Работа, совершаемая при переносе иона внутрь бислойной мембраны

Биология » Взаимодействие низкомолекуляных соединений с мембранами » Работа, совершаемая при переносе иона внутрь бислойной мембраны

Любой ион в воде стабилизируется благодаря взаимодействиям с диполями воды. Перемещение иона из воды в центр мембраны энергетически невыгодно, поскольку сопряжено с затратами энергии на освобождение иона от гидратной оболочки. Наиболее адекватной количественной моделью такого перехода является модель Борна. Работа, необходимая для переноса иона с зарядом q и радиусом г из среды с диэлектрической проницаемостью £2 в среду с диэлектрической проницаемостью Е\, определяется по формуле

Диэлектрическая проницаемость воды равна 80; для внутренней части мембраны обычно используют характерную для углеводородов величину Јi = 2. Тогда работа, совершаемая при переносе иона с валентностью Z, составит W = ккал/моль. То есть для_ перемещения внутрь мембраны одновалентного иона радиусом 2 А нужно затратить 40 ккал/моль. Ясно, что такое перемещение энергетически весьма невыгодно, иными словами, бислой является труднопреодолимым барьером для ионов. Отметим, однако, что ионы большого радиуса весьма эффективно могут стабилизироваться в мембране. Это помогает понять, каким образом про^' никают через мембрану такие ионы, как I3~ SCN" и заряженные комплексы ионов с ионофорами.

Помимо энергии Борна имеется еще один компонент, связанный с возникновением на границе с диэлектриком сил поляризации. Появление заряда по одну сторону от границы раздела фаз вызывает переориентацию диполей в среде по другую сторону мембраны. Соответствующая энергия называется энергией «отображения». Для мембран она соответствует только 10—15%-ному уменьшению энергии Борна.

Все упомянутые модели рассматривают мембрану как простой слой диэлектрика. Ясно, однако, что находящиеся по краям бислоя полярные головки создают слой толщиной около 10 А, существенно отличающийся по своим свойствам от гидрофобного центра.

Диэлектрическая проницаемость в этой области должна измениться от 2 по одну сторону до 80 — по другую; в качестве средней величины приводятся значения от 10 до 30. Согласно модели, в это значение вносит свой вклад вращение полярных фосфолипидных головок. Гидрофильные области мембран интересны еще и тем, что именно здесь происходит связывание многих мембранных зондов и амфифильных молекул.


Также смотрите:

Химическая природа и свойства витамина В12.
Химическая природа витамина В12 была установлена в 1955 г. Он оказался самым сложным из всех витаминов с молекулярным весом 1356. Витамин В12 растворяется в воде и спирте, нерастворим в эфире. Его кристаллы темно-красного цвета благодаря наличию атома кобальта. Вит ...

Участие белка кальмодулина в инозитолфосфатной передаче сигнала
В клетках многих тканей присутствует белок кальмодулин, который функционирует как внутриклеточный рецептор Са²+, он имеет 4 центра для связывания Са²+. Комплекс [кальмодулин] - [4Са²+] не обладает ферментативной активностью, но взаимодействие комплекса ...

Мышечные веретена
Рецепторы растяжения в скелетных мышцах у млекопитающих демонстрируют те же механизмы действия, что и у ракообразных. Такие рецепторы растяжения в свое время были названы анатомами мышечными веретенами, поскольку они по форме напоминают веретена, используемые ткачами. ...