UNIVERSITATEA DE TIINE AGRONOMICE I MEDICIN VETERINAR BUCURETI

FACULTATEA DE AGRICULTUR

Specializarea Biologie

Curs cu frecven redus

Referat

BIOFIZIC

Tem:

Difuzia prin membrane. Echilibrul Donnan.Student: Brnzea George Ciprian

Anul: II

Bucureti

2012

Difuzia prin membrane. Echilibrul Donnan. Dac ntr-un sistem densitatea (concentraia) are valori diferite n dou regiuni sau variaz continuu de la un punct la altul, atunci va apare o micare ordonat de substan de la regiunea cu densitate (concentraie) mai mare la regiunea cu densitate mai mic. Fenomenul n care se stabilete un flux de substan datorat neomogenitii densitii sau concentraiei se numete difuzie pasiv. Prin acest fenomen prin care dou sau mai multe tipuri de particule (ioni sau molecule) se amestec n cazul n care vin n contact, se datoreaz micrilor lor cinetice. Sensul micrii este ntotdeauna de la substana mai concentrat ctre cea mai diluat, chiar mpotriva gravitaiei. Difuzia decurge n mod diferit ntr-un mediu suport omogen, sau prin membrane cnd, n plus, trebuie inut cont dac particulele care difuzeaz au sau nu sarcin electric. n cazul rdcinii, absorbia activ a substanelor prin plasmalem, n celule, determin diluarea soluiei din apoplast i, ca urmare, difuzia subsantelor din soluia solului spre acesta. Transportul pasiv al ionilor prin membranele plasmatice are loc fr consum de energie i se realizeaz prin difuziune simpl sau difuziune facilitat, care se produce prin canalele proteice. O definiie mai precis este urmtoarea: difuziunea este micarea unei substane dintr-o zon cu un nalt potenial chimic spre o zon cu un sczut potential chimic, care este determinat de energia cinetic a moleculelor, ionilor i atomilor.

Direcia de difuziune a unei substane este determinat doar de diferena de potenial chimic a acelei substane i este independent de difuziunea altor substane. Viteza de difuziune a substanelor depinde de masa particulelor care difuzeaz, de concentraia, vscozitatea, temperatura mediului ncunjurtor, precum i de ali factori. Dac exist n solutie un gradient de potential electric, sarcinile pozitive i negative se mic n directii opuse (electrodifuziune).n sistemele biologice, unde difuziunea substantelor are loc prin membrane cu permeabilitate redus (membrane lipidice), legea lui Fick este valabil cu aproximatie. n acest caz, particulele care difuzeaz au nevoie de energie cinetic pentru a nvinge barierele de potential electric n trecerea lor de la o fa a membranei la cealalt fa. O anumit particul poate s se mite de la o poziie la alta dac ea ctig suficient energie de activare din ciocnirile sale cu particulele vecine. n acest caz, difuziunea are un coeficient mai ridicat la temperatur i astfel mai multe particule pot s-i procure energia necesar pentru difuziune. Fenomene de transport n soluii

Existena unor fore termodinamice ntr-un sistem duce la apariia unor fluxuri termodinamice. Exemplu: datorit unor gradieni de concentraie, potenial, presiune, are loc un transport de substan orientat spre atingerea unei stri de echilibru termodinamic. n cazul soluiilor exist dou moduri de realizare a transportului: difuzia i osmoza. Difuzia simpl.Existena unor diferene de concentraie ntr-o soluie (sau de presiuni pariale la gaze) determin un transport de substan de la regiunile cu concentraie (presiune) mai mare spre cele cu concentraie mai scazut. Acest fenomen se realizeaz prin agitatie termic. Difuzia este descris delegile lui Fick: Legea I-a a lui Fick: Cantitatea de substan d( care migreaz prin difuzie n timpul dt printr-o seciune de arie A este proporional cu gradientul de concentraie dc/dx, cu dt i cu aria A.d( = -DA(dc/dx)dtsaud(/dt = -DAdc/dx Legea II-a a lui Fick: variaia n timp a concentratiei ntr-o regiune dat a soluiei este proportional cu variaia n spaiu a gradientului de concentraie, factorul de proportionalitate fiind tot D. Legea lui Fick este valabil i n cazul particulelor dizolvate i al solventului. Difuzia prin membrane

