docWyklad 5 potencjaly
download 
Reklamacja Transkrypt
Wyklad 5 potencjaly
Wykład 5 Potencjały Bogdan Walkowiak Zakład Biofizyki Instytut Inżynierii Materiałowej Politechnika Łódzka 7 listopada 2014 Biofizyka 1 Potencjał chemiczny Formuła Gibbsa w formie różniczkowej: (dU = dQ +dW; ds. = dQ/T dU = Tds + dW Różne rodzaje pracy: - praca objętościowa praca mechaniczna praca elektryczna praca chemiczna dWv= - p dV dWm= F dl dWe= ϕ dq dWc= µ dn W ogólności praca może być zapisana w postaci: dW = dWv + dWm + dWe + dWc = - p dV + F dl + ϕ dq + µ dn Formuła Gibbsa może więc być zapisana w formie: dU = Tds - p dV + F dl + ϕ dq + µ dn 7 listopada 2014 Biofizyka 2 Potencjał chemiczny Zakładając: dS = 0; dV = 0; dl = 0; dq = 0 mamy: dU = µ dn m lub ogólnie: dU = Σ µi dni i=1 7 listopada 2014 Biofizyka 3 Potencjał chemiczny Gdy system wykonuje pracę (-dW) potencjał chemiczny maleje (-dµ) -dµ = pdV Równanie stanu gazu doskonałego wyraża formuła: R=8.31 J/mol deg – uniwersalna stała gazowa pV = nRT dla procesów izotermicznych (dT = 0) spełniona jest równość: p dV = - V dp wtedy: -dµ = − V dp; and V = nRT/p dµ = nRT dp/p dµ = nRT dp/p 2 µ = nRT ln p + W 1 7 listopada 2014 Biofizyka 4 Potencjał chemiczny µ = nRT (ln p2 - ln p1) + µο µ = + µο + nRT ln p2 ponieważ p = nRT/V and for p1 = 1 n/V = c wiec: µ = + µο + nRT ln c 7 listopada 2014 Biofizyka 5 Electrochemical Potential Electric charge of n mols of ions is described by the equation: q=znF and change in the charge amount: dq = z F dn or for several types of ions: m dq = F Σ zi dni i=1 the Gibbs’ formula will be expressed as: m m i=1 i=1 dU = TdS - p dV + F dl + ϕ F Σ zi dni + Σ µi dni 7 listopada 2014 Biofizyka 6 Electrochemical Potential Elements of the sum can be ordered: m m m i=1 i=1 i=1 ϕ F Σ zi dni + Σ µi dni = Σ dni (µi - zi Fϕ) µie = µi + zi Fϕ e µi 7 listopada 2014 = eo µi + RT ln ci + zi Fϕ Biofizyka 7 Ciśnienie osmotyczne µ ο 1 + RT ln c 1 = µ ο 2 + RT ln c 2 dp 1 RT ln c 1 /c 2 = µ ο 2 − µ ο 1 2 µ ο 2 − µ ο 1 = V dp subsystem 1: µ1 = µο1 + RT ln c1 subsystem 2: µ2 = µο2 + RT ln c2 dp = (RT/V) ln c 1 /c 2 Π = (RT/V) ln c 1 /c 2 µ1 = µ2 7 listopada 2014 Biofizyka 8 Ciśnienie osmotyczne Jeżeli subsystem 2 zawiera czysty rozpuszczalnik, wtedy c2 = 1, oraz: Π = (RT/V) ln c1 Dla niskich stężeń roztworów prawdziwa jest zależność: Π = RTc1 7 listopada 2014 równanie Van’t Hoff’a Biofizyka 9 Ciśnienie osmotyczne Source: INTERNET 7 listopada 2014 Biofizyka 10 Potencjał dyfuzyjny (kontaktowy) + C1 - Ag + NO 3- C2 Dla równowagi wymiany Je = 0, a wtedy: dV = - dµ Led/Le dV zakładając, że dµ = 0, można napisać: J d = L d dµ + L de dV J e = L ed dµ + L e dV 7 listopada 2014 Led/Le = Jd/Je Jd = c (v - - v +) ; Biofizyka Je = z F c (v - + v +) 11 Potencjał dyfuzyjny (kontaktowy) v+ - v dV = --------v+ + v - 1 ---- dµ; zF u = v/E - ruchliwość u + - u - RT c1 dV = --------- ---- ln ---u+ + u - z F c2 7 listopada 2014 Biofizyka 12 Równowaga Donnan’a B - c1 K+ c1 K+ c2 Cl - c2 + B - c1 K+ (c1 + x) K+ (c2 - x) Cl - x Cl - (c2 - x) Stan początkowy stan równowagowy dµe = 0 7 listopada 2014 Biofizyka 13 Donnan’s Equilibrium x (c1 +x) = (c2 -x) (c2 -x) x /( c2 -x) = (c2 -x) / (c1 +x) [Cl1-] / [Cl2-] = [K2+] / [K1+] dV = (RT/F) ln ([Cl1-] / [Cl2-]) = (RT/F) ln ([K2+] / [K1+]) 7 listopada 2014 Biofizyka 14 Potencjał błonowy (membranowy) WNĘTRZE OTOCZENIE cI / cE E (mV) Na + 9.2 mM Na + 13:1 + 67 K + 140 mM K + 2.5 mM 1:56 - 102 Cl - 4.0 mM Cl - 120 mM 30:1 - 86 120 mM Równanie Nerst’a (potencjał błonowy) RT cz dV = ------ ln ---zF cw 7 listopada 2014 Biofizyka 15 Potencjał błonowy (membranowy) Równanie Goldman’a (uwzględniające współczynniki przepuszczalności) RT PK [KI+] + PNa [NaI+] + PCl [ClE-] dV = ------ ln --------------------------------------------zF PK [KE+] + PNa [NaE+] + PCl [ClI-] Dla współczynników przepuszczalności PK : PNa : PCl = 1 : 0.04 : 0.05, oraz stężeń jak na poprzednim przeźroczu, obliczony potencjał błonowy wynosi około - 90 mV 7 listopada 2014 Biofizyka 16 Potencjał czynnościowy Source: INTERNET 7 listopada 2014 Biofizyka 17 Potencjał czynnościowy Source: INTERNET 7 listopada 2014 Biofizyka 18 Pomiar potencjału błonowego 7 listopada 2014 Biofizyka 19 Przekazywanie sygnałów (cell signaling) 7 listopada 2014 Biofizyka 20 Przekazywanie sygnału przez błonę komórkową Source: INTERNET 7 listopada 2014 Biofizyka 21 Przekazywanie sygnału przez błonę komórkową Source: INTERNET 7 listopada 2014 Biofizyka 22 Przekazywanie sygnałów wewnątrz komórki Source: INTERNET 7 listopada 2014 Biofizyka 23 Przekazywanie sygnałów wewnątrz komórki Source: INTERNET 7 listopada 2014 Biofizyka 24 Przekazywanie sygnałów wewnątrz komórki Source: INTERNET 7 listopada 2014 Biofizyka 25 Jon wapnia jako przekaźnik sygnałów 7 listopada 2014 Biofizyka 26 Przekazywanie sygnałów wewnątrz komórki 7 listopada 2014 Biofizyka 27
