OZMÓZIS - Biofizikai Intézet
OZMÓZIS - Biofizikai Intézet
OZMÓZIS - Biofizikai Intézet
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
<strong>OZMÓZIS</strong><br />
BIOFIZIKA I<br />
2011. Október 25.<br />
Bugyi Beáta<br />
PTE ÁOK <strong>Biofizikai</strong> <strong>Intézet</strong>
Áttekintés<br />
1. Diffúzió – rövid ismétlés<br />
2. Az ozmózis jelensége és leírása<br />
4. A diffúzió és ozmózis orvos – biológiai jelentősége<br />
<strong>OZMÓZIS</strong>
Diffúzió - áttekintés<br />
TRANSZPORTFOLYAMATOK ÁLTALÁNOS LEÍRÁSA<br />
ONSAGER EGYENLET<br />
lineáris, irreverzibilis folyamatokra<br />
adott kölcsönhatás:<br />
az extenzív fizikai mennyiség áramsűrűsége (J) egyenesen arányos az intenzív fizikai<br />
mennyiség gradiensével (X)<br />
J <br />
DIFFÚZIÓ<br />
részecskék (atomok, molekulák, ionok) inhomogén eloszlása<br />
intenzív fizikai mennyiség gradiense: koncentráció (c), kémiai potenciál (μ)<br />
részecskék véletlenszerű hőmozgása<br />
részecskék transzportja a magasabb koncentrációjú régiók felől az alacsonyabb<br />
koncentrációjú régiók felé<br />
részecskék eloszlása egyenletes<br />
LX<br />
<strong>OZMÓZIS</strong>
Diffúzió - áttekintés<br />
[ D]<br />
<br />
D<br />
<br />
m<br />
s<br />
FICK I. TÖRVÉNYE<br />
térbeli leírás<br />
1D-ban<br />
2<br />
kT<br />
6r<br />
J<br />
c<br />
D<br />
x<br />
D: DIFFÚZIÓS EGYÜTTHATÓ<br />
FICK II. TÖRVÉNYE<br />
térbeli és időbeli leírás<br />
1D-ban<br />
c<br />
( )<br />
x c<br />
D <br />
x<br />
t<br />
<strong>OZMÓZIS</strong><br />
egységnyi koncentrációkülönbség esetén az egységnyi keresztmetszeten<br />
egységnyi idő alatt átáramló anyag mennyisége<br />
gömbszimmetrikus részecskére<br />
hőmérséklet (T)<br />
részecske tömege, geometriája (M, r)<br />
közeg viszkozitása (η)<br />
D 10 -5 – 10 -12 m 2 /s
Az ozmózis jelensége<br />
<strong>OZMÓZIS</strong>
Az ozmózis jelensége<br />
1. HATÁROLÓ FAL<br />
NINCS TRANSZPORT<br />
<strong>OZMÓZIS</strong>
Az ozmózis jelensége<br />
2. NINCS HATÁROLÓ FAL<br />
szabad DIFFÚZIÓ<br />
részecskék egyenletes eloszlása<br />
<strong>OZMÓZIS</strong>
Az ozmózis jelensége<br />
3. SPECIÁLIS HATÁROLÓFAL: SZEMIPERMEÁBILIS<br />
szemipermeábilis: féligáteresztő<br />
az oldószer kis molekuláit átengedi, de az oldott anyag nagy molekuláit nem „szűrő”<br />
pl: állati eredetű hártyák, élő sejtek fala, lyukacsos agyaglemez, celofán<br />
korlátozott DIFFÚZIÓ: <strong>OZMÓZIS</strong><br />
<strong>OZMÓZIS</strong>
Az ozmózis jelensége<br />
határolófal típusa anyag transzport<br />
van<br />
átjárhatatlan<br />
nincs<br />
van<br />
féligáteresztő<br />
NINCS<br />
szabad<br />
DIFFÚZIÓ<br />
korlátozott diffúzió<br />
<strong>OZMÓZIS</strong><br />
<strong>OZMÓZIS</strong>:<br />
diffúzió útján történő egyirányú anyagáramlás<br />
<strong>OZMÓZIS</strong>
