Иcследование влияния одновалентных ионов на фазовое состояние модельных фосфолипидных мембран методом дифференциальной сканирующей калориметрии Харьковский национальный университет им. В.Н. Каразина Кафедра биологической и медицинской физики Ермак Юлия Леонидовна Научный руководитель: кандидат физ.-мат. наук Ващенко Ольга Валериевна ИСМА НТК «Институт монокристаллов» НАНУ

Актуальность: важная роль ионов для функционирования нативных биомембран; сравнительно мало изученные механизмы липид- ионного взаимодействия. Задачи: проведение исследований влияния гомологического ряда одновалентных ионов металлов, а также ряда биологически важных анионов на модельные мембраны. Цель: выявление сравнительного воздействия ионов и закономерностей их влияния на параметры модельной липидной мембраны. Актуальность: важная роль ионов для функционирования нативных биомембран; сравнительно мало изученные механизмы липид- ионного взаимодействия. Задачи: проведение исследований влияния гомологического ряда одновалентных ионов металлов, а также ряда биологически важных анионов на модельные мембраны. Цель: выявление сравнительного воздействия ионов и закономерностей их влияния на параметры модельной липидной мембраны.

Молекулярная конформация димиристоилфосфатидилхолина в кристаллической ламеллярной фазе (условные обозначения атомов: С – белый, Н – черный, О – серый, N – косая штриховка, Р – сетка)

Фазовые переходы гель – жидкий кристалл в гидратированных фосфатидилхолинах и соответствие между термотропными и лиотропными мезофазами. TpTp TmTm CpCp

Параметры фазовых переходов в образцах модельных мембран из гидратированного ДМФХ с добавлением солей щелочных металлов (ДМФХ:соль 3:1). ДМФХ+ … T p (нагр), o C Δ H p (нагр), кДж/кг T m (нагр), о С Δ H m (нагр), кДж/кг T m (охл), о С Δ H m (охл), кДж/кг Гистерезис о С a wt, о С a mоl, о С без добавок13,71,224,019,223,718,50,3149±21 DMPC:LiCl15,61,824,619,424,2220,4117±1428,61,8 DMPC:NaCl14,71,524,212,523,9 14,40,3 202±326,90,6 DMPC:KCl 12,41,723,916,423,5 18,20,4 112±13-2,7-0,3 DMPC:RbCl11,21,323,717,823,319,90,4125±16-5,1-0,9

Термограммы гидратированного ДМФХ : ион 3:1

Корреляция между температурами фазовых переходов гидратированного ДМФХ и кристаллическим радиусом катионов

Корреляция между сдвигом температур фазовых переходов гидратированного ДМФХ и значением энергии гидратации вводимых катионов

ДСК-термограммы водных дисперсий ДМФХ с добавлением различных солей натрия: 1 – чистый ДМФХ, 2 – ДМФХ:NaCl 3:1, 3 – ДМФХ:NaNO 2 3:1, 4 - ДМФХ:NaNO 3 3:1.

Корреляция между сдвигом температур фазовых переходов гидратированного ДМФХ и значением энергии гидратации вводимых катионов Cs+

Корреляция между температурами фазовых переходов гидратированного ДМФХ и кристаллическим радиусом анионов, - значения Т m в режиме нагрева, – значения Т m в режиме охлаждения, – значения Т р.

Корреляция между сдвигом температур фазовых переходов гидратированного ДМФХ и значением энергии гидратации вводимых катионов:, – изменение Т р,, – изменение Т m (в режиме нагрева), красные маркеры - значения Е г для анионов, чёрные маркеры - для катионов

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 1. Для ряда исследованных ионов (катионы Li +, Na +, K +, Rb +, Cs +, анионы Cl -, Br -, J -, NO 3 -, NO 2 - ) при молярном соотношении липид:ион 3:1 установлено систематическое изменение температур основного фазового перехода и предперехода модельной мембраны, в большей степени выраженное для предперехода. 2. Установлено, что влияние катионов в условиях эксперимента знакопеременно: в присутствии Li + и Na + оно положительно, тогда как в пристутсвии K +, Rb + и Cs + отрицательно. По мере увеличения атомного радиуса катиона r происходит линейное снижение температур переходов (от Li + к Rb + ), которое прерывается для Cs +. Сделано предположение, что благодаря своему радиусу, сравнимому с периодом фосфолипидных головок в бислое, Cs + может взаимодействовать с гидратными оболочками двух соседних головок. 3. Указанные изменения хорошо коррелируют с литературными данными по энергиям гидратации Е г исследуемых ионов, что позволяет интерпретировать полученные результаты в терминах изменения структуры гидратной оболочки бислоя. Анализ современных работ по этому вопросу подтверждает правомерность такой интерпретации. 4. Зависимости сдвига температур переходов от энергии гидратации для рядов катионов и анионов качественно согласуются друг с другом; более того, в случае основного перехода наклон этих зависимостей для обоих типов ионов одинаков.

Спасибо за внимание