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1、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
2、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
3、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.