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:
Экологическая реальность планеты Земля. Глобальные
катастрофы и их роль в эволюции планеты Земля
В 1866 году Эрнестом Геккелем был предложен термин "экология" для обозначения отрасли биологического знания, рассматривающего вопросы взаимодействия организмов и окружающей среды. Так произошло "официальное" признание новой науки, потребность в ко ...
Биологическое действие витамина Р.
Витамин Р, как и многие другие витамины,принимает участие в биохимических реакциях,протекающих в организме человека и животных. Он входит в состав ферментных систем, участвующих в окислительно-восстановительных процессах, в частности при окислении и восстановлении ас ...
Некоторые примеры использования аффинной хроматографии
Пример 1. Очистка фермента карбоксипептидазы А из мышцы крысы (Bodwell, Meyer, 1981).
На BrCN-активированную сефарозу 4В сажали белковый ингибитор карбоксипептидазы А, выделенный из картофеля. Фракцию гомогената мышцы, экстрагированную между 0,4М КС1 и 2М NaCI в нейт ...