3. Динамика мембран. Подвижность фосфолипидных молекул в мембранах

Режим функционирования мембраны сильно зависит от:

• микровязкости липидного бислоя

• подвижности фосфолипидных молекул в мембране,

• фазового состояния мембранных липидов.

Липидная фаза биологических мембран при физиологических условиях (температуре, давлении, химическом составе окружающей среды) находится в жидком агрегатном состоянии.

Вязкость воды-η~(30-100)мПа*с

Латеральная диффузия - это хаотическое тепловое перемещение молекул липидов и белков в плоскости мембраны. Среднее квадратичное перемещение S_кв молекул при диффузии за время t можно оценить по формуле Эйнштейна:

Зная S_кв, можно найти значение коэффициента латеральной диффузии D.

Оказалось, что среднее квадратичное перемещение за секунду фосфолипидной молекулы по поверхности мембраны эритроцита составило около 5 мкм, что сравнимо с размерами клеток.

Частота перескоков составляет

v = 3 * 10⁷ 1/с .

время одного перескока τ= 10^-7- 10^-8 с.

Флип-флоп - это диффузия молекул мембранных фосфолипидов поперек мембраны.

Среднее время, через которое фосфолипидная молекула совершает флип-флоп (Т ~ 1 час),

Сочетание быстрой диффузии молекул вдоль мембраны и очень медленной диффузии поперек мембраны имеет большое значение для функционирования мембран, а именно для матричной функции мембраны.

4. Физическое состояние и фазовые переходы липидов в мембранах

Вещество при разных температуре, давлении, концентрациях химических компонентов может находиться в различных физических состояниях, например газообразном, жидком, твердом, плазменном.

Твердого тела являются собственный объем, форма, механическая прочность; жидкости - собственный объем, отсутствие упругости по отношению к изменению формы и механической прочности, текучесть.

Липидные бислойные мембраны при физиологических условиях - жидкие, время оседлой жизни фосфолипидных молекул в мембране мало: τ= 10^-7 - 10 ^-8 с.

Вместе с тем, молекулы в мембране сохраняют порядок.

Физическое состояние, при котором есть дальний порядок во взаимной ориентации и расположении молекул, но агрегатное состояние жидкое, называется жидкокристаллическим состоянием.

Аморфная фаза – беспорядоченая ориентация мол. В мембране.

смектическая (мылообразная) - молекулы параллельны друг другу и располагаются слоями;

Бислойная липидная фаза биологических мембран соответствует смектическому жидкокристаллическому состоянию.

в фосфолипидной мембране при понижении температуры происходит переход из жидкокристаллического в гель-состояние, которое условно иногда называют твердокристаллическим (рис. 5).

Рис. 5. Изменение структуры мембраны при переходе из жидкокристаллического в гель-состояние и обратно при изменении температуры

1. Электрохимический потенциал

Живые системы на всех уровнях организации – открытые системы. Поэтому транспорт веществ через биологические мембраны - необходимое условие жизни. С переносе м веществ через мембраны связаны процессы метаболизма клетки, биоэнергетические процессы, образование биопотенциалов, генерация нервного импульса и др.

Химическим потенциалом данного вещества называется величина, численно равная энергии Гиббса, приходящаяся на один 1 моль этого вещества.

Для разбавленного раствора с определённой концентрацией

где μ₀-- стандартный химический потенциал,

Если р-р в-ва помещён в электр. Поле,то электрохим. Коэффициент.

где F = 96500 Кл/моль - число Фарадея, Z - заряд иона электролита (в элементарных единицах заряда), φ- потенциал электрического поля, Т [К] - температура. Транспорт веществ через биологические мембраны можно разделить на два основных типа: пассивный и активный.