Biofizika I. 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

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

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

Biofizika szeminárium. Diffúzió, ozmózis

Biofizika 1 - Diffúzió, ozmózis 10/31/2018

DIFFÚZIÓ. BIOFIZIKA I Október 20. Bugyi Beáta

OZMÓZIS, MEMBRÁNTRANSZPORT

OZMÓZIS, MEMBRÁNTRANSZPORT. Vig Andrea PTE ÁOK Biofizikai Intézet

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

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

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

Biológiai membránok fizikája, diffúzió, ozmózis Dr. Nagy László

A transzportfolyamatok és a sejtek közötti kommunikáció

Transzportjelenségek

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

Biológiai membránok és membrántranszport

térrészek elválasztása transzport jelátvitel Milyen a membrán szerkezete? Milyen a membrán szerkezete? lipid kettısréteg, hidrofil/hidrofób részek

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

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

Reakciókinetika és katalízis

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

A transzportfolyamatok és a sejtek közötti kommunikáció

Transzportfolyamatok

Membránszerkezet Nyugalmi membránpotenciál

NÖVÉNYGENETIKA. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

A szervezet vízterei

Diffúzió 2003 március 28

Szerkezet és funkció kapcsolata a membránműködésben. Folyadékkristályok típusai (1) Dr. Voszka István

Folyadékkristályok; biológiai és mesterséges membránok

Szerkezet és funkció kapcsolata a membránműködésben. Folyadékkristályok típusai (1) Dr. Voszka István

Membránpotenciál, akciós potenciál

Az anyagi rendszerek csoportosítása

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

1. előadás Membránok felépítése, mebrán raftok, caveolák jellemzője, funkciói

Membrántranszport. Gyógyszerész előadás Dr. Barkó Szilvia

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

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

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

a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál. Nyugalmi potenciál. 3 tényező határozza meg:

Elméleti kérdések 11. osztály érettségire el ı készít ı csoport

Kémiai reakciók sebessége

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

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Belső energia, hőmennyiség, munka Hőtan főtételei

TRANSZPORTFOLYAMATOK A SEJTEKBEN

Molekulák mozgásban a kémiai kinetika a környezetben

Termodinamika (Hőtan)

Membránpotenciál. Nyugalmi membránpotenciál. Akciós potenciál

Eukariota állati sejt

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

Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Biofizika szeminárium

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

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

Debreceni Egyetem Orvos- és Egészségtudományi Centrum Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

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

A Sejtmembrán Szerkezete Nyugalmi Membránpotenciál

Reológia Mérési technikák

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

Vezetők elektrosztatikus térben

Elektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András

2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,

A szilárd testek alakja és térfogata észrevehetően csak nagy erő hatására változik meg. A testekben a részecskék egymáshoz közel vannak, kristályos

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

Novák Béla: Sejtbiológia Membrántranszport

Elektromos áram. Vezetési jelenségek

Sejtek membránpotenciálja

Szedimentáció, elektroforézis. Biofizika előadás Talián Csaba Gábor

3/11/2015 SZEDIMENTÁCIÓ ELEKTROFORÉZIS. Szedimentáció, elektroforézis. Alkalmazások hematológia - vér frakcionálása

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

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

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

1. SI mértékegységrendszer

f = n - F ELTE II. Fizikus 2005/2006 I. félév

Víz. Az élő anyag szerkezeti egységei. A vízmolekula szerkezete. Olyan mindennapi, hogy fel sem tűnik, milyen különleges

Biofizika I

Biofizika szeminárium november 2.

PHYWE Fizikai kémia és az anyagok tulajdonságai

Molekuláris dinamika I. 10. előadás

Általános és szervetlen kémia 1. hét

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

Membránszerkezet. Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Folyékony mozaik modell. Membrán-modellek. Biofizika szeminárium

Biológiai membránok és membrántranszport

ÖSSZEFOGLALÁS HŐTANI FOLYAMATOK

Szabadentalpia nyomásfüggése

A légzési lánc és az oxidatív foszforiláció

A plazmamembrán felépítése

Mérés: Millikan olajcsepp-kísérlete

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

ORVOSI BIOFIZIKA. Damjanovich Sándor Mátyus László QT Szerkesztette

Az ioncsatorna fehérjék szerkezete, működése és szabályozása. A patch-clamp technika

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

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

TestLine - Fizika 7. osztály Hőtan Témazáró Minta feladatsor

Kevéssé fejlett, sejthártya betüremkedésekből. Citoplazmában, cirkuláris DNS, hisztonok nincsenek

A Sejtmembrán Szerkezete Nyugalmi Membránpotenciál

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

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

Átírás:

