Что значит проницаемость мембраны
Избирательная проницаемость
Кле́точная мембра́на (или цитолемма, или плазмолемма, или плазматическая мембрана) отделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая ее целостность; регулируют обмен между клеткой и средой; внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки — компартменты или органеллы, в которых поддерживаются определенные условия внутриклеточной среды.
Содержание
Основные сведения
Клеточная стенка, если таковая у клетки имеется (обычно есть у растительных клеток), покрывает клеточную мембрану.
Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды — фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную («головка») и гидрофобную («хвост») часть. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные — наружу. Мембраны — структуры инвариабельные, весьма сходные у разных организмов. Некоторое исключение составляют, пожалуй, археи, у которых мембраны образованы глицерином и терпеноидными спиртами. Толщина мембраны составляет 7-8 нм.
Биологическая мембрана включает и различные белки: интегральные (пронизывающие мембрану насквозь), полуинтегральные (погруженные одним концом во внешний или внутренний липидный слой), поверхностные (расположенные на внешней или прилегающие к внутренней сторонам мембраны). Некоторые белки являются точками контакта клеточной мембраны с цитоскелетом внутри клетки, и клеточной стенкой (если она есть) снаружи. Некоторые из интегральных белков выполняют функцию ионных каналов, различных транспортеров и рецепторов.
Функции биомембран
Частицы, по какой-либо причине не способные пересечь фосфолипидный бислой (например, из-за гидрофильных свойств, так как мембрана внутри гидрофобна и не пропускает гидрофильные вещества, или из-за крупных размеров), но необходимые для клетки, могут проникнуть сквозь мембрану через специальные белки-переносчики (транспортеры) и белки-каналы или путем эндоцитоза.
При пассивном транспорте вещества пересекают липидный бислой без затрат энергии, путем диффузии. Вариантом этого механизма является облегчённая диффузия, при которой веществу помогает пройти через мембрану какая-либо специфическая молекула. У этой молекулы может быть канал, пропускающий вещества только одного типа.
Активный транспорт требует затрат энергии, так как происходит против градиента концентрации. На мембране существуют специальные белки-насосы, в том числе АТФаза, которая активно вкачивают в клетку ионы калия (K+) и выкачивают из неё ионы натрия (Na+).
Например, гормоны, циркулирующие в крови, действуют только на такие клетки-мишени, у которых есть соответствующие этим гормонам рецепторы. Нейромедиаторы (химические вещества, обеспечивающие проведение нервных импульсов) тоже связываются с особыми рецепторными белками клеток-мишеней.
С помощью мембраны в клетке поддерживается постоянная концентрация ионов: концентрация иона К+ внутри клетки значительно выше, чем снаружи, а концентрация Na+ значительно ниже, что очень важно, так как это обеспечивает поддержание разности потенциалов на мембране и генерацию нервного импульса.
Структура и состав биомембран
Мембраны состоят из липидов трёх классов: фосфолипиды, гликолипиды и холестерол. Фосфолипиды и гликолипиды (липиды с присоединёнными к ним углеводами) состоят из двух длинных гидрофобных углеводородных «хвостов», которые связаны с заряженной гидрофильной «головой». Холестерол придаёт мембране жёсткость, занимая свободное пространство между гидрофобными хвостами липидов и не позволяя им изгибаться. Поэтому мембраны с малым содержанием холестерола более гибкие, а с большим — более жёсткие и хрупкие. Также холестерол служит «стопором», препятствующим перемещению полярных молекул из клетки и в клетку. Важную часть мембраны составляют белки, пронизывающие её и отвечающие за разнообразные свойства мембран. Их состав и ориентация в разных мембранах различаются.
Клеточные мембраны часто асимметричны, то есть слои отличаются по составу липидов, переход отдельной молекулы из одного слоя в другой (так называемый флип-флоп) затруднён.
Мембранные органеллы
Это замкнутые одиночные или связанные друг с другом участки цитоплазмы, отделённые от гиалоплазмы мембранами. К одномембранным органеллам относятся эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, лизосомы, вакуоли, пероксисомы; к двумембранным — ядро, митохондрии, пластиды. Снаружи клетка ограничена так называемой плазматической мембраной. Строение мембран различных органелл отличается по составу липидов и мембранных белков.
Избирательная проницаемость
Клеточные мембраны обладают избирательной проницаемостью: через них медленно диффундируют глюкоза, аминокислоты, жирные кислоты, глицерол и ионы, причем сами мембраны в известной мере активно регулируют этот процесс-одни вещества пропускают, а другие нет. существует четыре основных механизма для поступления веществ в клетку или их из клеки наружу:диффузия, осмос, активный транспорт и экзо- или эндоцитоз. Два первых процесса носят пассивный характер, т.е. не требуют затрат энергии; два последних-активные процессы, связанные с потреблением энерги.
