《协助扩散》PPT课件

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1、二.协助扩散（FacilitatedDiffusion）第二个重要的反应扩散例子是协助扩散（facilitateddiffusion）。协助扩散指物质传输流被扩散媒体（例如血液，细胞质液）中的某个反应加速。协助扩散的一个很好的例子就是氧气在肌肉纤维中的输送。在肌肉纤维中，氧气结合在肌红蛋白（myoglobin）上变成氧合肌红蛋白（oxymyoglobin）来进行传输。如果没有肌红蛋白（例如一氧化碳中毒情况），氧传输效率大大降低。其实，这个人所共知的现象是违背直觉的，需要用模型进行进一步地解释。因为肌红蛋白的

2、直径(molecularweightM=16,890)远大于氧气分子直径(molecularweightM=32)，因此其扩散常数比氧气分子扩散常数小很多(D=4.4×10-7andD=1.2×10-5cm2/sformyoglobinandoxygen,respectively).，从而扩散慢很多。直观上看，氧气结合上肌红蛋白后，反而慢了很多。（见作业）这个问题的解释是：在平衡态，全部的氧的传输=自由的氧的传输+氧合肌红蛋白的传输。如果肌红蛋白非常之多（比自由氧），和氧结合的非常好，就可以帮助氧传输。下面

3、是一个简单模型。假定考虑一直线上的管子，含有可扩散的肌红蛋白。在左边(atx=0)氧的浓度是固定的记为s0，在右边(atx=L)氧的浓度也是固定的记为sL，其中sL

4、态时：即：就有守恒常数：这里的J是氧(s)和氧合肌红蛋白(c)的流的总和。对，关于x从0到L积分，可得：但这里c0和cL未知使用无量纲化方法：其中，合理的参数是：以及由此可以估计出：得到的结论是：氧和肌红蛋白之间的反应，即f是准静态的。即f的变形由于：氧和肌红蛋白之间的反应，即f是准静态的。=0e=e0-c将这个c代入到J中现在我们来分析化学化反应如何协助扩散。在无量纲变量中，如果没有协助物，即e0=0，在无量纲变量中，即ρ=0。这时，流完全是自由扩散，即Fick‘sLaw，其流但当存在协助物时，流就是被一

5、个额外的项μρ所加强了。根据前面所说的实际参数，ρ=560。在一个极端情况下，假定s全是0（全部位置都没有氧），这时，=1，所以比自由扩散大560倍！！！如果氧气的供应在左边(nearx=0)足够高，氧气就可以储存为氧合肌红蛋白。当氧气向右传递，就会逐步下降，这时氧合肌红蛋白就会释放氧气。因此，尽管氧合肌红蛋白比氧气扩散慢很多，但氧合肌红蛋白结合的氧足量非常多的话，就可以传输大量的氧！对于考虑积分到x(前面是直接积到L)从可看出，是x的线性函数，一个线性函数f(x)可以写成参数形式:f(x)=x[f(1)]

6、+(1-x)f(0)因此，上式可以写成：将放在无量纲情况下考虑，即可得另外，根据可得由这两个式子我们可以分析氧气的传输情况，其中σ代表氧气，而u代表氧合肌红蛋白代表则是全部的氧（自由的和结合肌红蛋白）定态解：浓度随位置的变化问：free肌红蛋白的浓度高低是怎样的？定态下，流（J）的情况。尽管J是常数，但其中包括两项，thefluxoffreeoxygen和thefluxofboundoxygen，两者相加是常数。但前者随位置递减，后者递增。对于大的y，流J基本全靠boundoxygen来承担（即theflu

7、xoffreeoxygen非常小，thefluxofboundoxygen非常大）二.1.FacilitatedDiffusioninMuscleRespiration肌肉纤维消耗很多氧气，即使是在休息（atrest）的时候，也需用消耗氧。这是因为细胞需要维持非零的膜电压，这个过程需要通过呼吸链来消耗糖，产出ATP。如果糖进行无氧代谢，产生的lacticacid对细胞是有毒的。对人体而言，肝的肌细胞在休息期（atrest），氧气消耗量大约是5×10-8mol/cm3s,而肌红蛋白的浓度为2.8×10-7mo

8、l/cm3。因此当肌红蛋白是饱和的时候（指全部都结合了氧），也只能供给5秒的氧消耗（如果外部氧切断的话）。另外，外部的氧必须渗透到细胞的中心，以防止细胞的中心的氧气含量减少到零。这个细胞的中心的氧气含量为零的情况称为氧负债(oxygendebt)。我们用模型来解释肌红蛋白如何帮助细胞供氧，以及防止氧负债。这个模型包括了氧气和肌红蛋白的扩散。我们假定肌纤维是一个长的圆柱形(radiusa=2.5×10-3cm)，并