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 равна Е = 20010^-3/8 10^-9 = 2510⁶ В/м. В обычных диэлектриках искровой пробой происходит при гораздо 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:

  1. латеральной диффузии – перемещение молекул в пределах плоскости мембраны;

  2. 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 или 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 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.

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).