Az ozmózis jelensége<br />
alacsony<br />
oldott anyag<br />
magas<br />
oldott anyag<br />
féligáteresztő hártya<br />
koncentrációkülönbség + féligáteresztő hártya<br />
<strong>OZMÓZIS</strong>
Az ozmózis jelensége<br />
alacsony<br />
oldott anyag<br />
J BE<br />
J KI<br />
magas<br />
oldott anyag<br />
féligáteresztő hártya<br />
koncentrációkülönbség + féligáteresztő hártya<br />
oldószer (víz) áramlása a féligáteresztő hártyán keresztül JBE JKI<br />
<strong>OZMÓZIS</strong>
Az ozmózis jelensége<br />
alacsony<br />
oldott anyag<br />
J BE<br />
J KI<br />
magas<br />
oldott anyag<br />
féligáteresztő hártya<br />
koncentrációkülönbség + féligáteresztő hártya<br />
oldószer (víz) áramlása a féligáteresztő hártyán keresztül JBE JKI<br />
a töményebb oldat térfogatnövekedése (h)<br />
a töményebb oldatban megnövekedett nyomás: hidrosztatikai nyomás<br />
h<br />
<strong>OZMÓZIS</strong>
Az ozmózis jelensége<br />
alacsony<br />
oldott anyag<br />
J BE<br />
J KI<br />
magas<br />
oldott anyag<br />
féligáteresztő hártya<br />
J BE<br />
koncentrációkülönbség + féligáteresztő hártya<br />
oldószer (víz) áramlása a féligáteresztő hártyán keresztül JBE JKI<br />
a töményebb oldat térfogatnövekedése (h)<br />
a töményebb oldatban megnövekedett nyomás: hidrosztatikai nyomás<br />
dinamikus egyensúly: az oldószer áramlására OZMOTIKUS EGYENSÚLY<br />
J KI<br />
h<br />
J <br />
BE<br />
<strong>OZMÓZIS</strong><br />
J<br />
KI
Az ozmózis jelensége<br />
alacsony<br />
oldott anyag<br />
J BE<br />
J KI<br />
magas<br />
oldott anyag<br />
féligáteresztő hártya<br />
J BE<br />
koncentrációkülönbség + féligáteresztő hártya<br />
oldószer (víz) áramlása a féligáteresztő hártyán keresztül JBE JKI<br />
a töményebb oldat térfogatnövekedése (h)<br />
a töményebb oldatban megnövekedett nyomás: hidrosztatikai nyomás<br />
dinamikus egyensúly: az oldószer áramlására OZMOTIKUS EGYENSÚLY<br />
J KI<br />
h<br />
J <br />
BE<br />
<strong>OZMÓZIS</strong><br />
J<br />
KI
Az ozmózis-nyomás<br />
alacsony<br />
oldott anyag<br />
J BE<br />
J KI<br />
magas<br />
oldott anyag<br />
féligáteresztő hártya<br />
<strong>OZMÓZIS</strong>-NYOMÁS<br />
az a nyomás, amelyet a tiszta oldószerrel féligáteresztő hártyán át kapcsolatban lévő oldatra kell<br />
kifejteni ahhoz, hogy dinamikus egyensúly jöjjön létre, azaz leálljon az ozmózis<br />
p ozmózis<br />
J BE<br />
J KI<br />
gh<br />
h<br />
: sűrűség<br />
h: folyadékoszlop magassága<br />
g = 10 m/s 2<br />
<strong>OZMÓZIS</strong>
Az ozmózis-nyomás<br />
híg oldatokra és tökéletes féligáteresztő hártyákra az ideális gáz állapotegyenlete<br />
p<br />
p<br />
ozmózis<br />
ozmózis<br />
V<br />
<br />
<br />
n<br />
V<br />
pozmózis cRT<br />
nRT<br />
RT<br />
VAN’T HOFF-TÖRVÉNY<br />
<strong>OZMÓZIS</strong><br />
