Если мембрана является проницаемой для молекул растворителя и непроницаемой для молекул растворенного вещества, то она называется полупроницаемой. Если молекулы, неспособные пройти сквозь мембрану, находятся только по одну сторону мембраны, то стремление к выравниванию концентраций вызовет перенос молекул растворителя через мембрану, направленный на разбавление раствора этих молекул (рис. 46). Этот перенос растворителя прекратится лишь тогда, когда он будет скомпенсирован возникшим избыточным гидравлическим давлением раствора. Это давление называется ОСМОТИЧЕСКИМ ДАВЛЕНИЕМ (p) и в приближении идеального раствора описывается уравнением p = cRT/M, где c - концентрация не проникающих через мембрану молекул в г/л, R - универсальная газовая постоянная (8.31 Дж7моль-17К-1), T - абсолютная температура, а M - молекулярная масса непроникаючих молекул.

Для биологических систем это уравнение показывает, что в случае накопления по одну сторону фосфолипидной мембраны относительно малых концентраций крупных молекул может возникать весьма значительная разность давлений. Например, различие концентрацій белков в 0.1 моль/л по разные стороны мембраны приводит к возникновению осмотического давления 2.5 атм. Именно осмотическое давление приводит к разрыву оболочки прорастающего семени, оно также играет большую роль в процессах всасывания влаги из почвы корнями и подъеме веществ по стеблю растения. Живая клетка чувствует себя по- разному в растворах с разным осмотическим давлением (рис. 48): в растворах с пониженням осмотическим давлением (гипотонический раствор) клетки поглощают воду, и если они не защищены клеточной стенкой, то лопаются (лизис); в растворах с повышенным осмотическим давлением (гипертонический раствор) клетки теряют воду, содержимое растительной клетки отстает от клеточной стенки (плазмолиз), а животная клетка сморщивается. Хорошо себя чувствуют клетки только в изотоническом растворе.

Измерения осмотического давления раствора известной концентрации непроникающего через мембрану вещества позволяют определить молекулярную массу этого вещества. Для реальных растворов может быть использовано более точное уравнение в виде вириального разложения по степеням с: p = RT (M-1c + Bc2 + .), где B – второй вириальный коэффициент. Обычно для этого строят график зависимости p/с от с. В большинстве случаев такой график представляет собой прямую с наклоном, равным RTB, которая пересекает ось ординат в точке RT/M. Однако достаточно трудно осуществить точные измерения небольших значений осмотического давления, поэтому для таких измерений необходимы довольно большие количества измеряемого вещества, особенно по сравнению с другими методами.

Если макромолекулы, находящиеся по одну сторону полупроницаемой мембраны, электрически заряжены, как это обычно и бывает, то они будут влиять на распределение малых ионов по разные стороны мембраны (рис. 47). Это явление называется эффектом Доннана (Donnan F.J., 1911). Если заряд макромолекулы z, а концентрация [M], то уравнения электронейтральности растворов для ситуации, показанной на рис. 47, следует записать как: [A+](1)=[B-](1) и [A+](2)+ z[M] = [B-](2), где индекс в скобках показывает сторону от мембраны.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+