Температура перехода мембран

В зависимости от температуры и состава мембраны могут существовать в различных физических фазах. При понижении температуры мембраны обнаруживают свойства твердых тел, при повышении температуры они переходят в жидкокристаллическое состояние, которое характеризуется большей подвижностью молекул в плоскости мембраны. В жидкокристаллическом состоянии найдено, что коэффициенты латеральной диффузии почти так же высоки, как и в воде. Как правило, в таком состоянии находятся биологически активные мембраны при физиологических условиях. Ограничение движения в одной плоскости приводит к тому, что в спектрах ЯМР наблюдаются [c.156]

Фазовый переход из кристаллического в жидкокристаллическое состояние является эндотермическим процессом количество тепла, необходимое для плавления цепей жирных кнслот, можно определить в калориметре (рис. 3.5). Если липпдный бислой состоит только из одного липида, то фазовый переход пропсходит в узком интервале температур. Так как биологические мембраны обычно состоят из большого количества разных липидов, они не имеют четко выраженного фазового перехода и при физиологических температурах являются жидкокристаллическими. Однако очевидно, что текучесть биологических мембран может быть весьма различной как в разных органах, так даже и в разных частях мембраны одной клетки. На это указывает различный липидный состав разных мембран или их доменов. Хотя еще не установлена общая зависимость между текучестью мембран и их биологической функцией, некоторые факторы, влияющие на текучесть, были выявлены в экспериментах на искусственных липидных мембранах. Накапливаются данные, свидетельствующие о том, что те же факторы действуют и в биомембранах. Температура фазового перехода зависит от природы боковых цепей жирных кислот. [c.71]

Текучесть мембраны обеспечивается сложным распределением остатков жирных кислот между молекулами различных фосфолипидов и основана на том, что все липидные бислои представляют собой лиотропные жидкие кристаллы. При температуре, характеристической для отдельных фосфолипидов, совершается фазовый переход жесткий гель — текучее жидкокристаллическое состояние. Более детально текучесть и фазовые переходы рассмотрены в разд. 25.3.3.1, [c.110]

Фазовые переходы мембранных липидов могут быть вызваны изменением температуры среды. Значение температуры, при котором наблюдается фазовый переход, называется критической температурой фазового перехода, или разделения фаз, если различные участки мембраны вследствие гетерогенности липидного состава по-разному отвечают на изменения температуры. Ионы Са , изменение числа ненасыщенных жирнокислотных цепей мембранных фосфолипидов и некоторые другие факторы также могут индуцировать фазовые переходы в бислое. Обычно критическая температура фазовых переходов приближена к температуре тела гомойотермных животных (или к температуре среды обитания пойкилотермных животных). Таким образом, достаточно незначительного изменения условий, чтобы изменить упаковку мембраны. [c.302]

Рис. 3.5. Фазовые переходы в фос-фолипидной мембране. При определенной температуре мембрана переходит из кристаллического в жидкокристаллическое состояние это — эндотермический процесс, который можно измерить калориметрически. Прибавление холестерина размывает температуру перехода (нижняя кривая), а при содержании холестерина >50% фазовый переход не обнаруживается. При физиологических условиях биологическая мембрана всегда находится прн температуре выше температуры фазового перехода, т. е, является жидкокристаллической.

Анализ различными физическими методами выделенных из клеток фосфолипидов, клеточных мембран, а также целых клеток показал, что температуры, соответствующие резкому изменению скорости трансмембранного переноса, лежат вблизи температур фазового перехода. кристалл — жидкий кр,металл для соответствующих препаратов фосфолипидов (в основном— фосфатидилэтаноламина) [422]. При температурах, меньщих температуры перехода, мембраны состоят из молекул липидов, упакованных в гексагональную кристаллическую решетку. В такие мембраны утоплены молекулы белков-переносчиков, и транспорт через пих весьма затруднителен. При температуре фазового перехода происходит резкое увеличение подвижности углеводородных цепей, мембрана становится жидкой, трансмембранная диффузия и активный перенос веществ оказываются облегченными (см. в частности [143]). [c.216]

Условием равновесия между двумя растворами является равенство химических потенциалов растворителя в них при равной температуре и давлении. Это условие не распространяется на растворенное вещество вследствие наличия полупроницаемой мембраны. Растворение вещества приводит к снижению химического потенциала растворителя. Таким образом, в начальный момент времени химические потенциалы растворителя неодинаковы по обе стороны перегородки. В то же время химический потенциал есть функция температуры и давления. Поток молекул растворителя через мембрану со стороны чистого растворителя к раствору частично уменьшает концентрацию. Разность давлений, при которой прекращается переход, называют осмо- [c.49]

Хотя вода может проникать через поры полупроницаемой мембраны в обе стороны, но скорость ее перемещения в раствор при осмосе больше, чем в обратном направлении. Здесь мы имеем дело с проявлением одной из общих тенденций естественных процессов в природе самопроизвольно протекают процессы, направленные в сторону выравнивания в системе температур, давлений, электрических потенциалов, концентраций и т. д. Пример в ведро воды опускается раскаленная булавка. При этом теплота будет переходить от булавки в воду, хотя последняя содержит калорий в тысячи раз больше, чем булавка. [c.176]

Температура перехода бислоев часто может быть достаточно четкой. Однако тщательные исследования показали, что, как и в случае кристаллов с примесями, плавление начинается, по. существу, задолго до Ти Так, более высокая растворимость парамагнитного 2,2,6,6-тетра-метилпиперидин-1-оксида в жидких участках бислоя по сравнению с твердыми позволяет изучать процесс пла вления бислоев путем нагревания мембраны непосредственно в ЭПР-апектрометре по изменению растворимости этого спин-меченого соединения (дополнение 5-Б). Для дипальмитоилфосфатидилхолина (лецитина) величина Тг равна 40,5° С, [c.343]

Так как фосфолипиды содержат фосфатные группы, с помощью ЯМР Р можно наблюдать фосфорсодержащие липосомы. Выше температуры фазового перехода при благоприятных условиях в искусственных мембранных везикулах можно наблюдать сигналы от различных фосфолипидов (рис.3.47). В малых везикулах удается различить линии, соответствующие фосфолипидам, находящимся на внутренней и внешней сторонах мембраны (химические сдвиги отличаются на несколько Гц), Для более надежного отнесения соответствующих резонансных линий фосфолипидов на внутреннюю или внешнюю поверхность мембраны, необходимо добавить парамагнитное вещество, для которого проницаемость мембраны невелика, и в основном будет наблюдаться связывание этого вещества с фосфолипидом, находящимся на одной из сторон поверхности. Резонансные линии липидов, связанных с парамагнитным веществом, в этом случае сильно уширяются и практически не наблюдаются в спектре. Спектры ЯМР Р липосом также являются подтверждением сделанного ранее вывода о том, что увеличение напряженности магнитного поля далеко не всегда обеспечивает более высокое разрешение, так как для ядер фосфора вклад в релаксацию за счет анизотропии химического сдвига будет значительным. В этом случае скорость релаксации возрастает как квадрат напряженности магнитного поля (см. формулу (1.38)),а разность значений химических сдвигов увеличивается с ростом поля линейно, поэтому уширение линий может компенсировать воз- [c.157]

Набухаемость мембраны определяли по изменению толщины образца при переходе из сухого в набухшее состояние. Для этого из мембраны, находившейся в соответствующей солевой форме, вырезали штампом круглые образцы и выдерживали их двое суток в воде при комнатной температуре. С помощью микрометра определяли толщину набухших образцов (среднее из трех измерений). Затем подвергали их ваку- [c.66]

Существенное различие поведения материала при статическом и динамическом нагружении подтверждается многочисленными экспериментами. Например, установлено, что при воздействии на плоскую мембрану ударной волны (газовой) мембрана приобретает не сферический купол, как при статическом нагружении, а близкий к коническому. Однако объяснение поведения мембран при повышенных скоростях нагружения только различием между статическим и динамическим растяжением материала представляется недостаточным. При относительно быстром нагружении плоской мембраны к моменту разрушения температура повышается на несколько десятков градусов. Это объясняется тем, что почти вся работа на деформацию металла переходит в тепловую энергию, а выравнивания [c.36]

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]

Экспериментально установлено существенное различие поведения материала мембраны при статическом и динамическом нагружении. Отмечено [91, что при большой скорости нагружения повышаются механические свойства материала и При относительно быстром нагружении плоской мембраны к моменту ее разрушения температура мембраны может повыситься на несколько десятков градусов вследствие перехода в тепловую энергию работы на деформацию металла и практически отсутствия теплоотвода за малый промежуток времени срабатывания. [c.232]

Зависимость экспериментально определенных скоростей релаксации Тг и Гг от обратной температуры указывает на то, что, по-видимому, существует распределение по временам корреляции, а следовательно, и по диамагнитному окружению молекул адсорбированной воды. Явление замерзания наблюдается только при относительной влажности 100% для образца с наибольшим размером пор (189 А). Другими словами, медленный переход от подвижного к неподвижному состоянию происходит ниже 0°С. Это можно объяснить переохлаждением и медленным замерзанием или эффектом кажущегося фазового перехода. (В зависимости от справедливости и применимости модели это различие в поведении при замораживании может быть использовано как быстрое диагностическое средство для определения пригодности данной мембраны в процессах обессоливания.) При малых степенях покрытия (два слоя) вода ведет себя сходным образом- на обоих образцах применявшихся пори- [c.332]

Электродиализ ую очистку жидкокристаллического вещества осуществляют в двухкамерной ячейке из фторопласта с никелевыми электродами и мембранами из ионообменных материалов. Расстояние между мембранами 6—Ю мм. Режим электродиализа зависит от химической природы жидкокристаллического вещества. Решающее значение имеют температурный и временной факторы, а также напряженность электрического поля. Наилучшие результаты получаются при температуре, близкой к температуре изотропного перехода очищаемого вещества, когда подвижность примесных ионов из-за пониженной вязкости велика, но к концу очистки температуру полезно понизить на б—10 °С. Напряжение нужно быстро повышать от ЮО— 200 В до б— 10 кВ в течение первых 5—10 мин электролиза максимальная напряженность электрического поля 5— 2 кВ/см длительность очистки 30— 100 мни. Наилучшие результаты получаются при использовании мембран типа МК-40, МА, ФК-3, ФК-6 и ФК-23, по более пригодны мембраны типа ФК, обладающие высокой химической стойкостью. Независимо от исходного удельного сопротивления в процессе электродиализной очистки разные жидкокристаллические вещества приобретают почти одинаковое удельное со- [c.35]

В заключение нам хотелось бы рассмотреть еще один пример субклеточных структур, стабилизируемых слабыми связями или взаимодействиями, — плазматическую мембрану. Основу структуры этой мембраны (стр. 291) составляет двойной слой липидов с сильно гидрофобной внутренней областью и сильно полярными наружными поверхностями. Белки мембраны находятся в ассоциации как с полярной, так и с гидрофобной областями фосфолипидного слоя. При низких температурах (обычно где-то между О и 20°С) мембраны у многих организмов переходят в твердое состояние вследствие кристаллизации алифатических цепей фосфолипидов (стр. 292). В отличие от этого функционирующая мембрана находится в квазижидком ( жидкокристаллическом ) состоянии. Если алифатические цепн мембранных фосфолипидов подвержены фазовым переходам вроде тех, какие наблюдаются in vitro в экспериментах с алифатическими углеводородами, то температура перехода их из жидкого состояния в твердое должна сильно изменяться при изменении давления. [c.327]

Приспособительная реакция организма отчетливо прослеживается в процессе подготовки зимнеспящих животных к гибернации. Известно, что у таких животных в период спячки температура тела снижается до 5°С. Мембранные ферменты бодрствующих животных уже не в состоянии функционировать при этой температуре, поскольку она гораздо ниже 7 кр, а в области температур ниже фазового перехода мембраны слишком упорядочены, чтобы обеспечить конформационную лабильность белка. Однако подготовка организма к зимнему сезону включает изменение фосфоли-пидного состава мембран и увеличение в их составе доли полиненасыщенных жирных кислот. В результате активность мембранных ферментов таких животных оказывается на достаточно высоком уровне даже при понижении температуры до 2°С. [c.53]

