Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

Hasonló dokumentumok
Fizika-Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS Október 22. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

A diffúzió leírása az anyagmennyiség időbeli változásával A diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával

Biofizika 1 - Diffúzió, ozmózis 10/31/2018

Biofizika I. OZMÓZIS. Dr. Szabó-Meleg Edina PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Biofizika I. DIFFÚZIÓ OZMÓZIS

BIOFIZIKA I OZMÓZIS Bugyi Beáta (PTE ÁOK Biofizikai Intézet) OZMÓZIS

OZMÓZIS. BIOFIZIKA I Október 25. Bugyi Beáta PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

DIFFÚZIÓ. BIOFIZIKA I Október 20. Bugyi Beáta

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Orvosi Fizika 10. Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Transzportjelenségek

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. Zrínyi Miklós

Biofizika szeminárium november 2.

Oldatok - elegyek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Reakciókinetika és katalízis

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek. N m J 2

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Fordított ozmózis. Az ozmózis. A fordított ozmózis. Idézet a Wikipédiából, a szabad lexikonból:

Transzportfolyamatok a mikroszkópikus méretskálán: Diffúzió, Brown-mozgás, ozmózis. A sejt méretskálája. Biomolekuláris rendszerek méretskálája

Reológia Mérési technikák

Oldatok - elegyek. Többkomponensű homogén (egyfázisú) rendszerek. Elegyek: komponensek mennyisége azonos nagyságrendű

Diffúzió 2003 március 28

Határfelületi jelenségek. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 3. Általános anyagszerkezeti ismeretek E A J 2. N m

Sejtek membránpotenciálja

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Transzportfolyamatok

HIDROSZTATIKA, HIDRODINAMIKA

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. TRANSZPORTFOLYAMATOK biológiai rendszerekben.

Anyagismeret 2016/17. Diffúzió. Dr. Mészáros István Diffúzió

Fizikai biológia. Modellépítés kiinduló szempontjai. Mitől élő az élő? Az élő sejt fizikai Biológiája

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

OZMÓZIS, MEMBRÁNTRANSZPORT

Diffúzió. Diffúzió sebessége: gáz > folyadék > szilárd (kötőerő)

Dr. Kopecskó Katalin

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Termodinamikai egyensúlyi potenciál (Nernst, Donnan). Diffúziós potenciál, Goldman-Hodgkin-Katz egyenlet.

Kémiai reakciók sebessége

Művelettan 3 fejezete

Orvosi Biofizika I. 12. vizsgatétel. IsmétlésI. -Fény

Membránpotenciál, akciós potenciál

OZMÓZIS, MEMBRÁNTRANSZPORT. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

A nyomás. IV. fejezet Összefoglalás

Termodinamika (Hőtan)

17. Diffúzió vizsgálata

Hőtan ( első rész ) Hőmérséklet, szilárd tárgyak és folyadékok hőtágulása, gázok állapotjelzői

Folyadékáramlás. Orvosi biofizika (szerk. Damjanovich Sándor, Fidy Judit, Szöllősi János) Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2006

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

zis Brown-mozg mozgás Makromolekula (DNS) fluktuáci Vámosi György

DINAMIKA ALAPJAI. Tömeg és az erő

Szűrés. Gyógyszertechnológiai alapműveletek. Pécsi Tudományegyetem Gyógyszertechnológia és Biofarmáciai Intézet

Eukariota állati sejt

Ó ű ű ű ű ű

ű ű ű Ú ű ű ű ű Ó

Ú Ö ű Ö

ú ú ú ű ú Ó ú ű Ö Ö ű ű ű ú ú ű ű ű ű ú ű Ö ú ú ű Ó ű ű

ű ű ű Ú ű ű Ó ű Ó Ö

Ú ű Ö ű ű Ü Ú ű Ü ű ű ű ű ű Ö ű

ű ű Ó

ű ű ű Ú Ü Ü Ú ű Ó Ó ű

Ó Ü

Ó

ő Ú ú Ü ú

ű ű Ö Ü

Ó Ó ü ú ú

ű ű ű ű ű ű ű ű

Ö Ö Ú

Számítástudományi Tanszék Eszterházy Károly Főiskola.

