Образование. Термодинамика процессов формирования и устойчивости мембран.

Так, тут мб имеет смысл половину выкинуть…но чего именно я не понимаю(

Формирование мембран, их стабилизация определяются поверхностными явлениями и межмолекулярными взаимодействиями.

Поверхностная активность, работа адсорбции. Поведение различных соединений в растворах подчиняется адсорбционному уравнению Гиббса: (-dсигма = сумма Гdмю i компонента, i = 1)

сигма = межфазное (поверхностное) натяжение,

Гi = степень адсорбции i-го компонента в поверхностном слое,

Мюi = химический потенциал i-го компонента.

Для бинарной системы (например, липид-вода) адсорбционное уравнение Гиббса записывается в виде

-dсигма = Г1dмю1 + Г2dмю2

При низкой концентрации растворенного вещества, сильно адсорбирующегося на поверхности раздела, адсорбцию самого растворителя можно приравнять к нулю (Г2 = 0). Тогда -dсигма = Г1dмю1

Так как для разбавленных растворов

dмю1 ~ RТ ln а1 ~ RТ ln с1, (XV.3.4)

где а1 и с 1 - активность и концентрация растворенного вещества, то адсорбционное уравнение принимает вид Г1= -а1dсигма/(RTda1)= -c1dсигма/(RTdc1)

Величина –(dсигма/dc, c стремится к 0) называется поверхностной активностью. Поверхностно-активными называются вещества, понижающие поверхностное натяжение. Для таких веществ dсигма/dc меньше 0 и Г больше 0. К этим соединениям, хорошо адсорбирующимся в поверхностном слое и снижающим поверхностное натяжение, относятся органические амфифильные соединения, в частности, липиды.

Гидрофобные взаимодействия в мембранах. Стремление амфифильных молекул объединяться в водных растворах в поверхностные или объемные структуры, в которых углеводородные (гидрофобные) участки молекул тесно контактируют друг с другом, рассматривают обычно как результат гидрофобных взаимодействий.

Энергию гидрофобного взаимодействия обычно оценивают, исходя из энергии переноса данного соединения (углеводород, липид) из воды в органическую фазу.

Оценка изменения свободной энергии, энтальпии и энтропии при переносе из воды в неполярный органический растворитель неразветвленных углеводородов показывает, что эти изменения возрастают с ростом длины углеводородной цепи. Причем для не очень длинных цепей наблюдается постоянство изменения этих термодинамических параметров в пересчете на каждую добавочную CH2-группу. В полностью гидратированных структурах энергия гидратации выше, чем электростатическая, так что вклад электростатических сил в стабилизацию структур может оказаться существенным только в условиях ограниченной гидратации.

В целом гидратация полярных и заряженных головок липидов существенно влияет на энергетику гидрофобного взаимодействия, увеличивая растворимость липидов в водной фазе. Однако наличие длинных углеводородных цепей в молекулах природных структурообразующих липидов обуславливает их достаточно низкую растворимость в воде.

Межмолекулярные взаимодействия в тонких пленках и мембранах.В мембранных системах электростатические взаимодействия осуществляются между анионными липидами, амино- и SH-группами аминокислотных остатков белков (положительный заряд), а-карбоксильными группами сиаловой кислоты (отрицательный заряд) и т. д. Условно выделяют три типа электростатических взаимодействий в мембранных системах: латеральное, или тангенциальное взаимодействие заряженных групп молекул, которые расположены в одном полуслое мембран; трансмембранное взаимодействие заряженных групп, расположенных по разные стороны мембраны; межмембранное взаимодействие заряженных групп, расположенных на поверхности двух соседних мембран.