Ламінарний і турбулентний плин. Число Рейнольдса. Течія вязких рідин. Формула Паузейля. Гідравлічний опір.

Якщо швидкість достатньо мала то такий рух називають ламінарним, тобто окремі шари рідини не змішуються(таким є плин крові в нормі). Формула Пуазейля да змогу визначити кількість рідини, що протікає трубкою за одиницю часу. Стаціонариний плин є ламінарним, пошаровим: для нього використовується рівняння Бернуллі, прийнятна формула Пуазейля. Збільшення швидкості плину в язкої рідини, неоднорідність тиску по перерізу трубки (судини) зумовлюють утворення завихрень, внаслідок чого рух стає вихровим, турбулентним. Швидкість цього руху змінюється за величиною і напрямом. Характер плину рідини і швидкості її плину, розмірів трубки (судини) і визначається числом Рейнольдса:

Якщо число Рейнольдса більше від критичного, то плин - турбулентний (для гладких циліндричних трубок Ре = 2300.) Плин крові в нормі є ламінарним, як і лин повітря в носоглотці. Наявність запальних процесів зумовлює виникнення турбулентного руху повітря, за якого дихальні м язи виконують більшу роботу.

Розглянемо ламінарний рух в язкої рідини у трубці зі жорсткими стінками. Звичайно, сили взаємодії між молекулами рідини і внутрішнім стінками трубки набагато перевищують сили взаємодії молекул між собою. Тому можна вважати, що шар рідини біля стінок трубки нерухомий.

Знаючи закон розподілу швидкості рідини, неважко отримати формулу для обчислення кількості рідини, що протікає трубкою за одиницю часу - формулу пуазейляс

Обємна швидкість залежить від радіуса трубки. Якщо за певної патології артеріальні стінки потовщуються то послаблюється потік крові і виникає стенокардія. Використовуючи цю формулу можна також визначити спад тиску в аорті.

Величина (написати формулу) називається гідравлічним опором. Спад тиску залежить від цієї величини. Найменший опір мають аорта і порожнисті вени. В артеріях, особливо в артеріолах, опір зростає попри те, що збільшується загальна площа перерізу судин

60. Активний транспорт речовин через мембрану

Активний транспорт - перенесення молекул, йонів яке відбувається завдяки енергії метаболічних процесів. Механізм активного транспорту пояснює наявність спеціальних білків-переносників, які захоплюють молекули речовини і переносять їх на інший бік клітинної мембрани. Ці переносники називаються транспортними АТФазами. Важлива роль належить йонам К і На, які зумовлюють генерацію біопотенціалів, проведення збудження. У клітинну мембрану вмонтовані різні білкові молекули. Деякі з них відіграють роль помпи, яка накачує йони калію всередину клітини, а йони натрію - назовні. Це так звані йонні помпи, які функціонують завдяки енергії АТФ. Енергії, що виділяється внаслідок розпаду однієї молекули АТФ, достатньо для перенесення назовні трьох йонів натрію і внесення всередину клітини двох йонів калію. Таким чином, ця помпа електрогенна. Інтенсивно викачуючи натрій, помпа може помітно гіперполяризувати мембрану, мембранний потенціал може перевищувати на 20 мВ потенціал спокою. Отже, помпа не лише впливає на концентрацію йонів, а й є причиною помітної різниці потенціалів. Робота, яку слід виконати при перенесенні йонів Натрію і Калію за функціонування білка-переносника, залежить від мембранного потенціалу та градієнта концентрацій Натрію та Калію на мембрані

Існують інші помпи, наприклад кальцієва, яка переносить йони кальцію в зовнішнє середовище. Під час цього процесу йон Кальцію обмінюється на два протони. Для функціонування м язів потрібно багато кальцію. Усередині м язових клітин є система порожнин і трубочок утворених внутрішньою мембраною. Ця мембрана покрита молекулами кальцієвої помпи. Концентрація кальцію в порожнинах у розслабленому м язі в тисячі разів вища, ніж в інших частинах клітин. На перенесення двох йонів Кальцію помпа витрачає одну молекулу АТФ. Йонні помпи забезпечують різні функції організму: постачання, харчування клітин, підтримання сольового обміну ворганізмі, регуляцію осмотичних процесів і т.ін. Електричний транспорт можна використати для видалення деяких речовин з клітини. Наприклад, надлишок Кальцію у клітині шкідливий для неї. Білок-переносник приєднює всередині йон кальцію, а зовні - три йони натрію і переносить кальцій назовні, а натрій всередину клітини. На відміну від натрій-калієвої помпи, яка використовує енергію АТФ, цей кальцієвий переносник працює завдяки енергії мембранного потенціалу.

