Структурні елементи біомембран. Фізичні властивості. Рідкокристалічний стан мембран. Динамічні властивості

БІОЛОГІЧНІ МЕМБРАНИ. МЕМБРАННИЙ ТРАНСПОРТ.

1. Структурні елементи біомембран. Фізичні властивості. Рідкокристалічний стан мембран. Динамічні властивості.

2. Пасивний транспорт речовин крізь мембранні структури. Рівняння Фіка. Коефіцієнт проникності мембрани для певної речовини. Рівняння Нерста-Планка.

3. Активний транспорт, основні види.

4. Спряження потоків. Швидкість дифузії.

5. Мембранні потенціали спокою.

6. Потенціал дії (ПД). Еквівалентна електрична схема мембрани. Феноменологічні рівняння Ходжкіна—Хакслі. Поняття про воротні йонні струми. Рівняння Ходжкіна—Хакслі для процесу поширення ПД в нервових волокнах. Швидкість і особливості поширення ПД в аксонах.

Структурні елементи біомембран. Фізичні властивості. Рідкокристалічний стан мембран. Динамічні властивості.

Важливою частиною клітини являються біологічні мембрани. Вони відмежовують клітину від оточуючого середовища, захищають її від шкідливих зовнішніх дій, керують обміном речовин між клітиною та її оточенням, сприяють генерації електричних потенціалів, беруть участь в синтезі універсальних акумуляторів енергії АТФ в мітохондріях ті інше. Мембрани формують структуру клітини забеспечуючи її функції.

Мембрани оточують всі клітини, внутрішньоклітинні мембрани розділяють клітину на ряд закритих відсіків (компартаментів), кожний з яких виконує визначену функцію. Товщина мембрани декілька нанометрів і тому її побачити можливо тільки за допомогою електронного мікроскопу.

Вивчення будови мембрани та її властивостей стало можливим при використанні фізико-хімічної моделі мембрани (штучної мембрани). Найбільшого розповсюдження отримали три моделі:

~ перша модель – моно шари фосфоліпідів на межі поділу вода-повітря або вода-масло;

~ друга модель – ліпосоми – мілкі кульки (везикули), які складаються з біліпідної мембрани й отримані при обробці суміші води та фосфоліпідів ультразвуком;

~ третя модель, яка дозволила вивчати деякі властивості біомембран прямими методами, була біліпідна (бішарова ліпідна) мембрана.

Фізичні властивості та параметри мембран. Фосфоліпіди в мембрані, за умов її нормального функціонування, знаходяться в рідкокристалічному стані. Рідинні якості мембрани підтверджуються ЕПР і ЯМР. В’язкість ліпідного шару мембрани приблизно на два порядки вище в’язкості води, вона дорівнює 30-100 мПа*с, що приблизно дорівнює в’язкості рослинного масла. Поверхневий натяг на 2-3 порядки нижче ніж у води. При зміні температури в мембрані можна спостерігати фазові перетворення: плавлення ліпідів при нагріванні та кристалізацію при охолодженні. Подвійний шар фосфоліпідів робить мембрану клітини подібною до ємності, електроємність 1 мм² мембрани складає 5-13 нФ.