Транспорт веществ через биологические мембраны

Для решения задач и ответов на вопросы необходимо знание следующего теоретического материала: основ биофизики мембранных процессов, видов и механизмов пассивного и активного транспорта веществ через биомембраны; основных количественных соотношений пассивной диффузии; ионных равновесий – механизмов формирования и соотношений для потенциала Нернста и потенциала Доннана; электродиффузионной теории транспорта ионов через мембраны, уравнение электродиффузии Нернста-Планкаи уравнение Гольдмана для потока ионов; понятия коэффициента распределения, проницаемости, подвижности, ионного канала, транспортной АТФ-азы, трансмембранного потенциала [1, 2, 4, 9-12].

Контрольные вопросы

Обозначения:

-подстрочные индексы «1» и «2» относятся, соответственно, к среде, откуда происходит перенос, и к среде, куда происходит перенос;

- подстрочные индексы «o» и «i» относятся, соответственно, к наружной среде (“outside”) и к внутренней среде (“inside”).

1. Коэффициент проницаемости мембраны описывается следующим выражением:

а) ; б) ; в) ; г) ; д) .

2. Закон Фика для пассивного транспорта веществ через мембрану имеет вид:

а) ; б) ; в) ;

г) ; д) .

3. Уравнение Теорелла имеет следующий вид:

а) ; б) ; в) ;

г) ; д) .

4. Электродиффузионное уравнение Нернста-Планка имеет вид:

а) ;

б) ;

в) ;

г) ;

д) .

5. Выведите электродиффузионное уравнение Нернста-Планка.

6. Решение дифференциального уравнения Нернста-Планка имеет вид:

а) ;

б) ;

в) ;

г) ;

д) ;

е) .

7. Решите дифференциальное уравнение Нернста-Планка. Каков физический смысл полученного решения?

8. Уравнение Нернста имеет вид:

а) ; б) ; в) ;

г) ; д) .

9. Приведите вывод уравнения Нернста для равновесного состояния.

10. Потенциал Доннана равен:

а) ; б) ; в) ;

г) ; д) .

11. Выведите выражение для равновесного потенциала Доннана.

12. По сравнению с простой диффузией облегченная диффузия:

а) происходит с меньшей скоростью;

б) происходит с большей скоростью;

в) сопровождается изменением скорости транспорта, но не по модулю, а по направлению;

г) не сопровождается изменением скорости транспорта.

13. Na⁺-K⁺-АТФ-аза транспортирует в клетку:

а) 2Na⁺, а из клетки – 3K⁺;

б) 2K⁺, а из клетки – 3Na⁺;

в) 3K⁺, а из клетки – 2Na⁺;

г) 3Na⁺, а из клетки – 2K⁺;

д) 3Na⁺, а из клетки – 3K⁺.

14. Перечислите виды транспорта веществ через биомембраны.

15. Уравнение Нернста-Планка описывает:

а) пассивный транспорт; б) транспорт неэлектролитов;

в) транспорт ионов; г) активный транспорт.

16. Уравнение Фика описывает:

а) пассивный транспорт; б) активный транспорт;

в) транспорт неэлектролитов; г) транспорт ионов

17. Вещества, которым присуща простая диффузия через мембрану под действием только концентрационного градиента:

а) кислород; б) углекислый газ; в) ионы калия;

г) ионы натрия; д) глюкоза.

18. Облегчённая диффузия:

а) пассивный транспорт;

б) активный транспорт;

в) с носителем;

г) без носителя;

д) происходит быстрее, чем простая физическая диффузия;

е) происходит медленнее, чем простая физическая диффузия.

19. Компоненты систем активного транспорта:

а) источник свободной энергии; б) канал;

в) переносчик данного вещества; г) сопрягающий фактор.

20. Через биологическую мембрану ионы могут проникать с помощью: ___(1), ___(2).

21. Ca²⁺-АТФ-аза переносит ___(1) иона Ca²⁺ из ___(2) в ___(3), что происходит при ___(4).

22. Концентрация вещества в клетке С ₂ больше, чем снаружи С ₁. Что произойдет с концентрациями вещества по обе стороны мембраны, если происходит только:

а) пассивный перенос этого вещества; б) активный транспорт.

23. Скорость простой диффузии незаряженного растворенного вещества через клеточную мембрану обратно пропорциональна:

а) площади мембраны;

б) градиенту концентрации растворенного вещества;

в) толщине клеточной мембраны;

г) числу рецепторных белков в клеточной мембране.

24. Какой из этих процессов является ограниченным по скорости и насыщаемым?

а) простая диффузия незаряженных растворенных веществ;

б) движение ионов по ионным каналам мембраны;

в) прохождение молекул кислорода через мембрану;

г) облегченная диффузия;

д) осмос.

25. Что такое активный и пассивный транспорт? Приведите определения этих процессов. Приведите примеры активного и пассивного транспорта.

26. Напишите уравнение Теорелла и дайте определение входящих в него величин. Объясните смысл знака «минус» в его правой части.

27. Запишите формулу электрохимического потенциала разбавленного раствора и дайте определения входящих в нее величин.

28. Найдите производную электрохимического потенциала по координате, подставьте в уравнение Теорелла и получите уравнение Нернста-Планка.

29. Получите закон Фика для незаряженных частиц как частный случай уравнения Нернста-Планка.

30. Выведите формулу Нернста для величины потенциала покоя между поверхностями биомембраны, исходя из условия равновесия, выражающегося равенством электрохимических потенциалов внутри клетки и в межклеточной жидкости.