95. Физические свойства биологических мембран.

В живых клетках биологическая мембрана пребывает в жидкокристаллическом состоянии. В каждый данный момент состояние мембраны можно охарактеризовать как упорядоченное и хорошо структурированное. В каждый следующий момент структурированность несколько другая. Любая система создается для выполнения определенного набора функций. Одна функция или набор функций не могут быть реализованы без материальной структуры, на которой она базируется. Т.е. ухудшение структуры, может привести к ухудшению выполнения функции. А утрата структуры – к невозможности выполнения той или иной функции.

При изменении температуры в мембране можно наблюдать фазовые переходы: плавление липидов при нагревании и кристаллизацию при охлаждении. Жидкокристаллическое состояние бислоя имеет меньшую вязкость и большую растворимость различных веществ, чем твердое состояние. Толщина жидкокристаллического бислоя меньше, чем твердого. Различна конформация молекул в жидком и твердом состояниях. В жидкой фазе молекулы фосфолипидов могут образовывать полости, в которые способны внедряться молекулы диффундирующего вещества. Природа жидкокристаллического состояния мембран обусловлена необычайно высокой подвижностью мембранных компанентов. Измерение подвижности молекул мембраны и диффузии частиц через мембрану свидетельствует о том, что билипидный слой ведет себя подобно жидкости. С другой стороны, мембрана есть упорядоченная система.

Клеточная мембрана является очень лабильной. Существует три вида перемещения фосфолипидов: латеральная миграция (перемещение молекул в плоскости мембраны, т.е. в пределах одной стороны бимолекулярного слоя), вращение молекул вокруг собственной оси (несколько тысяч оборотов в секунду) и «флип-флоп»-перескоки. Большой свободой движения обладают липиды. Среднее время пребывания фосфолипидной молекулы в данном пункте мембраны не более 10^-7с, а время жизни белка на одном месте составляет 10^-5с.

Биомембрана как жидкокристаллическая структура с присущей ей текучестью характеризуются определенной вязкостью. Вязкость липидного слоя мембран приблизительно на два порядка выше вязкости воды, она равна 30 – 100 мПа*с, что соответствует примерно вязкости растительного масла. Поверхностное натяжение на 2-3 порядка ниже, чем у воды. При изменении температуры, молекулярного состава и других параметров биомембраны меняется и ее вязкость. Клеточная мембрана прочная на разрыв, эластичная. Также способна накапливать электрические заряды, обладает емкостью равной 1мкФ/см^-2.

96. Концентрационный элемент и уравнение Нернста.

В результате действия диффундирующих и динамических сил устанавливается динамическое равновесие над и под мембранами.

; т.к. , то ;

где R –универсальная газовая постоянная равная 8.31 Дж/(моль·K);

Т – абсолютная температура;

F – число Фарадея, равное 96485,35 Кл/моль;

z – валентность;

С_К1 – концентрация ионов калия над мембраной;

С_К2 – концентрация ионов калия под мембраной;

P_A – проницаемость мембран для анионов.