híg oldatok ozmózisnyomása közelítőleg akkora, mint amekkora nyomást az oldott anyag<br />
kifejtene, ha az oldattal azonos térfogatot ugyanazon a hőmérsékleten gáz alakban töltené ki
Az oldatok osztályozása az ozmotikus nyomás alapján<br />
IZOTÓNIÁS<br />
két különböző oldat ozmózisnyomása megegyezik:<br />
extra- és intracelluláris oldat azonos ozmotikus nyomású<br />
az emberi szervezet sejtjeinek oldatai a 0,87 % (n/n: mólszázalék, 0.15 M) NaCl oldattal azonos<br />
ozmózisnyomásúak fiziológiás sóoldat<br />
HYPERTÓNIÁS<br />
nagyobb ozmózisnyomás<br />
extracelluláris oldat magasabb ozmotikus nyomású, mint az intracelluláris vízkiáramlás<br />
HYPOTÓNIÁS<br />
kisebb ozmózisnyomás<br />
extracelluláris oldat alacsonyabb ozmotikus nyomású, mint az intracelluláris vízbeáramlás<br />
<strong>OZMÓZIS</strong>
Vörösvértestek különböző környezetben<br />
Állati sejtek:<br />
p atm<br />
5<br />
10<br />
p ozmózis<br />
Pa<br />
0. 810<br />
6<br />
Pa<br />
HYPERTÓNIÁS<br />
(töményebb: 10% NaCl)<br />
IZOTÓNIÁS<br />
(0.9 % NaCl)<br />
HYPOTÓNIÁS<br />
(hígabb: 0.01% NaCl)<br />
passzív vízkiáramlás passzív vízbeáramlás<br />
<strong>OZMÓZIS</strong>
Vörösvértestek különböző környezetben<br />
HYPERTÓNIÁS<br />
IZOTÓNIÁS<br />
(0.9 % NaCl)<br />
HYPOTÓNIÁS<br />
<strong>OZMÓZIS</strong>
Növényi sejtek különböző környezetben<br />
Növényi sejtek:<br />
p ozmózis<br />
0. 4 410<br />
PLAZMOLÍZIS<br />
a sejtplazma vizet veszít, a<br />
sejthártya elválik a sejtfaltól<br />
6<br />
Pa<br />
HYPERTÓNIÁS IZOTÓNIÁS<br />
HYPOTÓNIÁS<br />
<strong>OZMÓZIS</strong><br />
TURGOR NYOMÁS<br />
a sejtplazma vizet vesz fel, a<br />
sejthártya nekipréselődik a<br />
sejtfalnak
Orvosi alkalmazások<br />
injekció, infúzió<br />
fiziológiás sóoldat<br />
<strong>OZMÓZIS</strong><br />
ödémák, végtagi gyulladásos területek kezelése<br />
a testfolyadékhoz képest hipertóniás dextránoldat / keserűsó (MgSO 4-oldat) vízkiáramlás<br />
hashajtó sók<br />
vastagbélből nehezen szívódnak fel, ott hipertóniás közeget hoznak létre, ami a bélbe történő<br />
vízvisszaáramlást idéz elő béltartalom hígulása
Dialízis<br />
DIALÍZIS<br />
különböző (makro)molekulákat egymástól elválaszthatunk féligáteresztő hártyákon keresztül<br />
történő ozmózissal<br />
a féligáteresztő hártya pórusméretével szabályozható milyen molekulatömeg határig<br />
engedjen át<br />
dialízis zsák<br />
szemipermeábilis hártya<br />
koncentrált oldat<br />
t = 0 s t<br />
<strong>OZMÓZIS</strong>
Orvosi alkalmazások<br />
HEMODIALÍZIS<br />
a vérben felhalmozódott oldható, a vese számára toxikus salakanyagok eltávolítása<br />
fehérjebontási termékek<br />
sejtmérgek<br />
salakanyagok<br />
<strong>OZMÓZIS</strong>
Féligáteresztő hártyák<br />
Az élő sejtek fala: sejtmembrán<br />
membránfehérjék<br />
extracelluláris tér<br />