1. KÍSÉRLET 1. kísérlet: cseppentsünk tintát egy üveg vízbe Biofizika I. OZMÓZIS 2012. szeptember 5. Dr. Bugyi Beáta PTE ÁOK Biofizikai Intézet 1. megfigyelés: a folt lassan szétterjed és megfesti az egész folyadékot 2. KÍSÉRLET 2. kísérlet: cseppentsünk tintát MELEG és HIDEG vízbe A MINDENNAPJAINKBAN 2. megfigyelés: a folt gyorsabban terjed szét a meleg vízben, mint a hidegben A BIOLÓGIAI JELENTİSÉGE biológia rendszerek mikroszkópikus anyagtranszport folyamatai az anyagok sejtmembránon keresztül történı áthaladása alapvetı anyagcsere-folyamatok vér és a tüdı közötti gázcsere ingerületi folyamatok gyógyszerek felszívódása kémiai reakciók a biológia rendszerekben a részecskék többsége állandó mozgásban van folyadék fázis víz (az emberi szervezet tömegének 50 60 %-át víz alkotja) lipid fázis - sejtmembrán Brown-mozgás Robert Brown (skót botanikus, 1827) kísérlet: pollenszuszpenzió mikroszkópos vizsgálata megfigyelés: virágporszemcsék szabálytalan, zegzugos mozgást végeznek magyarázat:? 1

BROWN-MOZGÁS EGY RÉSZECSKE BROWN-MOZGÁSA 3D-BEN MAKROSZKÓPIKUS KÉP BROWN-MOZGÁS MIKROSZKÓPIKUS KÉP a részecskék egyenletlen (inhomogén) eloszlásának következtében a részecskék transzportja* valósul meg a magasabb koncentrációjú régiók felıl az alacsonyabb koncentrációjú régiók felé amíg a részecskék egyenletes eloszlást (homogén) nem mutatnak * Brown-mozgás a részecske és a közeg molekulái folyamatosan ütköznek egymással részecskék rendezetlen mozgása függ a hımérséklettıl (T): hımozgás á 1 3 2 2 ~ kinetikus gázelmélet ideális gáz modell A LEÍRÁSA Az egyszerőségkedvéért vizsgálódjunk1d-ban (x tengely mentén): Mitıl függ a diffúzió erıssége? t = 0 s inhomogén eloszlás t t = homogén eloszlás x 2

a koncentráció (c) változása az x tengely mentén KONCENTRÁCIÓ GRADIENS (hajtóerı) a koncentráció különbség ( c) és a távolság ( x) hányadosa két pont között diffúzió révén az A felületen (áramlás irányára merıleges) t idı alatt n anyagmennyiség (mól) vándorol át az egyszerőség kedvéért: a koncentráció lineárisan változik állandó átáramlott anyag mennyisége eltelt idő ANYAGÁRAM-ERİSSÉG: I v (egység: mol/s) függ a felület (A) nagyságától anyagáramerősség felület ANYAGÁRAM-SŐRŐSÉG: J (egység: mol/m 2 s) független a felület (A) nagyságától ANYAGÁRAM-SŐRŐSÉG egységnyi idı alatt egységnyi felületen hány mólnyi anyag jut keresztül ERİSSÉGE Transzportfolyamatok általános leírása: Onsanger-féle lineáris összefüggés az extenzív mennyiség (anyagmennyiség) áramsőrősége egyenesen arányos az intenzív mennyiség (koncentráció) gradiensével FICK I. TÖRVÉNYE az anyagáram-sőrőség egyenesen arányos a koncentrációeséssel! negatív elıjel: a részecskék a magasabb koncentrációjú régió felıl az alacsonyabb koncentrációjú hely felé mozognak (diffundálnak)! D: S EGYÜTTHATÓ A S EGYÜTTHATÓ A S EGYÜTTHATÓ a diffundáló részecske mobilitását jellemzi - milyen gyorsan diffundál jele: D mértékegysége: m 2 s -1 számértéke megadja egységnyi koncentrációkülönbség esetén az egységnyi keresztmetszeten egységnyi idı alatt átáramló anyag mennyiségét függ mind a részecske, mind pedig a közeg sajátságaitól Gömbszimmetrikus (r: sugár) részecskék diffúziójára η viszkozitású közegben T hımérsékleten: 6 6 STOKES-EINSTEIN ÖSSZEFÜGGÉS hımérséklet (T) a diffúzió gyorsabb magasabb hımérsékleten: gyorsabb hımozgás a részecske geometriája /alakja (r) kicsi/globuláris részecske gyorsabban diffundál mint a nagy/fibriláris részecske a részecske moláris tömege (M) a nehezebb részecskék lassabban diffundálnak, mint a könnyebb részecskék a közeg viszkozitása (η) a diffúzió gyorsabb alacsonyabb viszkozitású közegekben, mint a magasabb viszkozitású közegekben gázok > folyadékok k: Boltzmann állandó k = 1.38 10 23 joule/kelvin 3