Активний транспорт поділяються на транспорт органічних речовин(амінокислоти, цукри) та транспорт йонів.

Білок -переносник приєднює на зовнішній поверхні мембрани молекулу цукру і йон натрію, набуваючи додатнього заряду. Електричне поле втягує переносник до внутрішньої поверхні мембрани, де він від єднює цукор і натрій. Після цього білок-переносник знову переходить через мембрану на поверхню, де захоплює нові молекули цукру та натрію. Надлишковий натрій, який накопичується в клітині, виводиться назовні натрієвою помпою.

Процеси підчас яких активно переносяться різні речовини є ендоцитоз і екзоцитоз.

Екзоцитоз - процес виведення макромолекул при якому внутрішньоклітині сектори зливається з плазмолемою і їх вміст виводиться з клітини.

Ендоцитоз- складний активний процес поглинання клітиною великих молекул, часток, мікроорганізмів. Є три види ендоцитоз:

- піноцитоз - поглинання рідин

- фагоцитоз- поглинання твердих часток

- опосередкований рецепторами ендоцитоз- поглинання із позаклітиної рідини певних макромолекул.

Сумарний процес у живому організмі є градієнтним, що зумовлює зменшення вільної енергії та зростання ентропії.Зменшення вільної енергії компенсується її поповненням з навколишнього середовища, що забезпечує життєдіяльність організму. Отже, пасивний транспорт відбувається за градієнтами, які виникають внаслідок активного транспорту, а цей транспорт зумовлений градієнтним процесом (гідролізом АТФ)

61. Електронні йонні помпи

Механізм активного транспорту пояснює наявність спеціальних білків-переносників, які захоплюють молекули речовини і переносять їх на інший бік клітинної мембрани. Ці переносники називаються транспортними АТФазами. Важлива роль належить йонам К і На, які зумовлюють генерацію біопотенціалів, проведення збудження. У клітинну мембрану вмонтовані різні білкові молекули. Деякі з них відіграють роль помпи, яка накачує йони калію всередину клітини, а йони натрію - назовні. Це так звані йонні помпи, які функціонують завдяки енергії АТФ. Енергії, що виділяється внаслідок розпаду однієї молекули АТФ, достатньо для перенесення назовні трьох йонів натрію і внесення всередину клітини двох йонів калію. Таким чином, ця помпа електрогенна. Інтенсивно викачуючи натрій, помпа може помітно гіперполяризувати мембрану, мембранний потенціал може перевищувати на 20 мВ потенціал спокою. Отже, помпа не лише впливає на концентрацію йонів, а й є причиною помітної різниці потенціалів. Робота, яку слід виконати при перенесенні йонів Натрію і Калію за функціонування білка-переносника, залежить від мембранного потенціалу та градієнта концентрацій Натрію та Калію на мембрані

Існують інші помпи, наприклад кальцієва, яка переносить йони кальцію в зовнішнє середовище. Під час цього процесу йон Кальцію обмінюється на два протони. Для функціонування м язів потрібно багато кальцію. Усередині м язових клітин є система порожнин і трубочок утворених внутрішньою мембраною. Ця мембрана покрита молекулами кальцієвої помпи. Концентрація кальцію в порожнинах у розслабленому м язі в тисячі разів вища, ніж в інших частинах клітин. На перенесення двох йонів Кальцію помпа витрачає одну молекулу АТФ. Йонні помпи забезпечують різні функції організму: постачання, харчування клітин, підтримання сольового обміну ворганізмі, регуляцію осмотичних процесів і т.ін. Електричний транспорт можна використати для видалення деяких речовин з клітини. Наприклад, надлишок Кальцію у клітині шкідливий для неї. Білок-переносник приєднює всередині йон кальцію, а зовні - три йони натрію і переносить кальцій назовні, а натрій всередину клітини. На відміну від натрій-калієвої помпи, яка використовує енергію АТФ, цей кальцієвий переносник працює завдяки енергії мембранного потенціалу.

