Электрические свойства мембран
Страница 1

Прежде чем перейти к обсуждению проницаемости липидного бислоя для ионов, рассмотрим электрические свойства мембран. Нам нужно найти суммарный трансмембранный электрический потенциал, что позволит оценить работу, необходимую для перемещения заряда из одной точки в другую. Это нужно для понимания механизма перемещения ионов через мембрану и для анализа распределения зарядов внутри мембраны и у ее поверхности. Это могут быть ионы, находящиеся в водной фазе у поверхности бислоя или на границе раздела фаз мембрана—вода, а также белки с заряженными аминокислотными остатками.

Напомним некоторые определения.

1. Число Фарадея F — это заряд одного моля одновалентного иона:

F = Число АвогадроЭлементарный заряд =

= -1,602-10" 19 кулон = 105 кулон/моль.

2. Электрическое напряжение V. Применительно к мембранам термины «напряжение», «потенциал», «разность потенциалов» и «разность напряжений» эквивалентны. Напряжение — это электрическая работа, необходимая для перемещения заряда из одной точки пространства в другую. Напряжение 1 В соответствует разности потенциалов, для перемещения против которой заряда, равного 1 Кл, нужно совершить работу в 1 Дж. При измере

нии напряжения всегда нужна некая точка отсчета. Для мембран обычно в качестве такой точки берется точка, расположенная очень далеко от поверхности мембраны, и потенциал в ней принимается равным нулю.

3. Сила тока I измеряется в амперах; один ампер по определению равен одному 1 Кл/с.

4. Проводимость или сопротивление характеризует сопротивление потоку заряженных частиц, направленному от одной точки к другой. Эти величины определяются из закона Ома, связывающего силу тока с разностью потенциалов:

Проводимость измеряется в сименсах, а обратная ей величина — сопротивление — в омах. Проводимость 1 См означает, что при изменении разности потенциалов на 1 В сила тока изменяется на 1 Клс-1.

5. Удельное сопротивление q используется для характеристики гомогенных проводящих сред, в частности для описания ионного потока через заполненные водой мембранные каналы. Удельное сопротивление — это электрическое сопротивление среды между двумя электродами площадью 1 см2, находящимися друг от друга на расстоянии 1 см. Размерность удельного сопротивления — Ом-см. Сопротивление среды между двумя электродами площадью А, находящимися на расстоянии х друг от друга, можно определить по формуле

6. Емкость С. Для создания разности потенциалов между двумя точками, в частности между двумя сторонами бислоя, достаточно просто разделить заряды между этими точками. Емкость — это ве- личина разделенных зарядов, необходимая для создания определен- ной разности потенциалов:

С = Q/V,

где Q — величина заряда с каждой стороны мембраны, положительного с одной и отрицательного с другой, V — создаваемая разность потенциалов. Емкость измеряется в фарадах. Емкость мембраны — очень важная электрическая характеристика, поскольку она определяет, какое количество зарядов нужно перенести через мембрану, чтобы создать на ней определенное напряжение. Удельная емкость равна емкости единицы площади и зависит от количества зарядов, разделенных на единице площади мембраны.

В первом приближении бислойную мембрану можно предста-

вить в виде тонкой пластины из непроводящего материала, разделяющей два водных раствора. Таким образом, мембрана является обычным плоским конденсатором, в котором заряды находятся на двух границах раздела фаз мембрана—вода. Емкость такого конденсатора зависит только от расстояния между двумя заряженными поверхностями и диэлектрической проницаемости материала между этими поверхностями. Диэлектрическая проницаемость характеризует поляризуемость материала, т. е. то, насколько эффективно помещенный в среду из этого материала постоянный электрический диполь «чувствует» приложенное электрическое поле. Большая диэлектрическая проницаемость формально означает «компенсацию» части зарядов на поверхности мембраны, так что для создания одной и той же разности потенциалов в случае большой е необходимо перенести через мембрану ббльший заряд.

Страницы: 1 2


Также смотрите:

Неравновесность
Неравновесность, неустойчивость открытых систем порождается постоянной борьбой двух тенденций. Первая - это порождение и укрепление неоднородностей, структурирования, локализации элементов открытой системы. И вторая - рассеивание неоднородностей, «размывание» их, дифф ...

Основные микробиологические превращения стероидов
Промышленный синтез названных выше ценных лекарственных препаратов стал возможен только с развитием методов микробиологической химии и, в частности, метода микробиологической трансформации. В качестве сырья для получения указанных лекарственных средств используется ди ...

Синергетика в современной науке
В последние годы наблюдается стремительный и бурный рост интереса к междисциплинарному направлению, получившему название "синергетика". Создателем синергетического направления и изобретателем термина "синергетика" является профессор Штутгартского у ...