自由扩散 自由扩散 水 自由扩散 自由扩散 广散 底物自由扩散通过脂膜包括三个步骤:(1)底物从胞外培养基运输到膜相;(2)分子在脂膜 中扩散:(3)从脂相进入细胞质。一般情况下,细胞质具有和胞外培养基相似的物理和化学性 质,因此,步骤(1)和3)相似。相内的过程可认为处于平衡,也就是说这些过程的特征时间要 比分子扩散通过脂膜层的特征时间短得多。界面上脂膜层物质的浓度一般指水相中产物的浓 度,分配系数Kμ就是化合物在脂层的溶解速率和在水中溶解速率的比值。分子扩散的质量 通量遵守Fick第一定律,化合物通过厚度为dmcm的质膜进入细胞的传质速率可以用方程 (2-1-1)表示 J=mem,(c-Ch (2-1-1) nien 式中,Dnm为化合物在质膜中的扩散系数,ca和cb分别为非生物相(胞外培养基)和生物 相(细胞质)中化合物的浓度。 DmemKpaddmem的比率又称渗透系数P,经常用于传质的计算。如 果缺乏渗透系数,可以用式(2-1-2)进行粗略的估计。 =0.028Ko 式中,Mw为化合物的分子量,Km为化合物在橄榄油~水体系中的分配系数,P的单 位为cm/s。通过大量不同化合物的测量,已经得到了它们之间的相互关系式。然而在使用该 关系式时,有些化合物的P值可能会偏离方程预测值。 如果定义ac为细胞的比表面积(m2/g干细胞),那么化合物的比运输速率为 对于球形细胞来说,含水率为w(g/g),细胞密度为p(g/m3),则比表面积为 6 del, (1-w)p 通过自由扩散进行运输的化学物质主要有氧气、二氧化碳、水、有机酸和乙醇等。在电 离状态下,小分子有机酸在脂膜中实际上是不溶的,此时应当用膜两边的非电离有机酸的浓 度来代替方程(2-1-1)中的总浓度ca和cb,这些浓度可通过式(2-1-4)计算得到 (K。10m+1)c (2-1-4) 式中,K为酸的电离常数。可以看到,膜表面水相的pH值对 Ciundiss有影响,由于胞内 外pH一般不同,尽管ca=cb,理论上仍然有可能有一定流量的酸通过膜。此外,尽管有机酸 能迅速达到电离平衡,同时,在水相和脂相中未电离的酸也达到溶解平衡,但水相中靠近脂 膜的地方仍然有可能存在一薄膜层。假如胞内的酸浓度比胞外培养基中高得多,未电离的酸 就会持续转移入脂膜,促使电离平衡向未电离方向移动,多数酸就溶解在脂膜中。在膜的培 养基这边,未电离酸的浓度很高,快速电离促使脂相中的未电离的酸进入水相。这样,我们 可以利用方程(2-1-1)模拟小分子有机酸的情况,只有当假设的膜层不合理时,才需要修正膜 内的pH差异。 为了更好地理解自由扩散的意义,让我们来看一下乳酸的分泌过程。乳酸菌从葡萄糖转3 氧气 水 自由扩散 自由扩散 自由扩散 自由扩散 1、自由扩散 底物自由扩散通过脂膜包括三个步骤：(1)底物从胞外培养基运输到膜相；(2)分子在脂膜 中扩散；(3)从脂相进入细胞质。一般情况下，细胞质具有和胞外培养基相似的物理和化学性 质，因此，步骤(1)和(3)相似。相内的过程可认为处于平衡，也就是说这些过程的特征时间要 比分子扩散通过脂膜层的特征时间短得多。界面上脂膜层物质的浓度一般指水相中产物的浓 度，分配系数 Kpar就是化合物在脂层的溶解速率和在水中溶解速率的比值。分子扩散的质量 通量遵守 Fick 第一定律，化合物通过厚度为 dmem 的质膜进入细胞的传质速率可以用方程 (2-1-1)表示。 ( ) par a b mem mem K c c d D J = − (2-1-1) 式中，Dmem为化合物在质膜中的扩散系数，ca和 cb 分别为非生物相(胞外培养基)和生物 相(细胞质)中化合物的浓度。DmemKpar/dmem的比率又称渗透系数 P，经常用于传质的计算。如 果缺乏渗透系数，可以用式(2-1-2)进行粗略的估计。 oil P Mw 028Kpar = 0. (2-1-2) 式中，Mw 为化合物的分子量， oil Kpar 为化合物在橄榄油～水体系中的分配系数，P 的单 位为 cm/s。通过大量不同化合物的测量，已经得到了它们之间的相互关系式。然而在使用该 关系式时，有些化合物的 P 值可能会偏离方程预测值。 如果定义 acell 为细胞的比表面积(m2 /g 干细胞)，那么化合物的比运输速率为 ( ) cell cell a b r = J  a = P a c − c (2-1-3) 对于球形细胞来说，含水率为 w(g/g)，细胞密度为(g/m3 )，则比表面积为 cell cell cell d w a (1 ) 6 − = 通过自由扩散进行运输的化学物质主要有氧气、二氧化碳、水、有机酸和乙醇等。在电 离状态下，小分子有机酸在脂膜中实际上是不溶的，此时应当用膜两边的非电离有机酸的浓 度来代替方程(2-1-1)中的总浓度 ca和 cb，这些浓度可通过式(2-1-4)计算得到∶ i pH i undiss a c K c i 1 , ( 10 1) − = + (2-1-4) 式中，Ka为酸的电离常数。可以看到，膜表面水相的 pH 值对 ci,undiss 有影响，由于胞内 外 pH 一般不同，尽管 ca=cb，理论上仍然有可能有一定流量的酸通过膜。此外，尽管有机酸 能迅速达到电离平衡，同时，在水相和脂相中未电离的酸也达到溶解平衡，但水相中靠近脂 膜的地方仍然有可能存在一薄膜层。假如胞内的酸浓度比胞外培养基中高得多，未电离的酸 就会持续转移入脂膜，促使电离平衡向未电离方向移动，多数酸就溶解在脂膜中。在膜的培 养基这边，未电离酸的浓度很高，快速电离促使脂相中的未电离的酸进入水相。这样，我们 可以利用方程(2-1-1)模拟小分子有机酸的情况，只有当假设的膜层不合理时，才需要修正膜 内的 pH 差异。 为了更好地理解自由扩散的意义，让我们来看一下乳酸的分泌过程。乳酸菌从葡萄糖转