Активний транспорт поділяються на транспорт органічних речовин(амінокислоти, цукри) та транспорт йонів.

Білок -переносник приєднює на зовнішній поверхні мембрани молекулу цукру і йон натрію, набуваючи додатнього заряду. Електричне поле втягує переносник до внутрішньої поверхні мембрани, де він від єднює цукор і натрій. Після цього білок-переносник знову переходить через мембрану на поверхню, де захоплює нові молекули цукру та натрію. Надлишковий натрій, який накопичується в клітині, виводиться назовні натрієвою помпою.

Найбільш відомою йонною помпою є калієво-натрієва помпа. Вона є прикладом сполученням активного транспорту, коли речовини 2 видів переносяться в протилежних напрямках.

62. Вторинний активний транспорт йонів

Існує два основні типи активного транспорту: первинний і вторинний.

При первинному транспорті безпосередньо використовується енергія АТФ.

При вторинному транспорті АТФ не використовується, необхідна енергія утворюється за рахунок різниці електрохімічних потенціалів. Є дві форми вторинного типу:

- антипорт два різних іона або молекули проходять мембрану у протилежний напрямках. Одна з цих

молекул рухається уздовж градієнту електрохімічного

потенціалу, звільняючи енергію, яка використовується для

перенесення іншої молекули. Прикладом є натрій-кальцієвий антипорт. Він переносить йони кальцію в зовнішнє середовище. Адже надлишок Кальцію у клітині шкідливий для неї. Білок-переносник приєднює всередині йон кальцію, а зовні - три йони натрію і переносить кальцій назовні, а натрій всередину клітини. На відміну від натрій-калієвої помпи, яка використовує енергію АТФ, цей кальцієвий переносник працює завдяки енергії мембранного потенціалу.

- Симпорт використовує потік інших іонів

або молекул уздовж електрохімічного градієнту для перенесення іншої молекули проти дві молекули рухаються у одному напрямку. Приклад — глюкозний симпортер.

Білок -переносник приєднює на зовнішній поверхні мембрани молекулу цукру і йон натрію, набуваючи додатнього заряду. Електричне поле втягує переносник до внутрішньої поверхні мембрани, де він від єднює цукор і натрій. Після цього білок-переносник знову переходить через мембрану на поверхню, де захоплює нові молекули цукру та натрію. Надлишковий натрій, який накопичується в клітині, виводиться назовні натрієвою помпою.

63. Мембранні потенціали та їх йона природа. Потенціал спокою. Рівняння Нернста

Мембраний потенціал — різниця потенціалів, яка

утворюється між розчинами електролітів, роз’єднаних

мембраною, проникною для іонів. Згідно з сучасними уявленнями потенціали спокою, ушкодження, дії є за природою мембранними потенціалами.

Між внутрішньою і зовнішньою поверхнями клітинної мембрани завжди існує різниця електричних потенціалів. Основною причиною появи біоелектричних потенціалів є неоднакова проникність для різних йонів і виникнення внаслідок цього несиметричного розподілу йонів з обох боіків мембрани.Ця різниця потенціалів, виміряна в стані фізіологічного спокою клітини, називається потенціалом спокою. Аніони для яких мембрана непроникна, концентруються біля внутрішньох її поверхні створюючи від ємний заряд, яким вони притягають зі зовнішнього середовища катіони калію, утворюють додатно заряджений шар на зовнішній поверхні мембрани. Наслідком цього є виникнення різниці потенціалів, яка визначається величиною мембранного потенціалу. Наявність градієнта концентрацій йонів калію та хлору з обох боків мембрани призводить до виникнення біоелектричного потенціалу спокою, який є характерно особливістю живої клітини і становить близько 90 мВ.

Рівняяння Нернста