Тархалт. Түүний практик үнэ цэнэ. Эйнштейний тэгшитгэл. Дундаж шилжилт ба тархалтын коэффициент хоорондын хамаарал. Фикийн тэгшитгэл. Мембранаар бодисыг идэвхгүй тээвэрлэх. Теорелийн тэгшитгэл. Фикийн тэгшитгэл Фикийн диффузийн тэгшитгэл
Фикийн тэгшитгэл
Ихэнх практик тохиолдолд химийн потенциалын оронд С-ийн концентрацийг ашигладаг.Химийн потенциал нь логарифмын хуулийн дагуу концентрацтай холбоотой байдаг тул өндөр концентрацитай үед μ-ийг С-ээр шууд солих нь буруу болно. Хэрэв бид ийм тохиолдлыг авч үзэхгүй бол дээрх томьёог дараах байдлаар сольж болно.
Энэ нь J бодисын урсгалын нягт нь D диффузийн коэффициент ба концентрацийн градиенттай пропорциональ байгааг харуулж байна. Энэ тэгшитгэл нь Фикийн анхны хуулийг илэрхийлдэг (Адольф Фик нь 1855 онд тархалтын хуулиудыг үүсгэсэн Германы физиологич юм). Фикийн хоёр дахь хууль нь концентрацийн орон зайн болон цаг хугацааны өөрчлөлттэй холбоотой (тархалтын тэгшитгэл):
Диффузын коэффициент D нь температураас хамаарна. Хэд хэдэн тохиолдолд, өргөн температурын мужид энэ хамаарал нь Аррениусын тэгшитгэл юм.
Тархалтын процесс нь байгальд маш чухал ач холбогдолтой:
Амьтан, ургамлын хоол тэжээл, амьсгал;
Хүний эд эсэд цуснаас хүчилтөрөгч нэвтрэх.
Идэвхгүй тээвэрлэлт
Идэвхгүй тээвэрлэлт гэдэг нь бодисыг цахилгаан химийн потенциал ихтэй газраас бага утгатай газар руу шилжүүлэх явдал юм.
Хиймэл липидийн давхар давхаргатай хийсэн туршилтаар молекул бага байх тусам устөрөгчийн холбоо бага байх тусам мембранаар илүү хурдан тархдаг болохыг тогтоожээ. Тиймээс молекул нь бага байх тусам өөхөнд уусдаг (гидрофобик эсвэл туйлшгүй) байх тусам мембраныг илүү хурдан нэвтрүүлэх болно. Мембран дахь концентрацийн градиентээс болж липидийн давхар давхаргад бодисын тархалт үүсдэг. Өөх тосонд уусдаггүй бодисын молекулууд ба усанд уусдаг гидрат ионууд (усны молекулуудаар хүрээлэгдсэн) липид ба уургийн нүхээр дамжин мембраныг нэвт шингээдэг. Жижиг туйлтгүй молекулууд амархан уусдаг бөгөөд хурдан тархдаг. Жижиг хэмжээтэй цэнэггүй туйлтай молекулууд нь бас уусдаг, сарнидаг.
Хамгийн чухал нь ус нь өөх тосонд харьцангуй уусдаггүй ч липидийн давхар давхаргад маш хурдан нэвтэрдэг. Энэ нь түүний молекул нь жижиг, цахилгаан саармаг байдагтай холбоотой юм.
Осмос гэдэг нь усны молекулуудын хагас нэвчилттэй мембранаар (ууссан бодисыг нэвчих ба ус нэвчдэг) ууссан бодисын бага концентрацитай газраас өндөр концентрацитай газар руу давуу эрхээр шилжих явдал юм. Осмос гэдэг нь нэг ёсондоо усыг их төвлөрсөн газраас ус бага төвлөрсөн газар руу тараах энгийн үйл явц юм. Осмос нь биологийн олон үзэгдэлд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Осмосын үзэгдэл нь гипотоник уусмал дахь эритроцитуудын цус задралыг үүсгэдэг.
Тиймээс мембран нь энгийн тархалтаар ус болон туйлшгүй молекулуудыг дамжуулж чаддаг.
Хөнгөвчлөх тархалт ба энгийн хоёрын ялгаа
- 1) тээвэрлэгчийн оролцоотой бодисыг шилжүүлэх нь илүү хурдан явагддаг;
- 2) хөнгөвчлөх тархалт нь ханасан шинж чанартай байдаг: мембраны нэг тал дахь концентраци нэмэгдэх тусам бодисын урсгалын нягт нь бүх зөөгч молекулууд аль хэдийн эзлэгдсэн байх үед зөвхөн тодорхой хязгаар хүртэл нэмэгддэг;
- 3) зөөвөрлөгчөөс өөр өөр бодис шилжүүлсэн тохиолдолд шилжүүлсэн бодисын өрсөлдөөн ажиглагдаж байна; зарим бодисыг бусдаас илүү сайн тэсвэрлэдэг, зарим бодисыг нэмснээр бусдыг тээвэрлэхэд хүндрэлтэй байдаг; Тиймээс сахаруудын дунд глюкоз нь фруктозоос, фруктоз нь ксилозоос, ксилоз нь арабинозоос илүү сайн тэсвэрлэдэг. гэх мэт;
- 4) хөнгөвчлөх тархалтыг блоклодог бодисууд байдаг - тэдгээр нь зөөвөрлөгч молекулуудтай хүчтэй цогцолбор үүсгэдэг, жишээлбэл, флоридзин нь биологийн мембранаар элсэн чихрийн тээвэрлэлтийг саатуулдаг.
Хатуу бодис дахь процессууд.
Диффузын тодорхойлолт. Фикийн нэг ба хоёрдугаар тэгшитгэл.
Диффузийг концентрацийн градиентийн нөлөөн дор үүсэх бодисыг системийн нэг хэсгээс нөгөөд шилжүүлэх үйл явц гэж тодорхойлъё. Гэхдээ концентрацийн градиент нь чухал боловч систем дэх бодисыг шилжүүлэх цорын ганц шалтгаан биш гэдгийг анхаарна уу.
