Полярная мембрана Полярные группы

Рис. 46. Схема установки для исследования электрохимических свойств липидных бислоев (а) и структура липидного бислоя (б) / — тефлоновый стакан 2 — отверстие, на кото-ром формируется липидная мембрана 3 — электроды 4 — углеводородное бислойное ядро 5 полярные группы фосфолипидных молекул

Все клетки, даже самые простые, имеют мембраны. Мембраны отделяют внутреннее содержимое клетки от окружающей среды, поэтому нарушение целостности мембраны приводит к гибели клетки. Мембраны не только сохраняют молекулы веществ, входящих в ее состав, но и реализуют специфику химического состава клеточной цитоплазмы. С помощью специальных устройств мембрана избирательно выбрасывает из клетки ненужные вещества и поглощает из окружающей среды необходимые. Главные компоненты биологических мембран живых организмов — это сложные липиды. Следует обратить внимание на то, что все сложные липиды, описанные в разд. 9, имеют характерное строение для поверхностно-активных веществ, т. е. две большие неполярные углеводородные группы и полярную часть, способную к образованию водородных связей. Таким образом, эти молекулы способны самопроизвольно агрегировать, образуя в воде бислойные структуры, составляющие основу мембраны. В состав мембранного бислоя входят и молекулы белков, и свободные жирные кислоты. Последние встраиваются в бислой так, что их жирные хвосты погружены внутрь, а полярные группы во внешнюю среду и контактируют с ионами натрия с внешней, а с ионами калия с внутренней стороны бислоя (см. рис. 73). Биологические мембраны не только регулируют обмен веществ в клетке, но и воспринимают химическую информацию из внешней среды с помощью специальных рецепторов. Биологические мембраны обеспечивают иммунитет клетки, нейтрализуя чужие и свои вредные вещества. Они также способны передавать информацию соседним клеткам о своем состоянии. Наконец, совсем недавно было обнаружено, что многие белки-ферменты могут работать только внутри мембраны, запрещая, разрешая или сопрягая ферментативные процессы. [c.407]

В состав клеточных мембран входят в основном белки и липиды, среди- которых преобладают фосфолипиды, составляющие 40—90 % от общего количества липидов в мембране. Строение биомембраны интенсивно изучается в настоящее время. В одной из моделей клеточная мембрана рассматривается как липидный бислой. В таком бислое углеводородные хвосты липидов за счет гидрофобных взаимодействий удерживаются друг возле друга в вытянутом состоянии во внутренней полости, образуя двойной углеводородный слой. Полярные группы липидов располагаются на внешней поверхности бислоя (рис. 14.2). [c.466]

Строение клеточной мембраны показано на рис. 45. Мембрана состоит из липидного бислоя /, полярные группы 2 которого обращены наружу (липиды — макромолекулы, образованные из молекул жирных кислот). На внешних поверхностях мембраны адсорбирован первичный слой 3 белковых молекул, взаимодействие которых друг с другом придает мембране механическую устойчивость и прочность. Мембраны пронизаны особыми липопротеиновыми (комплекс липидов и белков) каналами 4, при помощи которых, по-видимому, осуществляется селективный ионный транспорт. Раствор внутри клетки содержит относительно большие концентрации ионов К+ и низкие концент- [c.138]

Эти пленки изучают в настоящее время особенно интенсивно, поскольку они являются следующей (после обычной пленки) стадией модельного приближения к биологическим мембранам. Согласно современным представлениям клеточные мембраны бимолекулярны и состоят из двух фосфолипидных слоев, обращенных наружу полярными группами, которые связаны с полярными группами полипептид-ной цепи белковых молекул. [c.112]

Строение клеточной мембраны показано на рис. 1.13. Мембрана состоит из липидного бислоя /, полярные группы 2 которого обращены наружу (липиды — макромолекулы, образованные из молекул жирных кислот). На внешних поверхностях мембраны ад- [c.158]

Вследствие малости молекул воды, группы с центрами из молекул воды и группы с центрами из полярных групп материала мембраны могут образовывать внутренние слои с большей и наружные слои с меньшей подвижностью. Эти внутренние и наружные слои (иногда называемые первичными и вторичными пограничными слоями соответственно) отличаются диэлектрической проницаемостью, а следовательно, и способностью к сольватации. [c.66]

