer kis molekuláit átengedi, de az oldott anyag nagy molekuláit nem  „szűrő” pl: állati eredetű hártyák, élő sejtek fala, lyukacsos agyaglemez, celofán

korlátozott DIFFÚZIÓ: OZMÓZIS


OZMÓZIS

határolófal típusa van átjárhatatlan nincs van féligáteresztő

anyag transzport NINCS szabad DIFFÚZIÓ korlátozott diffúzió OZMÓZIS

OZMÓZIS: diffúzió útján történő egyirányú anyagáramlás

Az ozmózis jelensége alacsony oldott anyag

OZMÓZIS magas oldott anyag

féligáteresztő hártya

koncentrációkülönbség + féligáteresztő hártya


J BE


J KI


koncentrációkülönbség + féligáteresztő hártya oldószer (víz) áramlása a féligáteresztő hártyán keresztül J BE  J KI


J BE


J KI

h


koncentrációkülönbség + féligáteresztő hártya oldószer (víz) áramlása a féligáteresztő hártyán keresztül J BE  J KI a töményebb oldat térfogatnövekedése (h) a töményebb oldatban megnövekedett nyomás: hidrosztatikai nyomás


J BE


J BE J KI

J KI

h


koncentrációkülönbség + féligáteresztő hártya oldószer (víz) áramlása a féligáteresztő hártyán keresztül J BE  J KI a töményebb oldat térfogatnövekedése (h) a töményebb oldatban megnövekedett nyomás: hidrosztatikai nyomás dinamikus egyensúly: az oldószer áramlására  OZMOTIKUS EGYENSÚLY J BE  J KI


J BE


J BE J KI

J KI

h


koncentrációkülönbség + féligáteresztő hártya oldószer (víz) áramlása a féligáteresztő hártyán keresztül J BE  J KI a töményebb oldat térfogatnövekedése (h) a töményebb oldatban megnövekedett nyomás: hidrosztatikai nyomás dinamikus egyensúly: az oldószer áramlására  OZMOTIKUS EGYENSÚLY J BE  J KI

Az ozmózis-nyomás alacsony oldott anyag

J BE


J BE J KI

J KI

h


OZMÓZIS-NYOMÁS az a nyomás, amelyet a tiszta oldószerrel féligáteresztő hártyán át kapcsolatban lévő oldatra kell kifejteni ahhoz, hogy dinamikus egyensúly jöjjön létre, azaz leálljon az ozmózis

pozmózis  gh

: sűrűség h: folyadékoszlop magassága g = 10 m/s2

Az ozmózis-nyomás

OZMÓZIS

híg oldatokra és tökéletes féligáteresztő hártyákra az ideális gáz állapotegyenlete

pozmózisV  nRT n pozmózis  RT V pozmózis  cRT

VAN’T HOFF-TÖRVÉNY

híg oldatok ozmózisnyomása közelítőleg akkora, mint amekkora nyomást az oldott anyag kifejtene, ha az oldattal azonos térfogatot ugyanazon a hőmérsékleten gáz alakban töltené ki

Az oldatok osztályozása az ozmotikus nyomás alapján

OZMÓZIS

IZOTÓNIÁS két különböző oldat ozmózisnyomása megegyezik: extra- és intracelluláris oldat azonos ozmotikus nyomású az emberi szervezet sejtjeinek oldatai a 0,87 % (n/n: mólszázalék, 0.15 M) NaCl oldattal azonos ozmózisnyomásúak  fiziológiás sóoldat

HYPERTÓNIÁS nagyobb ozmózisnyomás extracelluláris oldat magasabb ozmotikus nyomású, mint az intracelluláris  vízkiáramlás

HYPOTÓNIÁS kisebb ozmózisnyomás extracelluláris oldat alacsonyabb ozmotikus nyomású, mint az intracelluláris  vízbeáramlás

Vörösvértestek különböző környezetben

OZMÓZIS

pozmózis  0.8 106 Pa patm  105 Pa

Állati sejtek:

HYPERTÓNIÁS (töményebb: 10% NaCl)

passzív vízkiáramlás

IZOTÓNIÁS (0.9 % NaCl)

HYPOTÓNIÁS (hígabb: 0.01% NaCl)

passzív vízbeáramlás

Vörösvértestek különböző környezetben

HYPERTÓNIÁS

IZOTÓNIÁS (0.9 % NaCl)