Структура мембраНщ Большинство мембранных липидов образуют бислои, в которых полярные головы молекул обраш ены наружу, а гидрофобные хвосты погружены в толщу мембраны. Углеводородные цепи, прилегающие к полярным головам , довольно жестко фиксированы, а более удаленные части хвостов обладают достаточной гибкостью. При биологических температурах мембранные липиды находятся в жидкокристаллическом ( разжиженном ) состоянии, характеризующемся частичной упорядоченностью структуры. При понижении температуры они переходят в кристаллическое состояние. Чем более ненасыщены и разветвлены остатки жирных кислот или чем большее число циклических группировок они содержат, тем ниже температура перехода из жидкокристаллического состояния в кристаллическое. [c.41]

Свойства липидных молекул в бислоях сильно зависят от температуры. При достаточно низких температурах липидный слой подобен твердому телу. Липидные молекулы почти не перемещаются в плоскости мембраны, и их свойства во многих отношениях напоминают свойства углеводородных кристаллов. По мере повышения температуры часто наблюдается резкое изменение свойств бислоев, причем это может происходить при одной или нескольких температурах. Эти изменения происходят в таком узком температурном интервале, что напоминают фазовые переходы, которые наблюдаются при плавлении твердого тела. Выше температуры перехода бислой по своему поведению больше похож на жидкость. Липидные молекулы в этом случае способны быстро перемещаться в плоскости мембраны (латеральная диффузия). Температуры, при которых происходят переходы, и число этих переходов зависят от липидного состава. При высокой концентра-Щ1И ненасыщенных жирных кислот образуются более жидкие бислои, обладающие более низкими температурами переходов. Иногда Фазовые переходы сопровождаются латеральным фазовым разделением, описанным выше. Известны случаи, когда ониЪриводят к затвердеванию всей мембраны. [c.221]

Гребни можно наблюдать и у чисто липидных бислойных пузырьков (липосом), которые бьши заморожены в состоянии ниже температуры фазового перехода в то же время поверхность скола всегда была гладкой, если вначале липосомы находились при температуре выше температуры перехода. Таким образом, липосомы при замораживании— скальшании ведут себя во многом так же, как природные мембраны. Это, как и многое другое, означает, что структурной основой биологических мембран является такой же липидный бислой, что и у липосом. Фотография на рис. 4.17 (и другие ей подобные) показывает, что в природных мембранах белки рассеяны по бислойному матриксу, образованному фосфолипидами. [c.226]

На рис. 2.1, а, б, в изображены мембранный, серповидный и спиральный нуль-манометры, изготовляемые обычно из стекла или кварца. Для работы с ними к их отводам припаивают емкости (мембранные камеры), в которые помен ают исследуемые вещества, после чего нуль-манометр с помощью вакуумного насоса откачивают с двух сторон мембраны одновременно и камеру с веществом запаивают. В результате получают готовый к работе мембранный тензиметр (рис. 2.1, г), который вместе с термостатом и манометрической системой представляет собой тензиметрическую установку, позволяющую определять давление насыщенного и ненасыщенного пара. Измерение на этом приборе производится следующим образом. С помощью электронагревателя в термостате задают определенную температуру. При нагревании вещество в мембранной камере частично или полностью переходит в пар или разлагается [c.37]

Почему мембранные липиды должны обладать подвижностью Одна из причин связана, вероятно, с участием мембран в жизненно важных процессах транспорта. Биологические мембраны характеризуются. довольно высокой проницаемостью для нейтральных молекул (в том. числе НгО), причем при температурах, превышающих Тх, цепи жирных кислот могут свободно поворачиваться вокруг одинарных связей на 120 °С, переходя из транс- в скошенную (гош-) конфигурацию. В результате такого вращения вокруг соседних или близко рааположенных связей возникают изломы цепочек жирных кислот. Если излом образуется вблизи поверхности бислоя (как это чаще всего и происходит) то в образовавшуюся полость легко может проскочить небольшая молекула. Поскольку излом легко перемещается по бислою, небольшие-молекулы могут свободно проникать через мембрану [23]. Не исключено, что эти же факторы обеспечивают перенос и более крупных молекул, играющих роль переносчиков в мембранном транспорте. [c.348]

