Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе

Согласно этой модели, клетка окружена клеточной мембраной толщиной примерно 7,5—10,0 нм. Жирные кислоты, которые составляют большую часть клеточной мембраны, называются фосфоглицеридами.

Фосфоглицерид состоит из фосфорной кислоты и жирных кислот, называемых глицеридами. Голова такой молекулы гидрофильна (притягивается к воде), а хвосты, состоящие из гидрофобных углеводородных цепей, наоборот отталкивают воду.

Рисунок 50. Строение клеточной мембраны.

Если молекулы жирных кислот просто поместить в воду, они образуют небольшие сгустки с кислотными головками, которые притягиваются к воде снаружи, и углеводородными хвостами, которые отталкиваются водой изнутри. Если эти молекулы очень осторожно растянуть на поверхности воды, они сориентируются так, что все кислотные головы будут в воде, а все углеводородные хвосты на её поверхности. Если бы был добавлен ещё один слой молекул и наверху было бы больше воды, углеводородные хвосты выровнялись бы с таковыми из первого слоя, образуя двойной (толщиной в две молекулы) слой. Кислотные головки выступали бы в воду с каждой стороны, а углеводороды заполняли бы пространство между ними. Именно такой бислой является основной структурой клеточной мембраны.

Неоспоримое доказательство жидкостно-мозаичной модели даёт «метод замораживания-скалывания». Скол мембраны после низкотемпературного замораживания проходит по гидрофобной области липидных слоёв. В результате этого мембрана расщепляется на два слоя, обнаруживая внутреннее строение – с массой мелких глобул или углублений, соответствующих местам расположения белковых молекул, которые не раскалываются, а целиком остаются в одной из половинок мембран.

Жидкие кристаллы

Как это иногда случается, по удивительному стечению обстоятельств, описанная выше структура клеточной мембраны оказалась чрезвычайно схожей со структурой жидких кристаллов. А при более внимательном наблюдении оказалось, что некоторые типы ЖК схожи с биологическими мембранами и по своему составу на молекулярном уровне. Например, холестерические жидкие кристаллы, названные так поскольку наиболее распространённым кристаллом этого класса, является холестерин.

Жидкий кристалл – это такое агрегатное состояние, во время которого вещество одновременно обладает как свойствами жидкостей, так и свойствами кристаллов. То есть ЖК обладают текучестью, и вместе с тем им присуща анизотропия – различие свойств среды в зависимости от направления внутри неё (например, показатель преломления света, скорость звука или теплопроводность).

История открытия ЖК

В 1888-м году австрийский ботаник Фридрих Рейнитцер (Фридрих Рихард Корнелиус Рейнитцер,1857—1927) обнаружил, что у некоторых типов кристаллов может быть две точки плавления, что позволило ему предположить наличие двух различных жидких состояний, в одном из которых вещество прозрачное, а в другом – мутное.

Озадаченный этим странным явлением, Рейнитцер отправил свои препараты холестерилбензоата немецкому кристаллографу Отто Леманну с просьбой помочь понять суть открытия. Исследовав их с помощью поляризационного микроскопа, Леманн обнаружил, что мутная фаза, наблюдаемая Рейнитцером, является анизотропной. Поскольку свойства анизотропии присущи твёрдому кристаллу, а вещество в мутной фазе было жидким, Леманн назвал его жидким кристаллом.

И хотя в 1904-м году Отто Леманн предоставил достаточно научных доказательств в пользу возможности существования жидких кристаллов, ещё долгие годы научное сообщество не признавало жидкие кристаллы как отдельное состояние вещества, потому что их существование разрушало аксиому о трёх возможных состояниях вещества: твёрдом, жидком и газообразном. Открытию просто не нашлось применения.

Между тем, это состояние является термодинамически стабильным фазовым состоянием и по праву наряду с твёрдым, жидким и газообразным, может рассматриваться как четвёртое состояние вещества.

Лишь полвека спустя, в 1963-м году американским изобретателем Джеймсом Фергюсоном было найдено применение одному из свойств жидких кристаллов – изменение цвета в зависимости от температуры. Фергюсон получил патент на изобретение, которое позволяло обнаруживать невидимые для глаз тепловые поля. С этого момента популярность жидких кристаллов начала расти.

В 1973 году фирма Sharp выпустила первый ЖК-калькулятор c дисплеем на основе DSM-LCD. Жидкокристаллические дисплеи стали применяться в электронных часах, калькуляторах, измерительных приборах.

Сегодня самое популярное применение ЖК – жидкокристаллические дисплеи. Часто их называют LCD-дисплеи, что есть сокращение английского термина «liquid crystal display». В век гаджетов они присутствуют практически в любом электронном устройстве: телевизоры, мониторы компьютеров, электронные книги, планшеты, телефоны и др.

Но давайте вернёмся к главной теме нашего повествования – биологической мембране.

Сегодня не принято называть мембрану жидкокристаллической, но вполне допускается, что она может находиться в одном из двух состояний: