Введение к работе
Актуальность исследования транспорта воды через мембраны вызвана еще и тем обстоятельством, что холодовое поврездение клеток, а также повреждение клеток при их замораживании, тесно связаны с транспортом воды через биологические мембраны. Поток воды через мембраны сопряжен с транспортом ионов, что делает проблему изучения транспорта воды весьма актуальной для решения задач электрофизиологии. Часто пути, по которым проходят ионы и вода через мембраны, не совпадают, и задача выяснения механизма взаимодействия этих потоков на биологических мембранах является весьма сложной. По этой причине целесообразно детально исследовать транспорт воды через модельные мембраны и каналы, структура которых хорошо изучена.
Цель работы. Диссертационная работа посвящена теоретическому исследованию электростатических эффектов при транспорте воды через модельные бислойные липидные мембраны. При этом необходимо было решить следующие основные задачи:
-
Рассчитать электростатический эффект при переносе молекулы воды из глубины водной фазы в глубину мембранной фазы.
-
Вычислить потенциал и энергию дипольной молекулы на границе раздела яидкий диэлектрик - раствор электролита.
-
Вычислить потенциал и энергию дипольной молекулы в мембране, которая находится в растворе электролита.
-
Рассчитать потенциал и электростатическую энергию иона и молекулы воды в цилиндрическом канале.
-
Применить полученные теоретические расчеты для анализа транспорта воды через модельные мембраны.
Научная новизна работы. В работе впервые показано, что вход молекул воды в мембранную фазу контролируется электростатическим
эффектом. Теоретически показано, что вода в мембранной фазе в основном концентрируется у границы раздела на глубине 4 А. В работе впервые рассчитаны энергетические профили дипольной молекулы: І) у границы раздела жидкий диэлектрик - раствор электролита, 2) в мембране, 3) в цилиндрическом канале. Теоретически показано, что энергетический профиль молекулы воды в мембране имеет трапециодальный вид. Радиальные профили иона и молекулы воды в цилиндрическом канале имеют вид вогнутой кривой, которая вблизи оси канала имеет вид параболы.
В работе подробно обсувдаются липидные и канальные пути прохождения воды через мембраны, проведена оценка доли площади мембраны, занятой каналами, при котором весь поток воды проходит по каналам.
Практическое значение работы. Полученные в работе результаты могут быть применены для анализа и выяснения механизма проникновения воды через биологические мембраны. Данное исследование полезно также для оценки вклада сил изображения при гидротации на границе раздела гидрофобной поверхности и воды. Полученные в работе выражения для потенциала и энергии взаимодействия дипольной молекулы (иона) в цилиндрическом канале могут быть применены для более точного учета взаимодействия диполь - мембрана (ион - мембрана) в машинных расчетах. Результаты работы могут быть полезны также для анализа механизмов криоповрекдений клеток и выбора оптимальных условий замораживания.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на Ш Советско-Швейцарском симпозиуме по биологическим мембранам (Ташкент, 1983 г.); на рабочем совещании по биоэлектрохимии мембран (Суздаль, 1985 г.); на П республиканской конференции, посвященной физико-химической биологии (Ереван, 1986 г.); на симпозиуме по гидротации биополимеров с участием стран - членов СЭВ и СФРЮ (Пущино, 1988 г.); на совместном семинаре Ереванского физического института и Института электрохимии АН СССР (Ереван, 1984 г.); на семинаре лаборатории биомембран Института экспериментальной биологии (г.Ереван); на семинаре кафедры молекулярной физики и биофизики ЕГУ; на биофизическом семинаре ЕрШ.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ.
Структура диссертационной работы. Диссертация состоит из
введения, четырех глав, выводов и списка датированной литературы. Текст диссертации изложен на 114 страницах машинописного текста, включая список литературы из 114 наименований, 20 рисунков и 3 таблицы.