Odată cu apariția microscopului electronic (vezi § 23.2), pentru prima dată a fost deschisă o oportunitate de a se familiariza cu structura membranelor. Apoi sa constatat că membrana plasmatică a animalelor și a celulelor de plante arată ca o structură în trei straturi. În Fig. 11.7 prezintă micrografia electronică a membranei plasmatice a eritrocitelor. Se poate observa că membrana constă dintr-un strat de lumină corespunzător fosfolipidelor din două straturi și două straturi întunecate - sunt capete polare și proteine. Grosimea membranelor variază de la 4 la 13 nm, în funcție de specie.
Măsurarea mobilității moleculelor de membrană și difuzia particulelor prin membrană indică faptul că stratul bilipid se comportă ca un lichid. În același timp, membrana este o structură ordonată. Acești doi factori ne fac să credem că lipidele din membrană, atunci când funcționează în mod natural, sunt într-o stare cristalină lichidă (vezi § 8.2). Viscozitatea bilayerului lipidic este de două ordine de mărime mai mare decât vâscozitatea apei și corespunde aproximativ vâscozității uleiului vegetal. Cu toate acestea, pe măsură ce temperatura este redusă, apare o tranziție de fază, ca urmare a lipidelor din stratul dublu
sunt transformate într-un gel (o stare cristalină solidă). În Fig. 8 prezintă schematic procesul de "topire" a fosfolipidelor membranare cu temperatură în creștere (de la stânga la dreapta). Evident, grosimea stratului dublu se schimbă în acest caz - în starea gelului (Fig.11.8, a) este mai mare decât în cristalul lichid (Fig.11.8, b). Pe parcursul tranzițiilor de fază la bistrat, se pot forma canale prin care diferiți ioni și compuși moleculați mici pot trece prin membrană, a căror mărime nu depășește 1-3 nm.
Într-o stare de cristal lichid, un singur lanț de acizi grași poate lua multe configurații diferite datorită rotației în jurul legăturilor CC. În acest caz, este posibilă formarea de cavități în barieră - "zgârieturi" (de la engleză, înclinare - buclă). În aceste cavități pot exista diferite molecule capturate din spațiul din exteriorul membranei. Cu mișcarea termică a cozilor de lipide, o astfel de "mișcare" se mișcă și împreună cu ea o moleculă de-a lungul sau de-a lungul membranei (Figura 11.9).
Permeabilitatea membranelor pentru diferite substanțe depinde de încărcătura de suprafață, care este creată de capetele lipidice încărcate, dând membranei o încărcătură predominant negativă. Aceasta conduce la faptul că la marginile membranei-apă se formează un salt potențial interfacial (potențial de suprafață) de același semn ca încărcătura de pe membrană. Mărimea acestui potențial joacă un rol important în procesele de legare a ionilor de către membrană. În plus față de potențialul de suprafață, pentru funcționarea normală a complecșilor de enzime și receptori de membrană de mare importanță este potențialul transmembranar, natura cărora va fi considerată mai jos. Amploarea acestui potențial este de 60-90 mV (cu un semn minus din citoplasmă). Datorită grosimii foarte mici a membranelor, intensitatea câmpului electric în ele atinge o valoare de aproximativ (6-9) × 106 V / m.
Membrana, în structura sa, seamănă cu un condensator plat, a cărui căptușire este formată din proteine de suprafață, iar rolul unui dielectric este realizat de o bistratură lipidică. Capacitatea unui astfel de condensator este semnificativă (Tabelul 18). Folosind formula unui condensator plat, se poate estima constanta dielectrica e a regiunilor membranei hidrofobe si hidrofile, cunoscand gama de variatie a grosimii membranei. Astfel de estimări dau o valoare e = 2,0-2,2 pentru regiunea fosfolipidică a membranei și pentru partea hidrofilă e = 10-20.
În tabel. 18 prezintă câțiva parametri fizici ai membranelor biologice și, în comparație cu aceștia, aceiași parametri pentru lipozomii lipidici preparați artificial.
Tabelul 18. Proprietățile fizice ale membranelor biologice și ale straturilor bilaterale ale lipidelor
Membranele au o rezistență ridicată la tracțiune, rezistență și flexibilitate. Prin proprietățile de izolare electrică, acestea depășesc în mod semnificativ multe din materialele izolatoare utilizate în inginerie. Suprafața totală a membranelor din organe și țesuturi atinge dimensiuni enorme. Astfel, suprafața totală a membranei celulare de ficat de șobolan, cântărind doar 6 grame, este de câteva sute de metri pătrați. Celulele, de regulă, au dimensiuni microscopice, prin urmare raportul dintre suprafața lor și volum este foarte mare. Datorită acestui fapt, celulele au o suprafață suficientă pentru a asigura numeroase procese care au loc pe membrane. Unul dintre cele mai importante dintre acestea este procesul de transfer al substanțelor din celulă și în celulă.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: