Влияние адсорбции гадолиния на электростатические и механические свойства липидных мембран и проводимость каналов грамицидина А

• Автор: Юсипович, Александр Иванович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 133 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ .

1.1. Липидная компонента биологических мембран

Структура и свойства липидной компоненты биологических мембран.

Фосфатидилсерин и фосфатидилхолин

1.2. Адсорбция на мембранах катионов с высоким сродством к ФОСФОЛИПИДАМ

1.3. Распределение потенциала на границах мембраны.

1.4. ДИПОЛЬНАЯ КОМПОНЕНТА ГРАНИЧНОГО ПОТЕНЦИАЛА

Связь со структурой мембран.

Приближенные теоретические оценки.

Экспериментальные методы измерения

1.5. Поверхностный потенциал мембран. Модель ГуиЧепменаШтерна
1.6. Взаимодействие гадолиния с липидными мембранами. Эффект обеднения раствора.
1.7. Изменение структуры мембран при адсорбции неорганических катионов. Фазовый переход и конденсация в липидном бислое
1.8. Механические свойства мембран при адсорбции катионов гадолиния
1.9. Каналообразующий антибиотик грамицидин А. Связь активности канала со свойствами липидного бислоя.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.
ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.
2.1. Измерение электрофоретической подвижности липосом.
2.2. Метод КВП и измерение упругости поперечного сжатия мембран
Измерение граничного потенциала. Метод КВГ.
Измерения упругости поперечного сжатия мембран
2.3. Перфузия растворов.
2.4. Измерение натяжения мембран
2.5. Проводимость грамицидиновых каналов в присутствии гадолиния
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ
3.1. Граничный потенциал мембран. Применение перфузии.
Поверхностный и граничный потенциал мембран при дискретных добавках СсСз.
Влияние концентрации С1з на кинетику изменения граничного потенциала.
Оценка обратимости наблюдаемых эффектов.
Сравнение поверхностных и граничных потенциалов при адсорбции гадолиния.
3.2. Изменение механических свойств БЛМ.
Оценка упругости поперечного сжатия мембран.
Натяжение мембран из фосфатидилсерина и фосфатидилхолина
Вклад монослоев в натяжение липидного бислоя
3.3. Измерение проводимости грамицидиновых каналов в присутствии ионов гадолиния.
Проводимость мембран, модифицированных грамицидином А.
Оценка проводимости одиночных грамицидиновых каналов
ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ
4.1. Изменение электрического поля в мембране и ее окрестностях.
Взаимодействие катионов гадолиния с компонентами раствора.
Кинетика изменения граничного потенциала до и после точки нулевого заряда мембраны
Дипольный потенциал как индикатор структурных изменений на мембране из фосфатиди л серина.
4.2. Механические свойства мембран в присутствие гадолиния
Упругость поперечного сжатия мембран из РБ при введении бсСз.
Изменение натяжения как индикатор структурных изменений на мембране из фосфатиди л сери на
4.3. Влияние катионов гадолиния на фазовое состояние липидов в бислое. . Сопоставление граничного потенциала и натяжения мембран из
фосфатидилсерина в присутствии катионов гадолиния
Вклад монослоев в изменение свойств бислойной мембраны
Возможный механизм действия катионов гадолиния на проводимость
грамицидиновых канатов
Изменение конформации молекул фосфолипидов при адсорбции катионов гадолиния.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ.
Благодарности.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Однако участие в этом процессе липидного бислоя, его связь с составом мембран и адсорбцией ионов требуют существенного уточнения. Глава 1. Бее биологические мембраны сходны по своей структуре и представляют собой комплекс из липидного бислоя и белков, растворенных в липидах. Липидный бислой основная структура мембраны, его толщина составляет величину порядка 5 нм Алберте и др. Основным липидным компонентом мембраны являются фосфолипиды, имеющие полярную головку и две гидрофобных углеводородных цепи хвоста. Длина хвостов варьирует от до атомов углерода в цепи. При этом наиболее распространенными фосфолипидами являются фосфатидилхолин, сфингомиелин, фосфатидилсерин и фосфатиднлэтаноламин Алберте и др. Молекула фосфатидилсерина несет отрицательный заряд см. Биологические мембраны обычно асимметричны, наружный монослой состоит в основном из незаряженных липидов, а во внутреннем отмечено большое количество заряженных липидов, в частности фосфатидилсерина Алберте и др. В литературе имеется большое количество сведений о таких фосфолипидах, как фосфатидилсерин Р и фосфатидилхолин РС. В нормальных условиях около 7,0 полярная головка фосфохолина РС содержит две противоположно заряженные группы фосфатную и аммониевую и молекула в целом является нейтральной, т. Рис. Структурная формула молекул фосфатиднлхолина а и фосфатидилсернна б. Полярная головка фосфосерина РБ содержит три ионизируемых группы, две из которых фосфатная и карбоксильная несут при тех же условиях отрицательные заряды, а аммониевая положительный, т. Важной характеристикой поверхностных групп является величина рК, равная такому значению , при котором половина групп данного типа находится в ионизованном состоянии. Имеющиеся в литературе сведения содержат значительный, на несколько единиц, разброс найденных в опыте значений рК Тосаппе, Теззе, для РБ и РС, вызванный возможно среди прочих причин и трудно контролируемыми примесями. К составляет , для фосфатной 0. К имеют сходные значения для и , для аминогруппы величина для и колеблется в районе 9. Было показано, что несмотря на то, что полярная головка содержит три ионизуемых группы, при расчете поверхностного заряда мембран в обычных экспериментальных условиях, при нейтральных , достаточно учитывать конкурентную адсорбцию протонов и катионов на единственной кислотной группе, карбоксильной Ермаков и др. Адсорбция на мембранах катионов с высоким сродством к фосфолипидам. Уже достаточно давно было показано, что изменение свойств липидной компоненты биологических мембран должно влиять на активность мембранных белков v, i, ii, . Подобные изменения могут возникать, в частности, при изменении температуры v, , Татулян и др. Ермаков и др. К таким катионам относятся бериллий v , алюминий . Лантаниды, также называемые редкоземельными элементами, группа из металлов обладающих сходными свойствами. Они располагаются в 3й группе и 6 периоде периодической таблицы Менделеева и характеризуются натичием 4 орбиталей, определяющими их химические свойства Ершов и др. Они обладают достаточно большим ионным радиусом 1, 1, , являются трехвалентными катионами, характеризуются способностью образовывать комплексные соединения с координационными числами 6 и малой реакционной способностью Координационная химия редкоземельных элементов . Было установлено, что при введении лантанидов в организм они довольно быстро накапливаются и плохо выводятся. Основным местом накопления лантанидов в оргенизме являются печень и кости. При проникновении лантанидов в печень наблюдается ее жировое перерождение. В клетках печени уменьшается количество гликогена и увеличивается содержание жиров и жирных кислот. Было показано, что лантаниды имеют высокое сродство к митохондриям, приводят к разрушению их мембран и появлению агрегатов из органелл. Интересно, что действие гадолиния, одного из металлов лантанидной группы, на митохондрии раковых клеток совершенно противоположно количество кальция в цитозоле уменьшается, а в митохондриях увеличивается, возможно, влияя на пролиферацию раковых клеток и затормаживая их развитие Верхова , Сорока В. Р., .