5_2_协助扩散.ppt

二二.协助扩散协助扩散（Facilitated Diffusion）第二个重要的反应扩散例子是协助扩散（facilitated diffusion）。协助扩散指物质传输流被扩散媒体（例如血液，细胞质液）中的某个反应加速。协助扩散的一个很好的例子就是氧气在肌肉纤维中的输送。在肌肉纤维中，氧气结合在肌红蛋白（myoglobin）上变成氧合肌红蛋白（oxymyoglobin）来进行传输。如果没有肌红蛋白（例如一氧化碳中毒情况），氧传输效率大大降低。其实，这个人所共知的现象是违背直觉的，需要用模型进行进一步地解释。因为肌红蛋白的直径(molecular weight M=16,890)远大于氧气分子直径(molecular weight M=32)，因此其扩散常数比氧气分子扩散常数小很多(D=4.410-7 and D=1.210-5 cm2/s for myoglobin and oxygen,respectively).，从而扩散慢很多。直观上看，氧气结合上肌红蛋白后，反而慢了很多。直观上看，氧气结合上肌红蛋白后，反而慢了很多。（见作业）这个问题的解释是：在平衡态，全部的氧的传输=自由的氧的传输+氧合肌红蛋白的传输。如果肌红蛋白非常之多（比自由氧），和氧结合的非常好，就可以帮助氧传输。下面是一个简单模型。假定考虑一直线上的管子，含有可扩散的肌红蛋白。在左边(at x=0)氧的浓度是固定的记为 s0，在右边(at x=L)氧的浓度也是固定的记为 sL，其中 sL 0，从而临界值0 下降，表示所需要的外部边界氧含量下降。这说明，肌红蛋白存在，可以使所需要的外部边界氧浓度的最低要求（防止氧负债）降低。考虑 项，其中代表的是氧气消耗常数 g，从而这一项可以看出氧气的消耗。我们在下图中横坐标就使用 来代表氧气的消耗；纵坐标用相应的0。其中，取 =5。即给定=5，变化，求出相应的0。作业：假定在溶液中含 1.2 105 M/cm3 的肌红蛋白，计算氧气的有效扩散系数。其中：肌红蛋白的扩散系数与氧气的扩散系数Ds=4.4107 cm2/s Dc=1.2105 cm2/s氧气与肌红蛋白的结合与分离率k+=1.4 1010cm3M1s1 k=11 s1.