Нэг төрлийн ба изотроп хатуу биет дэх бие биетэйгээ харилцан үйлчилдэггүй (гадны хүч байхгүй үед) бөөмсийн чөлөөтэй тархалтаар тархалтын хэсгүүдийн урсгал https://pandia.ru/text/80/099/images/image002_18 .gif" width="53" height ="25 src="> (нэг хэмжээст тохиолдолд). Тэдний хоорондын холбоог Фикийн нэгдүгээр хуулиар тодорхойлно.
атомын тархалтын коэффициент хаана байна. (10.1) илэрхийллээс бид тархалтын коэффициентийг өгөгдсөн нөхцөлд концентрацийн зөрүүг тэг болгох системийн хурдаар тодорхойлж болно. Илэрхийлэл дэх хасах тэмдэг нь атомын урсгал нь өндөр концентрацитай бүсээс бага концентрацитай бүс рүү чиглэсэн гэсэн үг юм. Гурван хэмжээст бодлогын хувьд эхний Фикийн тэгшитгэл нь дараах хэлбэртэй байна.
гэж бичсэн Набла оператор хаана байна 
.
Хэрэв тархалтын коэффициент нь хайлшлах хэсгүүдийн концентрацаас хамааралгүй бол бөөмийн урсгалын тасралтгүй байдлын тэгшитгэл хэлбэрээр тархалтын үед бодисыг хадгалах хуулийг хэрэглэх нь хоёр дахь Фикийн тэгшитгэл рүү шилжих боломжийг олгодог. Биеийн янз бүрийн цэгүүд дэх тархах хэсгүүдийн концентраци ба тархалтын хугацаа:
3D хэргийн хувьд:
https://pandia.ru/text/80/099/images/image010_8.gif" width="88" height="48">, (10.4)
гэж бичсэн Лаплас оператор хаана байна 
.
Фикийн хоёр дахь хуулийг материйн хадгалалтын хууль болох тасралтгүй байдлын тэгшитгэл хэлбэрээр бичиж болно.
. (10.5)
Бодисын урсгалын нягтын хэмжээ нь концентрацийн хэмжээнээс хамаарна..gif" width="219" height="48">.
Тархалтын гол үзүүлэлтүүдийн нэг нь (10.1) тэгшитгэл дэх бодисын урсгал ба концентрацийн градиент хоорондын пропорциональ хүчин зүйл болгон нэвтрүүлсэн тархалтын коэффициент юм. Тархалтын туршилтын нөхцлөөс хамааран хэд хэдэн төрлийн диффузийн коэффициент байдаг.
1. Хязгааргүй уусдаг хоёр дээж нэг нэгээр нь хүрэлцэх үед харилцан тархалтыг тайлбарлахын тулд харилцан диффузийн коэффициентийн ойлголтыг ашиглана уу https://pandia.ru/text/80/099/images/image017_4.gif" width="21" өндөр=25" өндөр ="25">, хэрэв бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн дотоод тархалтын коэффициентүүд өөр хоорондоо тэнцүү бол харилцан тархалтын коэффициенттэй тэнцүү, өөрөөр хэлбэл.gif" width="17" height="19 src="> болон ).
3. Нэмж дурдахад, хайлшийн бүрэлдэхүүн хэсгийн хөдөлгөөнийг хэсэгчилсэн тархалтын коэффициентээр тодорхойлж болох бөгөөд үүнийг дараах байдлаар оруулсан болно.
. (10.6)
Хэсгийн коэффициентийг дотоод болон харилцан тархалтын аль алинд нь тодорхойлж болно. Өнөөг хүртэл нэвтрүүлсэн бүх коэффициентууд нь гетеродиффузын (химийн тархалтын) коэффициентүүд, өөрөөр хэлбэл зөвхөн концентрацийн градиент байгаа тохиолдолд тохиолддог ийм тархалт юм.
Бодит талст дахь диффуз нь дөрвөн үндсэн механизмын улмаас үүсдэг.
1. Тохиромжтой талстуудын хувьд тархалтын процесс нь бодисын хөрш атомуудын хоорондын энгийн солилцоог агуулдаг. Энэ тохиолдолд их хэмжээний энерги зарцуулах шаардлагатай (хөрш зэргэлдээх торны атомуудын хоорондох холболтын энергийн дарааллаар).
2. Завсрын хольц нь системд тодорхой концентрацитай согог байдаг тул атомуудын завсрын дагуух хөдөлгөөнөөр тодорхойлогддог.
3. Хоосон орон зайны тархалтын механизмаар хөрш атомуудын аль нэг нь ойролцоох сул орон зайг эзэлдэг. Тэнцвэрийн байрлалын эргэн тойронд дулааны чичиргээ хийдэг зарим атомууд нь дундаж холболтын энергиэс хамаагүй өндөр энергитэй байдаг тул сул орон зай үүсч болно. Ийм атомууд торны хэсгүүдийг завсрын орон зайд орхиж, хоосон орон зай үүсгэдэг. Ийм хоосон орон зай нь болорыг бусад атомуудаар дараалан дүүргэх замаар хөдөлдөг.
4. Атом хамгийн ойрын хөршүүдийн аль нэгийг завсар руу түлхэж, торонд байр сууриа эзлэх үед завсараар тархах нь мөн шилжилтээр боломжтой байдаг.
Тиймээс бид хатуу биетүүдэд дулааны хөдөлгөөний улмаас бөөмс тасралтгүй холилдож байгааг харж байна..gif" width="120" height="52">, (10.7)
тархалтыг идэвхжүүлэх энерги хаана байна; - тогтмол, торны сайтууд дахь атомуудын байгалийн хэлбэлзлийн үетэй тэнцүү хэмжээтэй байна https://pandia.ru/text/80/099/images/image029_2.gif" width="109" height="25 src" =">, хаана - https://pandia.ru/text/80/099/images/image032_1.gif" width="15" height="20"> дахь идэвхжүүлэх энерги нь атомын чичиргээний шинж чанараас хамаарна.
Ихэнх тохиолдолд хатуу биет дэх тархалтын коэффициент нь Аррениусын тэгшитгэл хэлбэртэй хуулийн дагуу температур нэмэгдэх тусам нэмэгддэг.
, (10.8)
Энд нь хязгааргүй өндөр температурт тархалтын коэффициенттэй тоон хувьд тэнцүү байх экспоненциалын өмнөх хүчин зүйл (фактор).
Поликристалл металлын хальсан дахь тархалтын процесс нь металл хоорондын нэгдлүүд үүсэхэд хүргэдэг. Энэ тохиолдолд тэдгээрийн шинж чанарт дараахь өөрчлөлтүүдийг ялгаж болно.
1. Металл давхаргууд үүсдэг бөгөөд тэдгээрийн бүтэц нь олон тооны согогтой бөгөөд тэдгээрээр дамжуулан хольц, хий тархах боломжтой байдаг.
2. Металл болон нэгдлүүдийн хатуу уусмал үүссэнээс метал хальсны электрон шинж чанар өөрчлөгддөг.
3. Шилжилтийн давхаргын зузаан, найрлага өөрчлөгдөнө.
4. Интерфэйсээр дамжих металлууд жигд бус харилцан тархаж байгаагаас металлын давхарга болон шилжилтийн давхаргад нэгэн төрлийн бус байдал үүсэх боломжтой.
Дээр дурдсан процессууд нь цахилгааны үзүүлэлтүүдийн доройтолд хүргэдэг бөгөөд бүтцэд тархсан бодисын хэмжээнээс хамаарна. Тиймээс бүтэц дэх сарнисан хольцын концентрацийн тархалтын процессын цаг хугацаа, температураас хамаарах хамаарлыг олох чадвартай байх нь онцгой чухал юм. Үүнийг Фикийн хоёр дахь тэгшитгэл эсвэл диффузийн тэгшитгэлийг шийдэх замаар хийж болно.
Тархалтын тэгшитгэл нь хэсэгчилсэн дифференциал тэгшитгэл бөгөөд түүнийг шийдвэрлэхийн тулд тархах бодисын концентраци болон анхны тархалтаар хангагдах ёстой анхны болон хилийн нөхцлүүдийг томъёолох шаардлагатай. Эдгээр нөхцлүүд нь тархалтын үйл явц тохиолдох тодорхой нөхцөл байдалд дүн шинжилгээ хийсний үндсэн дээр тодорхойлогддог. Хатуу биет доторх концентраци нь координат ба цаг хугацааны тасралтгүй функц бөгөөд түүний анхны дериватив нь цаг хугацааны хувьд, координатын хувьд эхний ба хоёр дахь дериватив бөгөөд https://pandia.ru/ гэдгийг энд тэмдэглэх нь зүйтэй. text/80/099/images/image039.gif "width="132" height="31"> дур зоргоороо байж болох ч ихэнхдээ энэ функц тогтмол эсвэл тэгтэй тэнцүү байдаг. Хилийн нөхцлийн хувьд (гадаргуу дээрх нөхцөл) , ихэвчлэн тархалтын асуудалд аль эсвэл гадаргуу дээрх концентраци эсвэл https урсгалыг зааж өгдөг ://pandia.ru/text/80/099/images/image042.gif" width="45" height="20"> шилжилт, the гүнийг микрометрийн фракцын нарийвчлалтайгаар хянадаг.
тестийн асуултууд
1. Тархалт гэж юу вэ?
2. Фикийн анхны тэгшитгэл хэрхэн бичигдсэн бэ?
3. Хоёр дахь Фикийн тэгшитгэл хэрхэн бичигдсэн бэ?
4. Тархалтын коэффициент гэж юу вэ?
5. Тархалтын коэффициентийн төрлүүд юу вэ?
6. Хатуу биет дэх тархалтын коэффициентийн өөрчлөлтийн температураас хамаарах хамаарлыг хэрхэн бичсэн бэ?
7. Харилцан тархах процессууд болон металл хоорондын нэгдлүүд үүсэх нь металл хальсны шинж чанарыг хэрхэн өөрчилдөг вэ?
8. Диффузын тэгшитгэлийг шийдвэрлэхдээ анхны концентрацийн тархалт ба хилийн нөхцөлийг (гадаргуу дээрх нөхцөл) хэрхэн тогтоох вэ?
Мембранаар дамжуулан бодисыг тээвэрлэх бүх төрлийг хувааж болно идэвхгүй ба идэвхтэй тээвэрлэлт. Бодисын идэвхгүй тээвэрлэлт нь эрчим хүчний хэрэглээгүйгээр хийгддэг тээвэрлэлтийн төрөл юм. Дараах төрлүүд байдаг идэвхгүй тээвэрлэлтэс, эдэд агуулагдах бодисууд : диффуз, осмос, электроосмос ба хэвийн бус осмос, шүүлтүүр.
F - бодисын урсгал, c - түүний концентраци, m - цахилгаан химийн потенциал, u - хөдөлгөөн, D - тархалт, u=D/RT. Дараа нь жагсаасан хэмжигдэхүүнүүдийн хоорондын хамаарлыг Теорелийн тэгшитгэлийг ашиглан олж болно.
Ф = - u dm/dx-тэй (1)
Теорелийн тэгшитгэлийн дагуу F бодисын урсгал нь тээвэрлэгчийн концентраци, хөдөлгөөн ба түүний цахилгаан химийн потенциалын градиентийн үржвэртэй тэнцүү байна. Хасах тэмдэг нь урсгал нь м-ийг бууруулах чиглэлд чиглэж байгааг харуулж байна.
Концентрацийн градиент байгаа тул бодисын идэвхгүй тээвэрлэлтийн гол механизм нь диффуз юм. Тархалт- энэ нь молекулуудын дулааны эмх замбараагүй хөдөлгөөний үр дүнд өндөр концентрацитай газраас бага концентрацитай хэсэг рүү бодис нэвтрэн орох аяндаа явагддаг үйл явц юм. Фик тархалтын үйл явцын математик тайлбарыг өгсөн. Фикийн хуулийн дагуу диффузын хурд dm/dt нь концентрацийн градиент dC/dx ба тархалт явагдах S талбайтай шууд пропорциональ байна.