A S EGYÜTTHATÓ diffundáló részecske közeg [D] = m 2 s -1 T = 20 o C MI HIÁNYZIK MÉG? H 2 (2) levegı 6.4 10-5 O 2 (32) levegı 2 10-5 O 2 (32) víz 1.9 10-9 aminosav: glicin MW: 75 Da globuláris fehérje: szérum albumin MW: 69 000 Da 60 x 96 x 60 Å fibriláris fehérje: tropomiozin MW: 93 000 Da l = 40 Å víz 0.9 10-9 víz 6 10-11 víz 2.2 10-11 x3 x10000 x100 x3 GYORSABB koncentráció különbség (hajtóerı) 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 idıtıl való függését (c(x, t))! FICK II. TÖRVÉNYE (térbeli & idıbeli leírás) dohány mozaik vírus MW: 40 000 000 Da l = 300 Å d = 150 Å víz 4.6 10-12 1. példa: A SEJTMEMBRÁNON KERESZTÜL A TRANSZPORTFOLYAMATOK CSOPORTOSÍTÁSA EXTRACELLULÁRIS TÉR ANYAG TRANSZPORT LIPID KETTİSRÉTEG MEMBRÁNFEHÉRJÉK I. SZÁLLÍTÁSI MECHANIZMUS SZERINT KÖZVETÍTİ NÉLKÜL KÖZVETÍTİ SEGÍTSÉGÉVEL PASSZÍV FACILITÁLT ioncsatorna karrier fehérjék karrier fehérjék INTRACELLULÁRIS TÉR citoplazma víz apoláros molekulák ionok monoszaharidok aminosavak metabolitok más mechanizmus: exocitózisés endocitózis 1. 2. 3. 4. PASSZÍV TRANSZPORT AKTÍV TRANSZPORT II. ENERGIAIGÉNY SZERINT 1. PASSZÍV Közvetítı nélkül 2. FACILITÁLT Közvetítı segítségével: IONCSATORNÁN KERESZTÜL iránya: ELEKTROKÉMIAI POTENCIÁL GRADIENS irányába kémia potenciál gradiens (koncentráció) elektromos potenciál gradiens (töltés) diffúzió sebessége: Fick törvények közvetítı: nincs például: hidrofób molekulák: O 2, N 2 kis mérető, poláris molekulák: CO 2, víz, alkohol, urea, glicerin glükóz, szacharóz iránya: kémiai vagy elektrokémiai potenciál gradiens irányába diffúzió sebessége: gyorsabb, mint a Fick törvények által meghatározott közvetítı: IONCSATORNA-FEHÉRJE transzmembrán fehérjék (pórusos térszerkezet) zárt / nyitott állapot: nincs transzport / transzport nyitott/zárt állapot szabályozása: mechanoszenzitív (mechanikai hatás: nyújtás, nyomás) feszültségfüggı (a membrán két oldala közötti feszültségkülönbség ld: akciós potenciál) receptor-, vagy ligandvezérelt szelektivitás: az ionok töltése és mérete szerint 4

3. FACILITÁLT Közvetítı segítségével: KARRIER FEHÉRJÉK 4. FACILITÁLT Aktív transzport Közvetítı segítségével: KARRIER FEHÉRJÉK iránya kémiai vagy elektrokémiai potenciál gradiens irányába diffúzió sebessége: gyorsabb, mint a Fick törvények által meghatározott iránya: kémiai, vagy elektrokémiai potenciál gradienssel ELLENKEZİ irány! ENERGIABEFEKTETÉS közvetítı: KARRIER-FEHÉRJE (szállító, transzporter) az ionokat, molekulákat specifikusan kötik elısegítik annak a membránon való átjutását közvetítı: TRANSZPORTER uniporter szimporter/antiporter uniporter szimporter antiporter energiaigény: van ATPáz transzporter (ATP hidrolízise) foto transzporter (fény energiája) csatolt transzporter (másik transzport energiája) például: Na+-K+ pumpa ÁTTEKINTÉS a legfontosabb fogalmak Vizsgakérdés: Brown-mozgás A diffúzió jelensége Fick I. törvénye (térbeli leírás) Diffúziós együttható, Einstein-Stokes összefüggés Diffúzió a sejtmembránon keresztül: passzív, aktív és facilitált diffúzió Tudni kell róla: Fick II. törvénye (térbeli & idıbeli leírás) 5