Мембранное равновесие Доннана

Мембранное равновесие, связанное с различием концен-трации солей внутрии вне клеток, известно давно Мембранноеравновесие, связанное с различием концентрации солей внутри и вне клеток,известно давно.В 1911 г. Ф. Доннан объяснил это явление, впоследствииназванное его именем.Мембранное равновесие Доннана связано с переносом некоторогоколичества вещества низкомолекулярного электролита внутрь пространства,содержащего полимер, и, вследствие этого, неравномерного распределенияконцентраций этого электролита по обе стороны полупроницаемой мембраны.Пусть в некоторый начальный момент времени концентрации ионовнизкомолекулярного и высокомолекулярного соединений по обе стороны мембраны распределяютсяследующим образом Рис 1. В левой части сосуда, разделенного полупроницаемой мембраной,находится раствор полимера, который в результате диссоциации представленполикатионом R Z и противоионом Cl , концентрациикоторых равны соответственно C1 и ZC1. В левой части раствор низкомолекулярного электролита, например KCl, с концентрацией С2,диссоциирующий на К и Cl . При установлении равновесия вследствие диффузиив такой системе малые ионы K перемещаются преимущественно из правойчасти сосуда в левую. Макрокатионы R Z не могут проникать через мембрану,поэтому для сохранения электронейтральности вместе с катионами K справаналево происходит перемещение избыточного числа анионов Cl . В результате этих процессов концентрациянизкомолекулярного электролита в растворе ВМС повышается Рис2. Условием равновесия является равенство произведений концентрацийэлектролитов в левой и правой части сосуда, разделенного полупроницаемой мембраной K внутр.

Cl внутр.

K внеш. Cl внеш. Подставляяобозначения из рис.2, имеем уравнение X ZC1 X C2 Решая это уравнение относительно X, получаем C22X . ZC1 2C2 Это и есть уравнение Доннана, которое показывает количество низкомолекулярного вещества, переносимого в фазу ВМС черезполупроницаемую мембрану.

Из него следует вывод, что низкомолекулярный электролитраспределяется неравномерно по обе стороны мембраны. Перенос вещества всегдасуществует из внешнего раствора во внутренний, в результате чего во внутреннемрастворе наблюдается более высокая концентрация переносимых электролитов посравнению с внешним раствором.

Этим же объясняется некоторый избытокосмотического давления в растворах, содержащих ВМС и электролиты.Есликонцентрация низкомолекулярного электролита намного больше концентрацииполимера С2 gt gt C1 , то X C2 2, т.е. при малых концентрациях макроионов ибольших концентрациях малых ионов наблюдается равномерное распределение малыхионов по обе стороны мембраны.

Приобратном соотношении концентраций C2 lt lt C1 , XZC1 C22,откуда следует, что перенос X очень мал и обратно пропорционален величине ZC1. Осмотическоедавление раствора в левом отсеке складывается из осмотического давления,обусловленного присутствием ВМС и низкомолекулярного соединения p1 p1 ВМС p1 НМС p2 НМС . Тачасть осмотического давления крови, которая создается растворенными в нейбелками, называется онкотическимдавлением.

Хотя по абсолютной величине оно, как правило, незначительно например, для плазмы крови на долю осмотического давления, создаваемогорастворами белков приходится всего лишь 0,5 1 , эта составляющая имеет большое физиологическое значение.Всебиологические мембраны полупроницаемы в нормальных условиях проницаемы длянеорганических солей и воды и непроницаемы для белков и полисахаридов.

Этотэффект является одной из причин неравномерного распределения ионов вне и внутриклетки.