Ф = дм/дт = - DS dC/dx (2)
Энд F нь бодисын урсгал бөгөөд нэгж хугацаанд өгөгдсөн талбайд тархаж буй бодисын хэмжээтэй тэнцүү байна. Урсгалын нягт j \u003d F / S нь нэгж хугацаанд нэгж талбайд тархаж буй бодисын хэмжээ юм.Тархалтын хурд нь тухайн талбайд нэгж хугацаанд тархаж буй бодисын хэмжээ (мэнгэ эсвэл бусад нэгжээр) гэж ойлгогддог. Концентрацийн градиент нь бодисын концентрацийн С-ийн нэгж уртад тархах чиглэлд өөрчлөлтийг хэлнэ. (2) тэгшитгэлийн баруун талд байгаа хасах тэмдэг нь бодисын өндөр концентрацитай бүсээс бага концентрацийн бүс рүү тархалт явагддагийг харуулж байна. Пропорциональ хүчин зүйл Д(2) тэгшитгэлийн тархалтын коэффициент гэж нэрлэдэг. Үүний физик утгыг олоход хялбар байдаг S ба dC/dxэв нэгдэлтэй тэнцэнэ. Тархалтын коэффициент нь нэгтэй тэнцүү концентрацийн градиентийн нэгж талбайд нэгж хугацаанд тархаж буй бодисын хэмжээтэй тоон хувьд тэнцүү байна. Тархалтын коэффициент нь бодисын шинж чанар, температураас хамаарна. Энэ нь бодисын тархах чадварыг тодорхойлдог.
Эсийн мембраны концентрацийн градиентийг тодорхойлоход хэцүү байдаг тул эсийн мембранаар дамжуулан бодисын тархалтыг тодорхойлоход хялбар тэгшитгэлийг ашигладаг.
dm / dt \u003d - PS (C 1 - C 2) (3), энд P \u003d D / d
энд C 1 ба C 2 нь мембраны эсрэг талд байгаа бодисын концентраци; R -нэвчүүлэх коэффициент нь тархалтын коэффициенттэй төстэй, d нь мембраны зузаан. Зөвхөн бодисын шинж чанар, температураас хамаардаг тархалтын коэффициентээс ялгаатай нь P нь мембраны шинж чанар, түүний үйл ажиллагааны төлөв байдлаас хамаарна.
Энгийн бөгөөд хялбар тархалт.
Тархалт- энэ нь молекулуудын дулааны эмх замбараагүй хөдөлгөөний үр дүнд өндөр концентрацитай газраас бага концентрацитай хэсэг рүү бодис нэвтрэн орох аяндаа явагддаг үйл явц юм.
Бодисын идэвхгүй дамжуулалтын хэд хэдэн төрөл байдаг (тархалт):
1. энгийн тархалт.
2. нүх сүвээр дамжих.
3. тээвэрлэгч (хөдөлгөөнт болон реле дамжуулах) ашиглан тээвэрлэх.
Энгийн тархалтыг дараах хамаарлаар илэрхийлнэ (Фикийн тэгшитгэл):
J \u003d (dm / dt) / S \u003d -D (dС / dx), энд j - бодисын урсгалын нягт, (dС/dx) - концентрацийн градиент, D - тархалтын коэффициент. Энэ тэгшитгэл нь тодорхой хугацаанд (t) болон мэдэгдэж буй талбайгаар (S) эсэд орж ирсэн бодисын хэмжээг (m) тооцоолох боломжтой болгодог: m = j t S.
Сүүлийн хоёр төрлийн тархалтыг хөнгөвчлөх гэж ангилдаг, учир нь. энэ төрлийн тээврийн хэрэгслээр зөөвөрлөх бодисын хэмжээ хамаагүй их байна.
Хэрэв молекулуудтархах бодисууд бусад молекулуудтай нэгдэл үүсгэхгүйгээр хөдөлдөг бол ийм тархалтыг гэнэ. энгийн.
Хөнгөвчлөх тархалтЭнэ нь мембранаар сул тархдаг бодисыг мембранд хөдөлгөөнт эсвэл бэхэлсэн зөөвөрлөгчдийн тусламжтайгаар дамжуулж байгаа явдал юм. Хөнгөвчлөх диффузийн нэг хувилбар нь солилцооны тархалт бөгөөд энэ нь туслах бодис нь тархах бодистой нэгдэл үүсгэж, мембраны өөр гадаргуу руу шилжих явдал юм. Мембраны нөгөө гадаргуу дээр нэвтэрч буй бодисын молекул ялгарч, түүний оронд ижил бодисын өөр молекул нийлдэг. Жишээлбэл, эритроцит натри нь солилцооны тархалтаас болж цусны сийвэнгийн натри руу хурдан солигддог нь тогтоогдсон.
Цахилгаан тархалт. Нернст-Планкийн тэгшитгэл.
Зөвхөн төвийг сахисан бодисууд төдийгүй янз бүрийн туйлшралтай ионууд тархалтад оролцдог тул Нернст, Планк нар дараахь томъёог санал болгосон.
F = -uRT (dc/dx) - cuz F (dj/dx)
Үүнд: u = D/RT (молекулын хөдөлгөөн гэж нэрлэдэг)
R нь бүх нийтийн хийн тогтмол;
T - үнэмлэхүй температур;
c - бодисын концентраци;
z - валент;
F - Фарадей дугаар;
(dc/dx), (dj/dx) - концентрацийн градиент ба боломжит градиент (цахилгаан эрчимтэй ижил).
Энэ тэгшитгэлийг Теорелийн тэгшитгэлээс гаргаж авсан: Ф \u003d -cu (dm / dx),энд m нь цахилгаан химийн потенциал.
ШИЛЖҮҮЛЭХ ЕРӨНХИЙ ТЭГШИГЧИЛГЭЭ. ТАРХАЛТ. FICK TEKNOLOJI
| Параметрийн нэр | Утга |
| Нийтлэлийн сэдэв: | ШИЛЖҮҮЛЭХ ЕРӨНХИЙ ТЭГШИГЧИЛГЭЭ. ТАРХАЛТ. FICK TEKNOLOJI |
| Рубрик (сэдэвчилсэн ангилал) | Спорт |
Амьдралын зайлшгүй нөхцөл бол бодисыг биологийн мембранаар дамжуулан эс рүү болон гадагшлуулах явдал юм. Үүний зэрэгцээ мембран нь шууд эсрэг хоёр үүргийг гүйцэтгэдэг: эсийг гадны бодисоос хамгаалдаг саад, бодисын солилцоо, биопотенциал ба мэдрэлийн импульс үүсгэх, биоэнергетик гэх мэт шаардлагатай бүх үйл явцыг хангадаг тээвэрлэлт. .
Физикийн хувьд шилжүүлгийн нэр томъёог эргэлт буцалтгүй үйл явц гэж ойлгодог бөгөөд үүний үр дүнд физик системд масс, импульс, энерги, цэнэг эсвэл бусад физик хэмжигдэхүүнүүдийн орон зайн хөдөлгөөн (шилжилт) үүсдэг. Бөөмүүд нь физик шинж чанараа шилжүүлдэг: масс, импульс, энерги, цэнэг гэх мэтийг өөр газар руу шилжүүлдэг гэдгийг ойлгох хэрэгтэй.
Дамжуулах үзэгдлүүд нь тархалт - массын дамжуулалт; дулаан дамжуулалт - эрчим хүчний дамжуулалт; зуурамтгай чанар нь орчны хэсгүүдийн импульсийн шилжилт юм.
Биологийн организмын амьдралд хамгийн чухал зүйл бол масс дамжуулах үйл явц ба цахилгаан цэнэгийн процесс юм. Биофизикийн шинжлэх ухаанд ʼʼтээвэрʼʼ гэсэн нэр томъёог шилжүүлгийн нэр томъёоны синоним болгон ашигладаг. Молекулын кинетик онолын үзэл баримтлалд үндэслэн бид ерөнхий тээврийн тэгшитгэлийг гаргаж авдаг. Юуны өмнө, энэ зорилгоор бид тухайн бодист Δt хугацааны интервалд байрлуулсан ΔS төсөөллийн тодорхой талбайг дайран өнгөрөх молекулуудын тоог тодорхойлно. OX тэнхлэгийг ΔS-д перпендикуляр чиглүүлье (Зураг 5). Учир нь Орчны бөөмсийн хөдөлгөөн эмх замбараагүй байдаг тул нийт бөөмсийн гуравны нэг нь орон зайн тэнхлэг тус бүрийн дагуу хөдөлдөг гэж нөхцөлтэйгээр үзэж болно. Түүнээс гадна, энэ гуравны хагас нь (ᴛ.ᴇ. 1/6) OX дагуу зүүнээс баруун тийш, хоёр дахь хагас нь баруунаас зүүн тийш хөдөлдөг. Дараа нь ΔS суурьтай тэгш өнцөгт параллелепипедийн эзэлхүүнтэй, орчны хэсгүүдийн дундаж хурдтай тэнцүү өндөртэй бүх бөөмсийн 1/6 нь ΔS талбайг 1 секундын дотор нэг чиглэлд дайран өнгөрнө: , энд n нь байна. нэгж эзэлхүүн дэх ширхэгийн тоо. Δt хугацааны туршид өгөгдсөн чиглэлд өнгөрөх бөөмсийн тоо:
масс, цэнэг, импульс, эрчим хүч гэх мэт: Энэ тохиолдолд бөөм бүр өөрийн физик шинж чанарыг тухайн талбайгаар дамжуулна гэдгийг санаарай. Дараа нь бүх бөөмс ΔS талбайгаар хэвийн чиглэлд шилжсэн аливаа физик шинж чанарын хэмжээ φ. цагтаа :
Хэрэв орчин нь нэгэн төрлийн байвал "зүүнээс баруун тийш", "баруунаас зүүн тийш" хөдөлж буй бөөмсийн тоо ижил байх бөгөөд үүний үр дүнд физик хэмжигдэхүүн шилжихгүй байх нь ойлгомжтой.
Харж байгаа орчин нь физик шинж чанараараа нэг төрлийн биш гэж үзье. Энэ нь орон зайн өөр өөр цэгүүдэд ижил шинж чанарын утгууд өөр өөр байдаг гэсэн үг юм. Энэ тохиолдолд ʼʼзүүнээс баруун тийшʼʼ болон ʼʼбаруунаасʼʼ дамжсан физик хэмжигдэхүүний тоо ижил биш байх болно. ΔS талбайгаар дамжин гарах хэмжигдэхүүнийг тооцоолъё.
ΔS талбайн зүүн талд 1, баруун талд 2-той тэнцүү байх OX эерэг чиглэлд утгыг бууруул (Зураг 6). Үүний үр дүнд (φN) утгыг ΔS талбайгаар Δt хугацаанд зүүнээс баруун тийш шилжүүлэх нь тэнцүү байна.
Одоо ΔS-ээс ямар зайд φn 1 ба φn 2 утгыг авах ёстойг олж мэдэх л үлдлээ. φ-ийн утгуудын солилцоо ба n концентрацийн өөрчлөлт нь зөвхөн молекулуудын харилцан үйлчлэлийн үед л тохиолддог. Энэ нь үнэ цэнэ нь чөлөөт замын урттай тэнцүү зайд өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна гэсэн үг юм - λ сайтын зүүн ба баруун талд. ΔS-ээс эдгээр зайд бид (3) томъёонд орлуулах утгыг (φn) авна. (3)-ын баруун талыг 2λ-аар үржүүлж, хуваахад бид дараахь зүйлийг олж авна.
үнэ цэнэ
магнитудын градиент (φn) гэж нэрлэдэг. 2λ = ∆ x– (φn) утга (φn) 1-ээс (φn) 2 болж өөрчлөгдөх зай. Эцэст нь шилжүүлгийн хувьд бид:
Хасах тэмдэг нь физик хэмжигдэхүүнийг шилжүүлэх нь хэмжигдэхүүний градиент (φn)-ийн эсрэг чиглэлд явагддагтай холбоотой юм. Grad(φn) нь баруунаас зүүн тийш, орчуулга (φn) нь зүүнээс баруун тийш (Зураг 3). Илэрхийлэл (6) нь ерөнхий тээврийн тэгшитгэл юм.
