Мембранное равновесие Доннана (Доклад)

Мембранное равновесие, связанное с различием концентрации солей внутри

и вне клеток, известно давно. В 1911 г. Ф. Доннан объяснил это явление,

впоследствии названное его именем.

Мембранное равновесие Доннана связано с переносом некоторого

количества вещества низкомолекулярного электролита внутрь пространства,

содержащего полимер, и, вследствие этого, неравномерного распределения

концентраций этого электролита по обе стороны полупроницаемой мембраны.

Пусть в некоторый начальный момент времени концентрации ионов

низкомолекулярного и высокомолекулярного соединений по обе стороны мембраны

распределяются следующим образом:

Рис 1.

В левой части сосуда, разделенного полупроницаемой мембраной,

находится раствор полимера, который в результате диссоциации представлен

поликатионом R(Z+) и противоионом Cl–, концентрации которых равны

соответственно C1 и ZC1. В левой части – раствор низкомолекулярного

электролита, например KCl, с концентрацией С2, диссоциирующий на К+ и Cl–.

При установлении равновесия вследствие диффузии в такой системе малые ионы

K+ перемещаются преимущественно из правой части сосуда в левую.

Макрокатионы R(Z+) не могут проникать через мембрану, поэтому для

сохранения электронейтральности вместе с катионами K+ справа налево

происходит перемещение избыточного числа анионов Cl–. В результате этих

процессов концентрация низкомолекулярного электролита в растворе ВМС

повышается:

Рис 2.

Условием равновесия является равенство произведений концентраций

электролитов в левой и правой части сосуда, разделенного полупроницаемой

мембраной:

[K+]внутр.[Cl–]внутр. = [K+]внеш.[Cl–]внеш.

Подставляя обозначения из рис.2, имеем уравнение:

X (ZC1 + X) = (C2 – X)2

Решая это уравнение относительно X, получаем:

C22

X = .

ZC1 + 2C2

Это и есть уравнение Доннана, которое показывает количество

низкомолекулярного вещества, переносимого в фазу ВМС через полупроницаемую

мембрану. Из него следует вывод, что низкомолекулярный электролит

распределяется неравномерно по обе стороны мембраны. Перенос вещества

всегда существует из внешнего раствора во внутренний, в результате чего во

внутреннем растворе наблюдается более высокая концентрация переносимых

электролитов по сравнению с внешним раствором. Этим же объясняется

некоторый избыток осмотического давления в растворах, содержащих ВМС и

электролиты.

Если концентрация низкомолекулярного электролита намного больше

концентрации полимера (С2 >> C1), то X = C2/2, т.е. при малых концентрациях

макроионов и больших концентрациях малых ионов наблюдается равномерное

распределение малых ионов по обе стороны мембраны.

При обратном соотношении концентраций (C2 << C1), XZC1 = C22, откуда

следует, что перенос X очень мал и обратно пропорционален величине ZC1.

Осмотическое давление раствора в левом отсеке складывается из

осмотического давления, обусловленного присутствием ВМС и

низкомолекулярного соединения:

(1 = (1(ВМС) + (1(НМС) – (2(НМС).

Та часть осмотического давления крови, которая создается

растворенными в ней белками, называется онкотическим давлением. Хотя по

абсолютной величине оно, как правило, незначительно (например, для плазмы

крови на долю осмотического давления, создаваемого растворами белков

приходится всего лишь 0,5 – 1 %), эта составляющая имеет большое

физиологическое значение.

Все биологические мембраны полупроницаемы: в нормальных условиях

проницаемы для неорганических солей и воды и непроницаемы для белков и

полисахаридов. Этот эффект является одной из причин неравномерного

распределения ионов вне и внутри клетки.

-----------------------

[pic]