Фізичні властивості мембран

Щільність ліпідного бішару становить 800 кг / м3, що менше, ніж у води.

Розміри. За даними електронної мікроскопії, товщина мембрани (L) варіює від 4 до 13 нм, причому різним клітинним мембран притаманна різна товщина.

Міцність. Межа міцності на розрив для мембрани низький. В умовах організму середні деформації складають близько 0,01%. Щоб довести мембрану до розриву, досить внутрішнього тиску 100 Па. Жива клітина може здійснювати осморегуляцію тільки за рахунок зміни своєї форми, але не за рахунок розтягування мембрани.

Деформируемость. Клітинна мембрана легко піддається деформації зсуву. Наприклад, в потоці еритроцитів з градієнтом швидкості відбувається обертання мембрани навколо вмісту клітини. Це явище отримало назву «феномена гусениці танка». Мембрана володіє високою гнучкістю. При оцінці механічних властивостей мембрани ефективний модуль пружності приймається рівним 0,45 Па.

В’язкість. Ліпідний шар мембрани має в’язкість η = 30-100 мПас (що відповідає в’язкості рослинного масла).

Поверхневий натяг одно 0,03-3 мНм-1, що на 2-3 порядки нижче, ніж у води (73 мНм-1).

Коефіцієнт проникності мембранного речовини для води дорівнює 25-33х10-4 см / с.

Мембрана – конденсатор. Подвійний фосфоліпідний шар уподібнює мембрану плоскому конденсатору, обкладки якого утворені електролітами позаклітинного і внутрішньоклітинного (цитоплазми) розчинами з зануреними в них поверхневими білками і голів-

ками ліпідних молекул. Обкладки розділені діелектричним шаром, утвореним неполярной частиною ліпідних молекул – подвійним шаром їх хвостів. Електроємність 1 см2 мембрани складає 0,5-1,3 мкФ. Напруженість електричного поля в мембрані становить приблизно 20х106 В / м (розрахунок проведено для мембран мітохондрій в задачі 2).

Діелектрична проникність мембрани складає: для фосфоліпідної області ε = 2,0-2,2; для гидрофильной області ε = 10-20.

Електроопір 1 см2 поверхні мембрани складає 102-105 Ом (що в десятки мільйонів разів більше опору позаклітинної рідини або цитоплазми). Електроізоляційні властивості мембрани значно перевершують властивості технічних ізоляторів.

Рідкокристалічний стан. Молекули в мембрані розміщені не безладно, в їх розташуванні спостерігається дальній порядок. Фосфоліпідні молекули перебувають у подвійному шарі, а їх гідрофобні хвости приблизно паралельні один одному. Є порядок і в орієнтації полярних гідрофільних головок. Фізичний стан, при якому є дальній порядок у взаємній орієнтації та розташуванні молекул, але агрегатний стан рідке, називається рідкокристалічним станом.

Рідкокристалічні структури дуже чутливі до зміни температури. У мембранних фосфоліпідах при зниженні температури відбувається перехід з рідкокристалічного в гельсостояніе. При цьому змінюється взаємне положення гідрофобних хвостів (рис. 11.5) і збільшується товщина подвійного шару.

При переході в гель-стан в бішарі утворюються наскрізні канали, радіусом 1-3 нм, за якими через мембрану можуть переноситися іони і низькомолекулярні речовини. Внаслідок цього збільшується іонна провідність мембран. Збільшення іонної провідності мембран може врятувати клітину від кріоушкоджень за рахунок збільшення виходу води і солей, що перешкоджає кристалізації води всередині клітини.

Посилання на основну публікацію