Néhány fizikai tulajdonság és paraméter a membránok - stadopedia
Az elektronmikroszkó megjelenésével (lásd a 23.2. Pontot) először nyílt meg a membránszerkezet megismerésének lehetősége. Azt találtuk, hogy az állatok és a növényi sejtek plazmamembránja háromrétegű. Az 1. ábrán. A 11.7. Ábra mutatja az eritrocita plazmamembránjának elektronmikroszkópos felvételét. Látható, hogy a membrán a kétrétegű foszfolipidek és két sötét réteg - a poláris fejek és fehérjék - foszfolipidjeinek megfelelő fényrétegből áll. A membránok vastagsága a fajtól függően 4-13 nm.
A membránmolekulák mobilitásának mérése és a részecskék diffúziója a membránon keresztül azt mutatja, hogy a bilipidréteg folyadékként viselkedik. Ugyanakkor a membrán rendezett szerkezet. Ez a két tényező arra enged következtetni, hogy a lipidek a membránban, amikor természetesen működik, folyadékkristályos állapotban vannak (lásd a 8.2. A lipid kettősréteg viszkozitása két nagyságrenddel nagyobb, mint a víz viszkozitása, és megközelíti a növényi olaj viszkozitását. Azonban, ahogy a hőmérséklet leereszkedik, egy fázisátalakulás következik be, amelynek eredményeképpen a kétrétegű folyadék lipidjei
gélt (szilárd kristályos állapot) alakítanak át. Az 1. ábrán. A 8. ábra vázlatosan mutatja a membrán-foszfolipidek "olvadás" folyamatát növekvő hőmérsékleten (balról jobbra). Nyilvánvaló, hogy a dupla réteg vastagsága ebben az esetben változik - a gél állapotában (11.8, a ábra) nagyobb, mint a folyadékkristályban (11.8. A kétrétegű fázisba való átmenet során olyan csatornák alakíthatók ki, amelyeken keresztül különböző ionok és kis molekulájú vegyületek képesek áthaladni a membránon, amelynek mérete nem haladja meg az 1-3 nm-t.
Folyadékkristályos állapotban egy zsírsavlánc sok különböző konfigurációt eredményezhet a CC kötések körüli forgatás miatt. Ebben az esetben a kétrétegű üregek kialakulása - "kinks" (angol, kink-loop) lehetséges. Ezen üregekben a membránon kívüli térből különböző molekulák találhatók. A lipidek farok hõmozgásával ilyen "kink" mozog, és ezzel együtt egy molekula a membránon vagy annak mentén (11.9. Ábra).
A különböző anyagok membránjainak áteresztőképessége a feltöltött lipidfejek által létrehozott felületi töltésektől függ, ami túlnyomórészt negatív töltést biztosít a membránnak. Ez azzal a ténnyel jár, hogy a membránvíz határán a membrán töltésénél ugyanaz a jel, mint a feltöltési potenciál ugrás (felszíni potenciál) keletkezik. Ennek a potenciálnak a nagysága fontos szerepet játszik az ionkötés folyamatában a membránban. A felületi potenciál mellett az enzim és a receptor membrán komplexek normális működéséhez nagy jelentőséggel bír a transzmembrán potenciál, amelynek természetét az alábbiakban figyelembe veszik. Ennek a potenciálnak a nagysága 60-90 mV (a citoplazmából származó mínusz jel). A membránok nagyon kicsi vastagsága miatt az elektromos térerősség körülbelül (6-9) × 10 6 V / m értéket ér el.
A szerkezetben található membrán hasonlít egy lapos kondenzátorra, amelynek bélését felületi fehérjék képezik, és a dielektrikum szerepét a lipid kettős réteggel végezzük. Az ilyen kondenzátor kapacitása jelentős (18. táblázat). A lapos kondenzátor formula segítségével a hidrofób és hidrofil membrán régiók dielektromos állandóját becsülhetjük, a membránvastagság variációjának ismeretében. Ezek a becslések az e = 2,0-2,2 értéket adják a membrán foszfolipid régiójának, és a hidrofil rész e = 10-20.
A táblázatban. A 18. ábra a biológiai membránok bizonyos fizikai paramétereit mutatja be, és ezekhez képest ugyanazokat a paramétereket alkalmazza a mesterségesen előállított lipid kettősrétegek esetében.
18. táblázat: Biológiai membránok és lipid kettősrétegek fizikai tulajdonságai
A membránok nagy szakítószilárdsággal, ellenállással és rugalmassággal rendelkeznek. Az elektromos szigetelési tulajdonságok révén jelentősen meghaladják a mérnöki felhasználásra szánt szigetelőanyagokat. A membránok teljes területe a szervekben és szövetekben óriási méreteket ölel fel. Így a patkánymájsejt membrán teljes területe, mindössze 6 gramm tömegű, több száz négyzetméter. A sejtek általában mikroszkopikus méretűek, ezért felületük és térfogatuk aránya nagyon nagy. Ennek köszönhetően a sejtek elegendő területet biztosítanak a membránokon végrehajtott számos folyamat számára. Ezek közül az egyik legfontosabb az anyagnak a sejtből és a sejtbe való átvitelének folyamata.