Физические свойства биологических мембран при 25 0с

Толщина, нм	6 – 10
Емкость, нФ/мм2	1,3 – 5
Удельное сопротивление, Омсм	1010 – 1013
Диэлектрическая проницаемость	2 – 3
Напряженность электрического пробоя, В/см	(2 – 4)105
Поверхностное натяжение, Н/см	(0,03 – 1,0)10-5
Проницаемость для воды, мкм/с	0,37 – 400
Вязкость, мПас	30 – 100

Гидрофобный эффект, объединяющий молекулярные компоненты в мембранах, препятствует их выходу за пределы мембраны. В то же время силы межмолекулярного взаимодействия не мешают молекулам в мембранах обмениваться местами. Вследствие этого молекулярные компоненты в мембранных системах сохраняют индивидуальную подвижность и могут передвигаться в пределах мембран диффузионным путем.

Диффузионное перемещение молекул липидов вдоль бимолекулярного слоя (латеральная диффузия) совершается достаточно быстро. При комнатной температуре коэффициент латеральной диффузии составляет 10^-7 – 10^-8 см²/с. Среднеквадратичное расстояние, которое молекула проходит вдоль мембраны за время , равно

(4.1)

Легко вычислить, что при значении коэффициента диффузии молекула липида за одну секунду переместится по мембране на расстояние около 5000 нм, то есть может обежать всю плазматическую мембрану такой клетки, как эритроцит.

Другой тип движения молекул липидов в мембранах - это движение поперек толщи мембраны между поверхностями бислоя (флип-флоп переход). Оно осуществляется вследствие высокого энергетического барьера для пересечения полярной головной молекулы липида гидрофобной зоны мембран. Скорость флип-флоп перехода оценивается по времени перенесения половины количества молекул-меток из одного полуслоя в другой. Для эритроцитов, например, это время составляет 20 – 30 мин.

Свойства липидных молекул в бислоях сильно зависят от температуры. При достаточно низких температурах липидный слой подобен кристаллическому телу (рис. 4.3а), структурные единицы которого располагаются в пространстве упорядоченно. В этом случае липидные молекулы в плоскости мембраны почти не перемещаются. По мере повышения температуры происходит разное изменение свойств бислоев, которые переходят из твердого кристаллического в жидкокристаллическое состояние. Соответственно изменяется толщина бислоя. В жидкокристаллическом состоянии она меньше, чем в твердом. Изменения происходят в узком температурном интервале и являются фазовым переходом, аналогичным плавлению твердого тела.

Р

ис. 4.3. Фазовый переход липидной мембраны из твердокристаллического (а) в жидкокристаллическое (б) состояние.

Молекулы белков также проявляют способность к диффузионной подвижности. Однако вследствие большой массы они движутся значительно медленнее. Так, коэффициенты латеральной диффузии белков в биомембранах при комнатных температурах обычно находятся в пределах .

Важным элементом функционирования мембран является их способность к переносу молекул из окружающей среды, которая традиционно обозначается индексом o (outside), внутрь клеток - индекс i (inside), и наоборот. Поток молекул и ионов в клетку и из клетки контролируется специфическими системами транспорта, находящимися в плазматической мембране.