ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЛИПИДНОГО ОБМЕНА МЕЖДУ ДВУМЯ СЛИВАЮЩИМИСЯ МЕМБРАНАМИ

Кузьмин П. И., Коэн Ф., Куменко Д. А., Циммерберг Дж., Черномордик Л. В., Чизмаджев Ю. А.
Институт электрохимии им. А. Н. Фрумкина, Москва; *Department of Molecular Biophysics and Physiology, Rush Medical College, Chicago, USA; ** Laboratory of Cellular and Molecular Biophysics, National Institutes of Child Health and Human Development, Nation
При слиянии двух липидных или биологических мембран происходит их объединение, приводящее к перемешиванию образующих их компонентов (например, липидных и белковых молекул). Обычно этот процесс описывается как чисто диффузионный. Однако, если первоначально мембраны находились под различными натяжениями, обмен материалом между ними будет происходить в основном за счет конвекции. В настоящей работе методами гидродинамики вязкой жидкости получено выражение для стационарного конвективного потока липида сквозь пору слияния [Chizmadzhev et al., 1999]. Пора слияния моделировалась как часть тора, соединяющего две плоские мембраны. Монослои, образующие мембрану, рассматривались независимо как две вязкие среды с одинаковой вязкостью, hs. Взаимодействие монослоев при относительном проскальзывании описывалось коэффициентом межмонослойной вязкости, hr. Значения вязкостей hs и hк, использованные в расчетах были взяты из литературы. Кроме того, для определения межмонослойной вязкости была разработана гидродинамическая теория, позволяющая описать динамику сталка и липидные потоки при полуслиянии БЛМ. На основе имеющихся в литературе экспериментальных данных по скорости роста сталка была определена величина hr для мембран, сформированных из азолектина с примесью лизофосфатидилхолина в н-декане, hr ~ 10-9 г/с. Для мембран, сформированных в сквалене, получены значения hr ~ 10-7 г/с для фосфатидилэтаноламина и hr ~ 2Ч10-7 г/с для азолектина [Куменко и др., 1999]. С учетом уравнения непрерывности и исходя из закона сохранения энергии, согласно которому работа, совершаемая над системой перепадом натяжений, Ds, расходуется в виде диссипации энергии в мембране за счет вязкого трения, были получены выражения для скорости липида, u, на кромке поры и потока площади липида, F. Выражения для u и F зависят от Ds, hs, hr и геометрических параметров тороидальной поры, однако, общие выводы теории сохраняются и для произвольной поры слияния, имеющей форму горлышка песочных часов. Согласно теоретическим расчетам скорость липида нелинейно растет с радиусом поры, rp, выходя на насыщение при больших rp. В результате такого насыщения скорости поток площади растет линейно с радиусом при больших радиусах поры. Рассчитанные значения для потока находятся в согласии с экспериментальными данными как для маленьких, так и для больших пор. Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 96-04-50779 и № 96-15-97972.