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.