Важными компонентами многих распознающих или рецепторных участков мембраны животных клеток служат, по-видимому, ганглиозиды. Содержание ганглиозидов по сравнению с другими мембранными липидами очень невелико, но, видимо, они могут концентрироваться в определенных участках. Большое разнообразие ганглиозидов, каждый из которых несет свою олигосахаридную голову, позволило предположить, что ганглиозиды наряду с гликопротеинами формируют на поверхности клеток специфические мозаичные структуры, выполняющие роль рецепторных участков. Отрицательно заряженные полярные группы (головы) ганглиозидов могут служить рецепторами, т.е. выступающими на поверхности клетки антеннами, распознающими молекулы определенных сигнальных веществ, в частности гормонов. [c.350]

До сих пор речь шла только о макроскопической вязкости полимера, которая очень велика и обусловлена взаимодействием целых макромолекул при их скольжеНии относительно друг друга. Вместе с тем величина вязкости, найденная по скорости диффузии небольших молекул в полимере и зависящая от движения отдельных сегментов его цепи ( микроскопическая вязкость ), близка к вязкости простой низкомолекулярной жидкости, молекулы которой ведут себя подобно сегментам Микроскопическая вязкость тесно связана с газопроницаемостью полимеров, с диффузией (и растворимостью) газов в них, во многом напоминающей по своему механизму течение жидкостей и имеющей очень большое практическое значение (автомобильные камеры, защитные покрытия, упаковочный материал, мембраны для разделения смесей газов и т. д). Газопроницаемость высокомолекулярных соединений [19] зависит от химической и надмолекулярной структуры полимера (наличие полярных групп, кристалличность или аморфность), формы, гибкости и ориентации макромолекул, характера межмолекулярного взаимодействия и т. д существенное значение также имеют природа газа (полярность, молекулярная масса, форма, непредельность) и температура. [c.405]

Температура фазового перехода зависит от длины углеводородных цепей, наличия и положения цис-этиленовой связи, введения метильных групп в углеводородные связи цепи липидных молекул. Существенно влияют на температуру фазового перехода также различия в строении полярных головок, а именно, степень ионизации полярных групп, присутствие в водной среде двухвалентных катионов (особенно Са +).Особое влияние на текучесть мембраны оказывает жесткое четырехчленное кольцо холестерола, погруженное в липидный бислой. У эукариотических клеток при температуре 37 С холестерол ограничивает текучесть мембраны, а при более низких температурах он, наоборот, способствует поддержанию их текучести, препятствуя слипанию углеводородных цепей. [c.37]

Как было указано выше, скорость диффузии связана с величиной свободного объема в материале мембраны. Чем больше значение свободного объема, тем в общем случае выше коэффициент диффузии веществ в мембране. Проницаемость мембран для неполярных газов, как правило, повышается с уменьшением потенциальных барьеров вращения макромолекул. Поэтому при отсутствии специфического взаимодействия между газом и материалом мембраны, наибольшей проницаемостью обладают мембраны из высокоэластичных полимеров, например каучуков. Напротив, мембраны из жесткоцепных полимеров, содержащих значительное число полярных групп, обладают низкой проницаемостью для простых газов. Повышению газопроницаемости способствует увеличение размеров боковых групп в макромолекулах [3]. Это явление наблюдается в том случае, когда боковые [c.15]

Фосфатиды, подобно мылам и другим детергентам, имеют полярные и неполярные группы. Они являются частью структурных единиц, которые создаются на границе органической и водной сред (стенки клетки, мембраны), где они часто ассоциированы с белками. Фосфатиды входят в состав нервной и мозговой тканей. [c.564]

Подвижности сегментов способствует то обстоятельство, что каучуки состоят из длинных, гибких, линейных цепей макромолекул. Они также характеризуются малым числом полярных групп, отсутствием кристалличности и только незначительно сшиты (при типичной степени полимеризации между поперечными сшивками находятся 300 подвижных звеньев [9]). В результате этого, когда избирательно проницаемая часть мембраны находится в таком состоянии, проницаемость, как правило, высока, а селективность низка. [c.111]

В ионообменных мембранах, так же как и в неионных, специфические взаимодействия (например, диполь-диполь-взаимо-действие между полярными группами растворенного вещества и мембраны) вызывают увеличение сорбции растворенного вещества. Неполярная часть органических растворенных веществ придает поверхностную активность растворенному веществу вследствие противоположной тенденции полярной части оставаться в растворе. В результате этого сорбция обычно увеличивается с ростом отношения гидрофобной части растворенного вещества к гидрофильной, за исключением тех случаев, когда преобладают эффекты просеивания. Поскольку средняя ширина ситовых отверстий полностью набухших ионообменных мембран находится в пределах от 6 до 30 А [24], распространенные сульфированные полистиролы с поперечными сшивками (8—12%) из дивинилбензола (ДВБ) сорбируют простые фе-нильные и нафтильные производные и глюкозу без большого пространственного затруднения. Более крупные молекулы помещаются только в полимерах с меньшей степенью сшивки. [c.160]