Ложные пики Появление пиков на хроматограмме в отсутствие. пробы обусловлено загрязнениями в системе ввода пробы или колонке (например, остатки пробы от предыдущего анализа). Чаще всего такие пики появляются при переходе от одного анализа к Другому, причем для последнего необходима более высокая температура узла ввода или колонки. Происходит элюирование вещества, оставшегося после проведения анализа при менее высокой температуре. Другой типичный источник ложных пиков — унос компонентов, входящих в состав мембраны узла ввода, или попадание кусочков мембраны в узел ввода и/или вкладыш. Необходимо очистить узел ввода и заменить вкладыш или мембрану. Входной конец колонки может быть загрязнен продуктами термического разложения и/или трудноиспаряемыми компонентами пробы. Иногда в кварцевую капиллярную колонку могут попадать частички нолиимидного защитного покрытия. Рекомендуется внимательно осмотреть концы колонки и отрезать, если это возможно, поврежденный участок. Некоторые капиллярные колонки, в соответствии с рекомендациями фирмы-производителя, рекомендуется после удаления загрязненных участков промыть и затем кондиционировать при температуре, превышающей температуру анализа, но не превосходящей максимальную рабочую температуру, указанную в паспорте колонки. [c.100]

Строение и подвижность полярных липидов, не относящихся к фосфолипидам, изучены мало, однако выяснено, что они также способны к фазовому переходу типа гель — жидкие кристаллы [8]. Гликолипиды образуют бислои, толщина и площадь которых (в пересчете на молекулу) сходны с таковыми для фосфолипидов. Интересно отметить, что температура фазового перехода экстрагированных из мозга мясного скота цереброзидов составляет около 70 °С из-за преобладания в них 24 0- и 24 1-алкильных цепей физиологическое значение такой высокой температуры фазового перехода не очень понятно. Температуры фазового перехода моно-и дигалактозилглицериноБ из хлоропластов, напротив, лежат ниже 0°С и, следовательно, при физиологической температуре эти липиды находятся в жидкокристаллической фазе. Разнообразие остатков, находящихся в области полярных головок гликолипидов, должно влиять на свойства клеточных поверхностей например, групповая специфичность крови связана с гликопротепнами и гли-колипидами мембраны эритроцитов. [c.118]

Скорость (и продолжительность) дозирования ЛВ зависит от структуры используемого полимерного элемента от макроуровня (пористая или непористая мембрана или матрица) через такие структуры промежуточных уровней, как неоднородности сшитых полимерных структур (трехмерные нерастворимые мембраны и матрицы) и распределения кристаллических и аморфных областей (кристаллизующиеся мембраны и матрицы), до неоднородностей молекулярного уровня (изменение состава, молекулярной массы и микроблочности сополимеров). Наибольшие скорости дозирования (от 10 до 500 мкг/ч) обеспечивают только микропористые мембраны и матрицы [26] однако это приводит к быстрому исчерпанию ЛВ, заключенного в TT , и время работы TT с микропористыми дозирующими элементами не превышает суток [27]. Более низкие скорости дозирования (не выше десятков микрограммов в сутки) достигаются при использовании непористых мембран и матриц, полимерный материал которых находится в стеклообразном состоянии [28]. При переходе в высокоэластичное состояние проницаемость увеличтгеается в сотни и тысячи раз [26, 28]. Такое увеличение может быть достигнуто не только повышением температуры дозирующего элемента (например, при воспалительном процессе), но и при изменении состава сополимера (СПЛ) - материала мембраны (например, для этилена с винилацетатом (Э-ВА) при увеличении содержания В А в СПЛ). Хотя и не столь сильно, как изменение состава СПЛ, на проницаемость полимерных материалов влияют и такие структурные и морфологические изменения полимера, как молекулярная масса, кристалличность и структура кристаллических областей, природа и количество других, помимо ЛВ, низкомолекулярных включений [29, 30]. [c.763]

