Поверхневий натяг мембрани

Ми вже знаємо, що добре розчинні у ліпідах молекули швидко проникають у клітину. У зв’язку з цим можна припускати, що деякі види ліпідів входять до складу плазматичної мембрани. Побічно це припущення можна перевірити, вимірюючи величину поверхневого натягу клітини. Вивчення властивостей розчинів вказує на існування у них особливого поверхневого шару. На фіг. 25 схематично представлений поверхневий шар рідини, що контактує з повітрям. Сили тяжіння між молекулами, що знаходяться в газовій фазі, значно менше сил, що діють в рідині.

У той же час на молекули, що лежать на поверхні рідини, діють сили тяжіння сусідніх молекул, причому рівнодіюча цих сил спрямована всередину рідини. Отже, молекули поверхневого шару прагнуть»втиснутися»в рідину. Для того щоб розірвати утворюється при цьому плівку (тобто відокремити один від одного компактно розміщені молекули поверхневого шару), необхідна сила, що перевершує ту, яка потрібна була б для поділу тих же молекул, але розташованих в глибині рідини. Величина поверхневого натягу якраз і визначається величиною цієї надлишкової сили, яку необхідно прикласти до молекул поверхневого шару рідини, щоб збільшити її поверхню, тобто визначається силою взаємодії молекул поверхневого шару.

Речовини, здатні знижувати поверхневий натяг води, мають тенденцію накопичуватися на поверхні водного розчину. На підставі різної розчинності речовин у воді різні сполуки можна розділити на два класи: гідрофільні і ліпофільні сполуки (тобто речовини, що розчиняються переважно у воді або ж в олії). Молекули води, володіючи зарядом, орієнтуються навколо сильно заряджених атомів. Оскільки молекула води є диполем, знак заряду атома при цьому несуттєвий, необхідно лише, щоб його величина була досить великою. У біологічних системах найбільш часто зустрічаються заряджені атоми кисню, азоту, фосфору і сірки. Угруповання, утворена атомами вуглецю і водню, позбавлена заряду і тому не викликає орієнтації диполів води.

Спочатку молекули цього з’єднання можуть бути розподілені по всьому об’єму розчину. Проте потім завдяки хаотичного руху вони знаходять свій шлях і зрештою досягають поверхні. У цей момент сили, що утримують карбоксильну групу у воді, досить великі і не дозволяють всій молекулі вийти за межі рідкої фази. Тенденція ж»хвоста»до повернення у водну фазу з надлишком долається силами, які прагнуть об’єднати за межами водної фази всі ліпофільні ланцюги молекул. З кожної знову прибуває молекулою об’єднання ліпофільних (вуглеводневих) радикалів молекул стає все більш міцним. Через деякий час система приходить в рівновагу, і при цьому майже всі молекули жирної кислоти сконцентруються на поверхні, утворюючи, як правило, моношар, що лежить над поверхневим шаром води.

У результаті поверхневий шар, утворений раніше молекулами води, виявляється зміщенням молекулами жирної кислоти. Величина поверхневого натягу розчину в цих умовах визначається вже не силами взаємодії молекул води, а взаємодією ліпофільних молекул жирної кислоти. Хоча ці сили досить значні, вони багато слабше сил, що утримують молекули води один біля одного. Таким чином, внесення ліпофільного речовини у водний розчин призводить до накопичення молекул ліпофільного речовини на поверхні води і, отже, до зменшення величини її поверхневого натягу.

Сказане вище можна розглядати як якісну формулювання другого закону поверхневого натягу: розчинення малої кількості речовини не може помітно збільшити поверхневий натяг розчинника, але здатне в ряді випадків значно зменшити цю величину. Так, хоча дипольний момент молекул цукру досить великий для того, щоб збільшити пул»звернених всередину»молекул поверхневого шару, потрібно розчинити у воді дуже велика кількість цукру, щоб викликати вимірне збільшення поверхневого натягу розчину.

Посилання на основну публікацію