Отжиг пористой мембраны (особенно такой, которая содержит нерастворитель, способный действовать в некоторой степени как пластификатор) приводит к уменьшению объема пустот и проницаемости и, поскольку размер пор обычно тоже уменьшается,— к увеличению селективности. Это объясняется тем, что тепловая энергия вызывает поступательное движение макромолекул, в результате чего полярные группы на тех же и (или) соседних молекулах могут сблизиться настолько, что образуют фактически сшивки за счет диполь-дипольных взаимодействий. Эти сшивки стремятся уменьшить подвижность цепей в нерастворяющей среде их возникновение необратимо из-за неспособности нерастворителя сольватировать и, следовательно, внедряться между полярными группами. [c.260]

Предполагаемое значение толщины БЛМ, составленной из двух цепей с 18 атомами углерода (46 А) и двух полярных групп (14 А), составляет 60 А. Электронные микроснимки свидетельствуют о двойной структуре, которая имеет большое сходство с той, которая обнаружена в биологических мембранах. Межфазное поверхностное натяжение как БЛМ, так и биологических мембран изменяется в интервале 0,2-10- —З-Ю- Н/м, что сопоставимо с межфазным поверхностным натяжением между липидной массой и водой. Это означает, что плотность липидов в бислое является почти такой же, как и их плотность в липидном веществе. Электрические емкости как БЛМ, так и биомембран лежат в диапазоне от 0,4 до 0,8 мкФ/см Измерением емкости была определена толщина бислойного диэлектрика, которая оказалась меньше полной толщины мембраны. По-видимому, это объясняет- [c.331]

Мембранами сейчас много занимаются и биологи, и химики, и физики. Мембраны состоят из белков и липидов — жировых веществ, содержащих углеводородные гидрофобные цепочки и полярные группы. Мембраны — высокоорганизованные структуры, это несомненно, но об их детальном устройстве мы знаем еще очень мало. Между тем, множество основных биологических явлений связано со структурой мембран проникновение в клетку и выход из клетки различных веществ, т. е. функционирование клетки как открытой системы, и тем самым действие любых фармакологических средств на организмы. Проведение нервного возбуждения по длинному отростку нервной клетки определяется проницаемостью мембраны по отношению к ионам натрия и калия. Это бесконечно интересно и ван<но, но обо всем ведь не расскажешь.... [c.304]

На основании полученных результатов можно предполагать, что мембраны из расплавов жирных кислот состоят из беспорядочно ориентированных сросшихся кристаллитов. Отдельные пластинчатые кристаллиты построены из молекулярных слоев, в которых карбоксильные группы направлены навстречу друг другу, а углеводородные цепи наклонены к плоскости расположения полярных групп под определенным углом, характерным для С-формы. Мембраны из расплавов солей состоят из отдельных кристаллических областей, окруженных аморфным веществом. В аморфной области молекулы обладают только ближним порядком в расположении углеводородных цепей по отношению друг к другу. [c.12]

Группы с центрами из молекул воды и из полярных групп материала мембраны образуют на поверхности раздела фаз внутренние и наружные слои, называемые иногда соответственно первичными и вторичными пограничными слоями. Внутренние слои более подвижны, чем наружные. Отличаются они также диэлектрической проницаемостью и, следовательно, способностью к сольватации. [c.109]

Другой метод исследования мембран заключается в получении сколов замороженных при температуре жидкого азота клеток и контрастировании образующихся поверхностей с помощью напыления тяжелых металлов (платина, золото, серебро). Полученные препараты просматривают в сканирующем электронном микроскопе. При этом можно увидеть поверхность мембраны и включенные в нее мозаично мембранные белки (рис. 19). Такая организация мембран хорошо объясняется жидкокристаллической моделью с мозаичным вкраплением мембранных белков, в которой мембранные липиды образуют бислой, где неполярные области их молекул обращены друг к другу в центральной части мембраны, а их полярные группы смотрят наружу (рис. 20). Мембранные белки пронизывают бислой мембраны и могут диффундировать в [c.30]

А — схема устройства липидного бислоя мембраны. Полярные группы липидов обращены наружу в водную среду, тогда как ацильные углеводородные цепочки образуют гидрофобное пространство внутри бислоя Б — пространственная ориентация ацильных цепей и головной груг1пы фосфолипида в бислое мембраны. Темные кружки — атомы кислорода, жирными линиями показан остов глицеро-ла, тонкими линиями — этаноламин, ломаными линиями обозначены цепочки двух жирных кислот [c.31]