HYPOTÓNIÁS

OZMÓZIS

Növényi sejtek különböző környezetben Növényi sejtek:

OZMÓZIS

pozmózis  0.4  4 106 Pa

HYPERTÓNIÁS

PLAZMOLÍZIS a sejtplazma vizet veszít, a sejthártya elválik a sejtfaltól

IZOTÓNIÁS

HYPOTÓNIÁS

TURGOR NYOMÁS a sejtplazma vizet vesz fel, a sejthártya nekipréselődik a sejtfalnak

Orvosi alkalmazások

OZMÓZIS

injekció, infúzió fiziológiás sóoldat ödémák, végtagi gyulladásos területek kezelése a testfolyadékhoz képest hipertóniás dextránoldat / keserűsó (MgSO4-oldat)  vízkiáramlás

hashajtó sók vastagbélből nehezen szívódnak fel, ott hipertóniás közeget hoznak létre, ami a bélbe történő vízvisszaáramlást idéz elő  béltartalom hígulása

Dialízis

OZMÓZIS

DIALÍZIS  különböző (makro)molekulákat egymástól elválaszthatunk féligáteresztő hártyákon keresztül történő ozmózissal  a féligáteresztő hártya pórusméretével szabályozható milyen molekulatömeg határig engedjen át

dialízis zsák szemipermeábilis hártya koncentrált oldat

t=0s

t

Orvosi alkalmazások HEMODIALÍZIS a vérben felhalmozódott oldható, a vese számára toxikus salakanyagok eltávolítása

fehérjebontási termékek sejtmérgek salakanyagok

OZMÓZIS

Féligáteresztő hártyák

OZMÓZIS

Az élő sejtek fala: sejtmembrán

membránfehérjék

extracelluláris tér

lipid kettősréteg

cytoplazma

Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül

Diffúzió biológiai jelentősége

SZÁLLÍTÁSI MECHANIZMUS SZERINT szállító molekula nélkül

diffúzió

szállító molekula segítségével

facilitált diffúzió csatorna karrier fehérjék

passzív transzport ENERGIAIGÉNY SZERINT

karrier fehérjék

aktív transzport

Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül Passzív transzport: DIFFÚZIÓ    

a részecske a koncentráció gradiensnek megfelelően mozog „közvetítő”: nincs energiaigény: nincs a transzport sebessége függ  két oldal közötti koncentrációkülönbségtől  hőmérséklettől  diffundáló anyag méretétől, alakjától  felület méretétől  távolságtól

hidrofób molekulák: O2, N2 kis méretű, poláris molekulák: CO2, víz, alkohol, urea, glicerin glükóz, szacharóz




Passzív transzport : FACILITÁLT DIFFÚZIÓ IONCSATORNÁN KERESZTÜL  a részecske a koncentráció- és elektromos potenciál gradiensnek megfelelően mozogelektrokémiai potenciál gradiens  energiaigény: nincs  „közvetítő”: ioncsatorna: transzmembrán fehérjék (pórusos térszerkezet)  zárt állapot: nincs transzport  nyitott állapot: anyagáramlás, az ion elektrokémiai gradiensének irányába  nyitott/zárt állapot szabályozása:  mechanoszenzitív (mechanikai hatás: nyújtás, nyomás)  feszültségfüggő (a membrán két oldala közötti feszültségkülönbség ld: akciós potenciál)  ligandvezérelt (a receptorhoz bekötődő ligandum)  szelektivitás: az ionok töltése és mérete szerint



Passzív transzport: FACILITÁLT DIFFÚZIÓ KARRIER-FEHÉRJÉK SEGÍTSÉGÉVEL  a részecske az oldott anyag a koncentráció gradiensnek megfelelően mozog  „közvetítő”: karrier-fehérjék (szállító, transzporter) az ionokat, molekulákat specifikusan kötik  energiaigény: nincs



Aktív transzport: FACILITÁLT DIFFÚZIÓ KARRIER-FEHÉRJÉK SEGÍTSÉGÉVEL  a részecske az oldott anyag a koncentráció gradiensnek megfelelően mozog  „közvetítő”: karrier-fehérjék (szállító, transzporter) az ionokat, molekulákat specifikusan kötik  energiaigény: van

OZMÓZIS. BIOFIZIKA I Október 25. Bugyi Beáta PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Recommend Documents