ОТ его липофильности, т. е. от коэффициента распределения между мембраной и водой. Модельные эксперименты показали, что анестетики снижают температуру фазового перехода некоторых липидов и, таким образом, увеличивают текучесть мембраны, [9, 10]. Текучесть связана с проницаемостью мембраны для ионов и других низкомолекулярных веществ. В своем классическом эксперименте Бенгхем показал, что липосомы, содержащие радиоактивное вещество, при действии хлороформа или диэтилового эфира становились проницаемыми и выделяли радиоактивную метку в окружающую среду. Концентрация хлороформа, необходимая для этого эффекта, была достаточной для анестезии головастика. Бенгхем предположил, что один и тот же молекулярный механизм отвечает как за проницаемость мембраны, так и за анестезирующий эффект, и подтвердил этот вывод следующим экспериментом. [c.74]

Действие ионов кальция особенно интересно для нейробиологии. Они увеличивают электрическое сопротивление нскусст-г. нных липидных мембран, т. е. стабилизируют их, если присутствуют в одинаковых концентрациях по обе стороны мембраны. Напротив, присутствие ионов кальция только с одной стороны мембраны понижает сопротивление и дестабилизирует мембрану, а при [Са +]>1 мМ мембрана разрушается. Нечто подобное злектрофизиологи наблюдали и в нервной мембране. Они показали, что порог генерации потенциала действия и, следовательно, временного увеличения ионной проницаемости аксональной мембраны понижается при уменьшении концентрации кальция во внешней среде (гл. 6). Ионы кальция влияют на паковку и подвижность липидных молекул в бислое. Они повышают температуру фазового перехода, тем самым стабилизируя кристаллическое состояние. Однако перенесение результатов, полученных на искусственных мембранах, на истинные биологические мембраны означает приложение данных, полученных на простых биофизических системах, к гораздо более сложным биологическим системам. Например, описанные катионные эффекты сильно зависят от анионов, белков и липидной гетерогенности биомембраны. [c.75]

Описанные вьпие закономерности, так же как и теоретические исследования в работе /30/, соответствуют предположению, что коэффициент проницаемости для данной системы и дпя любой другой категории систем "пенетрант — мембрана" может иметь характерную зависимость от температуры и давления. Тип наблюдаемой зависимости определяется температурой и давлением, поддерживаемыми во время эксперимента (фиг. 8) /27/. Переход от одного типа зависимости к другому совершенно отчетлив, и хорошо видно, что Р перестает зависеть от давления при теыаера турах, превышающих критическую температуру пенетранта. Для других систем "пенетрант - мембрана обнаружены аналогичные тенденции /27,30/. Однако данных о растворимости и диффузионной способности в достаточно широких областях давления и температуры нет ни дпя системы двуокись углерод полиэтилен, ни для других систем, и справедливость изложенных выше обобщений в настоящее время подтвердить нельзя. [c.321]

Области применения мембранных процессов для очистки воды различны. Так, если обратный осмос во избежание применения очень высоких давлений наиболее экономичен в основном для растворов с концентрацией растворенных веществ до 1 г/кг, то электродиалпз используется, как правило, для более концентрированных растворов. По сравнению с другими методами мембранные методы имеют следующие преимущества 1) отсутствуют фазовые переходы при отделении примесей, что позволяет сводить к минимуму расход энергии на проведение процессов 2) разделение можно проводить при низких температурах воды, которые определяются свойствами мембраны 3) если исключить забивание мембраны, процессы имеют непрерывный характер 4) их можно осуществлять без добавок химических реа-98 [c.98]

Электроизоляционный материал, в технике высоких частот уплотнительиые детали, работающие в агрессивных средах трубы, гибкие шланги, мембраны, вентили, краны и другие. Термопластичный материал совершенно не смачивается водой и не набухает, дугостоек, имеет наиболее высокие диэлектрические свойства из всех известных диэлектриков, особенно при высоких и сверхвысоких частотах эти свойства почти не меняются в интервале температур от —60 до + 00° и практически не зависят от частоты обладает исключительной химической стойкостью, превосходит по стойкости к агрессивным средам золото и платину обладает хладотекучестью под нагрузкой и невысокой твердостью имеет большой коэффициент линейного расширения. Изделия нельзя Нагружать даже при нормальной температуре выше 30 кг см они отличаются большой нагревостойкостью и морозостойкостью. Температура фазового перехода 327°С [c.129]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология