Завдання 1
Чому дорівнює щільність потоку формамід черезплазматичну мембрану Chara ceratophylla товщиною 8 нм, якщо коефіцієнт дифузії його становить 1,4 * 10-8 см2 * с - 1, концентрація формамід в початковий момент часу зовні дорівнювала 2 * 10-4 М (моль/літр), всередині в 10 разів менше
Дано:
x=8 нм=8 * 10-9 м=8 * 10-7 см
D=1,4 * 10-8 см2 * с - 1
С0=2 * 10-4 М
Сi=2 * 10-5 М
Знайти: J
Рішення:
Скористаємося рівнянням Фіка
J=- D
Jdx=- DdC
Продифференцируем ліву і праву частини:
J=-D
У результаті отримуємо:
J=1.4 * 10-8 *=1.4 * 10-8 * 225=3.15 * 10 М * см/с
Завдання 2
біслойних ліпідна мембрана (БЛМ) товщиною 10 нм розділяє камеру на дві частини. Щільність потоку метиленовогосинього через БЛМ постійна і дорівнює 3 * 10-4 М * см/с, причому концентрація його з одного боку мембрани складає 10-2 М, а з іншого 2 * 10-3 М. чому дорівнює коефіцієнт дифузії цієї речовини через БЛМ?
Дано:
x=10 нм=10 * 10-9 м=10-6 см
J=3 * 10-4 М * см/с
С0=10-2 М
Сi=3 * 10-3 М
Знайти: D
Рішення:
Скористаємося рівнянням Фіка
J=- D
Очевидно, що в нашому випадку можна записати
J=- D
Тоді,
D=-J
D=- 3 * 10-4 *=- 3 * 10-4 * (- 0.000125)=3.7 * 10-8 см2 * с - 1
Завдання 3
Знайти коефіцієнт проникності плазматичної мембрани Mycoplasma для формамід, якщо при різниці концентрацій цієї речовини всередині і зовні мембрани, рівний 5 * 10-4 М, щільність потоку через мембрану - 8 * 10-4М * см/с.
Дано:
J=8 * 10-4 М * см/с
Знайти: Р
Рішення:
Скористаємося формулою:
Р=К * (1)
де К - коефіцієнт розподілу речовини
х - товщина мембрани
Товщину мембрани можна знайти з рівняння Фике:
J=- D
x=- D
підставимо його в перше рівняння:
Р=К *=К *
У підсумку отримуємо, приймаючи К=1: Р=К *=16 см/с
Завдання 4
Потенціал спокою нервового волокна кальмара дорівнює - 60 мВ а потенціал дії + 35мВ.
Внаслідок чого відбувається така зміна мембранного потенціалу?
Відповідь:
Всі живі клітини при дії різних подразників переходять в збуджений сост. При порушенні різниця потенціалів між клітиною і навколишнім середовищем змінюється. З'являється електричний імпульс.
Потенціал дії - різниця потенціалів між цитоплазмою і навколишнім середовищем при збудженні. Поширення імпульсу визначається зміною стану мембрани. У стані спокою в результаті активного транспорту, значення концентрації іонів калію K + вище в мембрані, ніж у навколишньому середовищі. Для іонів натрію все Na + навпаки. При цьому на внутрішній поверхні мембрани буде негативний «-» заряд, в розглянутому варіанті він дорівнює - 60 мВ. При збудженні відбуватиметься наступне:
. Спочатку збільшується проникність мембрани для іонів натрію Na +. Натрівевие канали відкриваються лише при збудженні. Іони Na ??+ входять в мембрану, внаслідок чого внутрішня поверхностьть мембрани змінює свій заряд з «-« на «+», тобто відбувається деполяризація мембран. Натрієвий канал відкритий малий час і на протязі цього часу відбувається зміна мембранного потенціалу до + 35мВ.
. Під час генерації імпульсу натрієвий канал закривається і відкривається калієвий канал. Іони K + виходять назовні, що призводить до відновлення - заряду на внутрішній стороні мембрани. Під час імпульсу проникність мембрани збільшується більш ніж в 5000 разів.
. Настає реполяризация. Це призводить до виникнення потенціалів дії на сусідніх незбуджених ділянках. Знову збуджений ділянку в свою чергу знову стає електронегативним, а що виникає локальний струм збуджує наступну ділянку і т. Д.
Всі ці процеси можна представити на графіку
Завдання 5
Показати, що рівняння Фіка для дифузії є окремим випадком рівняння Теорелля
Відповідь:
Швидкість дифузії підпорядковується важливого феноменологическому закону, який називається I законом Фіка:
Потік дорівнює числу частинок, диффундирующих уздовж осі Х в одиницю часу через одиничну площадку, перпендикулярну це осі.
Потік прямо пропорційний коефіцієнту дифузії та градієнту концентрації dС/dх в даній точці осі х в даний момент часу.
Чисто феноменологически перший закон Фіка можна розглядати як якийсь окремий випадок загальної формули тео...