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

Az élő sejt fizikai Biológiája Kellermayer Miklós

Membránszerkezet Nyugalmi membránpotenciál

A környezetszennyezés folyamatai anyagok migrációja

Folyadékok és gázok mechanikája

Értékelési útmutató az emelt szint írásbeli feladatsorhoz I.

Az előadás vázlata: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: Állapotjelzők: nagy közepes kicsi. Hőmérséklet, T tapasztalat (hideg, meleg).

Folyadékok és gázok mechanikája

Molekulák mozgásban a kémiai kinetika a környezetben

PHYWE Fizikai kémia és az anyagok tulajdonságai

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

SEMMELWEIS EGYETEM. Biofizikai és Sugárbiológiai Intézet, Nanokémiai Kutatócsoport. TRANSZPORTFOLYAMATOK biológiai rendszerekben.

BIOFIZIKA. Membránpotenciál és transzport. Liliom Károly. MTA TTK Enzimológiai Intézet

A szennyvíztisztítás üzemeltetési költségeinek csökkentése - oxigén beviteli hatékonyság értékelésének módszere

Többkomponensű rendszerek I.

Egy részecske mozgási energiája: v 2 3 = k T, ahol T a gáz hőmérséklete Kelvinben 2 2 (k = 1, J/K Boltzmann-állandó) Tehát a gáz hőmérséklete

Általános Kémia GY, 2. tantermi gyakorlat

Szedimentáció, elektroforézis. Biofizika előadás Talián Csaba Gábor

Atomok. szilárd. elsődleges kölcsönhatás. kovalens ionos fémes. gázok, folyadékok, szilárd anyagok. ionos fémek vegyületek ötvözetek

Az atom- olvasni. 1. ábra Az atom felépítése 1. Az atomot felépítő elemi részecskék. Proton, Jele: (p+) Neutron, Jele: (n o )

Membránpotenciál. Nyugalmi membránpotenciál. Akciós potenciál

Egy idegsejt működése. a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál

Vérkeringés. A szív munkája

TÖBBKOMPONENS RENDSZEREK FÁZISEGYENSÚLYAI II. Ismerjük fel, hogy többkomponens fázisegyensúlyokban a folyadék fázisnak kitüntetett szerepe van!

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

FIZIKA I. Ez egy gázos előadás lesz! (Ideális gázok hőtana) Dr. Seres István

W = F s A munka származtatott, előjeles skalármennyiség.

Átírás:

Biofizika szeminárium Diffúzió, ozmózis

I. DIFFÚZIÓ ORVOSI BIOFIZIKA tankönyv: III./2 fejezet

Részecskék mozgása Brown-mozgás Robert Brown o kísérlet: pollenszuszpenzió mikroszkópos vizsgálata o megfigyelés: virágporszemcsék szabálytalan, zegzugos mozgást végeznek a gázrészecskékhez hasonlóan

BROWN MOZGÁS - a diffúzió alapja makroszkopikus (pollenszemcse zegzugos mozgása) mikroszkopikus Diffúzió: a vizsgált anyag részecskéinek Brown-mozgással való szétterjedése a közegben Fontos szabály: magasabb koncentrációjú részekről történik az alacsonyabbak felé inhomogén homogén

Diffúzió leírása az anyag(mennyiség) időbeli áramlásával ANYAGÁRAM-ERŐSSÉG: I v (egység: mol/s) függ a felület (A) nagyságától ANYAGÁRAM-SŰRŰSÉG: J (egység: mol/m 2 s) független a felület (A) nagyságától anyagáram-sűrűség egységnyi idő alatt egységnyi felületen hány mólnyi anyag jut keresztül diffúzió erőssége

t (idő) Mitől függ a diffúzió erőssége? FICK I. TÖRVÉNYE - A DIFFÚZIÓ TÉRBELI LEÍRÁSA Az egyszerűség kedvéért vizsgálódjunk 1D-ban (x tengely mentén): t=0 t t= egyenlőtlen (inhomogén) eloszlás D I F F Ú Z I Ó egyenletes (homogén) eloszlás x (távolság)

Diffúzió leírása a koncentráció térbeli változásával a koncentráció (c) változása az x tengely mentén egyre csökken! KONCENTRÁCIÓ GRÁDIENS (hajtóerő): a koncentráció különbség ( c) és a távolság( x) hányadosa két pont között az egyszerűség kedvéért: a koncentráció lineárisan változik

