Поверхностный потенциал мембраны
Страница 2

ного потенциала, так и эффективного расстояния, на которое простирается двойной электрически слой. Как следует из теории, для двухвалентных ионов экранирующий эффект выражен еще сильнее: влияние на поверхностный потенциал мембраны двухвалентных катионов, например Са2+, проявляется при значительно меньших концентрациях, чем одновалентных. Эффекты, которые иллюстрирует рис. 7.6, не связаны с сорбцией ионов на поверхности мембраны, а обусловлены только экранированием. Наблюдаемое же довольно часто связывание двухвалентных катионов с заряженными группами на поверхности мембраны приводит к еще более выраженному уменьшению поверхностного потенциала.

Рис. 7 иллюстрирует влияние электрического потенциала на распределение анионов и катионов в растворе. Локальную концентрацию любого иона при известном электрическом потенциале несложно найти с помощью уравнения Больцмана:

где С и if — концентрация иона и электрический потенциал на расстоянии х от поверхности мембраны, С — концентрация иона на бесконечном расстоянии от поверхности, Z— валентность иона, F— постоянная Фарадея. Потенциал 60 мВ при 25 °С соответствует примерно десятикратному изменению концентрации иона. Отметим еще раз, что значительное влияние на концентрационный профиль оказывает входящий в показатель экспоненты заряд иона Z.

С влиянием поверхностного потенциала связывают целый ряд самых разнообразных наблюдаемых в эксперименте эффектов. Можно считать экспериментально доказанным, что под влиянием поверхностного мембранного потенциала ♦о концентрация ионов в околомембранном слое изменяется в соответствии с теорией Гюи—Чапмена. Это касается протонов, ионов металлов и органических ионов.

Локальное значение рН на поверхности мембраны

Концентрация ионов вблизи отрицательно заряженной поверхности мембраны выше, чем концентрация в объеме, которую измеряют с помощью рН-метра. Поэтому кажущееся значение рКа любой группы на поверхности отличается от истинного рКл. Это касается, в частности, и титруемых групп самих фосфолипидов. На рис. 7.8 приведены кривые титрования карбоксильных групп

фосфатидилсерина, включенного в фосфатидилхолиновые везикулы. Кажущееся рКл составляет 4,7 при 10 мМ NaCl и 3,9 при 100 мМ NaCl. Это различие обусловлено не изменением истинного значения рКл этой группы, а увеличением концентрации Н + на поверхности мембраны при низкой ионной силе из-за увеличения if о- Истинное значение рКл по оценкам должно составлять 3,6, а зависимость рКл от концентрации ионов очень хорошо описывается теорией Гюи— Чапмена. Локальное значение рН вычисляли по уравнению, приняв х = 0. Близкие результаты были получены с использованием помещенных на поверхность мембраны рН-индикаторов. Было показано, что значение локального околомембранного рН отличается от рН в объеме на величину, предсказываемую теорией Гюи—Чапмена.

Истинное и кажущееся значения рКа группы на поверхности мембраны

Константа диссоциации рКл для протонирования группы на поверхности мембраны определяется следующим образом:

Связывание ионов металлов

Физиологическая значимость взаимодействия фосфолипидов с ионами металлов, в частности с Са2+, не вызывает сомнений, и таким взаимодействиям было посвящено значительное число исследований. Для ответа на вопрос о том, как ионы металлов связываются с фосфолипидным бислоем и изменяют структуру мембраны, был привлечен целый ряд экспериментальных методов, в частности калориметрия, рамановская и инфракрасная спектроскопия, дифракция нейтронов и рентгеновских лучей, 31Р-ЯМР и 2Н-ЯМР. В табл. 2 приведены истинные константы диссоциации для некоторых катионов металлов, связанных с кислыми или цвиттерионными липидами. Некоторые из этих величин получали, регистрируя изменение поверхностного потенциала при связывании ионов металлов с фосфолипидными везикулами. Связывание катионов приводит к уменьшению плотности отрицательных зарядов в случае кислых фосфолипидов либо к увеличению плотности положительных зарядов в случае везикул из цвиттерионных липидов. И в той и в другой системах для анализа данных применима теория Гюи—Чапме-на. Истинные константы связывания рассчитывали, исходя из концентрации свободных ионов вблизи поверхности мембраны, которая в свою очередь зависит от поверхностного потенциала, а саму константу диссоциации определяли из уравнения, аналогичного. Здесь стоит остановиться на нескольких моментах.

Страницы: 1 2 3 4


Также смотрите:

Особенности строения и физиологии двудольных растений
Двудольные - самый обширный класс рода цветковых растений, насчитывающего свыше четверти миллиона видов. Большинство из них - травянистые растения, не образующие надземных древесных тканей. У зародыша двудольных растений имеются две боковые семядоли - склады питатель ...

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 модель ...

Класс двустворчатые
Места обитания, строение и образ жизни. Двустворчатые моллюски населяют дно пресных водоемов (беззубки, перловицы, шаровки), дно и подводные скалы морей (мидии, устрицы, жемчужницы). Раковина этих моллюсков двустворчатая. Створки соединяются на спинной стороне эласти ...