Содержание

Мембраны полупроницаемые — Справочник химика 21

    Некоторые биологические мембраны полупроницаемы. Они пропускают молекулы воды, но задерживают частицы растворенных в воде веществ. Согласно одной теории, полупроницаемость [c.106]

    Ионитовые мембраны приготовляют на основе ионообменных смол. Для повышения механической прочности мембран смолы армируют химически инертной тканью (сеткой) или при синтезе смолы вводят связующие материалы. Мембраны полупроницаемы, т. е. пропускают избирательно преимущественно ноны одного заряда катионитовые мембраны — катионы, анионитовые — анноны. Перенос через мембраны неэлектролитов или высокомолекулярных веществ ограничен. [c.103]


    Мембрана — полупроницаемая перегородка, пропускающая определенные компоненты жидких или газовых смесей. [c.12]

    Мембраны — полупроницаемые материалы пленочного типа, предназначенные для разделения лгазообразных сред. Свойства мембран, полученны.х межфазной полнконденсацией, описаны в работе [30]. 

[c.213]

    Эффект г иббса — Доннана играет важную роль в жизнедеятельности животных и растений. Все биологические мембраны полупроницаемы в нормальных условиях проницаемы для неорганических солей и воды и непроницаемы для белков и полисахаридов. Этот эффект является одной из причин неравномерного распределения ионов вне и внутри клетки. Например, для КС в соответствии с уравнением (13.14) получают следующее отношение концентраций  [c.543]

    Мембраны. Полупроницаемые мембраны защищают систему от проникновения к электродам растворенных во внешней среде примесей, способных исказить ход катодных реакций. Как было показано, мембрана меняет характер диффузии кислорода к катоду. Скорость поступления кислорода к катоду при наличии мембраны определяется градиентом концентрации во внешней среде у мембраны градиентом сквозь мембрану, определяемым как градиент парциального давления, и, наконец, градиентом концентрации кислорода во внутренней среде — прикатодном слое электролита. При определенных условиях градиенты концентрации можно исключить из рассмотрения, поскольку содержание кислорода во внутренней среде приближается к нулю, а возникновение градиента с внешней стороны мембраны зависит от скорости движения контролируемой среды. Градиент сквозь мембрану становится единственной значащей переменной, когда используется достаточно быстрый поток. Если внешняя среда движется медленно, то на импеданс диффузии в мембране будут накладываться изменения, вызванные градиентом концентрации. Величина минимальной критической скорости, при которой электрод сохраняет возможность фиксирования действительного парциального давления, зависит от природы и толщины мембраны. Чем меньше проницаемость и чем толще мембрана, т. е. чем шире диффузионная зона в ней, тем при меньших скоростях можно проводить измерение и тем надежнее полученные результаты. 

[c.147]

    Плазматическая мембрана полупроницаема. Ее функции защитная, транспортная — для веществ, поступающих в клетку и выходящих из нее, участие в формировании клеточной стенки и межклеточном взаимодействии, Плазмалемма тесно связана с клеточной стенкой и внутренним содержимым клетки, выполняя рецепторную и осмотическую функции. [c.121]

    Мембрана (полупроницаемая мембрана) — перегородка, обладающая свойством пропускать преимущественно определенные компоненты газовых или жидких смесей. Это свойство, в свою очередь, обусловлено различием в одном или нескольких параметрах компонентов смеси — молекулярной массе, размере или форме частиц, электрическом заряде, растворимости, скорости диффузии и др. [c.15]


    Мембрана полупроницаемая — пленка или гшастина, через которую одни компоненты раствора проходят, а другие — не проходят. Мембраны обычно обладают большой внутренней поверхностью и часто имеют гелеобразную структуру. 
[c.190]

Курс коллоидной химии 1974 (1974) — [ c.24 ]

Курс коллоидной химии (1976) — [ c.488 ]

Химический энциклопедический словарь (1983) — [ c.157 , c.342 , c.396 , c.419 , c.491 , c.492 ]

Большой энциклопедический словарь Химия изд.2 (1998) — [ c.157 , c.342 , c.396 , c.419 , c.491 , c.492 ]

Справочник инженера — химика том первый (1969) — [ c.624 ]

Электрохимическая кинетика (1967) — [ c.76 ]

Современная общая химия Том 3 (1975) — [ c.3 , c.153 ]

Лабораторное руководство по хроматографическим и смежным методам Часть 2 (1982) — [ c.55 ]

Современная общая химия (1975) — [ c.3 , c.153 ]

Фильтрование (1980) — [ c.82 , c.83 ]

Физическая и коллоидная химия (1964) — [ c.33 , c.33 , c.35 , c.35 , c.37 , c.37 , c.67 , c.67 , c.69 , c.69 , c.249 , c.273 ]

Методы практической биохимии (1978) — [ c.110 ]

Физическая Биохимия (1980) — [ c.533 , c.534 ]


Мембрана полупроницаемая — Энциклопедия по машиностроению XXL

Мощность ПЭ прямого превращения химической энергии в механическую (мускулы животных, ящик Вант-Гоффа) также ограничивается малой скоростью диффузионных процессов через поверхность мускульных волокон или полупроницаемые мембраны. Поэтому плотность потока энергии здесь не должна превысить таковой в топливных элементах.  
[c.86]

Любая мембрана, удовлетворяющая таким требова-Рис. 26-1. ниям, называется полупроницаемой мембраной. Идеаль—ных полупроницаемых мембран в природе нет, но найдены матер иалы, которые в значительной мере обладают этими свойствами. Например, палладий проницаем для водорода при высоких температурах, в то же время он почти непроницаем для азота и других газов Идеальная полупроницаемая перегородка подобно обратимому процессу является воображаемым устройством, широко используемым в теоретических исследованиях.  [c.258]


Путем возможных вариаций объемов фаз можно показать, как это было сделано выше, что для всех фаз, объемы которых не ограничены промежуточными мембранами, давления должны быть одинаковы. Теперь рассмотрим чистую фазу по одну сторону полупроницаемой перегородки и фазу смеси , включающую вещество 1, по другую ее сторону. Поскольку мембрана не препятствует протеканию чистого вещества, то имеются возможные вариации его объема как в сторону роста, так и в сторону уменьшения. С другой стороны, для фазы смеси не существует возможной вариации объема (сквозь мембрану) в направлении его увеличения, хотя изменение объема смеси в сторону его уменьшения возможно. Таким образом, можно показать, что давление фазы смеси не может быть меньше давления чистой фазы. В общем случае оно должно быть большим.  
[c.259]

Эффективность полупроницаемой мембраны для умягчения воды определяется высокими значениями селективности и водопроницаемости, которые она должна сохранять в течение продолжительного времени работы. Селективность мембраны можно выразить следующим образом  [c.492]

Сорбционная модель проницаемости основана на предпосылке, согласно которой на поверхности мембраны и в ее порах адсорбируется слой связанной воды, обладающей пониженной растворяющей способностью. Мембраны будут полупроницаемы, если они хотя бы в поверхностном слое имеют поры, не превышающие по размеру удвоенной толщины слоя связанной жидкости.  

[c.493]

Установки такого типа могут быть выполнены в виде металлических плит, стягивающих пакеты пластин из пористой бронзы, по обеим сторонам которых расположены полупроницаемые перегородки — мембраны. Соленая вода подается под давлением порядка 10,0 МПа в пространство между двумя мембранами. Пористые бронзовые плиты выдерживают огромное давление и одновременно служат дренирующей системой, через которую проходит пресная вода.  [c.575]

I — вода 2 — полупроницаемая мембрана 3 — раствор солей  [c.577]

Обратный осмос осуществляют при давлении выше 5 МПа. Существуют четыре гипотезы объясняющие процесс отделения солей от воды при ее фильтровании через полупроницаемые мембраны  [c.581]

Ультрафильтрация является частным случаем обратного осмоса и заключается в фильтровании водных растворов органических веществ и коллоидных растворов через более крупнопористые полупроницаемые мембраны с размером пор радиусом более 15 ангстрем. При ультрафильтрации можно рассматривать воду в процессе ее движения через поры, как сплошную среду, при этом выполняется соотношение  

[c.586]

Понятие обратный осмос показывает обратимость естественного (прямого) осмоса. Последний характеризуется самопроизвольным переходом растворителя через полупроницаемую мембрану в раствор. Проиллюстрируем процессы прямого и обратного осмоса схемой, приведенной на рис. 5.1. Если чистую воду и водный раствор какого-либо неорганического вещества поместить в два отсека по обе стороны полупроницаемой мембраны, способной пропускать только молекулы Н2О, то в такой системе будет наблюдаться следующее. Из-за разности давлений (концентраций) молекул Н2О в разных отсеках происходит переход молекул воды в объем с их меньшей концентрацией, т.е. в отсек солевого раствора, объем которого постепенно увеличивается, раствор разбавляется, разность давлений уменьшается, тормозя дальнейший перенос молекул Н2О. В состоянии равновесия уровни в обеих частях ячейки не будут изменяться, а установившееся гидростатическое давление определяется как осмотическое давление раствора (рис. 5.1, б).  

[c.168]


Рис. 5.3. Строение полупроницаемой мембраны
Таким образом, движущей силой осмотического переноса воды через полупроницаемую мембрану является разность концентраций воды в сосудах по обе стороны мембраны.  [c.182]

Все изложенные выше гипотезы о механизме опреснения воды фильтрованием через полупроницаемые мембраны нуждаются в дальнейшей проверке, в результате чего должны быть установлены закономерности этого нового процесса опреснения воды.  [c.185]

Принципы процесса. Электродиализом называют процесс переноса ионов через полупроницаемую мембрану, помещенную в раствор электролита, при создании в жидкости разности потенциалов по обе стороны от этой мембраны. Путем соответствующего выбора типа мембран и наложения разности потенциалов диссоциирующие вещества могут быть удалены из водных растворов.  [c.144]

В случае д необходимо использовать воображаемое устройство, известное под названием полупроницаемой мембраны (гл. 19 в части И),  [c.202]

Для поддержания чистоты находящегося по одну сторону мембраны компонента мембрана должна быть такой, чтобы через нее проходили только молекулы данного компонента. Более того, в равновесных условиях, т. е. когда давление чистого компонента бесконечно мало отличается от его парциального давления в смеси, мембрана должна пропускать этп молекулы в обоих направлениях, хотя давление в чистом веществе может быть значительно ниже давления смеси. Устройство описанного типа называется полупроницаемой мембраной, и с первого взгляда может показаться, что таких мембран не существует. Тем не менее известны практические примеры мембран, по своим свойствам близких к полупроницаемым. В качестве примера чаще всего приводится тонкий листок палладия, который при достаточно высокой температуре пропускает только молекулы водорода, в чем непосредственно можно убедиться, рассматривая водородсодержащую смесь газов, отделенную от вакуума палладием. При этом можно наблюдать прекращение потока водорода через палладий по мере того, как в откачанном вначале отсеке давление водорода приближается к парциальному давлению водорода в смеси. При низких давлениях водород по своим свойствам близок к идеальному газу, для которого в кинетической теории газов имеется обоснование (разд. 16.8) закона Дальтона для парциальных давлений, определенных в соответст ВИИ с разд. 16.7. Для веществ, свойства которых отклоняются от свойств идеального газа, и в особенности для жидких смесей, такого теоретического обоснования нет, так что в этом случае пригодность определения парциального давления становится сомнительной. Поэтому в следующем разделе мы дадим этому термину новое определение.  [c.342]

Мембранным парциальным давлением р некоторого компонента г смеси различных химических веществ называется давление этого компонента в чистом виде, приведенного в равновесие с данной смесью с помощью полупроницаемой мембраны.  [c.344]

