Биологические мембраны, их структура и функции. Модели мембран.

Мембраны представляют собой плоские или изогнутые слои толщиной до 9 нм, образованные молекулами белков, жиров (липидов) и углеводов. Мембраны – это клеточные структуры, повсеместно встречающиеся в живых клетках и регулирующие обмен между клеткой и внешней средой (клеточные или плазматические мембраны), либо между различными частями клетки (внутриклеточные мембраны).

Основу мембраны образует двойной слой липидов. В этот слой встроены белковые молекулы, придающие специфические свойства различным участкам мембран, и тем самым, позволяющие последним принимать участие в разнообразных метаболитических процессах.

Молекулы липидов упакованы в слой так, что гидрофобные части (жировые хвосты) этих молекул отделены от воды, в то время как гидрофильные части (полярные головки) погружены в неё.

Двойной слой липидов как бы образует своеобразную двумерную жидкость с вязкостью, близкой к вязкости жидкого масла, поэтому молекулы липидов и белков легко перемещаются в плоскости слоя (латеральная диффузия).

При некоторых условиях (понижение температуры) в мембранах могут происходить процессы, сопровождающиеся изменением ориентации полярных головок и (или) затвердеванием углеводных хвостов липидов, что приводит к изменению функциональных свойств мембраны.Наиболее распространенной является жидкомозаичная модель мембраны: в липидном слое плавают более или менее погруженные белки. 1-поверхностные белки, 2- полупогруженные белки, 3- полностью погруженные белки, 4 – белки, формирующие «ионный канал» 5

 

 

Мембраны выполняют две важнейшие функции:

- матричную (являются матрицей, основой для удерживания белков, выполняющих различные функции);

- барьерную (защищают клетку и отдельные ее части от проникновения нежелательных частиц).

 

Перенос частиц через мембраны. Уравнение Фика. Применение уравнения Фика к биологической мембране. Уравнение Нернста-Планка.

Важной характеристикой мембран является их способность пропускать или не пропускать молекулы, атомы и ионы. Эти вопросы относятся к явлениям переноса.

Рассмотрим наиболее важные для биологических мембран явления: перенос вещества (диффузию) и перенос заряда (электропроводность).В биофизике также используется термин «транспорт частиц» Основное уравнение диффузии имеет вид:

Это уравнение Фика: I - плотность потока частиц, D - коэффицент диффузии D =___ __________, σ- среднее расстояние между молекулами, m-масса молекулы, n-концентрация молекул,с=m*n-массовая концентрация, τ - среднее время оседлой жизни молекулы