Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР. (Электрический пробой би-слойных липидных мембран. Электрическая проводимость мембран. Влияние детергентов на би-
слойные мембраны) 8
ГЛАВА П. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 29
ГЛАВА Ш. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ (I) 41
-
Роль площади БЛМ в электрическом пробое ... 41
-
Определение числа стадий электрического пробоя БЛМ 46
-
Функция распределения времен жизни БЛМ при электрическом пробое 49
-
"Краевой эффект" при электрическом пробое БЛМ. 53
3.5. "Краевой эффект" при проводимости БЛМ .... 55
ГЛАВА ІУ. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ (2) 62
-
Изменение устойчивости БЛМ во времени .... 62
-
Изменение поверхностного натяжения БЛМ в присутствии ДДС j/cc 65
-
Влияние ДДС sMbc на число стадий при электрическом пробое БЛМ 67
-
Энергия активации процессов электрического пробоя и проводимости БЛМ 72
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ОБСУЖДЕНИЕ 78
ВЫВОДЫ 89
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 91
Введение к работе
Неослабевающий интерес исследователей к мембранным структурам обусловлен широчайшим участием клеточных мембран практически во всех основных процессах жизнедеятельности клеток. Накопленные к настоящему времени научные сведения говорят о том, что биомембраны принимают участие в процессах преобразования и передачи информации и в процессах преобразования энергии. Мембраны участвуют в сложных двигательных процессах клетки и в процессах обмена с окружающей средой. Большая роль отводится биомембранам и в процессах регуляции биохимических реакций, обеспечивающих жизнедеятельность клеток / I /. Сложнейшие процессы секреции, конъюгации простейших, формирования мышечных волокон обусловлены таким явлением, как слияние клеточных мембран / 2 /. Такое разнообразие функций биомембран диктует и разносторонний интерес исследователей к этим структурам.
Обширное место в исследовании мембранных структур занимают исследования, проводимые на модельных системах - липосомах и пло' ских бислойных липидных мембранах. Такие модели дают возможность дифференциального изучения тех или иных свойств и функций мембран. Каждая из моделей имеет свои достоинства и недостатки,которые определяют их применимость в конкретных исследованиях.Так липосомы отлично зарекомендовали себя в исследованиях транспортных процессов и при изучении действия различных фармакологических веществ. Малый внутренний объем липосом,способствующий этим исследованиям,оборачивается отрицательным свойством при электрических исследованиях,для которых удобной моделью являются плоские бислойные липидные мембраны.Необходимость адекватности выбираемой модели приводит к необходимости исследования свойств самих моделей. Одним из направлений исследования этих свойств -4. - является изучение электрических параметров бислойных липидных мембран и их поведения в электрических полях. Важной проблемой в рамках этих исследований является проблема устойчивости мембран в электрическом поле. Интерес к этой проблеме тем более оправдан, что как известно, биологические мембраны в живых системах находятся в достаточно сильных электрических полях (1Сг В/см), и следовательно, исследования электрических свойств модели одновременно становятся и модельными исследованиями.
Наша работа посвящена исследованию некоторых аспектов электрического пробоя бислойных липидных мембран. Актуальность такого исследования определяется как вышеизложенным участием мембран в процессах жизнедеятельности клеток и необходимостью исследования свойств модели, так и фактом сотен публикаций, посвященных данной проблеме, указывающим на большой интерес к электрическому пробою мембран. Кроме того, метод электрического пробоя используется как удобный инструмент при капсулировании фармакологических препаратов, а в перспективе может найти применение в такой важной прикладной области, как гибридизация клеток. Таким образом, исследование электрического пробоя мембран имеет и практическое значение.
К настоящему времени накоплен большой экспериментальный материал по вопросу пробоя и создана теория электрического пробоя бислойных липидных мембран / 3-12 /. В отличие от предыдущих теорий, в которых устойчивость мембран являлась статическим параметром, характеризующим свойство пленки, в этой теории устойчивость рассматривается как некий процесс, развивающийся во времени и связанный с микроскопическими изменениями структуры мембраны. Тем самым, механизм, обеспечивающий устойчивость мембран, приобретает биологический смысл и может быть связан с регулятор- ными процессами и процессами фоновой проводимости мембран. Теория имеет завершенный вид, и основные ее положения подтверждены экспериментально, однако, некоторые аспекты теории нуждаются в экспериментальной проверке. Например, в теории электрического пробоя мембран, вероятность разрушения последних, априори, считается пропорциональной площади черной части мембраны, т.е. связывается с дефектами, расположенными на бислойном участке мембран. Возможность участия в разрушении мембран дефектов, локализованный по периметру реальных модельных пленок, теоретически не рассматривается и экспериментально не проверена. Или, например, предполагается многостадийность процесса электрического пробоя, вытекающая из экспериментальных данных о неэкспо-ненциальности функций распределения времен жизни мембран при высоких потенциалах пробоя. Однако, ни число стадий, ни их локализация экспериментально не проверены.
Именно экспериментальной проверке некоторых положений теории электрического пробоя посвящена наша работа, новизна которой определяется новизной самой теории, и ясно, что представляемые нами экспериментальные результаты также являются новыми.
Нами впервые показана роль дефектов, локализованных на границе перехода бислой-мениск в электрическом пробое мембран.Оценена концентрация этих дефектов. Нами показано также наличие краевого эффекта при проводимости бислойной липидной мембраны. Впервые экспериментально определено число сталий электрического пробоя и оценена энергия, связанная со стадией рождения дефектов. Впервые также показано, что дестабилизирующее действие детергентов на мембрану обусловлено облегчением стадии рождения дефекта и уменьшением времени перехода через диффузионный барьер. В работе применены оригинальные методические приемы.
В результате проделанной работы нами выносятся на защиту следующие основные положения:
I). При электрическом пробое бислойных липидных мембран решающая роль принадлежит дефектам, локализованным на бислой-ной части мембран. Однако, при достаточно малых размерах мембраны решающую роль начинают играть дефекты, локализованные на границе перехода бислой - мениск.
2). Процесс разрушения мембраны в электрическом поле имеет две стадии, причем первая стадия связана с рождением дефектов, и проявляется при тех потенциалах пробоя, при которых время перехода через диффузионный барьер становится соизмеримым со временем рождения дефекта.
3). Влияние детергентов сублитических концентраций на устойчивость бислойных липидных мембран связано как с понижением диффузионного барьера, так и с облегчением стадии рождения дефекта. Оба эффекта обусловлены уменьшением поверхностного натяжения мембраны.
4). В фоновой проводимости немодифицированных мембран участвуют те поры, развитие которых в электрическом поле приводит к разрушению мембран. Проводимость модифицированных детергентами бислойных липидных мембран обусловлена иными проводящими структурами.
Диссертационная работа выполнена в лаборатории радиационной биофизики Ереванского Физического Института ГКАЭ СССР.
Считаю своим приятным долгом выразить глубокую благодарность моим научным руководителям АБАКАНУ ЦОВАКУ МИНАСОВЙЧУ и АРАКЕЛЯНУ ВАЛЕРИЮ БЕЙБУДОВИЧУ за постоянное внимание и помощь в моей работе.
Сердечно благодарю МИКАЕЛЯНА ЛЕВОНА ГУРГЕНОВИЧА за всестороннюю помощь на всех стадиях работы, от эксперимента до написания работы.
Я глубоко признателен ЧЕРНОМОРДИКУ Л.В. и АБЙДОРУ И.Г. за обсуждение работы на разных ее этапах и за очень полезные советы.
