Введение к работе
:туальность. В последнее время проблемы биофизики мембран вызы-іют значительный интерес в связи с той ролью, которую играют даолекулярные структуры в интеграции и регуляции клеточных икций. Для биологических мембран весьма характерной чертой яв-іется латеральная гетерогенность и поперечная асимметрия в расселении белков и липидов. Исследования последних лет показа-ї, что такая гетерогенность, обусловленная их взаимодействием, Ж9Т быть связана с различными процессами в клетке: эндо- и 8К-зцитозом, самосборкой вируса, синаптической передачей, некото-ши стадиями иммунного ответа. Таким образом, в настоящее время леется значительное количество экспериментальных данных, свиде-эльствущих в пользу активно идущих в мембране процессов атре-эции, кластеризации и т.п., обусловленных неравновесным харак-эром функционирования и взаимодействия встроенных в мембрану эмпонентов. Тем не менее, отсутствуют целенаправленные подхода, оторые выявляли бы конкретные молекулярные механизмы, обеспечи-апцие взаимодействия между удаленными друг от друга погруженны-и в липидный бислой ферментами, каналами, рецепторами. Это обу-ловлено как сложностью исследуемого объекта, так и отсутствием азвитнх теоретических моделей и подходов. В связи о этим акту-льной является задача теоретического и практического исследована внутримембранных взаимодействий с использованием модельной истемы.
;ель настоящей работы. Целью настоящей работы явилось экспери-іентальное и теоретическое исследование проблемы взаимодействия І8ЖДУ функционирующими в бислойной липидной мембране ионными кагалами, разработка методов, с помощью которых можно было бы выя-дать эти взаимодействия, а также экспериментальная проверка воз-южных юс проявлений.
Еаучная новизна. На основе гидродинамического подхода проведен шэлиз поведения мембраны как тонкой пленки вязкой жидкости. По-сазано, что для параметров згой пленки, соответствущих таковым уія биологических и искусственных мембран, на пленке возможно зуществование возмущений - флуктуации толщины - волнового типа с сарактерными длинами волк и частотами для каждой из выявленных *эд колебаний.'
Впервые на основе рассмотренного подхода предложен кон-
кретный механизм внутримембранного взаимодействия грамицидиновь ионных каналов, состоящий в распространении ро липадному бисж волн деформаций, возникновение которых обусловлено процесса» открывания и закрывания каналов.
На основе предложенной модели проведено систематическс экспериментальное исследование, в результате которого обнарухеї внутримембранное белково-белковое взаимодействие между функцис нирущими в липидном бислое грамицидиновыми каналами и -показш наличие элементарных функционирующих единиц, соответствующих і проводимости двум и трем одиночным грамицидиновым каналам. Пол; чены свидетельства в пользу того, что возникновение таких єдині обусловлено агрегацией и кластеризацией функционирующих иони каналов.
С помощью анализа временных рядов флуктуации проводимое обнаруиена параметрическая нелинейная концентрационная завиа мость отношения дисперсии трансмембранного тока к его сред» величине, на основании чего был сделан вывод о том, что швед ниє системы грамицидиновых каналов является кооперативным. Пок; зано, что поведение отдельных ионных каналов является параметр: чески коррелированным, причем параметрами являются концентрац и трансмембранний потенциал,
Построена количественная вероятностная модель, учитываищ парные взаимодействия, описывающая такое поведение системы ио: ных каналов.
Практическое значение работы. Установление неизвестного ран биофизического механизма взаимодействия мембранных компонент создает основу для целенаправленного поиска путей управлен функцией такого взаимодействия. Полученные результаты и постр винне модели вносят вклад в понимание тонких молекулярных мех низмов внутримембранных белково-белковых взаимодействий , пряв дящих к латеральной гетерогенности, которая мокет быть обусло лена самыми разными процессами как на уровне клетки, так .и уровне клеточных популяций и тканей. Результаты могут использ ваться в биоэлектронике при разработке технологических метод ' конструирования мембранных систем на основе ионных каналов, медицинской биохимии и различных областях биотехнологии, в ле ционных курсах по биофизике.
Апробация работы. Основные результаты работа были долояены .6-м бее союзном 'биохимическом съезде (Киев, 1986)', 12-м Всесох
ном совещании по транспортным АТФазам (Иркутск, 1987), Всесоюзной конференции "Структурная динамика биологических мембран" (Минск, 1988), 4-м Международном Фрумкинском симпозиуме "Биоэлектрохимия мембран" (Суздаль, 1988), Международном симпозиуме "Молекулярная организация биологических структур" (Москва, 1989), Первой всеарабской конференции по медицинской биофизике (Каир.1991).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы (194 наименования). Работа изложена на 162 страницах, содержит 20 рисунков.