Введение в мембранную технологию - Мулдер М.
Скачать (прямая ссылка):
II. 14.3. Механическая стабильность
Механическая стабильность не является самым важным фактором для мембранного разделения, и только для некоторых применений с использованием высокого давления или для мембран, лишенных подложки, механические параметры должны быть приняты во внимание. Хотя модуль упругости неорганических материалов очень высок, эти материалы имеют большой недостаток — высокую хрупкость.
11.15. Биологические мембраны
По структуре и функции биологические мембраны (а именно плазматические или клеточные) сильно отличаются от синтетических мембран. Краткое введение в область биологических мембран будет дано здесь, во-первых, для демонстрации существенных различий между этими классами мембран и, во-вторых, потому что быстро растет интерес к так называемым синтетическим биологическим мембранам. Для тех, кто больше интересуется этой областью, может быть рекомендован ряд отличных книг и статей (см., например, [10]).
Биологические, или клеточные, мембраны являются очень сложными структурами, поскольку они должны проявлять много специфических функций. Однако характерной чертой различных клеточных мембран является то, что они состоят из бислойных липидных структур. Каждая молекула липида имеет как гидрофобную, так и гидрофильную части. Схема таких липидных слоев представлена на
Гидрофильная ^ область
Гидрофобная ^ область
Гидрофильная область
Рис. 11-27. Схема липидного бислоя.
рис. И-27. Эта структура может быть найдена у различных типов клеточных мембран, причем полярная часть всегда находится на границе раздела фаз вода/мембрана, а гидрофобные части локализованы между этими границами.
Одним из наиболее важных классов липидов являются фосфолипиды, их основная химическая структура представлена на рис. II-28. Две гидроксильные группы глицерина связаны с двумя длинными цепями жирных кислот. Эти длинные цепи жирных кислот, в основном состоящие из 16-21 атома углерода, образуют гидрофобную часть липидной молекулы. Жирная кислота может быть полностью насыщена, как, например, пальмитиновая кислота (см. рис. II-28), но может также содержать одну или несколько двойных связей. Фосфатная группа присоединена к третьей гидроксильной группе глицерина. Другая полярная группа, часто четвертичное аммониевое основание, как, например, в холине, присоединена к этой фосфатной группе.
Эти липидные бислои не очень проницаемы для различных молекул. Тем не менее, чтобы происходил метаболизм и рост клетки, такие молекулы, как сахара и аминокислоты, должны проникать в клетку. Специфический транспорт этого типа выполняется белками, которые находятся внутри бислойной мембраны. Белки выполняют роль переносчика, и этот тип транспорта может быть определен как транспорт с переносчиком. Клеточные мембраны состоят из двух основных компонентов: липидного бислоя, который является основой, и белков, выполняющих специфические транспортные функции. Некоторые из белков локализованы на поверхности бислоя (поверхностные белки), в то время как другие белки (внутренние белки) полностью пронизывают липидный бислой. Внутренние белки играют особенно важную роль в транспортных функциях.
Может наблюдаться два типа транспорта с помощью переносчика: активный и пассивный транспорт. В случае пассивного транспорта проницаемость растворителя обеспечивается благодаря градиенту концентрации через мембрану. Обычно липидный бислой являет-
О
п
СН, <w^R, ллллл-с -О -СН,
О | м
СН, wv\R2^vwaC -О -СН,
I и СН,-О—Р-О-R,*
Фосфолипид о.
— R, Rjt жирная кислота
— R,: полярная группа (серии, этаноламин)
Пример фосфолипидз: дипальмитоилсросфатидилхолин
о СН,
11 1 4.
CH,-0-P-O-N -СН,
I
О.
I
СН,
Рис. 11-28. Общая химическая структура фосфолипида {верхняя часть рисунка) и пример очень распространенного типа фосфолипида — дип ал ь-митоилфосфатидилхолин (лецитин).
ся непроницаемым для большинства растворенных веществ, но присутствие специфических белков позволяет проникать через мембрану специфическим растворенным веществам с помощью специальной системы транспортных переносчиков. Хотя транспорт осуществляется благодаря градиенту активности, он не может рассматриваться как простая диффузия из-за сложной функции переносчика. Более того, этот вид транспорта обнаруживает тип кинетики с насыщением (в соответствии с уравнениями Михаэлиса — Ментен для ферментативных реакций, см., например, [11]); это означает, что скорость переноса уменьшается с увеличением концентрации, что приводит к реализации своего рода механизма управления внутри клетки.
Другой характерной чертой транспорта в биомембранах является то, что переносчик (иногда) очень специфичен, например, переносчик в мембранах красных кровяных телец (эритроцитов), контролирующий транспорт глюкозы, не позволяет проходить фруктозе.
