Содержание к диссертации
Список используемых сокращений 4
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7
1.1. Липидная компонента биологических мембран 7
Структура и свойства липидной компоненты биологических мембран 7
Фосфатидилсерин и фосфатидилхолин 7
-
Адсорбция на мембранах катионов с высоким сродством к фосфолипидам. 9
-
Распределение потенциала на границах мембраны 12
1.4. Дипольная компонента граничного потенциала 15
Связь со структурой мембран 15
Приближенные теоретические оценки 16
Экспериментальные методы измерения 17
1.5. Поверхностный потенциал мембран. Модель Гуи-Чепмена-Штерна 19
-
Взаимодействие гадолиния с липидными мембранами. Эффект обеднения раствора 24
-
Изменение структуры мембран при адсорбции неорганических катионов. Фазовый переход и конденсация в липидном бислое 30
-
Механические свойства мембран при адсорбции катионов гадолиния 34
-
Каналообразующии антибиотик грамицидин А. Связь активности канала со свойствами липидного бислоя 36
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 41
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 43
-
Измерение электрофоретической подвижности липосом 43
-
Метод КВП и измерение упругости поперечного сжатия мембран 45
Измерение граничного потенциала. Метод КВП 45
Измерения упругости поперечного сжатия мембран 50
-
Перфузия растворов 51
-
Измерение натяжения мембран 53
-
Проводимость грамицидиновых каналов в присутствии гадолиния 54
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ 57
3.1. Граничный потенциал мембран. Применение перфузии 57
Поверхностный и граничный потенциал мембран при дискретных добавках GdCb.
Влияние концентрации GdCh на кинетику изменения граничного потенциала.
Оценка обратимости наблюдаемых эффектов 60
Сравнение поверхностных и граничных потенциалов при адсорбции гадолиния. 62
3.2. Изменение механических свойств БЛМ 65
Оценка упругости поперечного сжатия мембран 65
Натяжение мембран из фосфатидилсерина и фосфатидилхолина 69
Вклад монослоев в натяжение липидного бислоя 75
3.3. Измерение проводимости грамицидиновых каналов в присутствии ионов
гадолиния 76
Проводимость мембран, модифицированных грамицидином А 76
Оценка проводимости одиночных грамицидиновых каналов 77
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ 83
4.1. Изменение электрического поля в мембране и ее окрестностях 83
Взаимодействие катионов гадолиния с компонентами раствора 83
Кинетика изменения граничного потенциала до и после точки нулевого заряда
мембраны 85
Дипольный потенциал как индикатор структурных изменений на мембране из
фосфатидилсерина 88
4.2. Механические свойства мембран в присутствие гадолиния 94
Упругость поперечного сжатия мембран из PS при введении GdCb 94
Изменение натяжения как индикатор структурных изменений на мембране из
фосфатидилсерина 95
4.3. Влияние катионов гадолиния на фазовое состояние липидов в бислое. ...97
Сопоставление граничного потенциала и натяжения мембран из
фосфатидилсерина в присутствии катионов гадолиния 97
Вклад монослоев в изменение свойств бислойной мембраны 101
Возможный механизм действия катионов гадолиния на проводимость
грамицидиновых каналов 102
Изменение конформации молекул фосфолипидов при адсорбции катионов
гадолиния 108
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 113
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ 118
Благодарности 120
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 121
Список используемых сокращений
СО-группа- карбоксильная группа молекулы фосфатидилсерина;
Gd3+ - катион гадолиния;
GdCb - трихлорид гадолиния;
PS - фосфатидилсерин;
PC - фосфатидилхолин;
фь - граничный потенциал;
q>d - дипольный потенциал
cps - поверхностный потенциал;
0 - доля занятых центров связывания;
БЛМ - бислойная липидная мембрана;
Гр А - грамицидин А;
ГЧШ - теория Гуи-Чепмена-Штерна;
КВП - метод компенсации внутримембранного поля;
ТНЗ - точка нулевого заряда;
Введение к работе
Взаимодействие неорганических катионов с биологическими мембранами оказывает огромное влияние на жизнедеятельность клетки. При помощи неорганических катионов формируется мембранный потенциал, происходит накопление энергии, необходимые для жизнедеятельности клетки, многие неорганические катионы принимают участие в регулировании активности клеточных ферментов и т. д. Влияние катионов на работу протеинов, интегрированных в мембрану, с некоторой степенью условности можно разделить на взаимодействие непосредственно с белками и опосредованное взаимодействие, через липидное окружение. Эта работа направлена именно на изучение изменений в липидном бислое, способных влиять на эффективность работы белков. При этом в последние годы становится очевидным, что влияние неорганических ионов на липидные мембраны не исчерпывается только эффектами заряжения поверхности. Некоторые из этих ионов могут принимать прямое участие в изменении структуры липидной части клеточных мембран, которое оказывается существенным фактором для функционирования мембранных протеинов.
Использование плоских бислойных липидных мембран (БЛМ) с известным составом дает хорошие возможности для качественной и количественной оценки влияния различных неорганических катионов на липидные мембраны.
Наиболее интересными в этом отношении являются ионы лантанидов, имеющие высокое сродство к фосфолипидам и известные как блокаторы механочувствительных каналов. Последние играют важнейшую роль в осмотической устойчивости клеток и в поддержании тонуса сосудистой стенки кровеносных сосудов. Блокирование этих каналов неорганическими ионами имеет общие черты для каналов самых разных клеток и, по-видимому, опосредованно изменениями в их липидном окружении. Однако участие в этом процессе липидного бислоя, его связь с составом мембран и адсорбцией ионов требуют существенного уточнения.
