Производят на спектрофлюоиметрах
Молекулы белков обладают флюоресценцией. Параметры флюоресценции чувствительны к структуре окружения флюоресцирующей молекулы. Поэтому по люминесценции можно изучать химические превращения и межмолекулярные взаимодействия.
Для исследования мембран к мембранным системам добавляют флюоресцирующие молекулы: флюоресцентные зонды, если молекула образует нековалентную связь с мембраной , или флюоресцентные метки, если молекула образует химическую связь с мембраной.
При освещении мембранной системы с флюоресцирующей молекулой поляризованным светом люминесценция оказывается также поляризованной. Если флюоресцентный зонд неподвижен (например, раствор заморожен), то степень поляризации будет мексимальной. Однако, если зонд или метка находятся в жидком растворе, то он за время возбужденного состояния успевает переориентироваться (перестроится), а поэтому изменится и степень поляризации люминесценции до величины
. Изменение степени поляризации зависит от вязкости окружающих зонд молекул. Т.о люминесцентный анализ позволяет определить вязкость мембран, а также конформационные перестройки в белках и мембранах.
4. Рентгеноструктурный анализ.
В основе этого метода лежит дифракция рентгеновского излучения на структуре мембран. Т.к. липиды мембраны есть жидкий кристалл, то дифракционная картина непосредственно связана с внутренней структурой кристалла, т.е. с расположением атомов в кристалле. Т.о. рентгеноструктурный анализ позволяет определить строение и параметры липидных молекул.
5. ЭПР
6. ЯМР
К методу рентгеноструктурного анализа мы вернемся при изучении рентгеновского излучения, а методы ЭПР и ЯМР мы изучим в конце года.
Диффузия в жидкостях. Закон Фика
Важным элементом функционирования мембран является их способность пропускать или не пропускать атомы (молекулы) и ионы, т.е. проницаемость мембран.
Вероятность такого проникновения частиц зависит как от направления их перемещения (например, в клетку или из клетки), так и от разновидности молекул и ионов.
Эти явления изучаются в разделе физики, называемолм явлениями переноса (диффузия, теплопроводность, перенос импульса, электропроводность). Эти явления представляют собой необратимые процессы.
Мы рассмотрим только те явления, которые характерны для мембран: диффузию и перенос заряда (синоним слова перенос в биофизике - транспорт).
Диффузия – самопроизвольный процесс проникновения вещества из области большей концентрации в область меньшей концентрации в результате теплового хаотичного движения.
Качественными характеристиками диффузии являются:
Поток вещества
- масса вещества, переносимого через площадь
, перпендикулярную движению частиц, в единицу времени.
2. Плотность потока вещества - масса вещества, переносимого через единицу площади
, перпендикулярной движению частиц, за единицу времени.
Молекулы жидкости перескакивают из одного равновесного состояния в другое. В одном из равновесных состояний поместим площадку и определим, какое число молекул пройдет через неё из двух ближайших равновесных состояний
и
.
Отложим слева и справа от расстояния
(длина свободного пробега молекулы) и построим параллепипеды
и
, площадью
и толщиной
.
Объёмы параллепипедов .
Для упрощения будем считать, что молекулы движутся с одинаковыми средними скоростями , где
- время свободного пробега (перескока).
Пусть число молекул в единице объёма (концентрация) в первом объёме , во втором
. Тогда общее число молекул в первом объёме
, во втором -
.
Молекулы движутся хаотично по всем трем направлениям: . Из них
движется в направлении оси
,
-
,
-
. Причем в направлении
, например, половина из этой
движется влево, половина - вправо. Поэтому вдоль оси
от первого параллепипеда к площадке
движется
молекул, а от второго -
. Т.о. за время
через площадку
проходит число молекул
.
Пусть масса одной молекулы , тогда за время
через
площадку переносится масса вещества
.
Время пролета молекулами площадки параллепипедов
и
(через центральную оно будет таким же)
.