Материал: kompendium_po_fizike

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
background image

76

Согласно

этой

модели

структурную

основу

мембраны

составляет

двойной

фосфолипидный

слой

включающий

белки

Мембранные

белки

бывают

двух

видов

 – 

периферические

(

поверхностные

и

интегральные

  (

внедренные

в

липиды

). 

Схематично

данная

модель

представлена

на

рисунках

 25 

и

 26. 

Модели

мембран

 (

искусственные

мембраны

)

К

модельным

липидным

мембранам

относятся

липосомы

и

плоские

бислойные

липидные

мембраны

 (

БЛМ

). 

Липосомы

  (

фосфолипидные

везикулы

получаются

при

добавлении

в

воду

фосфолипидов

с

последующей

обработкой

раствора

ультразвуком

Под

действием

механических

колебаний

вызванных

ультразвуком

в

воде

происходит

самосборка

из

молекул

липидов

конструкций

сфероподобной

формы

стенки

которых

образованы

двойным

липидным

слоем

 (

рисунки

 27, 29-

2, 28). 

Липосомы

представляют

собой

в

некотором

роде

прообраз

клетки

и

служат

моделью

для

исследования

свойств

клеточных

мембран

В

практической

медицине

липосомы

используются

в

качестве

микроконтейнера

для

доставки

лекарственных

препаратов

к

определенным

тканям

и

органам

Так

например

инсулин

заключенный

в

капсулы

из

липосом

защищен

от

воздействия

пищеварительных

ферментов

и

поэтому

может

вводиться

в

липосомах

перорально

что

позволяет

больным

диабетом

не

применять

болезненные

уколы

Рисунок

 27. 

Трёхмерное

изображение

липосомы

Рисунок

  26. 

Современная

жидкостно

-

мозаичная

модель

мембраны

Рисунок

 28. 

Двумерное

изображение

липосомы

background image

77

Плоские

бислойные

липидные

мембраны

 – 

другой

вид

модельных

мембран

Технология

их

получения

такова

пластинку

из

фторопласта

с

небольшими

отверстиями

диаметром

около

 1 

мм

опускают

в

воду

затем

в

отверстие

пластинки

пипеткой

вводят

каплю

раствора

липидов

в

спирте

(

гептане

и

другом

растворителе

), 

растворитель

диффундирует

в

воду

а

в

области

отверстия

остается

бимолекулярный

слой

толщиной

около

 6 

мм

  (

рисунок

 29-1)). 

БЛМ

как

и

липосомы

используют

для

изучения

физических

свойств

БМ

избирательной

проницаемости

для

моделирования

мембранного

транспорта

3. 

Физические

свойства

и

параметры

мембран

Приведем

некоторые

физические

свойства

и

характеристики

биологических

мембран

Толщина

мембраны

составляет

примерно

 8-10 

нм

Общая

площадь

всех

мембран

очень

велика

например

печень

крысы

имеет

массу

 6 

г

а

общая

площадь

ее

мембран

достигает

сотен

квадратных

метров

Диаметр

 "

ионных

каналов

или

пор

составляет

 0,35-0,8 

нм

Мембрана

представляет

собой

диэлектрик

с

относительной

диэлектрической

проницаемостью

от

 2 

до

 6. 

Электрическое

сопротивление

 1 

см

2

поверхности

мембраны

составляет

 10

2

-10

5

Ом

что

в

десятки

миллионов

раз

больше

сопротивления

внеклеточной

жидкости

или

цитоплазмы

Мембраны

митохондрий

имеют

на

своих

поверхностях

разность

потенциалов

порядка

 200 

мВ

Тогда

напряженность

электрического

поля

в

мембране

Е

=200

10

-3

/8 10

-9

=25

10

6

В

/

м

В

обычных

диэлектриках

искровой

пробой

происходит

при

гораздо

Рисунок

 29. 

Самоорганизация

липидных

структур

 (

Слева

 – 

липидный

бислой

справа

 – 

липосома

background image

78

меньших

напряженностях

полей

Двойной

фосфолипидный

слой

уподобляет

мембрану

конденсатору

электроемкость

 1 

мм

2

мембраны

составляет

 5-

13 

нФ

Вязкость

мембран

равна

 30-100 

мПа

с

 (

что

на

два

порядка

выше

вязкости

воды

и

сравнима

с

вязкостью

подсолнечного

масла

Поверхностное

натяжение

составляет

 0,03-1 

мН

/

м

что

на

два

-

три

порядка

ниже

чем

у

воды

Липиды

и

белки

в

мембранах

не

являются

статическими

объектами

а

участвуют

в

диффузионных

процессах

латеральной

диффузии

 – 

перемещение

молекул

в

пределах

плоскости

мембраны

диффузии

  «

флип

-

флоп

»

 – 

перемещение

молекул

в

направлении

перпендикулярном

плоскости

мембраны

БМ

могут

находиться

в

зависимости

от

температуры

в

двух

фазовых

состояниях

 – 

в

жидкокристаллическом

и

гель

-

состоянии

которое

иногда

условно

называют

твердокристаллическим

Температура

при

которой

осуществляется

фазовый

переход

первого

рода

в

БМ

получила

название

температуры

Крафта

 (

точки

Крафта

)

.  

Для

нормального

функционирования

БМ

должна

находиться

в

жидкокристаллическом

состоянии

.

Температура

фазового

перехода

зависит

от

химического

состава

БМ

и

может

изменяться

от

 -20

0

С

  (

в

мембране

содержится

много

ненасыщенных

липидов

до

 +60

0

С

 (

мембраны

с

насыщенными

липидами

). 

Температура

фазового

перехода

понижается

при

увеличении

числа

ненасыщенных

связей

в

жирно

-

кислотных

хвостах

молекул

липидов

4. 

Значение

изучения

транспорта

веществ

через

клеточные

мембраны

Классификация

мембранного

транспорта

Для

поддержания

жизни

в

клетке

необходимо

непрерывное

поступлении

веществ

и

одновременное

выведение

из

нее

продуктов

метаболизма

.  

background image

79

Исследование

проницаемости

БМ

важно

для

изучения

биоэлектрических

процессов

для

физиологии

обмена

веществ

патологии

водного

и

минерального

обмена

организма

для

изучения

фармакологии

и

токсикологии

Многие

патологические

явления

связаны

с

нарушениями

проницаемости

клеточных

мембран

Перенос

вещества

может

происходить

без

затраты

энергии

клеткой

(

пассивный

перенос

или

транспорт

)

и

за

счет

энергии

выделяемой

в

клетке

молекулами

АТФ

(

активный

транспорт

).

5. 

Пассивный

транспорт

веществ

и

его

разновидности

Математическое

описание

пассивного

транспорта

Пассивный

транспорт

веществ

через

клеточные

мембраны

включает

в

себя

следующие

разновидности

фильтрацию

простую

диффузию

и

облегченную

диффузию

(

рисунок

 30).

background image

80

Простая

диффузия

 – 

процесс

переноса

вещества

из

области

с

большей

концентрацией

в

область

меньшей

концентрации

Диффузия

описывается

уравнением

Фика

J

D gradC

  



где

J



вектор

плотности

потока

массы

диффундирующего

вещества

направлен

в

сторону

переноса

m

J

S

t

  



масса

вещества

переносимая

в

единицу

времени

вследствие

диффузии

Простая

диффузия

Пассивный

Фильтрация

Облегченная

диффузия

Осмос

Через

липидный

бислой

Через

белковую

пору

Через

липидную

пору

С

подвижным

переносчиком

С

фиксированным

переносчиком

Рисунок

 30. 

Классификация

видов

пассивного

транспорта

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/6211