Membrana- pelicul de grosime neglijabil fa de aria suprafeei, care desparte doua medii avnd caracteristici fizico-chimice diferite. Membranele, naturale sau artificial separ medii, sisteme de dispersie, care au caraceristici fizico-chimice diferite. n functie de particularitile difuziei exist:- membrane permeabile (egal permeabile- pentru toti componentii i inegal permeabile, cu permeabiliti diferite pentru diferii componeni)- selectiv permeabile permit trecerea numai a unor componeni- semipermeabile - permit trecerea numai a solventului- ireciproc permeabile - solvitul trece numai ntr-un sens.

Membrane permeabile

Membrana separ dou compartimente care conin aceeai soluie n concentratii diferite - gradientul de concentraie se manifest practic numai la nivelul membranei (viteza de deplasare a solvitului prin membrana este mult mai mare). n general solubilitatea solvitului n membran difer de cea n solvent, raportul lor este coeficientul de partitie (: Difuzia electroliilor

Dac, pe lng gradientul de concentraie, ntre cele dou compartimente separate de o membran permeabil exist i un gradient de potenial E = (V, apare un transport de ioni, dirijat nspre stabilirea echilibrului electric. n final, fluxurile de substan vor tinde la realizarea unui echilibru electrochimic. Energia poteniala total trebuie s fie aceeai n ambele compartimente.

Difuzia ionilor prin membrane n cazul unei membrane care prezint aceeai permeabilitate pentru toi ionii, difuzia ionilor decurge n sensul gradientului de concentraie la fel ca i n cazul particulelor nencrcate, ajungndu-se n final la egalizarea concentraiilor din cele dou compartimente separate de membran. O alt situaie poate fi aceea n care de o parte i de cealalt a membranei permeabile se afl o soluie de electrolit n aceeai concentraie iar ntre cele compartimente se aplic i se menine o diferen de potenial. Dac este s analizm difuzia ionilor de potasiu i clor printr-o membran permeabil, electrolitul se afl n stare disociat, ionii negative de Cl vor fi atrai spre potenialul pozitiv iar ionii pozitivi de K vor migra ctre potenialul negativ. n felul acesta pentru fiecare ion ia natere o diferen de concentraie ceea ce antreneaz n fenomen de transport (difuzie) n sens invers. De data aceasta ns echilibrul se stabilete n momentul n care cele dou fluxuri de sensuri contrare, si anume fluxul conjugat gradientului de potential electric i cel conjugat gradientului de concentraie, se egalizeaz. n final, n cele dou compartimente vor exista concentraii inegale ale celor dou tipuri de ioni. Aceste concentraii respect relaia ce exprim echilibrul Donnan Difuzia gazelor(CO, O, N) este ntlnit n procesele de respiraie i fotosintez. La plantele superioare schimburile de gaze au loc la nivelul frunzelor iar la animalele superioare, la nivelul alveolelor pulmonare i la nivelul esuturilor.

Osmoza

n cazul membranelor semipermeabile care separ soluii de concentraii diferite se produce o difuzie a solventului dinspre soluia mai diluat spre cea mai concentrat (ca i cum solventul ar fi mai concentrat). Fenomenul se numeteosmoz- se datoreaz agitaiei termice.

Osmozaestefenomenulfizicdeamestecareadousoluiicu concentraii diferite, separate printr-o membran semipermeabil care permite trecerea solventului darseopunetraversrii substantelordizolvate. Dacapunemncontact,printr-omembransemipermabil,ntr-un vas , o solutie (zahrnapa) i soloventul pur(apa) , se constat un fenomen de difuzien care particulele substaneidizolvatese distribuie uniform ntoatmasasolventului. Apatreceprin membranasemipermeabilnsoluieiduptrecereaunuiinterval detimp, nivelulacesteia se ridiclanlimeah. Aceastadovedeste c ,ncompartimentuldindreapta,existopresiune, numit presiuneosmotic, egalcupresiuneahidrostatica coloaneide lichid.

Fenomenulprezentestecunoscuticaosmozdirect. Existi osmoza invers care apareatuncicndmembranasemipermeabil separa doua solutii de concentraii diferite i asuprasolutieimai concentrate seexercitdin exterior opresiunefoartemareceeace determintrecereamoleculelorde solventprinmembrana,de la soluiamaiconcentrat laceamaidiluat. Solutiailustreazatendinanaturalatuturorsistemelorde a-si mri entropia, (stareadedezordine). Importanadifuzieiiosmozeinviaaplantelor

Difuziaiosmoza-fenomenefizice-explicoseriedeprocesefiziologicecare au loc la nivelulcelulelor.Prin aceasta ele contribuielanelegerea unorprocese complexecum arfiabsorbiaapeidectreperioriiabsorbani airdacinilorplantelor, transportul apei n corpul plantelor,transpiraiaetc. Cunoaterea lorservetelastabilireamomentelor optime deudarei anormelordeapnecesarepentrudiverse culturiagricole. Ptrunderea apein celulele viieste condiionat de permeabilitateamembranelorplasmaticeiseexplicn principal prin intermediul fenomenuluideosmoz . Membraneleplasmaticealeceluleiprezintsemipermebilitaterelativiselectivpermindatttrecereaapei ctiaunorsubstantedizolvatenap. Pentruaabsorbiapa, celuleletrebuie sse aflentr-unmediumai diluatdectsuculvacuolar,adicsoluiaexternsfiehipotonic comparativ cusuculvacuolar. nacestfel secreeazuncurentendosmotic, deptrundere aapein celulavegetal. ncazcontrar, cndsoluiaextern estehipertonic fadesucul vacuolar, ianatereuncurentexosmotic-apaiese dincelula vegetal.

Apaptrunsncelulprinendosmozsupunemembraninternntinderiiiarcelulasegsete n stare de turgescen. Dacendosmoza continu iarlimita derezisten amembrane estedepit , arelocfenomenul decitoliz(celulasespargeimoare) . Fenomenul de exosmozconduce la micorareavolumuluiceluleiila desprindereaplasmalemeide membrane celulozic.Bibliografie

Sndoiu, Ileana Fizic i elemente de biofizic. Ed. Alma Mater, Sibiu, 2003. Sndoiu, Ileana Agrometeorologie. Ed. Ceres, Bucureti, 2000.

Sndoiu, Ileana Elemente de biofizic. Seria Biologie-Agricultur, Bucureti, 2008.

Brbulescu N., ieica R., Fizica. Ed. Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1972.

Dragomirescu Elena, Enache L. Biofizica. Ed. Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1993.

Canarache A. Fizica solurilor agricole. Ed. Ceres, Bucureti, 1990.

Corneanu G. Radiosensibilitatea comparat a plantelor, n Elemente de radiobiologie vegetal, Coord. Corneanu G.. Ed. Ceres, Bucureti, 1989.

Ftu D., Cornelia Costin Stri de agregare ale materiei. Ed. Didactic i Pedagogic, Bucureti, 1994.

Hera Cr., Alina Idriceanu, Margareta Bologa Tehnici nucleare n agricultur. Ed. tiinific i Enciclopedic, Bucureti, 1984. ugulea, Laura Aspecte biofizice n fotosinteza plantelor superioare. Ed. Universitii din Bucureti, 1999.