Физические свойства структурных элементов мембраны

Силами, удерживающими структурные элементы в мембране являются силы характерные для следующих видов межмолекулярного взаимодействия:

• Ван-дер-Ваальсового (условно на рисунке представлено в виде А В )

• Водородной связи (на рисунке в виде АВ )

Кооперативное проявление этих взаимодействий между отдельными частями молекулы, хаотически движущихся в водной среде, приводит к возникновению упорядоченных структур.

Главной отличительной чертой любого структурного элемента мембраны является пространственное разобщение по структуре молекулы групп атомов, способных образовывать водородную связь с атомами, не обладающими такими свойствами.

Такие молекулы называются амфифильными или амфипатическими. В водных растворах они обладают гидрофильно-гидрофобными свойствами.

Структурные элементы мембраны: фосфолипиды

В структуру биомембран входят несколько видов фосфолипидов (фосфатидилхолин, фосфатидилсерин, сфингомиелин, фосфотидилиноэтинол и т.д.)

Все они имеют сходную структуру и строение. Типичная формула фосфолипида и стереоконструкция на рис. 1

Гидрофильная Гидрофобный

головка (гФ/л) хвост (хФ/л)

полярная неполярная часть

часть

1/3 L 2/3 L

Рис.1

Головка фосфолипида (гФ/л) - это группа молекул, которая может содержать отрицательно заряженную молекулу кислорода или положительно заряженную молекулу азота.

Гликолипиды – это липиды, содержащие остатки сахара. К ним относятся цереброзиды, ганглиозиды, содержащие от 2-х до 4-х остатков D-глюкозы или D-галактозы.

Гликолипиды – это важнейшие компоненты мембран клеток нервной ткани. Они входят в состав специфических рецепторных участков мембран.

Головка гликолипида (гГ/л) – это полярная группа молекул, содержащая молекулы кислорода и азота, способных образовывать водородные связи.

Структура: взаимодействие фосфолипидов и гликолипидов в водной среде.

Хаотическое расположение молекул фосфолипидов и воды, связи между ними

Рис. 2

Виды взаимодействий

Номер связи	Молекулы	Ван-дер-Ваальсовое взаимодействие	Водородная связь	Характер связи
1		+	+	Гидрофильная
2		+	+
3		+	+
4		+	-	Гидрофобная
5		+	-
6		+	-

Связи 1,2,3 на порядок (в 10 и более раз) сильнее связей 4,5,6. Вследствие этого, в водной среде формируются структуры, в которых молекулы с водородными связями пространственно разобщены от других молекул (см. рис. ниже).

Упорядоченное расположение молекулы фосфо- и гликолипидов

в водной среде

Рис.3

Виды структурных образований

Рис. 4 Монослой Рис. 5 Бислой

Искусственные липидные мембраны или «модели» мембран используются не только с познавательными целями, они нашли широкое применение в химической технологии.

Структурные элементы мембраны: белки

Молекулярный вес мембранных белков колеблется от 10000 до 240000. В зависимости от числа и локализации гидрофобных и гидрофильных аминокислотных остатков в полипептидной цепи белки частично (периферические - ПБ) или полностью (интегральные - ИБ) погружены в мембрану.

ПБ

ПБ ИБ ИБ

Рис. 8

В функциональном отношении мембранные белки делятся на: транспортные, ферментативные, рецепторные, регуляторные, опорно-конструктивные.