25.Амфифильные кс, их классификация (на примере пав). Характеристика этапов их взаимодействия с биологическими мембранами, характер изменения селективности мембраны.

Короткодействующие ван-дер-ваальсовы силы обеспечивают взаим­ное притяжение всех молекул, находящихся в контакте друг с другом. Наличие этих сил в жидкостях становится очевидным у по­верхности. В объеме жидкости они действуют во всех направлениях с одинаковой интенсивностью, тогда как на границе раздела воздух-вода молекулы испытывают ничтожное воздействие газовой фазы и, следовательно, притяжение их жидкостью (водой) почти не имеет про­тиводействия. расположенные на поверхности молекулы втягиваются внутрь жидкой фазы, и поверхность приобретает конфигу­рацию с минимально возможной площадью - именно этим и объясняет­ся сферическая форма капель жидкости и пузырьков газа .

Между молекулами растворителя, находящегося в поверхностном слое и внутри основного объема раствора, происходит постоянный обмен молекулами растворителя.

Граница раздела жидкость жидкость (т. е. поверхность между дву­мя несмешивающимися жидкостями) по свойствам подобна границе раздела воздух-вода, за тем лишь существенным исключением, что разница в силах притяжения каждой из жидкостей, действующих на молекулы в поверхностном слое, в этой ситуации значительно меньше. Во многих случаях поверхностное натяжение у границы жидкость- жидкость почти не отличается от разности величин поверхностного на­тяжения каждой из жидкостей на ее границе с воздухом.

Амфифильные вещества стремятся сконцентрироваться на границах раздела несмешивающихся жидкостей. Молекулы этих веществ обычно состоят из длинных углеводородных цепей, связанных с короткой по­лярной «головкой». В большинстве случаев полярность «головки» обусловлена наличием атомов азота или кислорода, не обобществленные пары электронов которых образуют водородные связи с молекулами воды. С другой стороны, для попадания в воду углеводородная цепь должна разорвать водородные связи между молекулами воды, которые энергически препятствует этому разрыву. Поэтому амфифильные веще­ства, используя минимум энергии, располагаются на границе раздела масло-вода таким образом, что гидрофильная «головка» находится в воде, а липофильные углеводородные цепи размещаются в масле, взаи­модействуя с подобными себе цепями растворителя

На­копление амфифильного вещества на границе раздела прекращается сразу же после того, как на ней образуется мономолекулярный слой это­го вещества.

Разбавленные водные растворы амфифильных веществ имеют обыч­ные физические свойства. Однако при определенной высокой концен­трации (характерной для каждого вещества) наступает резкое изменение поверхностного натяжения, осмотического давления и электропроводно­сти, обусловленное появлением новой диспергированной фазы, образо­ванной агрегатами, называемыми мицеллами. Обычно они имеют почти сферическую форму, т. к. вследствие взаимодействия с окружающей их водой гидрофильные группы вещества располагаются на поверхности сферы, а липофильные углеводородные цепи - внутри ее. Минимальная концентрация вещества, при которой возможно обра­зование мицелл, называется критической мицеллярной концентрацией.

Мицеллы - это агрегаты, состоящие из множества молекул, они термодинамически стабильны и не изменяются до тех пор, пока под действием внешних факторов не сместится равновесие, в котором на­ходилась система. Устойчивость мицелл характеризуется скоростью диссоциации, т. е. средним временем пребывания молекул в мицелле.

представителями амфифильных КС явля­ются поверхностно-активные вещества (ПАВ). По характеру диссо­циации все ПАВ делятся на:

- анионные, функциональные группы, молекулы которых в резуль­тате ионизации в растворе образуют отрицательно заряженные ионы, обусловливающие поверхностную активность;

- катионные ПАВ, функциональные группы молекул которых в ре­зультате ионизации в растворе образуют положительно заряженные ионы, обусловливающие поверхностную активность;

- неионогенные, практически не образующие в водном растворе ионов;

- амфолитные ПАВ, образующие в водном растворе в зависимо­сти от условий (pH, растворимость и др.) катионные или анионные соединения.

При обработке клеток поэтапно увеличивающейся концентрацией детергента ПАВ выявлены четыре различные стадии:

1. При низких концентрациях молекулы детергента связываются с мембранами, посредством внедрения во внешнюю фазу ли­пидного бислоя без существенного изменения его структуры.

2. При повышении концентрации мономеров до определенной ве­личины количество молекул детергента становится достаточным для дестабилизации мембраны. ПАВ, встраиваясь в мембрану, могут обра­зовывать поры, размеры и физико-химические свойства которых зави­сят от типа и концентрации детергента в растворе. В этих случаях ПАВ действуют подобно клину, который разрушает естественную ориентацию липидных бислоев в мембране. В зависимости от вида ПАВ эти поры деформируются в виде связанных каналов или в виде выемок на поверхности мембраны. В ряде случаев при значи­тельных концентрациях детергента образующиеся в мембране поры имеют очень крупные размеры, через них могут проходить сахара и макромолекулы.

3. При еще больших концентрациях вся мембрана перемешивается с молекулами детергента, что приводит к фазовому переходу - мем­брана распадается на смесь мицелл, содержащих комплексы детер­гент-липид или детергент—липид-протеин.(диссоциация мембраны на смесь ком­плексов)

4. (высвобождение из комплексов чистых белков ).При последующем увеличении концентрации ПАВ отношение липид-белок уменьшается до тех пор, пока не происходит полное раз­деление фракций белков и липидов.

мембрана обладает выраженной селективностью по отношению к различным веществам; их коэффициенты проницаемо­сти могут различаться на порядки. Это результат того, что молеку­лярные и надмолекулярные структуры мембраны упорядочены особенным образом. всякие нарушения этой упоря­доченности, наступающие при внедрении в мембрану уже сравни­тельно незначительных количеств детергента, немедленно сказыва­ются на показателях селективности. Пока концентрация ПАВ в мембране относительно мала, большая часть связывающихся с мембраной молекул «разрыхляет» удаленные друг от друга участки мембраны и каждая из них действу­ет как бы независимо. Поэтому наступающее снижение селективно­сти примерно пропорционально числу связанных молекул и является суммой отдельных вкладов каждой из них. Но по мере роста концен­трации ПАВ молекулы располагаются все плотнее, так что присутст­вие одной из них усиливает разрушающий эффект другой. Наконец, образуя большие скопления, приводящие в конечном счете к появле­нию пор, молекулы ПАВ, связанные с мембраной, еще более резко снижают ее селективность В самом деле, какая селективность у ре­шета с большими дырами!