§ 16.3. Физические свойства мембран

Плотность липидного бислоя составляет 800 кг/м³, что меньше, чем у воды.

Размеры. По данным электронной микроскопии, толщина мембраны (L) меняется от 4 до 13 нм, причем различным кле­точным мембранам присуща разная толщина.

Прочность. Предел прочности на разрыв для мембраны ни­зок. В условиях организма средние деформации составляют око­ло 0,01 %. Чтобы довести мембрану до разрыва, достаточно внут­реннего давления 100 Па. Живая клетка может осуществлять осморегуляцию только за счет изменения своей формы, но не за счет растяжения мембраны.

Деформируемость. Клеточная мембрана легко подвергается деформации сдвига. Например, в потоке эритроцитов с градиен­том скорости происходит вращение мембраны вокруг содержи­мого клетки. Это явление получило название «феномен гусеницы танка». Мембрана обладает высокой гибкостью. При оценке ме­ханических свойств мембраны эффективный модуль упругости принимается равным 0,45 Па.

Вязкость. Липидный слой мембраны имеет вязкость т/ = = 30-100 мПа • с (что соответствует вязкости растительного масла).

Поверхностное натяжение равно 0,03-3 мН • м"¹, что на 2-3 порядка ниже, чем у воды (73 тН ■ м"¹).

Коэффициент проницаемости мембранного вещества для во­ды равен 25-33 ■ 10~⁴ см/с.

Мембрана — конденсатор. Двойной фосфолипидный слой уподобляет мембрану плоскому конденсатору, обкладки кото­рого образованы поверхностными белками, а роль диэлектрика выполняет липидный бислой. Электроемкость 1 см² мембраны составляет 0,5-1,3 мкФ. Напряженность электрического поля в мембране составляет приблизительно 20 • 10⁶ В/м (расчет

§ 16.4. Перенос молекул (атомов) через мембраны, уравнение Фика 213

проведен для мембран митохондрий, имеющих на своих поверх­ностях разность потенциалов U = 0,2 В, при толщине d = 10 нм; tf = (//d=20-10⁶ В/м).

Диэлектрическая проницаемость мембраны составляет: для фосфолипидной области е = 2,0-2,2; для гидрофильной области € = 10-20.

Электросопротивление 1 см² поверхности мембраны состав­ляет 10²-10⁵ Ом (что в десятки миллионов раз больше сопротив­ления внеклеточной жидкости или цитоплазмы). Электроизоля­ционные свойства мембраны значительно превосходят свойства технических изоляторов.

Жидкокристаллическое состояние. Для мембраны характер­но жидкокристаллическое состояние, при котором вещество об­ладает текучестью, но сохраняет определенную упорядоченность в расположении молекул и анизотропию свойств. Измерение по­движности молекул мембран и диффузии частиц через них сви­детельствуют о том, что билипидный слой ведет себя как жид­кость, в тоже время мембрана является упорядоченной структу­рой.

При изменении температуры в мембране можно наблюдать фазовые переходы: плавление липидов при нагревании и кри­сталлизацию при охлаждении — липиды превращаются в гель. При фазовых переходах меняется толщина двойного слоя. В бис-лое при фазовых переходах могут образовываться каналы, по которым через мембрану способны проходить различные ионы и низкомолекулярные соединения.

Показатель преломления вещества мембраны равен 1,55 (для сравнения приведен показатель преломления глицерина — 1,47).