Важной частью клетки являются биологические мембраны. Они ограничивают клетку от окружающей среды, защищают ее от вредных внешних воздействий, управляют обменом веществ между клеткой и ее окружением, способствуют генерации электрических потенциалов, участвуют в синтезе универсальных аккумуляторов энергии АТФ в митохондриях и т.д. По существу, мембраны формируют структуру клетки и осуществляют ее функции. Многие заболевания (атеросклероз, отравления и др.) связаны с нарушением структуры и функции мембран.
В главе рассматриваются физические свойства биологических мембран и основные физические процессы, которые в них происходят.
13.1. СТРОЕНИЕ И МОДЕЛИ МЕМБРАН
Мембраны окружают все клетки (плазматические или наружные клеточные мембраны). Без мембраны содержимое клетки просто бы растеклось, диффузия привела бы к термодинамическому равновесию, что означает отсутствие жизни. Можно сказать, что первая клетка появилась тогда, когда она смогла отгородиться от окружающей среды мембраной.
Внутриклеточные мембраны подразделяют клетку на ряд замкнутых отсеков (компартаментов), каждый из них выполняет определенную функцию.
Толщина мембран порядка нескольких нанометров, поэтому ее нельзя увидеть в оптический микроскоп (см. 26.8), но можно рассмотреть в электронный микроскоп (см. 28.2).
Основу структуры любой мембраны представляет двойной ли-пидный слой (в значительной степени фосфолипиды). Молекулы липи-дов, образующие мембрану, являются алимфатическими соединениями, т.е. состоят из двух функционально различных частей: полярной «головки» и неполярного гидрофобного «хвоста» (рис. 13.1). Двойной липид-ный слой образуется из двух монослоев липидов так, что гидрофобные «хвосты» обоих слоев направлены внутрь. При этом обеспечивается