Үүний үндсэн дээр диффузийн үзэгдлийг авч үзье, ᴛ.ᴇ. масс шилжүүлэх. Шилжүүлэх хэмжигдэхүүн нь молекулын масс, ᴛ.ᴇ байх болно. φ = м. Дараа нь m·n = ρ. φ - m-ийн оронд (6) тэгшитгэлийг орлуулснаар бид олж авна
Энд ΔM нь нягтын бууралтын чиглэлд перпендикуляр ΔS талбайгаар Δt гаруй тархах замаар дамжсан хийн масс юм. -ийг тэмдэглэснээр бид диффузийн тэгшитгэлийг (Фикийн хууль) дараах хэлбэрээр авна.
Энд тогтмол D нь тархалтын коэффициент бөгөөд хэмжээс нь (м 2 / с).
Материйн хэмжээ, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ нь нэгж цаг тутамд ΔS хөндлөн огтлолоор дамждаг тул материйн урсгалыг дараах байдлаар нэрлэх нь заншилтай байдаг.
Фикийн тэгшитгэлийг мөн бодисын урсгалын нягт (шилжилтийн эрчим) -ийн хувьд бичих ёстой - энэ утгыг нэгж хугацаанд хөндлөн огтлолын урсгалын нэгж талбайгаар дамжуулж буй бодисын масс гэж ойлгодог.
Дамжуулах үзэгдлийг амьд эс болон янз бүрийн загвараар судалдаг. Бодисын дамжуулалт нь энерги зарцуулалгүйгээр (идэвхгүй тээвэрлэлт) болон ATP (идэвхтэй тээвэрлэлт) энергийн улмаас үүсч болно.
4. БИОЛОГИЙН ХЭВШЭЭРЭЭР БОДИС ТЭЭВЭРЛЭХ.
4.1 ИДЭВХҮЙ ШИЛЖҮҮЛЭГЧ. МОЛЕКУТ, ИОНЫГ ХЭМБРАНД ДАМЖУУЛАХ ИДЭВХҮЙ ТЭЭВРИЙН ТӨРЛИЙН .
Биологийн мембраны үйл ажиллагааны чухал элемент бол молекул, атом, ионыг нэвтрүүлэх эсвэл дамжуулахгүй байх чадвар юм. Энэ чадварыг нэвчих чадвар гэж нэрлэдэг. Мембраны нэвчилтийн асуудалд эсэд орох, гарах бөөмсийн кинетик, эс ба эс хоорондын орчны хооронд бодисын тархалтын механизм зэрэг орно. Биомембраны нэвчилтийг судлах нь анагаах ухаан, ялангуяа фармакологи, токсикологийн хувьд чухал ач холбогдолтой юм. Эмчилгээний хувьд ердийн болон эмгэгийн нөхцөлд фармакологийн бодис, хорыг мембранаар нэвтрүүлэх чадварыг мэдэх нь маш чухал юм.
Мембранаар бодисыг зөөвөрлөх нь нарийн төвөгтэй үйл явц бөгөөд үүнийг олон аргаар хийж болно. Молекулуудын хөдөлгөөнийг хөдөлгөгч хүч нь юу вэ гэдгээс хамаарч бүх төрлийн дамжуулалтыг идэвхгүй ба идэвхтэй гэж хувааж болно. Бодисын идэвхгүй тээвэрлэлт нь аливаа градиент дээр төвлөрсөн энергийн улмаас хийгддэг бөгөөд ATP гидролизийн химийн энерги зарцуулалттай холбоогүй болно. Биологийн системийн хувьд хамгийн чухал нь концентрацийн градиент юм. dc/dx, цахилгаан потенциал - dφ/dx ба гидростатик даралт - dr/dx.
Биологийн мембранаар дамжих идэвхгүй дамжуулалтын дараах төрлүүд байдаг. энгийн тархалт, нүх сүвээр дамжин тархах, хөнгөвчлөх тархалт, осмос ба шүүлтүүр:
а )Энгийн тархалт - ϶ᴛᴏ бөөмсийн эмх замбараагүй дулааны хөдөлгөөний улмаас өндөр концентрацитай газраас бага концентрацитай газар руу бодисын аяндаа шилжих хөдөлгөөн. Жишээлбэл, зузаантай биологийн мембранаар тодорхой төрлийн цэнэггүй хэсгүүдийн тархалтыг авч үзье. л. Бид Фикийн тэгшитгэлийг уусмал дахь өгөгдсөн төрлийн бодисын концентрациар бичдэг. Уусмалын хувьд нэгж эзэлхүүн дэх ууссан бодисын масс нь түүний массын концентраци (кг / м 3) гэдгийг ойлгоход хэцүү биш юм. Одоо (10)-д заасны дагуу мембраны гадаргуугийн хэвийн чиглэлд бодисын урсгалын нягтыг бичнэ.
Энд D нь тархалтын коэффициент, Δc/Δ xдамжуулах чиглэлийн дагуух массын концентрацийн градиент юм. Мембранаар дамжин тархаж буй бөөмсийн концентраци нь c утгаас шугаман хуулийн дагуу мембранд өөрчлөгдөнө гэж бид таамаглах болно. би,м эсийн доторх, эс хоорондын орчин дахь c o,m утга хүртэл (Зураг 7). Дараа нь концентрацийн градиентийг дараах байдлаар илэрхийлж болно.
концентрацийг o, m, s-ээр хэмжинэ би, мембраны хилийн давхаргууд дахь м нь бараг боломжгүй юм. Энэ шалтгааны улмаас бид дараах харьцааг ашигладаг.
хаана s o болон s биЭдгээр нь эс хоорондын шингэн ба цитоплазм дахь энэ бодисын концентраци юм. Хаанаас, тэгж өгвөл би,m = k s би, a нь о, m = k нь o, бид дараахийг авна:
(14) -ийг харгалзан мембранаар бөөмсийг тараах тэгшитгэл нь дараах хэлбэртэй байна.
нь Коллендерын тэгшитгэл юм. (арван тав)
Үнэ цэнэ P = Dk / l-ийг ихэвчлэн нэвчих чадварын коэффициент гэж нэрлэдэг . Амьд эсэд ийм тархалт нь хүчилтөрөгч, нүүрстөрөгчийн давхар исэл, түүнчлэн олон тооны эмийн бодис, хорыг нэвтрүүлэх боломжийг олгодог.