Előző két összefüggést egyesíti: FICK I. TÖRVÉNYE Ahol: D: diffúziós együttható [m 2 s -1 ] Stokes-Einstein összefüggés írja le D = Fick I. törvényének részletes levezetése: ld. ORVOSI BIOFIZIKA tk. 228. oldal szövegdoboz

Valami még hiányzik koncentráció különbség (hajtóerő) diffúzió (anyagáram) egyenletes eloszlás (egyensúly) megvizsgáltuk a diffúziót a koncentráció térbeli változásának (c(x)) figyelembe vételével FICK I. TÖRVÉNYE (térbeli leírás) azonban nem vettük figyelembe a koncentráció időtől való függését (c(x, t))! FICK II. TÖRVÉNYE (térbeli & időbeli leírás)

A diffúzió térbeli ÉS időbeli leírása (Fick II. törvénye) Az egyszerűség kedvéért vizsgálódjunk ismét 1D-ban (x tengely mentén): Fick II. törvénye

Szabad diffúzió 1D-ban (bolyongási probléma) Milyen messzire jut el egy részecske a kezdeti helyétől adott t idő alatt? R(t) =? y A koncentráció eloszlás változása az idő fv-ében x KMnO 4 körkörös szétterjedése és koncentrációjának eloszlása

Vegyük észre a diffúziós idő (t) a távolság (R) négyzetével arányos megtételéhez szükséges idő idő (t) (t) t ~ R 2 t ~ R A diffúzió rövid távolságon (100 μm) viszonylag gyors (< másodperc) hosszú távolságon (1 cm) rendkívül lassú folyamat (napok) távolság (R)

Élettani példa: A VÉR ÉS A TÜDŐ KÖZÖTTI GÁZCSERE akadály TÜDŐHÓLYAGOCSKA Diffúziós távolság: R 1 mm O 2 sejtekhez CO 2 eltávolítása VÉRKERINGÉS diffúziós gázcsere Egyszerűsített vázlat: vörösvértest átlagos tartózkodási ideje; t 0.5 s

Élettani példa: A VÉR ÉS A TÜDŐ KÖZÖTTI GÁZCSERE molekula diffúziós távolság [R] diffúziós együttható [D], m 2 s -1 mennyi idő alatt teszi meg [t], s O 2 1 mm = 10-6 m 10-9 m 2 s -1 500 10-6 s = 500 ms << 0.5 s CO 2 1 mm = 10-6 m 6.10-9 m 2 s -1 83 10-6 s = 83 ms << 0.5 s t~ A gázcsere hatékonyságának kulcsa: kis diffúziós távolság (µm), nagy diffúziós sebesség (µs).

II. OZMÓZIS ORVOSI BIOFIZIKA tankönyv: III./2.2 fejezet

Szemipermeábilis membrán vvt albumin elektrolitok baktériumok közepes méretű molekulák (pl. b2- mikroglobulin) víz átáramlása A szemipermeábilis membránok finom szűrőhöz hasonló módon működnek, csak azok a molekulák juthatnak át, amelyek elég kis méretűek.

Az ozmózis leírása h oldószer oldószer + oldott anyag féligáteresztő hártya koncentráció különbség az oldott anyagra nézve féligáteresztő hártya: oldószer számára átjárható az oldott anyag számára nem dinamikus egyensúly OZMOTIKUS EGYENSÚLY oldószer áramlik a féligáteresztő hártyán keresztül az oldószer + oldott anyag térfogata növekszik (h) HIDROSZTATIKUS NYOMÁS (p h ) az oldószer áramlása lassul

Az ozmózis-nyomás J KI J BE OZMÓZIS-NYOMÁS az a nyomás, amelyet a tiszta oldószerrel féligáteresztő hártyán át kapcsolatban lévő oldatra kell kifejteni ahhoz, hogy dinamikus egyensúly jöjjön létre, azaz leálljon az ozmózis az a nyomás, ami az oldószernek a nettó áramlását megakadályozza

Ozmózis idő Az oldott anyagok nem tudnak átjutni a membránon, így a koncentráció kiegyenlítődésére való törekvés miatt víz áramlik át a membránon.

Reverz ozmózis idő nyomás A membrán egyik oldalán nyomást fejtünk ki a folyadékoszlopra.