КОЭФФИЦИЕНТ ПРОНИЦАЕМОСТИ БМ

В биофизике используется понятие коэффициента проницаемости, который зависит от коэффициента диффузии, от толщины БМ и коэффициента распределения вещества между липидной частью мембраны и водными фазами, окружающими мембрану.

- коэффициент распределения;

- толщина мембраны.

Под проницаемостью понимают способность БМ пропускать сквозь себя определенные вещества, при этом следует помнить, что нет понятия проницаемости вообще, а есть разная проницаемость мембран для тех или иных веществ.

Оценить мембранную проницаемость для веществ разной природы, можно на основе анализа коэффициента , через липидный бимолекулярный слой БМ легко проникают те вещества, у которых достаточно велик. рассчитывается по формуле:

- разность энергий, которой обладает данная частица в воде и в липиде. Она складывается из двух компонентов:

1) разности энергии гидрофобного взаимодействия;

2) разности электронной энергии, характеризующей притяжение заряженной частицы диполями воды с одной стороны и липидами - с другой.

Переносу ионов из цитозоля или межклеточной среды в БМ свойственно значительное преобладание второго компонента над первым. Другими словами, переход ионов из раствора в БМ будет определяться главным образом разностью электростатических сил (энергии), с которыми на ион действуют диполи воды и диполи липидов. Мерой взаимодействия ионов с диполями воды и липидов служит относительная диэлектрическая проницаемость - . У воды примерно равна 81, у липидов примерно равна 2-3. Электрическую энергию, которую необходимо преодолеть для переноса одного иона из межклеточной среды в биомембрану, рассчитывают по формуле Борна, которая имеет вид:

- заряд электрона;

- радиус переносимого иона.

Для переноса одновалентного иона , необходимо затратить энергию, равную 70 кТ, что соответствует . Такая величина коэффициента означает, что переход иона из межклеточной водной среды в биологическую мембрану практически невозможен. У гидрофобных веществ коэффициент на несколько порядков больше, так как они слабо взаимодействуют с диполями воды и, кроме того, им свойственно гидрофобное взаимодействие с мембранными липидами, что способствует их переходу в липидную среду.

Следовательно, жирорастворимые вещества способны проникать непосредственно через липидный каркас клеточной мембраны, растворяясь и диффундируя в ней. Гидрофильные вещества лишены такой возможности. Для их трансмембранного переноса используют два основных механизма:

1. Ион может образовывать липофильный комплекс с переносчиком миграционного типа и диффундировать в таком "чехле" сквозь липидный бислой.

2. Можно понизить энергию, затрачиваемую на перенос ионов, за счет увеличения диэлектрической проницаемости БМ, поскольку в БМ могут присутствовать сквозные поры (каналы), заполненные водой. В этом случае, внутри каналов такая же, как и у межклеточной жидкости, и движение ионов по каналам не связано с преодолением высокого энергетического барьера. Скорость транспорта веществ по каналам на 2-3 порядка выше, чем при миграции с переносчиком. Переносчик с транспортным веществом диффундирует в липиде, и его движение сильно зависит от вязкости БМ. Движение вещества по каналам не зависит от вязкости БМ.