ВЛИЯНИЕ ГАДОЛИНИЯ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И УПРУГИЕ СВОЙСТВА ЛИПИДНЫХ МЕМБРАН

Юсипович А. И., Соколов В. С., Ермаков Ю. А. .
Институт электрохимии им. А. Н. Фрумкина РАН, 117071 Москва
Липидный бислой является важнейшим элементом клеточных мембран и вполне очевидно, что его состояние существенным образом должно влиять на функционирование мембранных белков. Структурные изменения в липидном бислое могут, в частности, служить естественным способом регулирования открытого и закрытого состояний механочувствительных каналов, открывающихся при натяжении мембраны. Основным регулирующим фактором при этом может служить адсорбция неорганических катионов, и особенно тех, которые имеют высокое сродство к фосфолипидам, в том числе Gd3+ и другие лантаниды. Такое предположение было высказано в результате исследований, которые ведутся в последние годы в лаборатории биоэлектрохимии ИЭЛ РАН. Дополнительное подтверждение этой гипотезы получено в данной работе измерениями электростатических и упругих свойств БЛМ в присутствии катионов гадолиния. Эффекты, обусловленные влиянием адсорбированных катионов гадолиния на структуру БЛМ, сформированных из фосфатидилсерина, были обнаружены нами в двух сериях опытов. В одной из них регистрировалось изменение емкости и пропорциональной ей площади мембраны при изменении формы липидного бислоя по действием перепада гидростатического давления. Эти опыты были проведены в фоновом электролите (10 мМ KCl) и в присутствии гадолиния с одной стороны БЛМ. Эффективное натяжение бислоя рассчитывалось с использованием формулы Лапласа. Показано, что присутствие гадолиния приводит к увеличению натяжения бислоя, которое составляет около 0,5*10-3 Н м-1 в фоновом электролите и возрастает почти в 10 раз при увеличении суммарного количества гадолиния в ячейке до величины, соответствующей его полной концентрации 7,5 мкМ. Во второй серии экспериментов регистрировалось изменение граничного потенциала на плоских БЛМ при введении гадолиния с одной стороны мембраны. В этих опытах изменения граничного потенциала могут существенно превышать величину поверхностного потенциала (известного по данным электрофоретических измерений в суспензии липосом), что позволяет сделать вывод об изменении дипольной компоненты граничного потенциала, а значит и структуры мембраны. Ранее было показано, что в опытах с гадолинием, обладающим чрезвычайно высоким сродством к фосфатидилсерину (К=5 104 М-1), его концентрация в объеме раствора может существенно уменьшаться из-за связывания катиона с поверхностью мембраны. Чтобы устранить этот эффект в опытах с плоскими БЛМ, введение гадолиния в ячейку осуществлялось непрерывной перфузией одного из отсеков ячейки раствором гадолиния заданной концентрации. Изменение дипольной компоненты граничного потенциала, а, следовательно, и влияние гадолиния на структуру липидного бислоя было обнаружено уже при его концентрации 10-8 М гадолиния в объеме раствора.