Вскоре мы дадим краткое и четкое название термодинамическим характеристикам чистого вещества, находящегося в равновесии с соответствующей смесью по другую сторону полупроницаемой мембраны. Нам понадобится и специальное обозначение, которое напоминало бы о том, что данная величина относится к вполне определенной ситуации.  [c.344]

Рассмотрим простую систему, состоящую из двух отдельных фаз А и В, каждая из которых содержит смесь одних и тех же компонентов, хотя и не обязательно в одинаковых пропорциях (рис. 19.2). Допустим далее, что обе эти фазы содержатся в цилиндре под поршнями (см. рисунок) и разделены жесткой перегородкой, в которую вставлена полупроницаемая мембрана, пропускающая только компонент i. При этом фазы А и В будут открытыми. Предположим также, что вся система вначале находится  [c.350]

В некотором устойчивом состоянии, так что фазы А и В приведены в равновесие между собой с помощью полупроницаемой мембраны.  [c.350]

Полупроницаемая мембрана Эля компонента  [c.351]

Теперь представим, что исходно обе смеси содержатся в двух сосудах, которые можно привести в контакт между собой с помощью полупроницаемой мембраны, вставленной в стенки сосудов, эти мембраны проницаемы только для компонента i. Если в соединительной трубке имеется кран, который вначале закрыт, то можно показать, что, поскольку (Д()д > (Дг)в, давление p l) по одну  [c.354]


Из этих трех равенств получается следующее соотношение между энтропией смеси и энтропиями чистых компонентов, находящихся в равновесии со смесью через полупроницаемые мембраны  [c.394]

Максвелла соотношения 320, 336 Маха число 328 Маятник математический 27 физический 30 Мембрана полупроницаемая 127, 341 Мембранное равновесие 343 Мертвое состояние 223 Моль 264 Мольная доля 267 Молярная масса 264 эквивалентная 270 МПТШ-68 156  [c.478]

Способность мембраны передавать или не передавать энергию и вещества из одной части системы в другую формулируется на языке ее качественных характеристик. Различают мембраны подвижные и неподвижные, гибкие и жесткие, проницаемые для конкретных частиц и непроницаемые. Подвижные мембраны способны изменять свое положение в пространстве, а гибкие — изменять свою площадь и форму. В первом случае изменяются объемы разделяемых частей системы, а во втором — в дополнение к этому может производиться работа изменения величины поверхности мембраны. Если жесткая неподвижная мембрана разделяет два раствора и проницаема ие для всех, а лишь для некоторых из нейтральных компонентов (полупроницаемая мембрана), то такую систему называют осмотической, если же при этом мембрана способна пропускать через себя ионы, то говорят о равновесии Доннана. При подвижных мембранах с ионной проводимостью имеют дело с обычными электрохимическими равновесиями. Частным случаем мембранных равновесий можно считать и гетерогенные равновесия между различными фазами вещества. Роль мембраны в этом случае играет естественная граница раздела соприкасающихся фаз ( поверхностная фаза ) или другая фаза, в равновесии с которой находятся гомогенные части системы. Например, при так называемых изопьестических (изобарических) равновесиях ею может сл) жить общая паровая фаза над жидкими растворами с различающимися концентрациями веществ.  [c.129]

Подобным же образом можно интерпретировать и термомеханичоский эффект. Поскольку в этой модели температура какого-либо объема жидкого Не II определяется относительной концентрацией двух жидкостей, изменение этой концентрации проявляется либо как нагрев, либо как охлаждение жидкости. Аномалии теплоемкости гелия, возникающие при испарении конденсата Бозе—Эйннзтейна, соответствуют, по Тисса, тепловой энергии, необходимой для перевода атомов гелия из сверхтекучего в нормальное состояние. Когда одному из двух объемов жидкости, соединенных между собой капилляром, сообщается тепло, температура этого объема повышается, или, другими словами, в нем возрастает относительная концентрация нормальной компоненты. Это вынуждает сверхтекучую компоненту из другого сосуда перетекать по соединительному капилляру для того, чтобы выравнять возникшую разность концентраций (фиг. 20). Течение сверхтекучей части по капилляру не сопровождается диссипацией и происходит без сопротивления, течение же нормальной жидкости подвержено трению, и потому ее поток в достаточно узком капилляре будет пренебрен имо мал. Таким образом, в этом случае должен наблюдаться перенос гелия из холодного сосуда к подогреваемому, что и имеет место в действительности. Этот процесс подобен осмотическому давлению, причем роль полупроницаемой мембраны играет здесь капилляр или трубка, заполненная порошком. Очевидным следствием этого объяснения, принадлежащего Тисса, является предсказание обратного эффекта, состоящего в том, что при продавливании гелия через тонкий капилляр он должен обогащаться сверхтекучей компонентой и температура его должна падать. Следует отметить, что это предсказание действительно предшествовало открытию механокалорического эффекта, о котором шла речь ранее.  [c.802]

Пусть концентрация растворителя (рис. 7.3) в растворе (например, водном) равна г,,. Химические потенциалы растворителя в растворе и чистого рас1вори1еля при их соприкосновении, например через полупроницаемую мембрану, дол.жны быть равны. Это требование совместно с требованием одинаковости температур яв.чяется условием равновесия растворителя на поверхности полупроницаемой (т. е. непроницаемой только для растворенного вещества) мембраны. Если давление растворителя по обе стороны мембраны (вверху и внизу) есть и то по условию равновесия ф, (/j+, Т) (р ,, Т) +  [c.489]

Принципиальное различие процессов фильтрования и обратного осмоса заключается также в том, что в первом процессе извлекаемые из воды частицы остаются либо на поверхности, либо в объеме фильтрующей среды, которую или периодически меняют (например, патронные и намывные фильтры), или очищают обратной промывкой (например, осветлительные фильтры). В противоположность этому задерживаемые вещества в идеале не должны сорбироваться ни на поверхности, ни в объеме обратноосмотических мембран (образование осадков на мембранах — процесс вторичный и вредный, препятствующий нормальному разделению растворов). Так как сорбция (удерживание) растворенного вещества мембранами практически отсутствует, необходимо постоянное его удаление от поверхности мембран в противном случае у поверхности мембран будет происходить его накапливание, которое сопровождается повышением осмотического давления раствора. В случае идеальной полупроницаемости мембран при достижении осмотическим давлением величины, равной приложенному гид-р-остатическому давлению, движущая сила процесса станет равной нулю, и процесс прохождения растворителя прекратится. При неполном задержании растворенного вещества мембраной-его количество у поверхности увеличится и приведет к увеличению его проникновения в фильтрат. Рост концентрации растворенного вещества у поверхности мембран прекратится в этом случае при достижении равенства солевых потоков, направленных к мембране и от нее. Таким образом, если растворенное вещество от поверхности неидеальной полупроницаемой мембраны не отводится, то процесс продавливания раствора не прекратится, однако, концентрация растворенных веществ в  [c.576]

Водные растворы разделяются полупроницаемыми мембранами (табл. 21.5). Основные характеристики отечественных плоских мембран, изготовляемых ВНИИ синтетических смол в соответствии с ТУ 6-05-221-322-77 Мембраны Владипор типа МГА , представлены в табл. 21.5.  [c.580]

Исследованиями многих авторов показана несостоятельность, в некоторых случаях ультрафильтрадионной и диффузионной теорий. Большинство экспериментальных данных свидетельствует о капиллярном течении жидкостей в набухающих мембранах. Селективность таких мембран объясняется особыми свойствами жидкостей в капиллярах. Капиллярная модель полупроницаемой мембраны хорошо объясняет снижение селективности с ростом концентрации раствора, а также изменение задерж иваюш,ей способности ацетатцеллюлозных мембран в водных растворах.  [c.582]


Широкое распространение в практике получили аппараты рулонного типа. Они представляют собой трубу диаметром 7. … .. 20 см и длиной 1. .. 9 м, в которую выставлены рулонные фильтрующие элементы (РФЭ). Наибольшее применение находят РФЭ конструкции фирмы Галф Дженерал Атомик (США). Эти элементы изготовляют накручиванием вокруг центральной водоотводящей трубки со щелями полупроницаемых мембран, разделенных дренажными устройствами и турбулизаторами-разделителями. В процессе накручивания материалы, образующие мембранные пакеты, пропитывают клеевой композицией так, что получаются напорные и дренажные полости, отделенные друг от друга. РФЭ устанавливают в аппарат так, что об рабатываемая вода движется вдоль образующих РФЭ и покидает аппарат в виде концентрата. Часть обрабатываемой воды фильтруется через мембраны, движется по спиралевидным каналам к центру РФЭ и по водоотводящей трубке отводится из аппарата. Для обеспечения последовательного движения соленой воды через все РФЭ между РФЭ и корпусом аппарата вставляют уплотнительные кольца.  [c.584]

Эффективность технологии обратного осмоса определяется свойствами полупроницаемых мембран, которые должны характеризоваться высокими разделяющей способностью (солезадержанием) и удельной проницаемостью, быть химически стойкими и механически прочными, иметь низкую стоимость и достаточный (до 5 лет) срок службы без ухудшения технологических показателей. Этим требованиям удовлетворяют полимерные мембраны, изготовляемые из ацетилцеллюлозы или из ароматических полиамидов. Последние  [c.170]

Помимо указанных разрабатывается еще ряд методов, либо не давших положительных результатов (воздействием магнитного и гравитационного полей для отделения солей, давления для снижения их растворимости в воде, ультразвуковых колебаний), либо находящихся еще в стадии теоретических расчетов или лабораторных экспериментов (использование разности температур на поверхности и в глубине океанов, на уров не поверхности земли и на высоте использо1вание давления в глубине океанов для гиперфильтрации воды через полупроницаемые мембраны комбинированные методы замораживания или гидратообразования и испарения с использованием пара легкокипящих жидкостей для получения энергии и др.). Эти методы в настоящей книге не пассматриваются.  [c.12]

Метод опреснения воды гиперфильтрацией основан на фильтровании соленой воды через полупроницаемые мембраны, пропускающие воду, но задерживающие гидратированные ионы растворенных в воде солей. За этим методом в литературе пока еще твердо не закрепилось определенного названия. В зарубежной литературе метод чаще всего называют обращенный осмос (reverse osmosis).  [c.182]

В последнее время для очистки сточных вод от растворенных примесей получает развитие метод обратного осмоса (гипер-фильтрация). Метод основан на отделении (отфильтровывании) воды из раствора через полупроницаемые мембраны под воздействием давления, превыщающего осмотическое. Для этого используют ацетатцеллюлозные мембраны различной производительности по воде и селективности по растворенным веществам. Процесс осуществляется при температуре окружающей среды без фазовых превращений. Метод применим для очистки воды от высококонцентрированных органических и минеральных загрязнений, находящихся в воде в растворенном состоянии. Этим методом можно разделять растворы термически нестойких веществ, для которых применение других методов, например дистилляции, не дает эффекта.  [c.156]

Следует заметить, что, хотя нам и известны некоторые устройства, приближающиеся по своим свойствам к полупроницаемым мембранам относительно определенных химических веществ, у нас нет уверенности в том, что мы сможем найти полупроницаемые мембраны для каждого из бесчисленного множества веществ, существующих в физическом мире. Тем не менее мы будем постулировать существование полупроницаемой мембраны для каждого химического вещества. Кроме того, в состоянии мембранного равновесия будет постулироваться обратимость переноса вещества через мембрану. Таким образом, понятие о полупроницаемой мембране является термотопическим , но вполне приемлемым в свете наших знаний о некоторых физических явлениях.  [c.343]

Отметим, между прочим, что понятие о термотопическом прохождении через полупроницаемую мембрану позволяет нам в принципе осуществить последовательность устойчивых состояний в химически чистом веществе, которое остается в таком виде, несмотря на свою тенденцию к диссоциации. Такая возможность обеспечивается наличием равновесия этого вещества со смесью, находящейся по другую сторону мембраны. Если же мы зададимся вопросом, как можно сначала получить данное вещество в чистом виде, то нам достаточно представить себе, что это достигается путем перевода соответствующего вещества через полупроницаемую мембрану в цилиндр, ограниченный медленно извлекаемым поршнем, начальное положение которого соответствует нулевому объему.  [c.343]

Ранее мы уже рассмотрели давление чистого компонента, находящегося в таких условиях. Это давление получило название мембранного парциального давления p l компонента г, причем штрих должен напоминать о том, что это давление компонента г, приведенного в равновесие со смесью с помощью полупроницаемой мембраны. Такими же обозначениями мы будем пользоваться применительно к другим термодинамическим характеристикам, например и, f, g, h, S я V. Так, молярную функцию Гиббса чистого компонента i, находящегося в равновесии с соответствующей смесью по другую сторону полупроницаемой мембраны, мы назовем мембранной молярной функцией Г иббса и обозначим ее символом g[.  [c.344]


Клеточная мембрана

Клеточная мембрана — это оболочка клетки, выполняющая следующие функции: разделение содержимого клетки и внешней среды, избирательный транспорт веществ (обмен с внешней для клетки средой), место протекания некоторых биохимических реакций, объединение клеток в ткани и рецепция.