б) Тархалт нь липид ба уургийн нүх сүв эсвэл сувгаар дамжин өнгөрч болно , мембран дахь гарц үүсгэдэг (Зураг 8). Мембранаар нэвтрэх ийм механизм нь липид уусдаггүй бодис, усанд уусдаг гидратжуулсан ионуудын (элсэн чихэр, спирт) молекулуудад түгээмэл байдаг. Энэ төрлийн тээвэрлэлт нь зөвхөн жижиг молекулууд, тухайлбал усны молекулууд төдийгүй илүү том хэсгүүдийг мембранаар дамжин өнгөрөх боломжийг олгодог. Энэ тохиолдолд нэвчилтийн утгыг молекулуудын хэмжээгээр тодорхойлно: хэмжээ нэмэгдэх тусам молекулуудын нэвчилт буурдаг.
Нүх сүвээр дамжин тархалтыг мөн Фикийн тэгшитгэлээр тодорхойлно. Үүний зэрэгцээ, нүх сүв байх нь нэвчилтийн коэффициентийг нэмэгдүүлдэг P. Сувгууд нь янз бүрийн ионуудын хувьд сонгомол эсвэл сонгомол шинж чанарыг харуулж чаддаг бөгөөд энэ нь өөр өөр ионуудын хувьд өөр өөр нэвчилтээр илэрдэг.
онд) Хөнгөвчлөх тархалт нь зөөгч молекулуудын оролцоотойгоор явагддаг. Глюкоз, глицерин, амин хүчлүүдийн эсэд нэвтрэх хурд нь концентрацийн зөрүүгээс шугаман хамааралгүй болохыг тогтоожээ. Тодорхой концентрацийн хувьд бодисыг мембранаар нэвчүүлэх хурд нь энгийн тархалтаас хамаагүй их байдаг. Концентрацийн зөрүү ихсэх тусам тархалтын хурд нь Коллендерийн тэгшитгэлээс (15) бага хэмжээгээр нэмэгддэг. Энэ тохиолдолд хөнгөвчлөх тархалт ажиглагдаж байна.
Үүний механизм нь ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ бодис нь мембранаар бие даан муу нэвтэрч, туслах бодисын X молекулуудтай цогцолбор үүсгэж чаддаг (Зураг 9), ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ нь липидүүдэд уусдаг. Мембраны гадаргуугийн ойролцоо А молекулууд нь липидүүдэд уусах чадвартай AX цогцолборыг үүсгэдэг. Диффузын үр дүнд мембраны нөгөө талд байх тул зарим нэгдэл нь А молекулуудыг салгах болно.Х молекул нь мембраны гаднах гадаргуу руу буцаж ирж, А молекултай хамт шинэ цогцолбор үүсгэж болно.Мэдээж, А бодисыг ийм байдлаар тээвэрлэх нь нэг болон нөгөө чиглэлд явагддаг. Энэ шалтгааны улмаас мембраны нэг ба нөгөө тал дахь А-ийн концентраци өөр өөр байвал үр дүнд нь шилжүүлэгдэнэ. Жишээлбэл, антибиотик валиномицин нь калийн ионыг мембранаар дамжуулдаг. Мембранаар ионы тээвэрлэлтийн хурдыг сонгон нэмэгдүүлэх чадвартай нэгдлүүдийг ионофор гэж нэрлэдэг. .
Хэрэв орчин дахь А молекулын концентраци нь зөөгч бодисын бүх молекулууд оролцдог бол А бодисын концентрацийг цаашид нэмэгдүүлэх нь тархалтын хурдыг нэмэгдүүлэхгүй. Энэ нь хөнгөвчлөх тархалт нь өмчтэй гэсэн үг юм
ханасан байдал.
Хөнгөвчлөх тархалттай үед тээвэрлэгч нь ижил нэгдэл байх тохиолдолд шилжүүлсэн бодисын өрсөлдөөн ажиглагддаг. Жишээлбэл, глюкоз нь фруктозоос илүү сайн тэсвэрлэдэг; фруктоз нь ксилозоос илүү сайн байдаг; ксилоз, арабинозоос илүү сайн гэх мэт.
Мембранаар дамжуулан ионуудын тархалтыг хөнгөвчлөхийг сонгон хааж чаддаг нэгдлүүдийг бас мэддэг. Οʜᴎ зөөгч молекулуудтай хүчтэй цогцолбор үүсгэдэг. Жишээлбэл, фугу загасны хор тетродотоксин нь натрийн тээвэрлэлтийг саатуулдаг, флоридзин нь чихрийн тээвэрлэлтийг саатуулдаг гэх мэт.
Хөнгөвчлөх диффузийн нэг хувилбар бол суурин тээвэрлэгч ашиглан тээвэрлэх явдал юм. X молекулууд нь мембраныг дамнан тогтсон гинж үүсгэдэг, жишээлбэл, нүхний дотор талд байрладаг (Зураг 10). Тээвэрлэгдсэн А бодисын молекулууд буухиа уралдааны нэгэн адил нэг зөөгч молекулаас нөгөөд шилждэг. Нүх сүвний орон зай нь Х зөөгчтэй тодорхой харилцан үйлчлэлцэх чадваргүй бол А бөөмсийг дамжин өнгөрөх хангалттай том биш гэж үздэг.
Тархалт нь эсийн мембранаар дамжуулан бодисыг идэвхгүй зөөвөрлөх үндсэн хэлбэр юм. Бусад бүх төрлийн идэвхгүй тээвэрлэлт нь ихэвчлэн усны тээвэрлэлттэй холбоотой байдаг.
