Прохождение многих незаряженных частиц вещества через мембрану подчиняется законам диффузии

Процесс диффузии впервые количественно описан Фиком.

Первый закон Фика отражает тот простой факт, что поток вещества (J) в направлении оси x пропорционален движущей силе, то есть градиенту концентрации dc/dx (слайд 3)

[1]

где D – коэффициент диффузии см²×с^-1 зависящий от температуры и подвижности и вещества в среде:

D = RTu. [2]

где R – газовая постоянная,
T – абсолютная температура
u – подвижность вещества в рассматриваемой среде.

J – поток вещества клеточную мембрану, размерность моль × см²× с^-1.

Данное уравнение представляет собой частный случай более общего уравнения Нернста – Планка:

[3]

где c – концентрация ионов в плоскости x,
u – подвижность,
– изменение электрохимического потенциала по оси x, когда

транспортируемые частицы незаряжены.

В случае стационарной диффузии через тонкие мембраны градиент концентрации - dc/dx постоянен. Если на краях мембраны толщиной h поддерживаются постоянные концентрации (с₁^’ и c₂^’), связанные с концентрациями омывающих растворов соотношениями

c₁^’=gc₁ c₂^’=gc₂

где g – коэффициент распределения, и показывает соотношение концентрации вещества вне мембраны и внутри ее. Величина коэффициента распределения зависит от свойств мембраны и переносимых веществ. Учитывая все сказанное поток через такую мембрану равен:

[4]

где – проницаемость мембраны для данного вещества см×с-1. Величина коэффициента проницаемости тем больше, чем больше коэффициент диффузии (чем меньше вязкость мембраны), чем тоньше мембрана (чем меньше h) b чем лучше вещество растворяется в мембране (чем больше g).

g – коэффициент распределения отражает липофильность данного вещества