Избирательная проницаемость мембраны при пассивном транспорте обусловлена специальными каналами — интегральными белками. Они пронизывают мембрану насквозь, образовывая своего рода проход. Для элементов K, Na и Cl есть свои каналы. Относительно градиента концентрации молекулы этих элементов движутся в клетку и из неё. При раздражении каналы натриевых ионов раскрываются, и происходит резкое поступление в клетку ионов натрия. При этом происходит дисбаланс мембранного потенциала. После чего мембранный потенциал восстанавливается. Каналы калия всегда открыты, через них в клетку медленно попадают ионы калия.
Что значит проницаемость мембраны
• Клеточные мембраны разделяют различные по составу компартменты
• Липидный бислой биологических мембран обладает очень низкой проницаемостью для большинства биологических молекул и ионов
• Большинство веществ проходит через мембрану при участии транспортных белков
• Транспорт ионов и других метаболитов через мембрану контролирует электрические и метаболические функции клетки
Биологические мембраны представляют собой избирательно проницаемые барьеры, которые окружают клеточные компартменты. Плазматическая мембрана отделяет содержимое клетки от внешней среды, а в клетках эукариот специализированные компартменты отделены от цитозоля дополнительными мембранами.
Клеточные компартменты существенно различаются по составу мембран и внутренней-среды. В ходе эволюции клетки выработали механизм для поддержания и регулирования состава среды в каждом компартменте.
Поддержание определенной концентрации растворенных веществ по обеим сторонам мембраны является необходимым условием существования гомеостаза, который представляет собой способность клетки к поддержанию относительного постоянства состава внутренней среды, обеспечивающей протекание жизненно необходимых метаболических процессов.
В результате гомеостатической регуляции концентрации ионов в цитозоле по обеим сторонам мембраны создается относительное осмотическое давление, которое регулирует клеточный объем. Более того, быстро наступающие изменения в транспорте ионов через мембраны носят временный характер и используются клеткой как механизм адаптации к изменившимся обменным процессам и для обработки информации (например, сигналов стресса), а также для транспорта в клетку питательных веществ или удаления из нее продуктов обмена.
Поскольку внутренняя часть липидного бислоя обладает гидрофобными свойствами, она непроницаема для полярных, гидрофильных и крупных биологических молекул. Каким образом неорганические ионы, а также заряженные молекулы и водорастворимые соединения селективно проходят через клеточные мембраны?
Сейчас мы знаем, что транспорт ионов и метаболитов через мембраны клеточных компартментов происходит с участием мембранных белков. Транспортные белки локализованы в плазматической мембране, а также в мембранах внутриклеточных органелл, например эндоплазматического ретикулума, аппарата Гольджи, эндосом, лизосом и митохондрий. Для каждого типа мембран, так же как и для каждого типа клеток, характерен определенный набор транспортных белков.
Далее в отдельных статьях на сайте мы рассмотрим мембранные белки, которые принимают участие в транспорте ионов и небольших молекул, таких как глюкоза. Вначале мы остановимся на основных классах мембранных транспортных белков, а затем более подробно расскажем о строении и функции отдельных белков. Мы также обсудим вопросы совместного функционирования различных типов транспортных белков в клетке.
Большая часть статей на сайте посвящена транспорту ионов через мембрану. Клетка использует мембранные белки для поддержания определенной концентрации ионов во внутренней среде. Эта концентрация отличается от той, в которой они находятся во внеклеточной среде.
Различие в концентрации является причиной того, что в покоящихся клетках животных внутриклеточная среда заряжена отрицательно по отношению к внешней среде. Эти различия в концентрации и заряде создают электрохимический градиент, который клетка использует для запасания потенциальной энергии. Регуляция электрохимического градиента на мембране позволяет клетке осуществлять ряд основных функций, таких как выработка энергии, а также обрабатывать электрические сигналы поступающие в клетку и выходящие из нее.
В отдельных статьях на сайте также рассмотрены некоторые методы, позволяющие изучать мембраны. Поток заряженных частиц (ионный ток) через мембрану регистрируется электрофизиологическими методами. Этими методами можно исследовать как клетку целиком, так и фрагменты ее мембраны. Они также позволяют оценивать влияние различных воздействий, например изменение ионного состава, эффекты ингибиторов или активаторов транспорта.
Впервые ионные каналы были идентифицированы и выделены благодаря использованию природных токсинов (ядов), которые являются ингибиторами их функций. Эти токсины были также использованы в качестве инструмента для изучения функционирования каналов. Взаимосвязь между структурой и функцией каналов изучалась с использованием рекомбинантных транспортных белков, сайт-специфического мутагенеза, техники интеграции очищенных белков в искусственные мембраны и экспрессии транспортных белков в гетерологичных клетках.
Выяснение атомарной структуры части транспортных белков во многом способствовало пониманию их функционирования. Наряду с выяснением деталей мембранного связывания и транспорта метаболитов эти «фотографии» структуры помогают построить общие модели процессов трансмембранного транспорта.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Мембрана: что это такое и как работает?
Современная верхняя одежда, ориентированная на неблагоприятные погодные условия, разрабатывается из высокотехнологичных синтетических материалов – легких, практичных и износостойких. Для приверженцев спорта и любителей активного отдыха куртки из мембранной ткани стали настоящей находкой. Изделия обладают уникальными характеристиками, отличаются малым весом и существенно облегчают экипировку.
Но чтобы купить мембранную одежду, вовсе не обязательно быть путешественником, альпинистом или профессиональным спортсменом: она становится все более популярной и в городской жизни. Функциональная одежда идеально подходит для легких пробежек, рыбалки, вылазок на природу и повседневного ношения в дождливую, ветреную, ненастную погоду. Компактные мембранные куртки мужские, женские мембранные ветровки и детские – решение для людей, которые не отказываются от прогулок и уличных развлечений, несмотря на осадки и порывистый ветер.
Водоотталкивающая, ветрозащитная, воздухопроницаемая мембрана действительно незаменима в гардеробе каждого человека: она позволяет чувствовать себя комфортно в любую непогоду. Стильный дизайн одежды подчеркнет индивидуальность, придаст образу модный спортивный вид.
Что такое мембрана?
Термин «мембрана» широко используется в науке и технике. Это своеобразный барьер, пропускающий через себя одни вещества и останавливающий другие. Специальные материалы с таким названием применяются и в одежде. Впервые свойства мембран использовали в компании Gore в 1970-ых годах: технологи разработали уникальный для того времени продукт Gore-tex, который позволил человеку легко противостоять практически всем капризам погоды и регулировать теплоотдачу даже при высокой физической активности. С него и началась эра революционных материалов, перевернувших представление об одежде, обуви и аксессуарах для туризма и спорта, а затем и для города.
Почему именно мембрана стала настоящим прорывом в легкой промышленности? Главной функцией верхней одежды была и остается защита от неблагоприятных факторов внешней среды. Раньше для этих целей повсеместно использовали только резиновую обувь, полиэтиленовые плащи и брезентовые дождевики. Полностью непромокаемые изделия действительно исключали попадание влаги извне. Но находиться в них долгое время было невозможно: дышащие свойства таких материалов равны нулю. Пот, не имея выхода наружу, накапливался на теле и увлажнял одежду, создавая серьезный дискомфорт, особенно при высокой активности.
Сегодня практически вся экипировка для outdoor-индустрии оснащена мембраной – «дышащим» и водостойким материалом на основе гидрофобных полимеров. Это классическое решение для внешнего слоя, защищающее от дождя, холодного ветра и не создающее парникового эффекта.
Свойства мембраны
Мембрана – это синтетический материал, в структуре которого имеется множество микропор, обладающих избирательной проницаемостью. Тонкая ткань отводит водяные пары наружу, но задерживает проникновение жидкости в обратном направлении – из внешней среды. Благодаря тонковолокнистой структуре материала холодный воздух образует завихрения и удерживается в лабиринте микропор. Непродуваемость мембраны снижает конвективные потери тепла, которые неизбежны при низких температурах или ветре. Однако рассматривать ее как теплоизолятор не стоит: мембрана препятствует потере нагретого воздуха, но он все равно будет охлаждаться за счет отвода испарений. Ключевое значение для создания комфортного микроклимата имеет правильная комбинация слоев одежды под мембранной курткой.
Таким образом, мембрана непроницаема для сырости, влаги и ветра и при этом отводит испарения тела наружу даже при высоких физических нагрузках. Это существенное отличие от классических прорезиненных дождевиков и штормовок – мембранные ветровки так же эффективно защищают от ветра, дождя, сохраняют тепло и при этом позволяют коже дышать. Тело остается сухим, а человек чувствует себя комфортно в любую погоду.
Особенности выбора
Мембранная одежда выпускается для всех видов активного отдыха – альпинизма, туризма, бега, горных лыж, и представлена в разных ценовых категориях. Мембраны используются самостоятельно, могут быть двух-, трехслойными либо иметь промежуточную конструкцию. Способ интеграции мембраны в изделие зависит от назначения и условий его использования.
Важнейшие показатели мембранного материала – это водонепроницаемость, паропроницаемость и вес.
Самыми универсальными и востребованными являются легкие водонепроницаемые куртки, предназначенные для широкого спектра активности. Компактная непромокаемая ветровка незаменима в гардеробе взрослого и ребенка. Нет ничего более практичного для коротких путешествий, походов, рыбалки и охоты, в том числе «тихой», занятий спортом. Она пригодится и в городе для прогулок в пасмурную и переменчивую погоду – можно забыть про зонт и не откладывать свои планы из-за внезапного дождя. В упакованном виде непромокаемая ветровка занимает минимум места и легко помещается в рюкзак, сумку или багаж. Изделие быстро сохнет даже при полном намокании, что очень выручает в дороге.
Мембранные ветровки Norveg: минимум веса, максимум практичности
Технологи компании Norveg разработали концептуально новый продукт – практичные, непродуваемые и непромокаемые мембранные ветровки для межсезонья и лета. Легкие куртки обеспечивают комфорт в дождливую, ветреную погоду. Благодаря высоким характеристикам водонепроницаемости − до 7000 mm и паропроницаемости − до 7000 gsm мембраны Norveg легко выдерживают длительные осадки и дарят комфорт при низкой и средней степени физической активности. Модели для взрослых и детей представлены в широком размерном ряду.
Особенности водонепроницаемых курток Norveg.
Свободный крой обеспечивает аккуратную посадку изделия по фигуре без ограничения движений. Предусматриваются первый и промежуточный слои одежды, которые подбираются в зависимости от погоды. Так, в прохладные осенние дни это может быть термобелье с флисовой поддевкой, а пасмурным летом – футболка с длинным или коротким рукавом. Такая особенность позволяет использовать куртку в широком диапазоне температур.
Также в линейке представлены складные мембранные рюкзаки Norveg, выполненные в одинаковой цветовой гамме с водонепроницаемыми куртками и идеально их дополняющие.
Рюкзаки универсальны – подходят для взрослых и детей, пригодятся в походах, путешествиях, вылазках на природу и в повседневной жизни. Благодаря хорошей вместительности (17 л) и прочности рюкзак можно использовать в качестве шопера. Водостойкая мембрана сохранит сухость вещей в течение долгого времени даже в моросящий дождь. Рюкзак, как и куртка, складывается в компактный чехол.
Особенности ухода за мембраной
Изделия из мембраны отличаются износостойкостью – при правильном уходе сохраняют форму, яркость цвета и функциональные свойства долгое время.
Ухаживать за мембранными ветровками нужно, но важно делать это правильно. Со временем на поверхности мембраны появляются грязевые отложения, которые закупоривают поры и ухудшают уникальные свойства материала. Забивать поры может и неправильно подобранное моющее средство.
Небольшие загрязнения легко удаляются с поверхности куртки влажной губкой.
При разработке новой линейки мембранных курток и рюкзаков сделан акцент на легкость, технологичность и удобство. Тонкие, компактные, практически невесомые изделия при этом являются практичными, износостойкими и долговечными. Куда бы вы ни отправились – на прогулку, тренировку или в путешествие, всегда пригодится функциональный верхний слой – непромокаемая ветровка, а также прочный, вместительный рюкзак от Norveg. Забудьте о громоздких штормовках и зонтах, наслаждайтесь свежим воздухом, несмотря на непогоду!
Мембраны разделительные (полупроницаемые, селективно-проницаемые мембраны)
Представляют собой пленки, пластины, трубки и полые нити, изготовленные из стекла, металла, керамики, полимеров.
Наиболее практическое значение имеют полимерные разделительные мембраны, например из целлюлозы и ее эфиров, полиамидов, полисульфонов, полиолефинов и большинства других известных полимеров.
Различают в основном разделительные мембраны: монолитные (сплошные, диффузионные), проницаемость которых связана с диффузией газов или жидкостей в объеме мембраны (поры отсутствуют); пористые с системой сквозных сообщающихся пор постоянного размера; асиметричные (двухслойные, анизотропные), состоящие из пористого высокопроницаемого слоя (подложки) и тонкого селективного слоя – мелкопористого или монолитного (толщина его может составлять около 0,25% общей толщины разделительных мембран).
Имеются также составные (композитные) разделительные мембраны, состоящие из основы (обычно пористой мембраны), на которую нанесен один или несколько селективных слоев (монолитных или мелкопористых), отличающихся по химической природе от материала подложки. Их изготовляют с целью повышения прочности мембран и придания им проницаемости для определенных компонентов разделяемой смеси.
Динамические разделительные мембраны образуются, когда на поверхность пористой основы подается разделяемая смесь, содержащая диспергированные частицы, например гидроксидов металлов, полимеров. Частицы образуют на основе слой, находящийся в динамическом равновесии с частицами, диспергированными в смеси, и обеспечивающий селективность разделения.
Разделительные мембраны подразделяют также на неионогенные и ионитовые.
Для монолитных разделительных мембран характерна диффузионная проницаемость, для пористых – фазовая (то есть через поры проходит вещество в виде газообразной или жидкой фазы).
Монолитные разделительные мембраны получают формованием из растворов (по сухому способу) или расплавов полимеров, а также прессованием полимерных материалов и металлических порошков.
Пористые разделительные мембраны получают:
1) Формованием из растворов полимеров по мокрому способу или испарением из сформованных жидких пленок (нитей) растворителя. В последнем случае в формовочный раствор предварительно вводят осадитель, давление паров которого ниже, чем у растворителя (метод спонтанного гелеобразования). С удалением растворителя раствор распадается на фазы, в результате чего образуется пористая структура.
2) Из монолитных полимерных разделительных мембран – вытягиванием их в специальных условиях. Облучением тяжелыми атомными ядрами или ионами с последующим УФ облучением, окислением и удалением продуктов деструкции (получают так называемые ядерные разделительные мембраны). Выщелачиванием определенных фракций (метод используется и в производстве стеклянных пористых пластин).
Крупнопористые разделительные мембраны готовят спеканием металлических порошков и полимерных материалов.
Асимметричные разделительные мембраны получают, создавая разные условия затвердевания полимера в поверхностном слое и в остальной массе мембраны. Например, с поверхности жидкой пленки (нити) сначала испаряют растворитель, а затем ее погружают в осадитель (сухо-мокрое формование).
разделительные мембраны изготовляют нанесением на пористую подложку из полимера, стекла, керамики или другого тонкого (одного или несколько) слоя полимера (например, погружением подложки в раствор полимера, поливом его, межфазной поликонденсацией или полимеризацией мономеров в низкотемпературной плазме, напылением).
Наиболее распространенная форма разделительных мембран – пленка, формуемая на машинах ленточного или барабанного типа. Для повышения механической прочности и стабильности формы изготовляют на пористых подложках, например тканях, сетках, нетканых материалах.
Пленочные разделительные мембраны используют: в плоскокамерных аппаратах (типа фильтр-пресса) и рулонных; тонкие полимерные пленки осаждают на внутренней поверхности пористых трубок (несколько штук собирают в одном корпусе); полые волокна укладывают параллельно или под углом друг к другу в пластмассовом корпусе и склеивают в торцевых частях.
Применяют разделительные мембраны для разделения газовых смесей (например, выделение компонентов из смесей, образующихся при синтезе аммиака, создание регулируемой газовой среды в фрукто-овощехранилищах); для опреснения морских и солоноватых вод и деминерализации речной и артезианской воды; для концентрирования и очистки растворов высокомолекулярных соединений.
В том числе биологически активных, молока и соков в микробиологии, мединской, пищевой промышленности; для изготовления массообменников медицинского назначения (гемодиализаторы, окси-генаторы крови).
В процессе эксплуатации поверхность мембран загрязняется, что приводит к ухудшению основных показателей (производительность и селективность) мембранного разделения.
Поэтому разделительные мембраны подвергают очистке различными способами, например: обработкой поверхности эластичной губкой (часто с применением моющих средств), полиуретановыми шарами и другими, не оказывающими абразивного воздействия; воздействием турбулентного потока жидкости (разделяемой или моющей); промывкой газожидкостной эмульсией (обычно смесью воды и воздуха), разбавленными растворами кислот или щелочей, ПАВ или другими; продувкой сжатым воздухом (особенно микрофильтров); воздействием электрических, магнитных и ультразвуковых полей.
Из-за загрязнений разделительные мембраны имеют ограниченный срок эффективной работы (ресурс) и их периодически приходится заменять или очищать.
Объявления о покупке и продаже оборудования можно посмотреть на
Обсудить достоинства марок полимеров и их свойства можно на
Зарегистрировать свою компанию в Каталоге предприятий