онд) Осмос гэдэг нь өөр өөр концентрацитай хоёр уусмалыг тусгаарлах хагас нэвчүүлэх мембранаар уусгагчийг тархах явдал юм.. Уусгагчийн хөдөлгөөнийг үүсгэдэг хүчийг ихэвчлэн осмосын даралт гэж нэрлэдэг. Энэ нь ус ба ууссан бодисын молекулуудын дулааны хөдөлгөөний улмаас үүсдэг. Зарим усны молекулууд векторуудхурд нь мембраны сувагтай параллель байвал түүгээр нэвтэрдэг. Үүний зэрэгцээ ууссан А бодисын хувьд мембран нь ус үл нэвтрэх чадвартай. Энэ шалтгааны улмаас А концентраци багатай уусмалаас усны урсгал илүү их байх болно (энэ уусмалд усны концентраци өндөр байна). Уг процесс нь А-ийн өндөр концентрацитай уусмал дахь гидростатик (усны) даралтыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. Энэхүү илүүдэл даралт нь усыг эсрэг чиглэлд шүүнэ. Хэзээ нэгэн цагт динамик тэнцвэрт байдал үүсдэг. Энэ төлөвт тохирох даралтыг осмосын даралт гэж нэрлэдэг. Осмосын даралтын утгыг Ван Хоффын тэгшитгэлээр тодорхойлно.
p = i c R T, (16)
энд c нь ууссан бодисын концентраци; T - термодинамик температур; R нь хийн тогтмол; i - изотоник коэффициент нь молекулуудын диссоциацийн улмаас уусмал дахь бөөмсийн тоо хэд дахин нэмэгдсэнийг харуулдаг. Мембранаар ус дамжуулах осмосын хурдыг дараахь харьцаагаар тодорхойлно.
P o нь нэвчилтийн коэффициент, S нь мембраны талбай, (p 1 - p 2) нь мембраны нэг ба нөгөө тал дахь осмосын даралтын зөрүү юм.
G) Шүүлтүүрийг ихэвчлэн гидростатик даралтын градиентийн нөлөөн дор мембран дахь нүх сүвээр дамжуулан шингэний хөдөлгөөн гэж нэрлэдэг.. Энэ тохиолдолд эзэлхүүнтэй шингэний дамжуулах хурд нь Пуазейлийн хуулийг дагаж мөрддөг.
энд r нь нүхний радиус; лнүх сүвний хоолойн урт; (p 1 -p 2) - гуурсан хоолойн төгсгөлд даралтын зөрүү; η - тээвэрлэж буй шингэний зуурамтгай чанар; нүхний дагуух даралтын градиентийн модуль; - гидравлик эсэргүүцэл. Энэ үзэгдэл нь цусны судасны ханаар (хялгасан судас) ус дамжуулах үед ажиглагддаг. Шүүлтүүрийн үзэгдэл нь физиологийн олон процесст чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Жишээлбэл, бөөрний нефрон дахь анхдагч шээс үүсэх нь цусны даралтын нөлөөн дор цусны сийвэнг шүүсний үр дүнд үүсдэг. Зарим эмгэгийн үед шүүлтүүрийг сайжруулж, хаван үүсгэдэг.
ШИЛЖҮҮЛЭХ ЕРӨНХИЙ ТЭГШИГЧИЛГЭЭ. ТАРХАЛТ. Фикийн тэгшитгэл - ойлголт ба төрлүүд. "ЕРӨНХИЙ ШИЛЖҮҮЛЭХ ТЭГШИГЧИЛГЭЭ. ДИФФУЗИ. ФИКИЙН ТЭГШИГЧИЛГЭЭ" ангиллын ангилал, онцлог 2017, 2018 он.
Одоо Фикийн хуулиудтай холбоотой дифференциал тэгшитгэлийг авч үзье.
Диффузын тэгшитгэл - хэсэгчилсэн дериватив дахь дифференциал тэгшитгэлийн тодорхой хэлбэр. Энэ нь хөдөлгөөнгүй, хөдөлгөөнгүй байдаг.
Гурван хэмжээст диффузийн хувьд Фикийн анхны хууль дараах хэлбэртэй байна.
хаана jнь гадаргуугийн нэгжээр дамжин тархах урсгалын нягт юм.
Фикийн хоёр дахь хууль:
Нэг хэмжээст тархалтын хамгийн энгийн тохиолдолд (жишээ нь, хязгааргүй хавтан дахь диффуз) хоёр үндсэн диффузийн хэлбэр.
9a тэгшитгэл нь концентрацийн градиент ба диффузийн коэффициент гэж нэрлэгддэг тогтмолоор илэрхийлэгдэх тогтвортой урсгалын төлөвт зарим орчны нэгж гадаргуугаар диффузант нэвтрүүлэх хурдыг өгнө. D; С- тархалтын урсгал дамжин өнгөрөх гадаргуугийн талбай [см 2 ]. Lv.96 нь орчны тодорхой цэгт диффузант хуримтлагдахыг цаг хугацааны функцээр тодорхойлдог. Уг тэгшитгэл нь урсгалын тогтворгүй байдлыг илэрхийлдэг.
Нэг төрлийн бус орчинд тархалтын коэффициент нь координатын функц юм, тэгвэл:
D = f(x,y,z)болон
Анизотроп орчинд тархалт нь координатын тэнхлэг бүрийн дагуу өөрийн тархалтын коэффициенттэй явагддаг. Dx , Dyболон Дз. Хэрвээ D=constдараа нь:
Хэрэв бид орлуулалтыг ашиглавал 
Дараа нь бид диффузийн тэгшитгэлийн ердийн хэлбэрийг авна.
Бусад зэрэгцээ процессуудаар тархалтыг төвөгтэй болгох үед үйл явцын явцыг "сонгодог" диффузийн тэгшитгэлийн шийдлээс ялгаатай илэрхийллээр дүрсэлдэг. Тогтвортой байдлын таамаглал Дүргэлж зөвтгөгддөггүй - ихэвчлэн тархалтын коэффициент нь тархалтын концентраци, концентрацийн градиент, орон зайн координат ба тархалтын туршилтын хугацаанаас хамаардаг (заримдаа - эдгээр бүх параметрүүдийг хамтад нь авдаг). Энэ тохиолдолд i-р Фикийн хуулийн тэгшитгэл өөрчлөгдөөгүй хэвээр байх бөгөөд 2-р хуулийн D тэгшитгэлийг хувьсагчийн хувьд гаргаж авахдаа давтан ялгах тэмдгийг хасдаггүй.
Хэрэв тархалтын коэффициент нь цаг хугацаанаас хамаарна D=J)
