Лекция 7. БИОФИЗИКА КЛЕТКИ. МЕХАНИЗМЫ ТРАНСПОРТА ВЕЩЕСТВ

Е.В. Дмитриев

7.1. строение и самоорганизация биологических

мембран

Клеточная (плазматическая) мембрана - ультратонкая пленка (4- 13 нм) на поверхности клетки или внутриклеточных органоидов, ограничивающая их от внешних объектов.

В 1972 г. С.Дж. Синджером и Г.Л. Николсоном была предложена жидкокристаллическая мозаичная модель строения мембраны: в основе мембраны лежит текучий фосфолипидный бислой, в который погружены свободно диффундирующие белки, образующие в нем своеобразную мозаику.

Фосфолипиды являются амфифильными соединениями - имеют полярную гидрофильную часть (несущую электрический заряд) и длинные гидрофобные фрагменты. Подобные молекулы в водном растворе будут самопроизвольно ориентироваться в пространстве таким образом, чтобы гидрофобные углеводородные цепи были закрыты от воды. Образуются двухслойные липосомы (рис. 7.1). Это расположение термодинамически выгодно, поскольку соответствует наименьшему значению свободной энергии Гиббса. Если количественно преобладают фосфолипиды с одним хвостом (лизолецитин), то формируются однослойные мицеллы. В составе мембран сосредоточения таких молекул формируют поры (рис. 7.1), через которые осуществляется транспорт воды, ионов, поскольку внутренняя часть поры гидрофильна.

Рис. 7.1. Самоорганизация липидных молекул в водном растворе

Липиды, формирующие бислой мембраны, обладают достаточно высокой подвижностью и имеют способность:

► к вращению вокруг собственной оси (поворот на 1 радиан за 10^-9 с);

► латеральной диффузии - хаотичному тепловому перемещению молекул липидов и белков в плоскости мембраны. Среднее квадратическое перемещение (S_кв) определяется по формуле Эйнштейна:

где D - коэффициент латеральной диффузии молекулы; t - время. Экспериментально S_кв можно определить методом флюоресцентных меток.