Материал: Компендиум

Рисунок 26. Современная жидкостно-мозаичная модель мембраны

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.

76

Плоские бислойные липидные мембраны – другой вид

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 см2 поверхности мембраны составляет 102-105 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=25 106 В/м. В обычных диэлектриках искровой пробой происходит при гораздо

77

меньших напряженностях полей.

Двойной фосфолипидный слой уподобляет мембрану конденсатору, электроемкость 1 мм2 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 -200С (в мембране содержится много ненасыщенных липидов) до +600С (мембраны

снасыщенными 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.

78

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).

79