Осмотичний тиск розчинів біополімерів

Осмотичний тиск розведених розчинів ВМС підпорядковується закону Вант-Гоффа. При збільшенні концентрації ВМС спостерігаються відхилення від цього закону: реальний осмотичний тиск стає вищим за теоретичний, розрахований за рівнянням (рис. 5).

Це пов'язано з тим, що в розчинах ВМС кінетично самостійними одиницями є не лише самі макромолекули, а й їх окремі сегменти, що мають відносну рухливість. Тепловий рух сегментів макромолекул називаютьмікроброунівським рухом.Число рухомих сегментів збільшується із зростанням концентрації ВМС нелінійно. Для розрахунку осмотичного тиску розчинів ВМС використовують рівняння Галлера: (2), де - масова концентрація полімеру;М- середня молярна маса полімеру, г/моль;b- віріальний коефіцієнт, що враховує форму молекули та ступінь її асиметрії.

біополімерів

Мал. 5. Залежність осмотичного тиску від концентрації розчину: 1 – розчин ВМС; 2 - розчин низькомолекулярного неелектроліту

У складних біологічних системах сумарний осмотичний тиск створюється як низькомолекулярними електролітами та неелектролітами, так і біополімерами. Складова сумарного осмотичного тиску, яка обумовлена ​​наявністю білків та інших частинок колоїдного розміру, називаєтьсяонкотичним тиском.Частка онкотичного тиску відносно невелика: вона становить приблизно 0,5% від сумарного осмотичного тиску (близько 3,1 кПа), однак відхилення цієї величини від норми призводить до серйозних порушень у функціонуванні організму. Відомо, що в артеріальній частині капілярів гідростатичний тиск більший від онкотичного, а у венозній — менший. Це забезпечує переміщення безбілкової частини плазми в першому випадку міжклітинну рідину,а в другому - у зворотному напрямку (рис. 6).

розчинів

Мал. 6. Осмотична рівновага між плазмою та міжклітинною рідиною

Мембранна рівновага

Теорія мембранної рівноваги була створена 1911 р. англійським фізикохіміком Ф. Доннаном. Виборча проникність клітинних мембран зумовлює особливий перерозподіл електролітів по різні її сторони, відомий під назвоюрівновагу Доннана.Описується вона за допомогою наступного рівняння: (3)

дех- кількість іонів, що перейшли усередину при контакті мембрани з міжклітинною рідиною; сіх - концентрація іона в міжклітинній рідині (від англ.external -зовнішній);ст-концентрація іона у внутрішньоклітинній рідині (від англ.internal- внутрішній).

Якщо до контакту мембрани із зовнішнім розчином сех > cin, то рівняння (3) можна перетворити так:

Аналіз даного виразу показує, що за цієї умови електроліт розподілиться порівну по різні боки мембрани. При сіх = cin рівняння (3) перетворюється в інший спосіб:

У цьому випадку всередину клітини переміщається 1/3 частина іонів, тоді як у відсутності білка у внутрішньоклітинній рідині при сех =схпспрямованого перенесення іона не спостерігалося б. Навіть при сіх