В работе Вильбрандта проницаемость мембран из производных целлюлозы по отношению к различным ионам связывается с наличием тех или иных химических активных групп на поверхности капилляров мембраны. Вильбрандт полагает, что такими активными группами для нитроцеллюлозы являются группы ЫОг. Эти сильно полярные группы являются диполями, внешний конец которых отрицателен, что и подтверждается отрицательным зарядом коллодиевых мембран. Электрохимическое поведение различных мембран из производных целлюлозы определяется, по Вильбрандту, дипольными моментами отдельных активных [c.153]

Большой интерес для биологии представляют пленки, образованные двумя или несколькими компонентами (не считая молекул подложки). К ним относятся, например, пленки, образованные двумя нерастворимыми в воде, но взаимно растворимыми веществами ( нерастворимые растворы ), а также пленки, состоящие из нерастворимого вещества и растворимого ПАВ, например, исследуемые Зонтагом (ГДР) ПАВ-полимерные пленки и липиднопротеиновые пленки. Последние изучают в настоящее время особенно интенсивно, поскольку они являются следующей (после обычной пленки) стадией модельного приближения к биологическим мембранам. Согласно современным представлениям, клеточные мембраны бимолекулярны и состоят из двух фосфолипидных слоев, обращенных наружу полярными группами, которые связаны с полярными группами полипептидной цепи белковых молекул. [c.112]

После гипотезы Даниэлли и Дэвсона предложены разнообразные модели строения биомембран. Развитие представлений о строении биомембран изложено в ряде обзоров (см., например, [227, 228]). Наибольшую популярность в настоящее время получила мозаичная модель биологической мембраны [229], согласно которой функциональные белки погружены и диффундируют в жидкообразном липидном бислое. Белок погружен в бислой таким образом, что полярные и ионизованные группы взаимодействуют с водой, а гидрофобные части — с углеводородными цепями липидов. [c.167]

Перечисленным требованиям в наибольшей степени отвечает циклический антибиотик валиномицин (см. рис. 6.6, II), который относится к депсипептидам (цикл образуют аминокислоты и а-оксикислоты жирного ряда). Характерной особенностью валиномицина является то, что гидрофильные полярные группы входят во внутреннюю полость антибиотика, что позволяет им участвовать в образовании комплексов с ионами металлов. Гидрофобные углеводородные радикалы образуют внешнюю оболочку и обеспечивают растворимость комплексов в органической фазе мембраны. Валиномицин образует устойчивые комплексы с калием и гораздо более слабые - с натрием. Различие обусловлено размерами полости, которая точно соответствует диаметру негидратированного иона калия. [c.207]

Мембрана состоит, таким образом, из липопротеидных комплексов. В отличие от липидов липопротеиды растворимы в воде. Липидные слои по химическому составу могут состоять из холестерина, фосфатидов и др. Прочность связи белков с липидами часто носит адсорбционный характер. В хлоропластах зеленых листьев растений молекулы хлорофилла располагаются в форме довольно плотного ориентированного монослоя между липидным и белковым слоями (Кальвин, Томас). Молекулы хлорофилла обладают резко асимметричным строением. Они состоят из плоского порфиринового ядра (примерно 15x15x4 А), содержащего полярные группы и поэтому обладающего гидрофильными свойствами, и фитольного остатка —С20Н39С чисто гидрофобными свойствами фитольный остаток выходит из одного угла плоскости в виде изогнутой цепи длиной около 18 А. Таким образом, ориентированное расположение монослоя хлорофилла в хлоропласте между обводненным белковым слоем и липидным слоем полностью соответствует особенностям молекулярного строения хлорофилла. [c.190]

На рис. 8.3 представлена в качестве примера тройная фазовая диаграмма лецитин — холестерин — вода. Эта система представляет интерес прежде всего потому, что холестерин /присутствует в подавляющем боль-Ш инстве биологических мембран, в том числе в таких важных, как миелиновая оболочка нервов и мембраны эритроцитов. Холестерин не растворим В воде. Область АВ по оси вода — лецитин соответствует ла меллярной жидкокристалличеокой фазе. При содержании воды менее 12% она связана с полярными группами лецитина. Е сли же Содержание воды в двухкомпонентной оистеме превышает 45%, то ламеллы оказываются диспергированными в избытке оды, Пр И соотношении лецитина [c.251]

