CC BY
2МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ
ОБ АДСОРБЦИИ ПОЛИ^-ЛИЗИНОВ НА ЛЕНГМЮРОВСКИХ МОНОСЛОЯХ ФОСФОЛИПИДА DMPS В ОБЛАСТИ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДА СЖАТИЯ
Волков Ю.О.1, Нуждин А.Д.1, Тихонов А.М.2, Рощин Б.С.1, Макринский К.И.3,
Ермаков Ю.А.3, Асадчиков В.Е.1
ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, Россия, 119333 Москва, Ленинский пр., 59 2Институт физических проблем РАН, Россия, 119334 Москва, ул. Косыгина, 2 3Институт физической химии и электрохимии РАН, Россия, 119071 Москва, Ленинский пр., 31 корп.4
e-mail: [email protected]
Ленгмюровские монослои фосфолипидов на поверхности воды широко используются для моделирования свойств биологических мембран. Одним из фундаментальных вопросов при этом является изучение взаимодействий мембраны с заряженными макромолекулами — полипептидами [1]. При этом ключевым фактором, влияющим на динамику поверхностных процессов в липидном слое, является фазовое состояние липида [2].
В настоящей работе было изучено поведение монослоя димиристойл-фосфатидилсерина C34H65NO10PNa на поверхности буферного раствора KCl в деионизованной воде (10 мМоль, pH = 7) в области фазового перехода «расширенная жидкость» (LE) - «двумерный жидкий кристалл» (LC) при адсорбции на нём молекул поли-О-лизина [H12C6N2O]nxHBr с различным числом молекулярных субъединиц (n = 5, 12, 200) из объёма буфера. Концентрация полилизина в растворе (>100 цМоль) выбиралась из расчёта максимально возможного покрытия границы монослой-подложка. Диаграммы сжатия и Вольта-потенциала были измерены в интервале значений площади на молекулу липида 100-40 Á2. Структура липидного слоя в направлении, нормальном к поверхности, была рассчитана по экспериментальным данным рентгеновской рефлектоме-трии, измеренным на станции ID31 синхротрона ESRF (X = 0.174±0.001 Á), а также сопоставлена с ранее опубликованными результатами расчётов по методу молекулярной динамики [3].
На полученных кривых Вольта-потенциала присутствует характерный излом, указывающий на фазовый переход сжатия; при адсорбции макромолекул значение поверхностной энергии, определяющей положение критической точки LE-LC перехода, возрастает в ~ 1.8 раз, что соответствует частичной электростатической нейтрализации границы раздела. Аппроксимация кривых Вольта-потенциала упрощённой эмпирической моделью [4] указывает на понижение модуля сжатия Kp и, соответственно, повышения жёсткости монослоя в результате адсорбции. Также изменение угла наклона диаграмм сжатия в присутствии полили-зинов указывает на дополнительное перераспределение поверхностного заряда на границе раздела, пред-положи-тельно связанное с дегидратацией липидного монослоя.
Профили электронной концентрации в монослое по глубине, рассчитанные по данным рефлектометрии, и соответствующие им структурные модели хорошо согласуются с расчётами молекулярной динамики из [3]. Показано, что в результате адсорбции интегральная электронная плотность полярных групп липида снижается почти вдвое в LE фазе (A ~ 70 Á2), но слабо изменяется в LC-фазе (A ~ 40 Á2). Оценка степени гидратации полярных групп показывает, что в LE-фазе удельное число молекул воды на молекулу липида при адсорбции полилизина падает с ~ 18 до 3-4, что согласуется с предположением о дегидратации монослоя по диаграммам сжатия. Наблюдаемый эффект имеет фундаментальное значения для физико-химической характеризации фосфолипидных монослоёв в присутствии адсорбированных макромолекул.
[1] T. Ikeda, S. Tazuke, B. Watanabe. Interaction of biologically active molecules with phospholipid membranes I. Fluorescence depolarisation studies on the effect of polymeric biocide bearing biguanin groups in the main chain. Biochem. Biophys. Acta 735, 380-
386 (1983). [2] T. Rink, H. Bartel, G. Jung, W. Bannwarth, G. Boheim. Effects of polycations on ion channels formed by neutral and negatively charged alamethicins. Eur. Biophys. J. 23, 155-165 (1994). [3] Yu.A. Ermakov, VE. Asadchikov, B.S. Roschin, Yu.O. Volkov, D.A. Khomich, A.M. Nesterenko, A.M. Tikhonov. Comprehensive study of the Liquid Expanded-Liquid Condensed phase transition in
1,2-Dimyristoyl-sn-glycero-3-phospho L serine monolayers: surface pressure, Volta potential, X ray reflectivity, and molecular dynamics modeling. Langmuir 35, 12326-12338 (2019). [4] Ю.А. Ермаков. Граничный потенциал и энергия сжатия липидных монослоёв в жидкокристаллическом состоянии. Биологические мембраны: Журнал мембранной и клеточной биологии, 38(2), 109-122 (2021).