cytoplazma<br />
<strong>OZMÓZIS</strong><br />
lipid kettősréteg
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül<br />
diffúzió<br />
SZÁLLÍTÁSI MECHANIZMUS SZERINT<br />
szállító molekula nélkül szállító molekula segítségével<br />
facilitált diffúzió<br />
csatorna karrier fehérjék karrier fehérjék<br />
passzív transzport aktív transzport<br />
ENERGIAIGÉNY SZERINT<br />
Diffúzió biológiai jelentősége
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül<br />
Passzív transzport:<br />
DIFFÚZIÓ<br />
a részecske a koncentráció gradiensnek megfelelően mozog<br />
„közvetítő”: nincs<br />
energiaigény: nincs<br />
a transzport sebessége függ<br />
két oldal közötti koncentrációkülönbségtől<br />
hőmérséklettől<br />
diffundáló anyag méretétől, alakjától<br />
felület méretétől<br />
távolságtól<br />
hidrofób molekulák: O2, N2<br />
kis méretű, poláris molekulák: CO2, víz, alkohol, urea, glicerin<br />
glükóz, szacharóz<br />
Diffúzió biológiai jelentősége
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül<br />
Passzív transzport :<br />
FACILITÁLT DIFFÚZIÓ<br />
IONCSATORNÁN KERESZTÜL<br />
a részecske a koncentráció- és elektromos potenciál gradiensnek megfelelően<br />
mozogelektrokémiai potenciál gradiens<br />
energiaigény: nincs<br />
„közvetítő”: ioncsatorna: transzmembrán fehérjék (pórusos térszerkezet)<br />
zárt állapot: nincs transzport<br />
nyitott állapot: anyagáramlás, az ion elektrokémiai gradiensének irányába<br />
nyitott/zárt állapot szabályozása:<br />
mechanoszenzitív (mechanikai hatás: nyújtás, nyomás)<br />
feszültségfüggő (a membrán két oldala közötti feszültségkülönbség ld:<br />
akciós potenciál)<br />
ligandvezérelt (a receptorhoz bekötődő ligandum)<br />
szelektivitás: az ionok töltése és mérete szerint<br />
Diffúzió biológiai jelentősége
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül<br />
Passzív transzport:<br />
FACILITÁLT DIFFÚZIÓ<br />
KARRIER-FEHÉRJÉK SEGÍTSÉGÉVEL<br />
a részecske az oldott anyag a koncentráció gradiensnek megfelelően mozog<br />
„közvetítő”: karrier-fehérjék (szállító, transzporter)<br />
az ionokat, molekulákat specifikusan kötik<br />
energiaigény: nincs<br />
Diffúzió biológiai jelentősége
Anyagtranszport a sejtmembránon keresztül<br />
Aktív transzport:<br />
FACILITÁLT DIFFÚZIÓ<br />
KARRIER-FEHÉRJÉK SEGÍTSÉGÉVEL<br />
a részecske az oldott anyag a koncentráció gradiensnek<br />
megfelelően mozog<br />
„közvetítő”: karrier-fehérjék (szállító, transzporter)<br />
az ionokat, molekulákat specifikusan kötik<br />
energiaigény: van<br />
Diffúzió biológiai jelentősége
![Microsoft PowerPoint - Intermedier filamentumok [Kompatibilis m\363d]](https://img.yumpu.com/17119137/1/190x135/microsoft-powerpoint-intermedier-filamentumok-kompatibilis-m363d.jpg?quality=85)
Change language