Клеточные мембраны подразделяют на плазматические (внутриклеточные) и наружные. Основное свойство любой мембраны — полупроницаемость, то есть способность пропускать только определенные вещества. Это позволяет осуществлять избирательный обмен между клеткой и внешней средой или обмен между компартментами клетки.

Плазматические мембраны — это липопротеиновые структуры. Липиды спонтанно образуют бислой (двойной слой), а мембранные белки «плавают» в нем. В мембранах присутствует несколько тысяч различных белков: структурные, переносчики, ферменты и др. Между белковыми молекулами имеются поры, сквозь которые проходят гидрофильные вещества (непосредственному их проникновению в клетку мешает липидный бислой). К некоторым молекулам на поверхности мембраны присоединены гликозильные группы (моносахариды и полисахариды), которые участвуют в процессе распознавания клеток при образовании тканей.

Мембраны отличаются по своей толщине, обычно она составляет от 5 до 10 нм. Толщина определяется размерами молекулы амфифильного липида и составляет 5,3 нм. Дальнейшее увеличение толщины мембраны обусловлено размерами мембранных белковых комплексов. В зависимости от внешних условий (регулятором является холестерол) структура бислоя может изменяться так, что он становится более плотным или жидким — от этого зависит скорость перемещения веществ вдоль мембран.

К клеточным мембранам относят: плазмолемму, кариолемму, мембраны эндоплазматической сети, аппарата Гольджи, лизосом, пероксисом, митохондрий, включений и т. д.

Липиды не растворимы в воде (гидрофобность), но хорошо растворяются в органических растворителях и жирах (липофильность). Состав липидов в разных мембранах неодинаков. Например, плазматическая мембрана содержит много холестерина. Из липидов в мембране чаще всего встречаются фосфолипиды (глицерофосфатиды), сфингомиелины (сфинголипиды), гликолипиды и холестерин.

Фосфолипиды, сфингомиелины, гликолипиды состоят из двух функционально различных частей: гидрофобной неполярной, которая не несет зарядов — «хвосты», состоящие из жирных кислот, и гидрофильной, содержащей заряженные полярные «головки» — спиртовые группы (например, глицерин).

Гидрофобная часть молекулы обычно состоит из двух жирных кислот. Одна из кислот предельная, а вторая непредельная. Это определяет способность липидов самопроизвольно образовывать двухслойные (билипидные) мембранные структуры. Липиды мембран выполняют следующие функции: барьерную, транспортную, микроокружение белков, электрическое сопротивление мембраны.

Мембраны отличаются друг от друга набором белковых молекул. Многие мембранные белки состоят из участков, богатых полярными (несущими заряд) аминокислотами, и участков с неполярными аминокислотами (глицином, аланином, валином, лейцином). Такие белки в липидных слоях мембран располагаются так, что их неполярные участки как бы погружены в «жирную» часть мембраны, где находятся гидрофобные участки липидов. Полярная (гидрофильная) же часть этих белков взаимодействует с головками липидов и обращена в сторону водной фазы.

Биологические мембраны обладают общими свойствами:

мембраны — замкнутые системы, которые не позволяют содержимому клетки и ее компартментов смешиваться. Нарушение целостности мембраны может привести к гибели клетки;

поверхностная (плоскостная, латеральная) подвижность. В мембранах идет непрерывное перемещение веществ по поверхности;

асимметрия мембраны. Строение наружного и поверхностного слоев химически, структурно и функционально неоднородно.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

мир «как полупроницаемая мембрана» в условиях пандемии COVID-19? — Клуб «Валдай»

Трансформации глобальных нарративов

«В этом году Всемирной ассамблее здравоохранения (ВАЗ) предстоит сыграть важнейшую роль в формировании архитектуры глобального здравоохранения будущего и укреплении возможностей ВОЗ по выполнению её миссии и мандата», – сообщил генеральный директор ВОЗ Тедрос Аданом Гебреисус на майском заседании ВАЗ.

Сегодня глобальное здравоохранение означает «поствестфальское общественное здравоохранение». Этот термин описывает управление общественным здоровьем, которое отходит от вестфальской модели здравоохранения, основанной на особой роли принципов национального суверенитета и невторжения. Оно является реакцией на усиливающееся влияние глобализации и включает интересы как многонациональных корпораций, так и международных организаций, отдавая приоритет мультилатеральным коммуникациям и альянсам. Это во многом отличается от истории международной кооперации в период холодной войны (полиомиелит, оспа и другие программы международного здравоохранения). Тогда это был вопрос коллективных усилий государств, а сегодня речь идёт о построении наднациональной глобальной системы управления здравоохранением и реагирования на медицинские угрозы здоровью посредством выстраивания глобального аналога «системы ПВО».

Отражение перечисленных тенденций – пандемия COVID-19, а особенно май и июнь 2021 года, которые были насыщены международными событиями в сфере глобального здравоохранения. Среди наиболее известных – 74-я сессия Всемирной ассамблеи здравоохранения, Глобальный саммит по здравоохранению в формате «Группы 20», встреча лидеров «Большой семёрки». Тема пандемии была и частью повестки встречи президентов США и РФ, прошедшей в Женеве 16 июня 2021 года. В ходе своей итоговой пресс-конференции президент США Джо Байден так обозначил вектор развития борьбы с глобальными угрозами в области здравоохранения: «Мы должны разработать глобальный физический механизм обнаружения будущих пандемий».

Интересно, что именно в ходе этих встреч лидеры мировых государств при главенствующей роли Всемирной организации здравоохранения сформулировали новые нарративы глобального здравоохранения. Главными задачами глобальной системы управления здравоохранением стали «предотвращение», «обнаружение», «реагирование» и «восстановление» в условиях возникновения пандемических/медицинских угроз здоровью. В дополнение к этому активно проявились новые транснациональные акторы глобального здравоохранения – альянс GAVI и ЮНИСЕФ, CEPI, Global Health Security Agenda, Фонд Билла и Мелинды Гейтс, ВТО, ВЭФ и другие, которые формируют новые бизнес-модели общественно-частного партнёрства. Дополнительные инициативы ВОЗ – стратегический план по обеспечению готовности и реагирования (IPPPR), технические рекомендации, клинические испытания Solidarity, целевая группа ООН по вопросам снабжения, инициатива по ускорению доступа к средствам для борьбы с COVID-19, включая партнёрство COVAX и Фонд солидарности для борьбы с COVID-19.

Эти встречи также закрепили сформулированное в 2010-х годах понятие «единое здоровье», которое сегодня превратилось в лозунг глобальной кампании здравоохранения «Один мир – одно здоровье». Данный концепт связывается с дискурсом стратегической глобальной безопасности. Основные усилия политиков, учёных, представителей международных организаций и фондов были направлены – под лозунгом «Лучше, чем было» – на развитие программ глобальной иммунизации и разработку стратегий по выходу из текущего кризиса пандемии, а также на поиск общих подходов по противостоянию будущим угрозам глобальному здоровью. Таким образом, в результате пандемии была предприняты новая попытка унификации мира при помощи болезни, включающая в себя глобальную программу иммунизации населения.

Как ни странно, международный диалог в условиях пандемии COVID-19 актуализирует дискуссии Международных санитарных конференций, инициированных в XIX веке на фоне эпидемий холеры, строительства Суэцкого канала и развития мировой торговли. По оценкам историков, несмотря на формирование новых пространств международного сотрудничества, отношения между странами становились всё более антагонистическими. Похожие тренды были в 2020 году, в начале пандемии, когда на фоне обращений развивающихся стран к ВОЗ с призывом «выработать глобальное соглашение, обеспечивающее быстрый универсальный доступ к вакцинам гарантированного качества и лечению», мы наблюдали эскалацию напряжения в отношениях США и Китая, США и ВОЗ и др. Усилия государств были хаотичны и непоследовательны.

Физики МГУ предложили теорию, описывающую взаимодействие заряженных мембран — Газета.Ru

Ученые с физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова предложили теорию, описывающую взаимодействие заряженных полупроницаемых мембран — поверхностей, которые повсеместно встречаются в живых организмах (клеточные мембраны) и в синтетических системах для адресной доставки лекарств (липосомы, полиэлектролитные капсулы). Результаты исследования опубликованы в журнале The Journal of Chemical Physics.

Поскольку многие мембраны (особенно те, что встречаются в живых организмах) заряжены, физики-теоретики особенно интересовались тем, как именно заряд мембран влияет на их электростатическое взаимодействие. Согласно результатам новой работы ученых МГУ, способность мембран частично задерживать одни типы ионов и пропускать другие приводит к целой группе качественно новых физических эффектов. Например, вблизи заряженных мембран может образоваться облако ионов с зарядом того же знака.

«Мы исследовали модельные мембраны — тонкие заряженные поверхности, которые могут избирательно пропускать одни ионы и задерживать другие. Такой эффект может наблюдаться, например, в случае полиэлектролитных капсул, если отрицательно заряженные частицы (анионы) или макромолекулы больше по размеру, чем положительные (катионы), и не могут проникать через поры мембраны. Уже давно установлено, что в случае одной мембраны, отделяющей раствор соли от чистой воды, возникает разность электростатических потенциалов и давлений между двумя жидкостями. Этот эффект известен как равновесие Доннана. В новой работе мы впервые затронули вопрос об электростатическом взаимодействии двух таких мембран через прослойку воды, в которую могут проникать только ионы одного знака, а также о течении воды в этой системе под действием приложенного электрического поля», — комментирует автор статьи, профессор физического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова, доктор физико-математических наук Ольга Виноградова.

Новая теория позволяет описать с помощью простых аналитических формул распределение ионов вблизи мембран, а также рассчитать электростатический потенциал, определяющий свойства такой системы. Мембраны ведут себя подобно воображаемым непроницаемым поверхностям, заряд которых может сильно, вплоть до знака, отличаться от заряда самой мембраны. Заряд таких имитирующих мембраны непроницаемых поверхностей был назван исследователями эффективным зарядом мембран. Именно он приводит к ряду интересных эффектов и определяет, как две мембраны будут взаимодействовать электростатически. В частности, теория предсказывает, что вблизи отрицательно заряженной мембраны могут аккумулироваться анионы. Кроме того, меняя заряд мембран, можно управлять количеством ионов в водной прослойке. Например, в случае отрицательно заряженных мембран, прослойка будет интенсивно «закачивать» из раствора соли катионы. Если же знак заряда мембраны изменить на противоположный, то катионы будут из этой прослойки выталкиваться.

