93. Явление диффузии. Уравнение Фика.

Важным элементом функционирования мембран является их способность пропускать или не пропускать молекулы и ионы. Вероятность такого проникновения частиц зависит как от направления их перемещения, например в клетку или из клетки, так и от разновидности молекул и ионов. Эти вопросы относятся к явлениям переноса. К явлениям переноса относят диффузию - процесс, вызываемый тепловым молекулярным движением и приводящий к установлению равенству концентраций веществ. Диффузия является основным способом транспорта веществ из клетки и в нее. Характеристикой массы переноса веществ является функция m(t).

Уравнение Фика (уравнение диффузии) показывает процесс переноса в жидкостях, где J – плотность потока вещества (отношение потока к площади площадки, через которую он проходит); знак « - » показывает, что суммарная плотность потока вещества при диффузии направлена в сторону уменьшения концентрации (в сторону, противоположную градиенту концентрации), D – коэффициент диффузии, определяется свойствами молекул переносимого вещества и временем, S – площадь соприкосновения слоев, l – толщина перегородки, gradC – градиент – это величина, которая показывает, насколько быстро изменяется данная характеристика в определенном направлении. Уравнение Фика описывает простую диффузию, которая не указывает электрические заряды, электрические потенциалы, осмотические и фильтрационные градиенты.

94. Строение и модели клеточных мембран.

Основу структуры любой мембраны представляет двойной липидный слой. Молекулы липидов, образующие мембрану, являются амфипатическими соединениями, т.е. состоят из двух функциональных частей: полярной «головки» и неполярного «хвоста». Двойной липидный слой образуется из двух монослоев липидов так, что гидрофобные «хвосты» обоих слоев направлены внутрь. При этом обеспечивается наименьший контакт гидрофобных участков с водой.

Н. Девсон и Р. Данииелли предложили модель сэндвича (бутерброда), согласно которой среднюю часть составляет бимолекулярный липидный слой,а на его обеих поверхностях расположены белки. Синджером и Николсоном была предложена жидкомозаичная модель, в основе которой также лежит липидная бислойная мембрана, которая представляет собой как бы двумерный растворитель, в котором «плавают» более или менее погруженные белки. За счет этих белков полностью или частично осуществляются специфические функции мембран – проницаемость, активный перенос через мембрану, генерация электрического потенциала и т.д. Мембраны не является неподвижными структурами. Липиды и белки обмениваются местами и перемещаются как вдоль плоскости мембраны – латеральная диффузия, так и поперек ее – «флип-флоп».

Существуют три модели мембран. Первая модель – монослои фосфолипидов на границе раздела вода-воздух или вода-масло. Молекулы фосфолипидов расположены та, что гидрофильные «головки» находятся в воде, а гидрофобные «хвосты» - в воздухе или в масле. Второй моделью является липосомы. Это мельчайшие пузырьки (везикулы), сосотоящие из билипидной мембраны и полученные обработкой смеси воды и фосфолипидов ультразвуком. Липосомы представляют собой как бы биологическую мембрану, полностью лишенную белковых молекул. Третью моделью является билипидная мембрана (БЛМ), позволившая прямыми методами изучать некоторые свойства биомембран. Была создана П. Мюллером в 1962г. Мембраны выполняют две важные функции: матричную и барьерную.