Поскольку проницаемость через полимерные мембраны может включать в себя разделение и движение сегментов макрОт молекулярных цепей, то любой фактор, который ограничивает межцепные перемещения, будет способствовать уменьшению и проницаемости. Вследствие этого, поскольку присутствие полярных групп в полимере приводит к сильным когезионным взаимодействиям между полимерными цепями, проницаемость некоиденсирующихся газов через полярные мембраны при прочих равных условиях будет ниже, чем через неполярные мембраны. Важными факторами являются также степень и тип кристалличности. Значительные когезионные силы, низкая подвижность цепей и высокая степень молекулярной симметрии благоприятствуют образованию кристаллитов. Эти факторы могут действовать одновременно (например, в случае триацетата [c.29]

К+-ионоселективная мембрана на основе поливинилхлорида (ПВХ), пластификатора — диоктилфталата (ДОФ) или диоктиладипата (ДОА) и электроактивного соединения валиномицина является характерным примером ионоселективных мембран [3]. Валиномицин по структуре представляет собой цилиндр диаметром 15 А и высотой 12 А. Полярные группы в нем ориентированы к центру молекулы, где они задерживаются ионами К+, а липофиль-ные группы повернуты наружу. Валиномицин образует комплексы с ионами щелочных металлов в порядке уменьщения стабильности К Ь+>К+>Ка+> >Ы+. Он в 10 000 раз более селективен по отношению к К+, чем к Ыа+. Поливинилхлорид является полимером с довольно высокой Гс ( 81 °С), но может пластифицироваться до Гс ниже комнатной температуры при добавлении таких соединений, как ДОФ или ДОА. С валиномицином совместимы и поливинилхлорид, и пластификатор. Для приготовления мембраны на основе ПВХ пластификатор и валиномицин растворяют в ТГФ (тетрагидро-фуране), раствор отливают и испаряют досуха. Полученная мембрана представляет собой разбухший гель, содержащий подвижный раствор валиномицина в пластификаторе. Все компоненты совместимы, гидрофобны и нелетучи [c.84]

На разделение спиртовых растворов обратным осмосом с использованием ацетатцеллюлозных мембран влияют одновре-тменно полярные и неполярные (гидрофобные) свойства молекул растворителя и растворенного вещества (см. гл. 5). Неполярными свойствами молекул можно пренебречь, если молекулярная структура растворенного вещества включает цепочку, Содержащую не более трех атомов углерода, не ассоциированных с полярной функциональной группой. Так как параметр полярности Тафта а для замещенных групп в молекуле спирта меньше, чем для воды, полярный эффект будет способствовать преимущественной сорбции воды на поверхности мембраны, в то время как неполярный эффект снижает ее. Если неполярный эффект значительно больше полярного, возможно изменение знака сорбции воды на отрицательный. Это приведет к тому, что на поверхности мембраны будет сорбироваться растворенное вещество. [c.165]

На основе лиганда VH также получен жидкостный чувствительный к Sr2+ электрод [156, с. 22 178]. Однако он теряет 5г2+-функцию в присутствии ионов Ва +. Если сравнить ионоселективные электроды с катионными функциями на основе жидких ионитов, с одной стороны, и хелатов (МАК) — с другой, то можно прийти к заключению, что второй тип электродов имеет более высокие характеристики. Не говоря уже о калиевом валиномициновом электроде, высокочувствительные Са2+-электроды, а также электроды с NHi- и Li -функциями, созданные на основе нейтральных лигандов, особенно указанных выше структур (см. стр. 76, 77, 86, 88), характеризуются высокими показателями по селективности и чувствительности. В эту новую область ионометрии неоценимый вклад внесли упоминавшиеся выше работы швейцарской школы химиков во главе с Симоном. Однако механизм возникновения катионных функций у мембран с нейтральными комплексонами выяснен еще далеко не полностью. Поэтому дальнейшее изучение связи структуры нейтральных лигандов с взаимодействием их с центральным ионом, роли полярных и неполярных групп, а также транспорта катионов и анионов через соответствующие мембраны чрезвычайно желательно. [c.88]

Элементарная мембрана построена по типу сэндвича (белок —липид— белок). Сердцевину мембраны составляет бимолекулярный липидный слой, в котором молекулы липидов ориентированы перпендикулярно поверхности мембраны. Полярные головки липидных молекул направлены наружу, в сторону водной фазы, а гидрофобные остатки жирных кислот, спиртов, альдегидов обращены внутрь бимолекулярного слоя. Липидный слой с обеих сторон прикрыт непрерывными мономоле-кулярньши слоями белков (в меньшей степени, полисахаридов). Белки, входящие в состав мембраны, находятся в растянутой по поверхности липида форме и имеют р-конформацию. Белок по обеим сторонам мембраны может быть не одинаков, что определяет ее асимметричность. Мембрана стабилизирована за счет взаимодействия ионных групп липидов и белка. [c.375]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология