Межмолекулярные взаимодействия мембран

Ф/ , Ф/ш, Фтт потенциальная энергия межмолекулярного взаимодействия чистого компонента и в матрице мембраны [c.9]

Таким образом, каждый тип мембраны характеризуется видом взаимодействия молекул газа и структурных элементов матрицы. Количественными характеристиками этого.взаимодействия являются энергия связи и потенциал, зависящие от параметров межмолекулярного взаимодействия, молекулярной природы и морфологии матрицы мембраны. Энергия связи определяется тепловым эффектом, сопровождающим образование системы мембрана — газ для сорбционно-диффузионных мембран— теплотой сорбции, в реакционно-диффузионных мембранах, кроме энтальпии растворения газов, заметный вклад вносит тепловой эффект химической реакции. В газодиффузионных мембранах энергия связи близка к нулю. [c.14]

Для анализа температурной зависимости растворимости различных газов в мембране установим связь между энтальпией растворения АЯ, " (3.8) и параметрами межмолекулярного взаимодействия газа элементов и матрицы мембраны. [c.74]

Кристаллические и, плотные аморфные материалы обычно непригодны для создания мембран. Это обусловлено малой долей свободного объема и большим временем релаксации для процессов перераспределения вакансий и других дефектов структуры, в результате чего резко снижается растворимость газов и скорость миграции растворенного вещества. Равновесные и кинетические свойства подобных систем во многом определяются высокими значениями потенциала межатомного (межмолекулярного) взаимодействия, обычно превышающего средние значения кинетической энергии КьГ этим объясняется малая подвижность структурных элементов. Однако легкие разы типа Нг, Не, Оа, N2 с наиболее низкими значениями параметров (е,/, о, ) парного потенциала молекулярного взаимодействия могут в некоторых плотных матрицах образовывать системы с повышенной растворимостью и удовлетво рительными диффузионными характеристиками. Наиболее перспективны металлические мембраны на основе палладия для извлечения водорода, а также стекла для выделения гелия [8, 10, 19—21]. [c.114]

В отличие от процессов микрофильтрации ультрафильтрация может сопровождаться адсорбцией растворенных веществ на поверхности пор мембраны и даже межмолекулярным взаимодействием. Все это в значительной степени осложняет расчет процессов ультрафильтрации. [c.518]

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]

В системе, образованной из полярных растворителей и растворенного вещества, вследствие сильного межмолекулярного взаимодействия между ними, на поверхности мембраны сорбируется тот компонент смеси, полярность которого выше. Поэтому у таких систем градиент концентрации в связанном слое может быть как отрицательным (рис. 15.2,2.1, б), так и положительным (рис. 15.2.2.1, а) в зависимости от относительной полярности компонентов раствора. [c.388]

Термопластичные полимеры можно расплавлять и экструдировать через фильеру для получения расплавленных структур, которые после охлаждения и затвердевания образуют либо пленки, либо твердые полимерные мембраны. Использование этих двух терминов зависит как от конкретного назначения, так и от структурных различий. Структура таких мембран зависит от природы полимера (межмолекулярные взаимодействия, жесткость цепи, молекулярная масса и разветвленность), а для конкретного полимера — от кинетических факторов в процессах закалки и отжига. [c.235]

Так, сродство гемоглобина к оксиду углерода СО примерно в 300 раз выще, чем к кислороду, что объясняется способностью СО наряду с образованием обратных дативных я-связей (за счет и 2я ,-разрыхляю-щих орбиталей) выступать в роли а-донора. Этим и объясняется высокая токсичность угарного газа, который блокирует гемоглобин, не давая ему участвовать в переносе кислорода. Попадая в легкие с воздухом, оксид углерода быстро диффундирует через альвеолярно-капиллярные мембраны, растворяется в плазме крови и проникает в эритроциты, где взаимодействует как с гемоглобином, так и с его окси-формой. Причем в тетра-мерном гемоглобине одни протомеры оказываются занятыми СО, а другие — Ог- В таких смещанных межмолекулярных структурах молекулы Ог удерживаются прочнее, чем в оксигемоглобине, не содержащем СО, в результате высвобождение О2 в ткани затрудняется. Поэтому наряду с блокированием части гемов в гемоглобине при отравлении СО происходит также нарущение функции свободных от СО гемов. Из-за высокого содержания СО в табачном дыме в крови курильщиков всегда присутствует небольшое количество карбоксигемоглобина. В карбоксигемоглобине ион железа имеет степень окисления 2+. Признаки отравления при различном содержании карбоксигемоглобина в крови человека приведены в табл. 5.2. [c.217]

В системе, образованной из полярных растворителя и растворенного вещества, вследствие сильного межмолекулярного взаимодействия между ними на поверхности мембраны сорбируется тот компонент смеси, полярность которого выше. Поэтому у таких систем градиент концентрации в связанном слое может быть как отрицательным (рис. 5-11,6) так и положительным (рис. 5-11, а) в зависимости от относительной полярности компонентов раствора. Причем положительный градиент наблюдается в тех растворах полярных и органических веществ, полярность которых меньше полярности воды, а отрицательный— в тех водных системах, где полярность растворенного вещества (например, фенола) выше, чем воды. Поэтому для систем, у которых в связанном слое профиль изменения концентраций соответствует рис. 5-11, а, с увеличением давления селективность должна повышаться, а для систем, профиль концентрации которых соответствует рис. 5.11, б, — снижаться. [c.133]

Фосфолипиды составляют основу липидного бислоя биологических мембран (см. главу 15) и очень редко встречаются в составе запасных отложений жиров. Преимущественное участие фосфолипидов в формировании клеточных мембран объясняется их способностью выступать в роли поверхностно-активных веществ и образовывать молекулярные комплексы с белками — хиломикроны, липопротеины (см. ниже). В результате межмолекулярных взаимодействий, удерживающих друг возле друга углеводородные радикалы, образуется внутренний гидрофобный слой мембраны. Полярные фрагменты, расположенные на внешней поверхности мембраны, образуют гидрофильный слой. Благодаря полярности молекул фосфолипидов обеспечивается односторонняя проницаемость клеточных мембран. В связи с этим фосфолипиды широко распространены в растительных и животных тканях, особенно в нервной ткани человека и позвоночных животных. В микроорганизмах они являются преобладающей формой липидов. [c.256]

С одной стороны, в мембране в строгом порядке размещены как хромофоры, так и молекулярные партнеры фотохимических превращений с другой — в ней устанавливается специфика и уровень межмолекулярных взаимодействий. Наконец, мембрана выступает в роли своеобразной сетки в триоде, усиливающей через изменения барьера проницаемости небольшие фотохимические сигналы. Можно думать, что именно мембранный уровень определяет во многих случаях широкую вариабельность эффективности действия света на биологические объекты, зависящую от многих факторов внешней среды температуры, солевого состава, питания и т. д. Становится все более очевидным также, что регуляция эффективности фотобиологических реакций осуществляется главным образом на мембранном уровне. [c.377]

Для формования найлонов из растворов в качестве растворителей пригодны только кислотные растворители — муравьиная кислота (содержание основного вещества — 77,5—100%) и трифторэтанол (ТФЭ). В случае использования муравьиной кислоты гидролиз протекает при любых концентрациях растворителя (кроме 100%-й) [81], поэтому срок хранения формовочных растворов даже при 25 С ограничен тремя неделями. Уникальность этих полимеров по сравнению с другими, используемыми для изготовления мембран, проявляется в том, что из их растворов, состоящих только из полимеров и растворителя, без добавления порообразователей, при сухом способе формования будут образовываться высокопористые объемные мембраны [81]. Обычно при проведении этого процесса вследствие прохождения пластификации при воздействии растворителя и сил гравитации образуются пленки с низкой пористостью. Однако за счет межмолекулярных сил (взаимодействие в системе полимер— полимер) образуются кристаллические гели, которые за счет твердости препятствуют уплотнению [83]. С увеличением соотнощения числа метиленовых и амидных групп гидро-фобность возрастает, в результате чего мембраны из найлонов 11 и 12, не будут самопроизвольно смачиваться. [c.147]

Белковые компоненты мембран образованы глобулярными белками, гликопротеинами с молекулярной массой от 5000 до 250 ООО. В зависимости от прочности связывания с мембраной различают периферические и интегральные белки. Интегральные белки располагаются между липидами монослоя (рис. 15.3) или пронизывают весь бислой, часто возвышаясь над поверхностью мембраны. Периферические белки связаны с мембранами за счет межмолекулярных электростатических взаимодействий и водородных связей и зачастую контактируют с интегральными белками. [c.444]

Поверхностные монослои широко используют в качестве модельных мембранных систем. С их помош ью изучают подвижность и типы упаковки молекулярных компонентов в мембранах, межмолекулярные взаимодействия в мембранах, механические свойства мембран исследуют кинетику и механизмы ферментативных процессов, протекаюш их на границе раздела фаз изучают процессы переноса ионов и электронов через границу раздела фаз, инжекцию заряда в липидный слой (диэлектрик) и т. д. Однако этот метод имеет ряд ограничений, в значительной степени обусловленных тем, что монослой — это лишь половина липидного слоя мембран, обраш енного в газовую фазу. Последнего ограничения удается избежать при использовании в качестве мембраны мономолекулярного слоя, образуюш егося на границе двух несмешиваюш ихся жидкостей (углеводород-вода). Более адекватные модели, представляюш ие собой липидные бислои, удается получить в виде полимо-лекулярных структур, которые образуются липидами в объеме водной фазы. Лиотропный и термотропный полиморфизм липидов. Как было показано, полярные части мембранообразуюш их липидов сильно взаимодействуют с водой, поэтому эти соединения могут смешиваться с водой в любых соотношениях. Однако возникаюш ие смеси не представляют собой истинных растворов, а образуют многообразные упорядоченные фазы с периодической структурой. В зависимости от [c.11]

Межмолекулярные взаимодействия в тонких пленках и мембранах. Уже простой анализ действия факторов, приводящих к дезинтеграции тонких углеводородных пленок и биологических мембран, позволяет получить определенное представление об особенностях различных межмолекулярных взаимодействий (электростатические и ван-дер-ваальсовы), формирующих эти структуры (см. гл. VIII). В мембранных системах электростатические взаимодействия осуществляются между анионными липидами, амино- и SH-группами аминокислотных остатков белков (положительный заряд), а-карбоксильными группами сиаловой кислоты (отрицательный заряд) и т. д. Условно выделяют три типа электростатических взаимодействий в мембранных системах латеральное, или тангенциальное взаимодействие заряженных групп молекул, которые расположены в одном полуслов мембран трансмембранное взаимодействие заряженных групп, расположенных по разные стороны мембраны межмембранное взаимодействие заряженных групп, расположенных на поверхности двух соседних мембран. [c.20]

Необходимо отметить, что процесс биосинтеза пигментной системы не заканчивается реакцией хлорофил-лид- -хлорофилл (см. схему). После образования хлорофилла из предшественников в фотосинтетическом аппарате происходит ряд сложных физико-химических превращений, внешне проявляющихся в так называемом спектральном сдвиге Шибата. Сущность этих реакций заключается в изменении степени агрегации пигментов и характера межмолекулярных взаимодействий с белками и липидами в ходе их включения в липопро-теидный матрикс тилакоидной мембраны. [c.208]

Изучение физико-химических свойств мембран удобно проводить на моделях монослоев, которые получаются при нанесении липидов на поверхность воды. Повышение давления и уплотнение монослоя приводят к тому, что подвижность углеводородных цепочек уменьшается, их взаимодействие друг с другом растет, а полярные головки фиксируются на поверхности раздела фаз. В пределе происходит такое уплотнение монослоя, где плошадь поперечного сечения молекулы липида не зависит от длины углеводородной цепи. Монослой представляет собой лишь половину липидного бислоя мембраны, и более удобной моделью служат различные искусственные бислойные липидные мембраны (БЛМ). Плоские ламеллярные структуры, могут сливаться, образуя замкнутые везикулярные частицы (липосомы), в которых липидные бислои отделяют внутреннюю водную фазу от наружного раствора. В везикулярные частицы можно встраивать белковые молекулы и другие компоненты биологических мембран для изучения механизмов их функционирования в биомембранах. Плоские БЛМ используются для изучения барьерных функций, электромеханических характеристик, а также межмолекулярных взаимодействий в мембранах. Электростатические взаимодействия осуществляются между заряженными группами либо в пределах одного полуслоя (латеральные), либо между разными слоями (трансмембранные). Дисперсионные вандерваальсовы взаимодействия между поверхностями мембран обнаруживаются на расстояниях до 1000 А. Это значительно превышает расстояния, где проявляется [c.131]

Текучесть бислоев зависит от ненасыщенности гидрофобных цепей и от присутствия в мембране дополнительных веществ. В частности, холестерин — один из основных компонентов плазматической мембраны всех эукариотических клеток — существенно влияет на текучесть бислоя (Dei-num et al., 1988). В составе мембран эритроцитов присутствует до 30 % холестерина, так как он легко взаимодействует с фосфолипидами, образуя комплексы 1 1. Его плоское стероидное ядро легко проникает в структуру мембраны и увеличивает ориентацию углеводородных цепей в жидкокристаллической фазе ядра стероидов перекрывают 9—12 углеродных звеньев в липиде. Наибольщее сродство к холестерину проявляют сфингомиелины. Однако селективность межмолекулярных взаимодействий фосфолипидов друг с другом — отдельная проблема клинической биохимии и в данном разделе мы ее рассматривать не будем (Никифорова, 1981). [c.113]

В ходе проведения экспериментов было выявлено, что поперечное сечение инактивации мембраносвязанной эритроцитарной ацетилхолинэстеразы больше, чем у свободного фермента. Нарушение структурного состояния эритроцитарной мембраны с помош ью фосфолипаз приводит к уменьшению фоточувствительности ацетилхолинэстеразы. Такой же эффект вызывает и удаление из мембраны значительного количества холестерина, опре-деляюш его текучесть липидной фазы мембраны. Влияние мембранного окружения на УФ-чувствительность ацетилхолинэстеразы реализуется, по крайней мере, двумя путями посредством изменения конформационного состояния фермента за счет межмолекулярных взаимодействий и посредством повреждения белковой молекулы продуктами фотохимических превраш ений липидов. То есть состояние мембранного фермента зависит не только от эффективности протекания фотохимических процессов в самом белке, но и от фотохимических реакций в соседних компонентах, инициируюш их структурные перестройки мембраны. [c.131]

Механическим свойствам полимерных мембран на ранних стадиях их разработки уделяли мало внимания особое значение придавалось эксплуатационным характеристикам, таким как проницаемость, селективность. В результате не удалось добиться повышения прочности патронных фильтров, особенно тех, которые содержат микрофильтры с максимальной пористостью (а следовательно, с минимальной прочностью). Механические свойства зависят от строения химических групп, макромолекул, микрокристаллического и коллоидного уровней. Рассмотрим, например, значение структуры для одного из основных механических свойств — эластичности. Аморфные полимеры типа поликарбонатов и полисульфонов имеют характерную эластичность как в плотном, так и в пористом состоянии. Сильнокристаллические и сильносшитые полимеры, с другой стороны, имеют тенденцию к хрупкому состоянию. Поликристаллические полимеры могут быть отнесены к любому из этих классов в зависимости от природы сил молекулярного взаимодействия и способа, которым их перерабатывают. Например, разветвленный полиэтилен низкой плотности со слабыми когезионными силами проявляет соответствующую эластичность, поскольку подвижные аморфные области, не содержащие поперечных сшивок, проявляются как одна из форм внутренней пластификации со снятым напряжением. С другой стороны, поликристаллические полимеры, проявляющие склонность к образованию водородных связей, имеют тенденцию к повышению хрупкости, поскольку межмолекулярные и внутримолекулярные связи являются эффективными поперечными связями, а хрупкость пропорциональна плотности поперечных связей. Если набухшие в воде мембраны из целлюлозы и найлона 6,6 высушить, то капиллярные силы будут способствовать высокой концентрации эффективных поперечных связей, и в результате мембрана уплотнится и хрупкость ее повысится. Однако в том случае, когда сушку проводят, заменяя растворитель (например, часто заменяют изопропанол гексаном), плотность поперечных связей минимальна, а эластичность будет сохраняться и в сухом состоянии. [c.117]

Необходимо отметить, что на ориентацию и динамику полярных головок липидов влияет образование межмолекулярных водородных связей на поверхности мембраны. Донорами и акцепторами при образовании этих связей могут служить фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин, гликолипиды. Однако не ясно, каким образом водородные связи воздействуют на структуру мембраны, С точки зрения термодинамики, основной силой, стабилизирующей гидратированные липидные агрегаты, являются гидрофобные взаимодействия. К другим стабилизирующим факторам относятся водородные связи и ван-дер-ваальсовы силы (короткодействующие слабые силы притяжения между соседними гидрофобными цепями). [c.25]

К одной из главных особенностей УФ-повреждения белков в составе биомембран относится так называемый феномен фотохимической аллотопии. Под ним понимают эффект изменения структурно-функционального состояния фермента в составе биомембраны, обусловленный стерическим возмуш ением его конформации вследствие фотомодификации других структурных компонентов мембраны. Проявление феномена фотохимической аллотопии связывают преимуш ественно с фотохимическими повреждениями белков, способных под влиянием УФ-света взаимодействовать с соседними мембранными компонентами за счет образования межмолекулярных ковалентных сшивок. [c.132]