«Кроме того, если к такой системе приложить внешнее электрическое поле, то вода начнет двигаться. Это явление называется электроосмотическим течением, и ранее считалось, что оно характеризуется лишь зарядом стенок, вязкостью жидкости и величиной напряженности электрического поля. В новой работе физики наглядно продемонстрировали, что полупроницаемость мембран может в корне изменить электроосмотическое течение жидкости, так как в этом случае именно эффективный, а не реальный заряд мембраны определяет направление и скорость течения воды», — отметила Ольга Виноградова.

По словам авторов, результаты их работы могут сыграть значительную роль в дальнейших исследованиях ионных равновесий вблизи полупроницаемых поверхностей, а также при проектировании новых молекулярных «контейнеров» для доставки химических соединений, в том числе лекарств. Отдельной сферой применения может стать дизайн микро- и нанофлюидных каналов — миниатюрных устройств, позволяющих управлять течением жидкостей.

Osmosis | Protocol (Translated to Russian)

5.6: Осмос

Приблизительно от 60% до 95% веса живых организмов приходится на воду. Поэтому поддержание соответствующего водного баланса в клетках имеет первостепенное значение. Осмос – это движение воды через полупроницаемую мембрану, такую как плазменная мембрана клетки. В живых организмах вода играет решающую роль растворителя – молекулы, которая растворяет другие молекулы.

Диффузия против осмоса

Диффузия и осмос являются видами пассивного транспорта – клеточного транспорта, который не требует дополнительной энергии. Диффузия – это транспортировка вещества (растворимого), растворенного в жидкости (растворителе) из области высокой концентрации в область низкой концентрации. Диффузия может также произойти через мембрану, если мембрана проницаема для этого раствора. Мембрана, которая препятствует прохождению определенной раствора, является полупроницаемой мембраной. В то время как полупроницаемая мембрана останавливает поток растворимого вещества, растворитель свободно перемещается – процесс, называемый осмосом.

Механизм

Осмос возникает, когда есть больше растворимого вещества на одной стороне полупроницаемой мембраны, чем на другой. Соотношение воды к раствору называется осмолярностью. Во время осмоса вода течет со стороны с низкой осмолярностью (больше воды по отношению к раствору) в сторону с высокой осмолярностью (меньше воды по отношению к раствору) до тех пор, пока осмолярность с обеих сторон не будет примерно равна. Например, клетка, окруженная полупроницаемой мембраной, пропускает воду внутрь, если есть более высокая концентрация раствора внутри клетки по сравнению с внешней.

Осмотический дисбаланс в клетках

Всякий раз, когда осмотический баланс нарушается, клетки могут расширяться или сокращаться. Основные механизмы осмотического дисбаланса и предотвращения опасных исходов дополнительно обсуждаются в последующих разделах.


Литература для дополнительного чтения

Wood, Janet M. “Bacterial Responses to Osmotic Challenges.” The Journal of General Physiology 145, no. 5 (May 2015): 381–88. [Source]

Goodhead, Lauren K., and Frances M. MacMillan. “Measuring Osmosis and Hemolysis of Red Blood Cells.” Advances in Physiology Education 41, no. 2 (May 19, 2017): 298–305. [Source]

Minkov, Ivan L., Emil D. Manev, Svetla V. Sazdanova, and Kiril H. Kolikov. “Equilibrium and Dynamic Osmotic Behaviour of Aqueous Solutions with Varied Concentration at Constant and Variable Volume.” The Scientific World Journal 2013 (December 26, 2013). [Source]

Клинические исследование COVID-19: AN69-Oxiris, AN69-Стандартный — Реестр клинических исследований

Подробное описание

11 марта 2020 года Всемирная организация здравоохранения объявила о новом заболевании коронавирусом. (COVID-19) в качестве глобальной пандемии. В Мексике примерно 35% пациентов с COVID-19 требуют госпитализации и 4,4% делают это в отделении интенсивной терапии. (ОПП) при COVID-19 легкой и средней степени тяжести встречается нечасто; напротив, критически у больных или людей с тяжелым заболеванием ОПП развивается в 30% случаев и почти в половине из них потребуется заместительная почечная терапия в виде постоянной замены почек. терапия (ПЗПТ) .AKI в этом контексте представляется маркером полиорганной дисфункции и вызывает повышенную смертность в этой популяции. Было предложено несколько механизмов ОПП при болезни COVID-19: прямое повреждение подоциты и клетки проксимальных извитых канальцев, органо-органные взаимодействия (ось легкие-почки), и цитокиновый шторм. Из них тяжелое поражение, вызванное цитокинами, кажется самым сильным механизм, участвующий в ОПП в этой группе тяжелобольных пациентов с ПЗПТ, необходимо, таким образом, представляет собой ценный терапевтический вариант. В последнее время в качестве терапевтического средства были предложены методы экстракорпоральной очистки крови. для удаления цитокинов у пациентов с сепсисом (прототип модели цитокинового шторма). разработаны новые мембраны с гемоадсорбционной способностью, которые в настоящее время Доступна первая группа мембран, используемых для пациентов с сепсисом и воспалительным процессом. синдром системного ответа — полупроницаемые мембраны с высоким отсечением (HCO), за которыми следует неселективные адсорбирующие мембраны, полуселективные полупроницаемые мембраны (AN69) и последние высокоселективные полупроницаемые (особенно с адсорбцией эндотоксинов и цитокинов, например как AN69-Oxiris) .Хотя эти мембраны были разработаны для уменьшения воспаления, они могут также могут использоваться в качестве обычного фильтра при ЭЛТТ у пациентов с ОПН. куплены в нашей стране и за рубежом, но есть скудные доказательства, подтверждающие его эффективность для улучшения клинических результатов у пациентов с явным сепсисом. Высокоселективные полупроницаемые мембраны (AN69-Oxiris) обладают большой способностью к эндотоксину. адсорбция и удаление цитокинов (интерлейкин 6 [IL-6], фактор некроза опухоли альфа [TNF-α], C реактивный белок [CRP] и интерлейкин 1b), представляющий ценный терапевтический вариант в септический шок; Эти результаты были проверены в основном на экспериментальных моделях. исследования на людях с нерепрезентативными статистическими образцами, в которых эти мембраны по всей видимости, улучшает показатели тяжести без какого-либо влияния на смертность. используется в некоторых регионах мира во время пандемии COVID-19; недавно Ма и др. опубликовали данные о двух тяжелых пациентах с COVID-19, которые лечились AN69-Oxiris, что привело к снижение уровня маркеров воспаления (например, CRP и IL-6) и улучшение количества лимфоцитов. Однако клиническая польза от этих изменений остается неясной. Учитывая отсутствие конкретных препаратов или вакцины, нацеленных на COVID-19, и, принимая во внимание патофизиологическая основа, поддерживающая использование экстракорпоральной очистки крови терапии для уменьшения цитокинового шторма у инфицированных COVID-19 пациентов с ОПП, требующих CRRT, использование этих мембран может иметь клиническое значение при заболевании. Здесь наша группа представляет рандомизированное открытое контролируемое исследование для оценки эффективности и безопасности высокоселективная полупроницаемая мембрана (AN69-Oxiris) по сравнению с полуселективной полупроницаемая мембрана (стандарт AN69) при остром поражении почек, связанном с COVID-19. Гипотеза Вопрос исследования: У тяжелобольных пациентов с COVID-19 и ОПН требующие CRRT, является ли мембрана AN69-Oxiris более полезной для поддержания более низкого уровня САД доза вазопрессора по сравнению с обычной стандартной мембраной AN69, через 72 часа лечение? Альтернативная гипотеза: использование мембраны AN69-Oxiris снизит вазопрессор. потребность в не менее 0,1 микрограмма / килограмм / минуту для поддержания стабильного MAP, напротив с использованием стандартной мембраны AN69 у тяжелобольных с COVID-19 и ОПП требующие CRRT после 72 часов лечения. Цели Основная цель: продемонстрировать клиническую эффективность AN69-Oxiris в снижении потребность в вазопрессорах по крайней мере в 0,1 мкг / кг / мин для поддержания стабильного САД в в отличие от использования стандартной мембраны AN69 у тяжелобольных пациентов с COVID-19 и AKI, требующие CRRT после 72 часов лечения. Исследовательские цели: — Оценить безопасность использования мембраны AN69-Oxiris по сравнению с использованием обычная мембрана у тяжелобольных пациентов с ОПП, ассоциированной с COVID-19, и ПЗПТ требования. — Изучить эффективность мембраны AN69-Oxiris в снижении воспалительного интерлейкины по сравнению с восстановлением с использованием обычных мембран в этой конкретной группе пациентов. — Чтобы продемонстрировать потенциальное преимущество AN69-Oxiris в сокращении продолжительности пребывания в ОИТ по сравнению с эффект от использования обычных мембран при ОПП, ассоциированной с COVID-19. — Чтобы исследовать эффект AN69-Oxiris на снижение 28-дневной смертности, напротив по сравнению с эффектом обычной мембраны в этой популяции. .

Полупроницаемая мембрана | Медицинские журналы

Полупроницаемая мембрана — это слой, через который могут проходить только определенные молекулы. Полупроницаемые мембраны могут быть как биологическими, так и искусственными. Искусственные полупроницаемые мембраны включают различные материалы, предназначенные для целей фильтрации, например те, которые используются при обратном осмосе, которые пропускают только воду. Биологические мембраны клеток созданы двумя листами фосфолипидов, которые содержат липидный хвост, прикрепленный к полярной головке.Хвостовые части каждого листа сгруппированы вместе, а головы молекул направлены наружу. Полярные головки указывают как наружу, к окружающей среде клетки, так и внутрь, к цитозолю. Таким образом, гидрофобная область липидных хвостов разделяет два тела раствора. В то время как вода и другие небольшие молекулы могут проскальзывать через промежутки между молекулами фосфолипидов, другие молекулы, такие как ионы и крупные питательные вещества, не могут проникать в клетку или выходить из нее. Это делает фосфолипидный бислой превосходной полупроницаемой мембраной, которая позволяет клеткам сохранять свое содержимое отдельно от окружающей среды и других клеток.Концентрация раствора, связанного полупроницаемой мембраной, может быть описана его тоничностью по сравнению с окружающей средой или другими клетками. Поскольку биологические мембраны проницаемы для воды, но не для растворенных веществ, вода имеет тенденцию перемещаться в клетки, которые являются гипертоническими по отношению к окружающей среде, в то время как вода выходит из клеток, которые являются гипотоническими.

Список важных статей
  • Лечебный потенциал фибробластов в сочетании с богатой тромбоцитами плазмой при заживлении ожоговых кожных ран
    Александр Петрович Лыков *, Ольга Владимировна Повещенко, Наталья Анатольевна Бондаренко и Мария Александровна Суровцева

    Научная статья: Journal of Biology and Today’s World

  • Лечебный потенциал фибробластов в сочетании с богатой тромбоцитами плазмой при заживлении ожоговых кожных ран
    Александр Петрович Лыков *, Ольга Владимировна Повещенко, Наталья Анатольевна Бондаренко и Мария Александровна Суровцева

    Научная статья: Journal of Biology and Today’s World

  • Полиморфизм lncRNA HOTAIR и предрасположенность к острому миелоидному лейкозу у иранских пациентов
    Арезу Саяд, Аббас Хаджифатали, Мохаммад Тахери

    Исследовательская статья: Журнал биологии и современного мира

  • Полиморфизм lncRNA HOTAIR и предрасположенность к острому миелоидному лейкозу у иранских пациентов
    Арезу Саяд, Аббас Хаджифатали, Мохаммад Тахери

    Исследовательская статья: Журнал биологии и современного мира

  • Онкомаркеры и гепатоцеллюлярная карцинома
    Масуд Негахдари, Адель Эфтехари, Самане Мирзаи, Моджганалсадат Басиризаде, Самира Гобадзаде Обзорная статья

    : Журнал биологии и современного мира

  • Онкомаркеры и гепатоцеллюлярная карцинома
    Масуд Негахдари, Адель Эфтехари, Самане Мирзаи, Моджганалсадат Басиризаде, Самира Гобадзаде Обзорная статья

    : Журнал биологии и современного мира

  • «Сравнение когнитивно-исполнительных функций лобной доли мозга и самоэффективности образа жизни у людей с разными индексами массы тела»
    Мортеза Мальмир, Саханд Джераванд, Нина Джамаломиди, Париса Джанджани, Хосна Сейди Научная статья

    : Journal of Biology и сегодняшний мир

  • «Сравнение когнитивно-исполнительных функций лобной доли мозга и самоэффективности образа жизни у людей с разными индексами массы тела»
    Мортеза Мальмир, Саханд Джераванд, Нина Джамаломиди, Париса Джанджани, Хосна Сейди Научная статья

    : Journal of Biology и современный мир

Актуальные темы медицинских наук

Полупроницаемая мембрана — wikidoc

Схема полупроницаемой мембраны при гемодиализе, где красный — кровь, синий — диализирующая жидкость, а желтый — мембрана.

Полупроницаемая мембрана , также называемая селективно проницаемой мембраной , частично проницаемой мембраной или дифференциально проницаемой мембраной , представляет собой мембрану, которая позволяет определенным молекулам или ионам проходить через нее путем диффузии и иногда специализированное «облегченное распространение». Скорость прохождения зависит от давления, концентрации и температуры молекул или растворенных веществ с обеих сторон, а также проницаемости мембраны для каждого растворенного вещества.В зависимости от мембраны и растворенного вещества проницаемость может зависеть от размера растворенного вещества, растворимости, свойств или химического состава. Примером полупроницаемой мембраны является липидный бислой, на котором основана плазматическая мембрана, окружающая все биологические клетки. Многие натуральные и синтетические материалы толще мембраны также являются полупроницаемыми. Примером может служить тонкая пленка внутри яйца.

Одним из примеров полупроницаемой мембраны является бислой фосфолипидов, группа фосфолипидов (состоящая из фосфатной головки и 2 жирнокислотных хвостов), расположенных в двойной слой, причем гидрофильные фосфатные головки подвергаются воздействию воды снаружи и внутри. клетка и скрытые внутри гидрофобные жирнокислотные хвосты.Фосфолипидный бислой является наиболее проницаемым для небольших незаряженных растворенных веществ. Белковые каналы проходят через фосфолипиды, и в совокупности эта модель известна как модель жидкой мозаики.

В процессе обратного осмоса используются тонкопленочные композитные мембраны (TFC или TFM). Тонкопленочные композитные мембраны — это полупроницаемые мембраны, которые производятся в основном для использования в системах очистки или опреснения воды. Они также используются в химической промышленности, такой как батареи и топливные элементы.По сути, материал TFC представляет собой молекулярное сито, построенное в виде пленки из двух или более слоистых материалов.

Мембраны, используемые в обратном осмосе, как правило, сделаны из полиимида, выбранного в первую очередь из-за его проницаемости для воды и относительной непроницаемости для различных растворенных примесей, включая ионы солей и другие небольшие молекулы, которые не могут быть отфильтрованы. Другой пример полупроницаемой мембраны — диализная трубка.

См. Также

Внешние ссылки


cs: Polopropustnámbrána da: Semipermeabel мембрана de: Semipermeabilität он: ממברנה חדירה למחצה

Шаблон: WH Шаблон: Источники WikiDoc

4.2: Проницаемость мембраны — Биология LibreTexts

Чистый бислой фосфолипидов, независимо от липидного состава, представляет собой полупроницаемую мембрану, которая обычно отталкивает большие молекулы и ионы. Небольшие полярные молекулы иногда могут проходить легко (например, этанол), но чаще проходят с низкой скоростью (например, вода). Однако небольшие неполярные молекулы могут относительно легко проходить через мембрану. Причины должны быть очевидны: более крупные молекулы просто не могут поместиться между молекулами липидов, чтобы пробиться сквозь них.Небольшие молекулы, которые могут поместиться, должны быть гидрофобными, иначе жирное ацильное ядро ​​мембраны будет отталкивать их и блокировать их движение. Более высокие концентрации холестерина, заполняя промежутки между фосфолипидными хвостами, уменьшают проницаемость даже для небольших молекул, которые обычно могут легко проходить через мембрану. Клеткам нужно гораздо больше, чем небольшие неполярные молекулы для удовлетворения своих потребностей в материалах и энергии. К счастью для жизни на Земле, мембраны живых клеток не являются чисто фосфолипидами, и, как мы увидим, белки, встроенные в бислой фосфолипидов, могут формировать транспортные средства для транспортировки множества различных молекул внутрь и из мембраны.

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \). Двухслойный чистый фосфолипид по своей природе полупроницаем.

Фактически, наблюдение кинетики насыщения при транспорте глюкозы в мембранах эритроцитов было первым признаком белкового транспорта (переносчик глюкозы GLUT 1 ). Другим показательным наблюдением стало открытие, что проницаемость для глюкозы через мембраны эритроцитов в миллион раз больше, чем через искусственный липидный бислой. Концентрация глюкозы в крови относительно высока по сравнению с концентрацией внутри большинства клеток, так что это опосредованный транспорт, но пассивный транспорт, поскольку он идет вниз по градиенту концентрации.Чтобы облегчить процесс, предотвращая накопление концентрации глюкозы в клетке, первым этапом метаболизма глюкозы является фосфорилирование, чтобы преобразовать ее в другую молекулу, глюкозо-6-фосфат. Таким образом, концентрация глюкозы остается очень низкой, и она легко перетекает из кровотока в клетку.

Есть некоторые очевидные различия между транспортом молекул непосредственно через липидный бислой (неопосредованный транспорт) и транспортом с использованием белка-посредника, встроенного в мембрану (опосредованный транспорт). Неопосредованный транспорт регулируется диффузией: растворенное вещество перемещается из областей с высокой концентрацией в области с низкой концентрацией, тем самым устраняя градиент. Пока растворенное вещество (A) может проходить через мембрану, его поток (J) определяется исключительно разницей концентраций и проницаемостью (P) мембраны: J A = P A ([A] out — [A] в ), и соотношение между потоком через мембрану и разностью концентраций является линейным.

Это не относится к опосредованному транспорту . Как следует из названия, необходим белковый посредник, и в вашей голове должны звучать тревожные звонки, говорящие: «Есть предел» количеству доступных транспортных белков в любой момент времени. Следовательно, как мы видели в кинетике ферментов в главе 3, поток растворенных веществ, проходящих через транспортер, не связан линейно с разницей концентраций через мембрану, хотя эффект концентрации все же присутствует.Вместо этого соотношение является логарифмическим, достигая плато насыщения, когда используются все доступные транспортные белки. В этот момент увеличение концентрации растворенного вещества не приведет к увеличению его потока через мембрану. Таким образом, для простого однонаправленного опосредованного транспорта растворенного вещества (\ (B \)) поток (\ (J \)) может быть выражен как значение сродства переносчика к растворенному веществу (\ (K_M \)) и концентрация растворенного вещества:

\ [J_B = \ dfrac {J_ {max} [B]} {K_M + [B]} \]

Проницаемость мембраны допускает возможность градиентов концентрации на мембранах, которые, в свою очередь, имеют потенциальную энергию, связанную с разницей концентрации на мембране.Это оказывается феноменально важным источником клеточной энергии и основой аэробного синтеза АТФ путем окислительного фосфорилирования (глава 5). Однако, чтобы иметь содержательное обсуждение того, как различия концентраций между полупроницаемыми мембранами хранят энергию, мы должны сначала рассмотреть некоторые основные концепции.

Если точечный источник (например, «шарик») растворенного вещества (например, мед) поместить в растворитель (например, чай), он начнет растворяться, и при этом начнется концентрация растворенного вещества рядом с точечным источником. out намного выше, чем концентрация по направлению к периферии емкости (например,грамм. чашка). Со временем растворенное вещество затем диффундирует из точечного источника во все доступные направления, и в конечном итоге концентрация растворенного вещества становится одинаковой в любой точке пространства чайной чашки. Такое поведение регулируется вторым законом термодинамики. Растворенное вещество изначально является концентрированным, что означает, что составляющие его молекулы относительно организованы. Согласно второму закону, эти молекулы будут стремиться к хаосу, удаляясь от ограничений начальной точки в сторону области с более низкими концентрациями растворенного вещества.

Теперь представьте себе временную стену вокруг точечного источника. Естественная тенденция состоит в том, что растворенные вещества распространяются, поэтому, предотвращая это движение, вы сдерживаете некоторую потенциальную энергию. Конечно, это только потенциальная энергия, если есть некоторая вероятность того, что растворенные вещества могут в конечном итоге пройти через барьер (например, в стене есть окна, которые можно открывать). Если растворенные вещества имеют абсолютно нулевой шанс прохождения, значит, нет никакой потенциальной энергии, потому что нет возможности выбраться наружу.\ prime \]

, поэтому разность химического потенциала на мембране равна

.

\ [ΔG = RT \ ln \ left (\ dfrac {[A_i]} {[A_o]} \ right). \]

Теперь представьте это как что-то вроде плотины гидроэлектростанции, где за плотиной создается большое давление, которое можно использовать, когда часть воды пропускается, приводя в действие турбины, вырабатывающие электричество. В биологическом случае давление концентрации увеличивается как внутри, так и снаружи клетки, потому что естественная термодинамическая тенденция состоит в том, чтобы привести внутреннюю и внешнюю концентрации каждого растворенного вещества к равновесию.Когда это давление сбрасывается, позволяя ионам или другим молекулам проходить через мембрану, высвобождается энергия, которая может быть захвачена и использована. Самый прямой пример этого — управляемая протонным градиентом АТФ-синтаза во внутренней митохондриальной мембране (глава 5), которая содержит прямой молекулярный эквивалент вращения водяного колеса с потоком воды. В качестве другого примера, если мы посмотрим на [Na + ] в животной клетке, внеклеточная концентрация намного выше, чем внутриклеточная.Когда канал Na + открыт, ионы Na + устремляются внутрь, чтобы попытаться уравнять концентрацию Na + внутри и снаружи клетки. Равновесие фактически не достигается в живой клетке, потому что каналы Na + строго регулируются и открываются только на короткие периоды времени.

В клетках градиенты концентрации ионов являются отличными источниками энергии, потому что липидная часть мембраны сильно отталкивает ионы, предотвращая их прохождение, но мембрана содержит каналы и переносчики, которые могут пропускать ионы, если и когда они открыты.Поскольку ионы имеют как разность концентраций, так и разность зарядов на мембране, разность электрохимических потенциалов и на мембране представлена ​​модификацией уравнения разности химических потенциалов с помощью члена, который учитывает этот электрический заряд:

\ [ΔG = RT \ ln \ left (\ dfrac {[A_i]} {[A_o]} \ right) + ZFΔΨ \]

Z — заряд иона (например, +1 для Na + , -1 для Cl , +2 для Ca 2+ ), F — постоянная Фарадея (9.6485 x 10 5 Кл / моль), ΔΨ — мембранный потенциал. В средней животной клетке мембранный потенциал составляет примерно -70 мВ. Число отрицательное, чтобы показать, что внутренняя часть ячейки отрицательна по отношению к внешней. Таким образом, снова принимая во внимание Na + , существует не только химический градиент большего количества ионов Na + вне ячейки, чем внутри, но также существует градиент заряда большего количества положительных зарядов вне ячейки внутрь, поэтому обе силы вносят вклад в энергия Na + поступает в ячейку.{+}] _ {in}} \ right) \]

, который расширен в уравнении Гольдмана (также уравнении Гольдмана-Ходжкина-Каца), которое вычисляет мембранный потенциал на основе множественных ионных градиентов. Для большинства клеток животных хорошее приближение к общему мембранному потенциалу можно рассчитать с использованием трех основных градиентов: Na +, K + и Cl-. Конечно, существуют и другие ионные градиенты, но их вклад обычно намного меньше, чем эти три.

Мембранный потенциал относительно стабилен в невозбудимых клетках, но в нейронах и мышечных клетках мембранный потенциал довольно динамичен, поэтому мембранный потенциал в невозбужденном состоянии в этих клетках называется потенциалом покоя.Мембранный (покоящийся) потенциал в большинстве клеток животных составляет около -70 мВ. Во многом это связано с наличием каналов утечки K + . Эти каналы пропускают K + из клетки вниз по градиенту концентрации до тех пор, пока химическая разность потенциалов K + не достигнет равновесия с мембранным потенциалом. Другими словами, градиент, выталкивающий K + , в конечном итоге будет остановлен равной силой от градиента, выталкивающего положительные ионы (включая K + ) обратно.Существуют также каналы утечки Na + и Cl , но их гораздо меньше, и они вносят гораздо меньший вклад в потенциал покоя, чем K + .

Каналы утечки калия как структурно, так и функционально отличаются от других калиевых каналов. В то время как большинство каналов K + имеют один поровый домен, каналы утечки имеют два. Хотя каналы утечки по определению не управляются напряжением, не активируются или не инактивированы в значительной степени, это не относится ко всем членам семейства тандемных поровых доменов калиевых каналов.Интересно, что некоторые из них (например, TASK-1) являются механорецепторами, открывающимися в ответ на растяжение мембраны, а другие действуют как терморецепторы с термочувствительной активацией (например, TREK-1).

Хотя мы чаще всего думаем о воде как о растворителе, в котором диффундируют «интересные» молекулы (например, ионы), ее концентрация и движение через мембраны имеет важные биологические последствия. Осмос — это термин, который конкретно относится к диффузии воды через мембрану. В этом случае вода считается растворенным веществом, а не растворителем, так что если водопроницаемую липосому, залитую аквапориновыми каналами, позволяющими прохождение воды, поместить в очень соленый солевой раствор, клетка будет сокращаться, потому что меньшее отношение воды к растворенным солям вне клетки, чем внутри.Это гипертонический раствор относительно клетки. Следовательно, вода течет из ячейки (с более высокой концентрацией воды) в солевой раствор (с более низкой концентрацией воды). И наоборот, клетка, помещенная в дистиллированную и деионизированную воду, будет набухать и потенциально лопнуть, потому что вода устремляется из максимально возможной концентрации (чистая вода) в цитоплазму с более низкой концентрацией воды (потому что в ней растворены различные ионы и другие молекулы). Это пример гипотонического раствора .Изотонический раствор будет иметь одинаковую концентрацию воды внутри и снаружи ячейки.

Рисунок \ (\ PageIndex {8} \). Осмос. Искусственная «ячейка», проницаемая для воды, но не для Na + , K + или Cl , помещается в водные растворы различной солености.

Полупроницаемые и селективно проницаемые мембраны

Полупроницаемые и селективно проницаемые мембраны

Термин проницаемость в биологии всегда относится к мембранам.Эти мембраны состоят из липидов (фосфолипидов и холестерина), интегральных и периферических белков и углеводов (гликолипидов и гликопротеинов), которые взаимодействуют друг с другом, образуя барьер между клеткой и окружающей средой. Доля углеводов, липидов и жиров в мембранах варьируется в зависимости от типа и вида клеток, но у человека они составляют около 50% белка, 40% липидов и 10% углеводов. Клеточные мембраны текучие (динамические в движении) и могут до определенной степени восстанавливаться при повреждении.Что еще более важно, клеточные мембраны поддерживают электрохимический градиент между внутренней частью клетки и ее окружающей средой и могут позволять более мелким заряженным молекулам, воде и метаболическим отходам проходить внутрь и наружу, делая их проницаемыми. Следовательно, эта проницаемость является жизненно важным аспектом для поддержания гомеостаза.
Что касается проницаемости мембран, у живых существ есть два типа: полупроницаемые и избирательно проницаемые. Оба позволяют молекулам и воде перемещаться в клетку и выходить из нее, что необходимо для поддержания гомеостаза.Полупроницаемые мембраны более просты в работе, потому что они не «разборчивы», поэтому, если молекулы достаточно малы, они будут проходить через мембрану за счет осмоса, диффузии или следуя градиенту ее концентрации от области с более высокой концентрацией к области с более низкой концентрацией растворенного вещества. Одним из примеров полупроницаемой мембраны, обнаруженной в организме, могут быть канальцы нефронов в почках. Компоненты крови, такие как эритроциты, большие белки, которые слишком велики для прохождения через нефроны, не будут проходить через канальцы, в то время как более мелкие растворенные вещества, Na + и метаболические отходы проходят через почки и в конечном итоге становятся фильтратом в моче.Пациенты с проблемами почек, которые не могут должным образом фильтровать кровь, должны пройти диализ, при котором внешний синтетический полупроницаемый фильтр, который действует как мембрана, используется так же, как и функциональные почки.
Селективно проницаемые мембраны более специфичны (отсюда и название селективные) в отношении того, что и когда проходит через мембрану. Клеточные мембраны считаются избирательно проницаемыми; Некоторые молекулы, такие как вода, могут свободно входить и выходить, регулируя концентрацию растворенных веществ внутри клетки, другие молекулы, такие как натрий (Na +), калий (K +), углекислый газ (CO2), гормоны и факторы роста регулируются.Конечно, некоторые молекулы вообще не допускаются. Частицы, которые необходимы клетке, но не могут диффундировать через мембрану сами по себе, могут проходить через активный транспорт с помощью интегральных белков, постоянно интегрированных в клеточную стенку, и с помощью транспортных белков, которые переносят молекулу туда, куда она должна попасть. быть разбитым и использованным. Мембрана также имеет насосы, которые используют АТФ для удаления растворенных веществ, таких как Na + и K +, из клетки, и рецепторы (или лиганды), которые позволяют проникать в нее более крупным растворенным веществам.
Хотя плазматические мембраны в клетках пропускают через себя некоторые молекулы, такие как вода и натрий, их нельзя считать полупроницаемыми, поскольку они в определенной степени контролируют то, что входит и выходит для поддержания гомеостаза. Регулирование этой степени может осуществляться только с помощью избирательно проницаемых мембран, и без избирательности того, что может проходить через них, клетка не сможет поддерживать свою внутреннюю среду и в конечном итоге погибнет.

Полупроницаемые и селективно проницаемые мембраны-1e3kmwf

Эта запись была опубликована jfisher29 в рубрике Без категории.Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Что такое полупроницаемая мембрана, окружающая цитоплазму клетки? — Реабилитацияrobotics.net

Что такое полупроницаемая мембрана, окружающая цитоплазму клетки?

Структура и функция клеточной мембраны Клеточная мембрана полупроницаема (или избирательно проницаема). Он состоит из бислоя фосфолипидов, а также других липидов, белков и углеводов.

Что окружает цитоплазму клетки?

Плазматическая мембрана

: полупроницаемый барьер, окружающий цитоплазму клетки.рецептор: белок на клеточной стенке, который связывается с определенными молекулами, чтобы они могли всасываться в клетку.

Является ли клеточная мембрана полупроницаемой?

Клеточные мембраны служат барьерами и привратниками. Они полупроницаемы, что означает, что одни молекулы могут диффундировать через липидный бислой, а другие — нет. Небольшие полярные молекулы, такие как вода и этанол, также могут проходить через мембраны, но делают это медленнее.

Что делает клеточную мембрану полупроницаемой?

Мембрана избирательно проницаема, потому что вещества не проходят через нее без разбора.Некоторые молекулы, такие как углеводороды и кислород, могут пересекать мембрану. Многие большие молекулы (например, глюкоза и другие сахара) не могут. Вода может проходить между липидами.

Какие полупроницаемые мембраны приводят примеры?

Примером биологической полупроницаемой мембраны является липидный бислой, на котором основана плазматическая мембрана, окружающая все биологические клетки. Гидрофобные хвосты — это слой, спрятанный внутри мембраны. Фосфолипидный бислой наиболее проницаем для небольших незаряженных растворенных веществ.

Почему нельзя назвать плазматическую мембрану дифференциально проницаемой мембраной?

Плазменная мембрана — это внешнее покрытие всех клеток, но в растительных клетках она находится под клеточной стенкой. Плазменная мембрана также является избирательно или дифференциально проницаемой. Он обеспечивает свободный перенос растворителя, то есть воды, через него, но не допускает свободный перенос частиц растворенного вещества.

Является ли ядерная мембрана избирательно проницаемой?

Ядерная мембрана защищает и покрывает хроматин и ядро.Ядерная мембрана имеет ядерные поры, которые избирательно проницаемы, поскольку ограничивают то, что входит в ядро ​​и выходит из него.

Есть ли у растительных клеток ядерная мембрана?

Все эукариотические клетки растений, животных, грибов и простейших имеют центр управления, называемый ядром, в котором хранится ДНК. Ядерная мембрана присутствует как в растительных, так и в животных клетках.

Почему клеточная мембрана и ядерная мембрана избирательно проницаемы?

Клеточная мембрана и ядерная мембрана позволяют проникать только определенным веществам, которые необходимы.Именно поэтому их называют селективно или полупроницаемыми мембранами. Считается, что клеточная мембрана избирательно проницаема, потому что она пропускает одни вещества, ограничивая прохождение других.

Что вы подразумеваете под селективно проницаемой мембраной?

Избирательная проницаемость — это свойство клеточных мембран, которое позволяет только определенным молекулам входить или выходить из клетки. Движение через избирательно проницаемую мембрану может происходить активно или пассивно. Например, молекулы воды могут пассивно перемещаться через небольшие поры на мембране.

Что означает полупроницаемый?

: частично, но не свободно или конкретно: проницаемая для некоторых обычно небольших молекул, но не для других, обычно более крупных частиц, полупроницаемая мембрана. Другие слова из полупроницаемого Дополнительные примеры предложений Подробнее о полупроницаемом.

Какое еще слово означает полупроницаемый?

Какое еще слово означает полупроницаемый?

проницаемый проницаемый
предыдущая пористый
абсорбент абсорбционный
пористый сносно
доступный вводится

Какое определение лучше всего подходит для полупроницаемой мембраны?

Ответ.Ответ: Настоящий ответ таков: это барьер с крошечными отверстиями, через которые проходят некоторые, но не все материалы.

В чем разница между проницаемой и полупроницаемой мембраной?

Полупроницаемые мембраны — это мембраны, которые пропускают через себя только растворители, такие как вода. Проницаемые мембраны — это мембраны, которые позволяют растворителям и растворенным веществам, таким как ионы и молекулы, проходить через них.

Что такое полупроницаемая мембрана класса 9?

-Таким образом, теперь мы можем сказать, что полупроницаемая мембрана представляет собой тип синтетической или биологической полимерной мембраны, которая позволяет только некоторым молекулам или ионам проходить через нее посредством диффузии или облегченной диффузии, или пассивного транспорта, или активного транспорта.

Как использовать пермеат в предложении?

Примеры пермеата в предложении Вода пронизывала песок. Запах хлеба пропитал кухню. Когда мы торопились уложиться в срок, офис охватило чувство беспокойства. Дождь проникал сквозь почву.

Что такое пермеат и ретентат?

Пермеат обозначает жидкость, проходящую через мембрану, а ретентат (концентрат) обозначает фракцию, не проходящую через мембрану.

Что такое пермеат молока?

Пермеат образуется, когда молоко фильтруется через тонкое «сито» или мембрану с использованием метода, называемого ультрафильтрацией. Эта фильтрация отделяет лактозу, витамины и минералы (вместе называемые пермеатом) от молочного белка и жира. Пермеат — ценная часть свежего молока.

Селективно проницаемые мембраны — мероприятие

(0 Рейтинги)

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 10 (8-10)

Требуемое время: 1 час 45 минут

(2 занятия: ~ 60 мин.в День 1; ~ 45 мин. в День 2)

Расходные материалы на группу: 3,00 доллара США

В данном мероприятии также используются некоторые предметы длительного пользования (многоразового использования), такие как мензурки; подробности см. в Списке материалов.

Размер группы: 2

Зависимость действий: Нет

Тематические области: Биология, науки о жизни, наука и технологии

Поделиться:

Резюме

Студенты узнают, что инженеры разрабатывают различные полимеры для выполнения различных функций и знакомятся с селективно проницаемыми мембранами.В ходе разминки они конструируют модели избирательно проницаемых мембран из обычных бытовых материалов и напоминают о простой диффузии и пассивном переносе. В основном упражнении учащиеся пары тестируют и сравнивают избирательную проницаемость повседневных полимерных материалов, разработанных для хранения пищевых продуктов (включая пластиковые пакеты для продуктов, пакеты для сэндвичей на молнии и полиэтиленовую пленку), с различными молекулами в растворе (йод, кукурузный крахмал, пищевой краситель, маркерный краситель), оцените, как проницаемость полимера соотносится с его функцией / назначением, и сравните это с проницаемостью диализной трубки (которая имитирует клеточную мембрану). Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Полимеры

используются постоянно в повседневной жизни, и инженеры создают полимеры с определенной структурой, чтобы поддерживать функцию полимера. Например, пластиковый пакет для продуктового магазина должен быть легким и легко упаковываемым, а также прочным и водонепроницаемым для хранения продуктов. морозильный ожог продуктов) и для хранения в холодильнике (более проницаемый).Инженеры учитывают эти функциональные требования при проектировании!

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

  • Обсудите процесс диффузии и компоненты, необходимые для его успешного выполнения, включая градиент концентрации и соответствующий размер молекулы.
  • Опишите, как инженеры разрабатывают и конструируют различные полимеры для достижения желаемых функций.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными предметами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука
Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология
  • Студенты разовьют понимание взаимоотношений между технологиями и связей между технологиями и другими областями обучения.(Оценки К — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Студенты разовьют понимание роли устранения неполадок, исследований и разработок, изобретений и инноваций, а также экспериментирования в решении проблем.(Оценки К — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

  • Студенты разовьют способности применять процесс проектирования.(Оценки К — 12) Подробнее

    Посмотреть согласованную учебную программу

    Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе необходимо:

  • (необязательно, для вводного / мотивационного упражнения) ~ 8 бусинок трех разных размеров (общее количество бусинок может варьироваться)
  • Стакан 250 мл
  • Раздаточный материал по наблюдению, по одному на студента или на группу
  • Раздаточный материал для сбора данных, по одному на учащегося или на группу
  • карандаши цветные или маркеры для набросков наблюдений

В зависимости от группового задания и размера класса:

  • Каждой из 4 групп требуется 1 полоска диализной трубки *, ~ 10 см (учитель должен предварительно разрезать и замачивать в воде в течение 15 минут, чтобы учащиеся могли открыть ее для загрузки тестируемых молекул), пипетка и 1 отрезок нити, нитки или пряжи длиной 10 см
  • Для 4 групп требуется 1 пакет для сэндвичей на молнии
  • Каждой 4 группы нужен кусок полиэтиленовой пленки размером 30 x 30 см
  • Каждой 4 группы нужен пластиковый пакет для продуктового магазина (без отверстий)

* Одним из источников диализных трубок является 10-футовый (~ 3-метровый) рулон бесшовных целлюлозных диализных трубок MC-18 от Fisher Scientific, имеющий плоскую ширину 25 мм и открытый диаметр 16 мм за 11 долларов.50 по адресу https://www.fishersci.com/shop/products/seamless-cellulose-dialysis-tubing-16/s25645.

Поделиться со всем классом:

  • (необязательно) различные предметы домашнего обихода для использования в качестве строительных материалов для создания моделей «избирательно проницаемой мембраны», таких как коробки различных размеров (например, коробки для хлопьев и другие коробки для пищевых продуктов из дома), картон, пластиковые пакеты для продуктовых магазинов, скотч, резинки, воронки, скрепки, одноразовые тарелки и чашки и т. д.
  • ножницы
  • 6 мензурок на 1000 мл, для приготовления и хранения следующих растворов:
    • раствор йода: 500 мл воды с 10-20 каплями йода
    • раствор кукурузного крахмала: 500 мл воды с 3 граммами кукурузного крахмала
    • раствор пищевого красителя: 500 мл воды с 5-10 каплями пищевого красителя
    • раствор красителя для синего маркера: 500 мл воды с 7-10 синих маркеров (например, моющиеся маркеры Crayola), перевернутых вверх дном в воде
    • раствор желтого маркера-красителя: 500 мл воды с 7-10 желтыми маркерами (такими как моющиеся маркеры Crayola), перевернутыми в воде; Примечание: если в классе 24 ученика или меньше, раствор желтого маркера не нужен (таким образом, карточки групп 13-16 и лабораторные процедуры не нужны)
    • 1000 мл водопроводной воды

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/usm_membranes_activity1], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной учебной программы

Урок средней школы Структура и функция клеточной мембраны

Учащиеся узнают о различных структурах, составляющих клеточные мембраны, выполняя часть этапов исследования и проверки устаревшего цикла.Они просматривают онлайн-анимацию динамики клеточных мембран (ссылки предоставлены).

Урок средней школы Полимеры на каждый день

Студенты изучают химические свойства полимерных материалов, часто используемых в их повседневной жизни.Они узнают, как химический состав влияет на физические свойства материалов, с которыми они сталкиваются и часто используют, а также как сшивание влияет на свойства полимерного материала …

Предварительные знания

Студенты должны иметь базовые представления о клеточной мембране и пассивном переносе / простой диффузии.

Введение / Мотивация

Синтетическая мембрана. Авторское право

Авторские права © 2016 Джейми Соррелл, Программа RET, Школа полимеров и высокоэффективных материалов, Университет Южного Миссисипи

Инженеры работают над созданием селективно проницаемых мембран для разделения газов. Что именно это означает? Что ж, давай узнаем! Разделение газов, в частности, отделение диоксида углерода от других газов, очень важно, поскольку оно используется для обработки промышленных газовых отходов.Этот процесс может помочь уменьшить количество загрязняющих веществ в окружающей среде и утилизировать газ, который будет выброшен как отходы, чтобы вместо этого продавать его с целью получения прибыли. Мембраны для разделения газов полезны для очистки природного газа (удаления нежелательных материалов из природного газа, предназначенного для использования в энергии). Таким образом, газоразделительные сети, которые эффективно и выборочно отделяют CO 2 от других газов, имеют коммерческое применение в таких областях, как обработка промышленных выхлопных газов и очистка природного газа.Многие мембраны, используемые в таких процессах, должны быть высокопроницаемыми для CO 2 (чтобы позволить газу проходить через него) и высокоселективными для CO 2 (чтобы обеспечить проницаемость только для CO 2 , НЕ для других газов). Инженеры-химики и ученые-полимеры проектируют и испытывают газоразделительные мембраны.

Давайте сделаем разминку, чтобы на собственном опыте узнать, что мы подразумеваем под избирательно проницаемыми мембранами.

(Примечание: это вводное упражнение является необязательным, и вы можете варьировать продолжительность этой разминки в зависимости от доступного времени.Например, просто используйте его как быстрый 15-минутный гипотетический сеанс мозгового штурма, чтобы заставить учащихся задуматься о выборочно проницаемых мембранах, или расширьте его до полного сеанса от 60 до 90 минут. Как вариант, заранее сделайте свою собственную модель селективно проницаемой мембраны, а затем просто покажите ее классу.)

(Разделите класс на группы по два ученика в каждой и раздайте каждой группе примерно восемь бусинок трех разных размеров.) В этом вводном упражнении эти бусинки представляют собой газы.Ваша цель — создать устройство для разделения, которое может эффективно отделить мельчайшие шарики от других шариков, например селективно проницаемую мембрану. Вам будет предоставлено время для мозгового штурма с вашим партнером и доступ к следующим материалам (покажите учащимся набор принадлежностей для построения моделей, таких как те, что указаны в Списке материалов, и ножницы). Ваша инженерная задача: важно, чтобы только ваше разделительное устройство пропускает мельчайшие шарики!

(После того, как команды проведут мозговой штурм и составят планы, дайте им указание приступить к созданию своих «избирательно проницаемых мембран.По мере того, как они строят свои конструкции, попросите учащихся составить список инструкций, описывающих, как они собирали свои мембраны, размеры, список использованных элементов, любые проблемы, с которыми они столкнулись, и способы их преодоления. Выделите время студентам, чтобы поделиться своими идеями, получить обратную связь от других, найти решения для препятствий, а затем использовать эту информацию для корректировки конструкции своих собственных избирательно проницаемых мембран. Когда команды закончат, оцените конечный продукт каждой группы.)

, авторское право

© Freemesm, Wikimedia Commons, 2013 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semipermeable_membrane_%28svg%29.svg

Если у меня 10 молекул внутри мембраны и пять молекул вне мембраны, в каком направлении будут двигаться молекулы? (Ответ: молекулы движутся изнутри мембраны к внешней стороне мембраны; при диффузии молекулы перемещаются от высокой концентрации к низкой.) Что должно присутствовать для диффузии через мембрану? (Ответ: должен присутствовать градиент концентрации, который представляет собой разницу между внутренней и внешней концентрациями.) Что не нужно для диффузии? (Ответ: Энергия от клетки не требуется, потому что диффузия — это тип пассивного транспорта.)

Инженеры

также разрабатывают селективно проницаемые мембраны для хранения пищевых продуктов. Затем мы проверим селективность некоторых распространенных полимеров, которые были разработаны для хранения пищевых продуктов. Мы сравним их селективность, также протестировав диализные трубки для моделирования клеточной мембраны.

Процедура

Перед мероприятием

  • Соберите материалы и сделайте копии Раздаточного материала для наблюдения и сбора данных, по одному на каждого ученика или на группу (по выбору учителя).Также сделайте по одной копии каждой из карточек заданий и лабораторных процедур тестирования селективности общих полимеров. Разрежьте лист заданий на 16 карточек. Разделите восьмистраничную лабораторную процедуру на 16 отдельных частей (половин). Каждая группа получает одну карточку и соответствующий раздел лабораторных процедур.
  • Как описано в Перечне материалов, приготовьте «растворы» шести классов: 1) йод, 2) кукурузный крахмал, 3) пищевой краситель, 4) синий маркерный краситель, 5) желтый маркерный краситель (последний только для классов с более чем 24 ученика) и 6) вода.
  • Предварительно нарежьте диализную трубку, шнур и пластиковую пленку.
  • Непосредственно перед началом занятия замочите предварительно отрезанную диализную трубку в водопроводной воде на 15 минут, чтобы она открылась для загрузки раствора для тестирования.
  • После предварительного замачивания можно манипулировать концами диализной трубки и открывать их. Во время упражнения попросите студентов закрепить один открытый конец диализной трубки, закрутив его и завязав веревкой с двойным узлом. Затем попросите их с помощью пипетки добавить раствор исследуемой молекулы.Затем закрутите другой открытый конец и закрепите его веревкой с двойным узлом. См. Рис. 1. Совет: Это помогает студентам попрактиковаться в наполнении диализной трубки водопроводной водой и закреплении ее за веревкой; это сэкономит время во время занятий и продемонстрирует (до использования реальных растворов) важность реального закрепления диализных трубок веревкой для предотвращения утечек.

Рис. 1. Подготовка диализной трубки. Авторское право

Авторские права © 2016 Джейми Соррелл, Программа RET, Школа полимеров и высокоэффективных материалов, Университет Южного Миссисипи

Со студентами — День 1: Введение и настройка полимерного теста

  1. Подарите учащимся вводную / мотивационную информацию, включая выполнение (по желанию) разминки по быстрому построению модели.См. Примечание в разделе «Введение / Мотивация» для получения более подробной информации.
  2. Если это еще не сделано во время разминки, разделите класс на группы по два ученика в каждой.
  3. Назначьте или попросите каждую группу выбрать карточку назначения. Раздайте раздаточные материалы для наблюдений.
  4. Предложите учащимся выдвинуть гипотезу о селективности своих полимеров с помощью назначенного раствора для тестирования, написав это в соответствующем разделе раздаточного материала для наблюдений. (Пример изложения гипотезы: пакет на молнии не пропускает пищевые красители.Пищевой краситель не переместится изнутри мешка наружу.)
  5. Раздайте каждой группе раздел лабораторных процедур, соответствующий номеру ее карты назначения. Поручите командам следовать процедуре, изложенной в их разделах лабораторных процедур, при приготовлении назначенного полимера и тестовых растворов.
  6. Попросите учащихся заполнить соответствующий раздел раздаточного материала для наблюдения, проиллюстрировав свои настройки и ответив на вопросы. Попросите учащихся использовать цветные карандаши / маркеры для набросков своих наблюдений, чтобы задокументировать хорошие визуальные представления о том, как выглядят установки перед запуском эксперимента.
  7. Дайте полимерам отстояться на ночь. Поместите мензурки в сторону, чтобы их не опрокинули или не потревожили, и подальше от окон, чтобы предотвратить испарение.

Со студентами — День 2: Делитесь выводами и заключением

  1. Попросите учащихся ответить на четыре вопроса о функциональных требованиях в раздаточном материале для сбора данных. Эти вопросы предназначены для того, чтобы учащиеся задумались о функциях и назначении тестируемых полимеров (пластиковый пакет для продуктового магазина, пластиковый пакет, пакет на молнии) в повседневной жизни.
  2. Попросите учащихся задокументировать свои наблюдения в раздаточном материале для наблюдений и ответить на вопросы, относящиеся к их экспериментам. Попросите учащихся использовать цветные карандаши или маркеры для набросков своих наблюдений, чтобы хорошо визуализировать изменения, которые произошли или не произошли.
  3. Попросите учащихся заполнить раздел таблицы в раздаточном материале для сбора данных.
  4. Используя метод группового обмена по круговой системе, попросите учащихся собрать наблюдения / данные из всех групп.Для этого ученики двигаются по часовой стрелке каждые 3-5 минут по сигналу учителя, собирая информацию по ходу. Пусть один член каждой команды останется со своей экспериментальной установкой, в то время как другой партнер будет ходить по комнате, собирая наблюдения / данные. Студент, который остается с лабораторной установкой, объясняет свои групповые выводы, гипотезу и объясняет, подтверждают ли его результаты свою гипотезу.
  5. По мере того, как ученики двигаются по часовой стрелке, двигайтесь против часовой стрелки, чтобы оценить понимание всеми и контролировать участие учеников.Примеры вопросов, которые можно задать студентам по мере распространения:
    • (Для крахмала и йода) Где произошло основное изменение / реакция? (Ответ: Внутри полимера.) Откуда вы знаете? (Ответ: Потому что именно здесь произошло основное изменение цвета. Он стал темно-фиолетовым внутри.)
    • (Для крахмала и йода) Прошел ли крахмал через полимер? (Нет) Откуда ты знаешь? (Ответ: Потому что не произошло изменения цвета снаружи полимера. Крахмал был внутри, поэтому крахмал не проходил через полимер.) Что было бы вне полимера? (Ответ: если крахмал переместился, он должен был бы выйти за пределы полимера, вызывая изменение цвета снаружи, но реакция произошла внутри полимера.)
    • (для крахмала и йода) Полностью ли твердый полимер? (Нет) Откуда ты знаешь? (Ответ: потому что йод прошел сквозь него. Если бы он был полностью твердым, через полимер ничего бы не прошло).
    • (Для пищевого красителя и маркерного красителя с диализной трубкой) Диализная трубка («клеточная мембрана») полностью твердая? (Нет) Откуда ты знаешь? (Ответ: Поскольку изменение цвета произошло за пределами диализной трубки / клеточной мембраны, поэтому пищевой краситель перемещался через диализную трубку.)
  1. После того, как учащиеся разойдутся по классу, попросите их вернуться к своим первоначальным партнерам и расспросить их об их наблюдениях и выводах. Дайте студентам время заполнить оставшиеся разделы своих раздаточных материалов.

  2. Попросите учащихся ответить на заключительные вопросы в нижней части раздаточного материала для сбора данных и объяснить, как селективность полимера связана с его функцией. Например: пакет на молнии, пластиковый пакет для продуктового магазина и полиэтиленовая пленка были проницаемы только для йода (который представляет собой молекулу меньшего размера), но не были проницаемы для крупных молекул (таких как маркерные красители, пищевые красители и крахмал).Это важно, потому что эти полимеры служат защитными покрытиями, чтобы их содержимое оставалось сухим и чистым.

  3. Наконец, обратите внимание студентов на установки йода и крахмала как на модель, с помощью которой они могут объяснить процесс простой диффузии. Например: йод перемещался снаружи полимеров внутрь, переходя из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией. В систему не подавалась энергия, так что это пример пассивного транспорта.

Словарь / Определения

полимер: химическое соединение, состоящее из небольших молекул, образующих простую повторяющуюся структуру, образующую более крупную молекулу.Полимеры обладают широким спектром свойств. В повседневной жизни широко используются как натуральные, так и синтетические полимеры, такие как обычные синтетические пластмассы, неопрен, винил, силикон и ДНК, белки, шелк и резина.

селективно проницаемая мембрана: полимерная мембрана, которая позволяет определенным молекулам проходить через нее путем диффузии. Также называется полупроницаемой мембраной, дифференциально проницаемой мембраной или частично проницаемой мембраной.

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Quick Build: Во время (необязательного) разогрева, описанного в разделе «Введение / Мотивация», студенческим парам предлагается построить свои собственные модели разделительных аппаратов.Работы студентов демонстрируют, понимают ли они концепцию избирательно проницаемых мембран, а также дают им возможность попрактиковаться в решении мини-инженерных задач.

Гипотеза: Учащиеся разрабатывают гипотезы на основе того, что, по их мнению, является избирательностью полимерной мембраны, назначенной их группе, заявляя ее в верхней части Раздаточного материала наблюдений и возвращаясь к ней позже, после сбора и анализа данных.

Встроенная оценка деятельности

Вопросы: Учащиеся заполняют наблюдения до и после и связанные с ними вопросы в раздаточных материалах: Раздаточные материалы для наблюдений и Раздаточные материалы для сбора данных.Просмотрите их ответы, чтобы оценить их уровень понимания.

Презентации результатов класса: После завершения эксперимента попросите группы поделиться и собрать наблюдения и данные, используя метод циклического группового обмена, описанный в разделе «Процедура». По мере того, как ученики двигаются по часовой стрелке, двигайтесь против часовой стрелки, чтобы оценить понимание каждого и контролировать участие учеников. См. Предлагаемые вопросы для оценки, приведенные в разделе «Процедура».

Оценка после деятельности

Заключительные вопросы: Используя раздаточный материал для сбора данных, учащиеся исследуют собранные данные, отвечают на заключительные вопросы и выражают свое понимание характеристик селективности по сравнению с функцией полимера.Просмотрите их ответы, чтобы оценить глубину их понимания.

Советы по поиску и устранению неисправностей

Чтобы исключить нежелательную утечку, проведите студентов через подготовку диализной трубки и других полимеров. Если происходит серьезная утечка, выньте полимер (пакет) из стакана для раствора и поместите его в пустой стакан, чтобы студенты могли видеть, что он протекает, а не делать вывод о том, что исследуемая молекула диффундирует через него.

Возьмите большое количество пластиковых пакетов из продуктового магазина и попросите учащихся проверить их на предмет дырок. Лучше иметь слишком много, чем мало!

Расширения деятельности

На основе последнего вопроса в Раздаточном материале для сбора данных — Какая самая большая и самая маленькая молекула для тестирования? — расширите задание, предложив учащимся провести тесты с использованием диализных трубок с отверстиями различного размера, чтобы определить порядок размеров каждой молекулы, чтобы различать между двумя средними молекулами (пищевой краситель и маркер).(Ответ: Ожидайте, что молекулы пищевого красителя будут меньше, чем у маркерного красителя.)

Масштабирование активности

Для младших классов: упростите задание, предложив учащимся работать только с сумкой на молнии, проверяя содержание йода, крахмала и пищевого красителя.

использованная литература

Квиснек, Люк, Гетц, Джеймс, Мейерс, Кевин П., Хайнц, Стивен Р., Виггинс, Джеффри С. и Назаренко, Серджи. (Опубликовано 9 мая 2014 г.) «Полиэтиленгликоль, содержащий тиол-еновые сетчатые мембраны для разделения CO2: влияние сшивки на термические, механические и газотранспортные свойства». Макромолекулы . Американское химическое общество. Vol. 47, № 10, с. 3243-3253. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ma5005327

Миллер, Джо и Левин, Джо. Биологический фонд, издание . Река Аппер Сэдл, Нью-Джерси: Pearson Prentice Hall, 2010.

авторское право

© 2016 Регенты Университета Колорадо; оригинал © 2015 Университет Южного Миссисипи

Авторы

Эрик Шоу, младший колледж округа Джонс, Эллисвилл, штат Массачусетс; Джейми Соррелл, Sumrall High School, Sumrall, MS

Программа поддержки

Программа исследований для учителей, Школа полимеров и высокоэффективных материалов, Университет Южного Миссисипи

Благодарности

Это мероприятие было разработано в рамках программы исследований для преподавателей в области инженерии и информатики для устойчивой полимерной инженерии в Школе полимеров и высокоэффективных материалов Университета Южного Миссисипи, финансируемой грантом RET Национального научного фонда №

.

Полупроницаемость мембраны это: Мембраны полупроницаемые

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *