ИСТИНА

Электрическое поле на границах липидных мембран, граничный потенциал, имеет различную физическую природу в полярной области мембран и в водной среде вблизи ее поверхности. Ионы окружающей среды участвуют в экранировании поверхностного заряда и меняют его плотность, тем самым создавая падение потенциала в диффузной части двойного электрического слоя. Эти явления с достаточной точностью описываются в рамках теории Гуи-Чепмена, дополненной изотермой адсорбции Ленгмюра (модель ГЧШ). Однако взаимодействие ионов с поверхностью мембран не ограничивается их влиянием на поверхностный заряд и потенциал. Наши исследования показали, что адсорбция катионов металлов существенным образом отражается на падении потенциала в полярной области мембраны. Этот потенциал зависит от ориентации дипольных моментов фосфолипидов и ассоциированных с ними молекул воды, а также от положения плоскости адсорбции ионов и молекул, частично погруженных в полярную область. Поскольку эта дипольная компонента граничного потенциала определяется электрической структурой границ раздела липид/вода, она представляет особый интерес для изучения структурных факторов при взаимодействии биомембран с неорганическими ионами и амфифильными молекулами. В данном сообщении приведены результаты, полученные на липидных моделях клеточных мембран при адсорбции на их поверхности неорганических катионов, ионизованных молекул хлорпромазина, лизина и полипептидов разной молекулярной массы на его основе. Совместное использование электрокинетических измерений, регистрация граничных потенциалов плоских БЛМ методом компенсации внутримембранного поля (КВП), а также техники липидных монослоев Ленгмюра, позволяет выделить поверхностную и дипольную компоненты граничного потенциала. Электрокинетические измерения в суспензии липосом в присутствии лизина и препаратов хлорпромазина количественно согласуются с моделью ГЧШ. Установлена прямая связь механохимических характеристик монослоя с заряжением его поверхности при встраивании в него молекул амфифильных молекул хлорпромазина. Вычислительные эксперименты на липидных моделях методами молекулярной динамики выявили реструктуризацию системы водородных связей молекулами лизина, которая объясняет двухфазную кинетику изменений граничного потенциала БЛМ при адсорбции полилизинов, измеренную методом КВП. Предложена количественная модель для описания соответствующих электрокинетических данных [1]. Молекулярный механизм изменений Вольта-потенциала при фазовом переходе, который наблюдается при латеральном сжатии монослоя DMPS, установлен при анализе молекулярных моделей, которые верифицированы измерениями рассеяния рентгеновского излучения. Экспериментально доказано, что адсорбция даже одновалентных катионов приводит к изменению дипольной компоненты этого потенциала. Однако наибольшие его изменения, до 150 мВ, инициируются многовалентными металлами с высокой афинностью к фосфолипидам (гадолиний Gd3+), бериллий, Be2+) при их связывании с поверхностью мембран, когда в их составе присутствуют молекулы фосфатидилсерина (PS). Этот факт подтверждается измерением Вольта потенциала липидного монослоя DMPS и согласуется с калориметрическими измерениями, что указывает на структурные изменения в липидном бислое и монослое, аналогичные фазовому переходу из жидкоупорядоченного в конденсированное состояние. Опыты с белком механочувствительных каналов E.Coli, встроенным в липидный бислой, обнаруживают блокирование этих каналов катионами Gd3+ только в том случае, когда в бислое присутствуют молекулы PS [2]. Это означает, что конденсация этого липида в окружении белка препятствует его конформационным изменениям в ответ на изменение натяжения мембраны. Электростатические эффекты в суспензии липосом, инициированные присутствием катионов Be2+, проявляются и в суспензии синтетических микросфер, покрытых этим липидом, а также в присутствии эритроцитов. При этом существенно подавляется процесс узнавания этих объектов макрофагами. По всей видимости, адсорбция катионов бериллия маскирует процесс узнавания молекул PS, необходимый для нормального фагоцитоза на начальных этапах апоптоза [3]. Работа поддержана грантом РФФИ №19-04-00242а 1. Молотковский Р.Ю. и др. Полипептиды на поверхности липидных мембран — теоретический анализ электрокинетических данных. Коллоидный журнал. // 2019. Т. 81. С.190. 2. Ermakov Y.A., et al. Gadolinium ions block mechanosensitive channels by altering the packing and lateral pressure of anionic lipids.// Biophys J. 2010. Vol. 98. P. 1018. 3. Ermakov Yu. et al. High-affinity Interactions of Beryllium (2+) with Phosphatidylserine Result in a Cross-linking Effect Reducing Surface Recognition of the Lipid.// Biochemistry. 2017. Vol.56. P 5457.