6. Структура и динамика

Изучение обновления молекулярных компонентов мембран с использованием меченных изотопами предшественников показало, что мембраны не являются статичными структурами, а находятся в динамическом состоянии. Молекулы, из которых построены мембраны, непрерывно и быстро (хотя и с различными скоростями) обмениваются на соответствующие молекулы из окружающей среды. Кроме того, в уже готовые мембранные структуры включаются новые специфические молекулярные компоненты. Все эти процессы, непрерывно протекающие в мембранах, не изменяют основных структурных характеристик мембраны, и хотя структурные исследования выявляют лишь некую усредненную картину динамического состояния мембраны, картина эта отражает основные черты мембранных структур, которые, в сущности, и определяют механизмы функционирования мембран.

Поскольку накопленные данные получены с помощью самых разнообразных методов исследования, степень усреднения (в пространстве и во времени) варьирует в широких пределах. Так, химический анализ, для которого требуются большие количества мембранного материала, дает грубое пространственное усреднение. Некоторые же спектральные методы позволяют получить информацию о физическом состоянии того или иного отдельного молекулярного компонента мембраны с временным разрешением порядка наносекунд. Это необходимо всегда учитывать, суммируя результаты различных экспериментальных исследований.

Все клеточные мембраны содержат гидратированные липопротеидные структуры, которые на электронных микрофотографиях дают трехслойные изображения. Различаясь в деталях этих изображений, а также по химическому составу, мембраны имеют, однако, так много общих черт, что есть все основания говорить о сходстве молекулярной организации различных мембранных структур.

Для изучения мембранной воды использовались разнообразные экспериментальные подходы. Калориметрическим методом и методом ядерного магнитного резонанса была выявлена в мембранах "связанная" вода, а рентгеноструктурный анализ позволил установить, при каком содержании воды в мембране сохраняется целостность ее липопротеидной структуры. В результате было найдено, что вода составляет примерно 30% сухого веса мембраны. Следует, однако, иметь в виду, что еще некоторое количество воды удерживается относительно слабыми связями в непосредственной близости от поверхности мембраны.