Модель диффузии липидов в цитоплазматических мембранах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Представлена аналитическая модель латеральной диффузии липидов в неоднородных нативных цитоплазматических мембранах. Методом Фурье-преобразования решено уравнение диффузии для функции распределения липидов по координатам в периодически-неоднородной мембране, в которой коэффициент диффузии описывается гармонической функцией от координат. Показано, что в мембране существует адвекция-диффузия. Модель объясняет наблюдавшиеся ранее экспериментально различные виды диффузии липидов появлением в мембране в результате структурных переходов периодически расположенных неподвижных белок-липидных доменов, связанных со спектрин-актин-анкириновой сетью. Если эти домены одинаковые, то в экспериментах можно наблюдать супер- и субдиффузию, когда среднеквадратичное смещение липидов нелинейно зависит от времени, а их среднее смещение равно нулю. Дрейфовый снос при адвекции меньше хаотического броуновского перемещения липидов, адвекция в эксперименте не наблюдается. В случае, когда не все мембранные белки, связанные со спектрин-актин-анкириновой сетью, одинаково меняют свою конформацию при взаимодействии с лигандами, в мембране возникают две периодические подрешетки неоднородностей из неподвижных белок-липидных доменов вокруг мембранных белков, связанных с цитоскелетом и вложенных одна в другую. В этом случае в экспериментах может наблюдаться хмелевая диффузия, когда периоды нелинейной диффузии молекул сменяются периодами адвекции-диффузии, при которой среднее смещение молекул не равно нулю. Адвекция носит локальный характер и возникает около отдельных белок-липидных доменов. В работе аналитически получены критерии, при которых в периодически-неоднородной мембране экспериментально наблюдается хмелевая диффузия.

Об авторах

П. В Мокрушников

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)

Email: pavel.mokrushnikov@bk.ru
Новосибирск, Россия

В. Я Рудяк

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин);Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН;Новосибирский государственный университет

Новосибирск, Россия

Список литературы

  1. K. Suzuki, K. Ritchie, E. Kajikawa, et al., Biophys. J., 88 (5), 3659 (2005).
  2. R. G. Parton and M. A. del Pozo, Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 14 (2), 98 (2013).
  3. P.G. Saffman, M. Delbrück, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 72, 3111 (1975).
  4. E. P. Petrov and P. Schwille, Biophys. J., 94 (5), 45 (2008).
  5. П. В. Мокрушников, Л. Е. Панин, В. Е. Панин и др., Структурные переходы в мембранах эритроцитов (экспериментальные и теоретические модели) (НГАСУ, Новосибирск, 2019).
  6. T. Fujiwara, K. Ritchie, H. Murakoshi, et al., J. Cell Biol., 157 (6), 1071 (2002).
  7. T. K. Fujiwara, K. Iwasawa, Z. Kalay, et al., Mol. Biol. Cell, 27 (7), 1101 (2016).
  8. P. F. Lenne, L. Wawrezinieck, F. Conchonaud, et al., EMBO J., 25 (14), 3245 (2006).
  9. A. Honigmann, S. Sadeghi, J. Keller, et al., Elife, 3, e01671 (2014).
  10. M. Renner, Y. Domanov, F. Sandrin, et al., PLoS One, 6 (9), e25731 (2011).
  11. A. Einstein, Annal. Der Physik, 322(8), 549 (1905).
  12. K. Ayscough, Methods Enzymol., 298,18 (1998).
  13. G. I. Mashanov, T. A. Nenasheva, A. Mashanova, et al., Faraday Discuss., 232, 358 (2021).
  14. M. N. Costa, K. Radhakrishnan, and J. S. Edwards, J. Biotechnol., 151 (3), 261 (2011).
  15. Y. A. Domanov, S. Aimon, G. E. S. Toombes, et al. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 108 (31), 12605 (2011).
  16. O. A. Dvoretskaya and P. S. Kondratenko, J. Exp. Theor. Physics, 116, 698 (2013).
  17. P. S. Kondratenko and A. L. Matveev, J. Exp. Theor. Physics, 157 (4), 703 (2020).
  18. G. J. Wang and N. G. Hadjiconstantinou, Langmure, 34 (23), 6976 (2018).
  19. V. Andryushchenko and V. Rudyak, Defect and Diffusion Forum 312-315, 417 (2011).
  20. V. A. Andryushchenko and V. Ya. Rudyak, Reports of the Academy of Sciences of the Higher School of the Russian Federation, 2 (15), 6 (2010).
  21. В. Я. Рудяк, Статистическая аэрогидромеханика гомогенных и гетерогенных сред. Т. 2. Гидромеханика (НГАСУ. Новосибирск, 2005).
  22. S. J. Singer and G. L. Nicolson, Science, 175, 720 (1972).
  23. G. L. Nicolson, Biochim. Biophys. Acta, 457 (1), 57 (1976).
  24. P. V. Mokrushnikov, in Lipid Bilayers: Properties, Behavior and Interactions, Ed. by M. Ashrafuzzaman (Nova Science Publishers, NY, 2019), pp. 43-91.
  25. J. Morel, S. Claverol, S. Mongrand, et al, Mol. Cell Proteomics, 5 (8), 1396 (2006).
  26. S.-C. Liu, L. H. Derick, J. Palek, Journal of cell biology 104, 527 (1987).
  27. L. E. Panin, P. V. Mokrushnikov, V. G. Kunitsyn, and B. N. Zaitsev, J. Phys. Chem. B, 114, 9462 (2010).
  28. L. E. Panin, P. V. Mokrushnikov, V. G. Kunitsyn, and B. N. Zaitsev, J. Phys. Chem. B, 115, 14969 (2011).
  29. V. Yа. Rudyak and A. A. Belkin, Doklady Physics, 59, 604 (2014).
  30. V. Yа. Rudyak and A. A. Belkin, Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics 6 (3), 366 (2015).
  31. V. Yа. Rudyak and A. A. Belkin, Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics 9 (3), 349 (2018).
  32. Л. Е. Панин, П. В. Мокрушников, Вестн. Новосибирского гос. пед. ун-та, 5 (15), 101 (2013).
  33. P. V. Mokrushnikov, A. N. Dudarev, T. A. Tkachenko, et al., Biochemistry (Moscow). Suppl. Ser. A: Membrane and Cell Biology, 11 (1), 48 (2017).
  34. L. E. Panin, P. V. Mokrushnikov, V. G. Kunitsyn, et al., Phys. Mesomechanics, 14 (3-4), 167 (2011).
  35. P. V. Mokrushnikov, L. E. Panin, N. S. Doronin, et al., Biophysics, 56 (6), 1074 (2011).
  36. P. V. Mokrushnikov, Biophysics, 65 (1), 65 (2020).
  37. A. I. Kozelskaya, A. V. Panin, I. A. Khlusov, et al, Toxicol. in Vitro, 37, 34 (2016).
  38. P. V. Mokrushnikov, J. Physics: Conf. Ser. The Conf. Proc. STS35 (Kutateladze Institute of Thermophysics, Sib. Branch of the RAS), 012161 (2019).
  39. P. V. Mokrushnikov, E. V. Lezhnev, and V. Ya. Rudyak, AIP Conf. Proc., 2351, 040054 (2021).
  40. P. V. Mokrushnikov, V. Ya. Rudyak, and E. V. Lezhnev, Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 12 (1), 22 (2021).
  41. L. E. Panin and P. V. Mokrushnikov, Biophysics, 59 (1), 127 (2014).
  42. P. V. Mokrushnikov, L. E. Panin, and B. N. Zaitsev, Gen. Physiol. Biophys., 34 (3), 311 (2015).
  43. P. V. Mokrushnikov, Biophysics, 62 (2), 256 (2017).
  44. Л. Е. Панин, П. В. Мокрушников, Р. А. Князев и др., Атеросклероз, 6, 12 (2012).
  45. В. Г. Куницын, П. В. Мокрушников, Л. Е. Панин, Бюл. Сибирского отделения РАМН, 5 (127), 28 (2007).
  46. П. В. Мокрушников, Бюл. Сибирского отделения РАМН, 1 (147), 38 (2010).
  47. О. Н. Потеряева, Г. С. Русских, П. В. Мокрушников. Вестн. Уральской мед. акад. науки, 48 (2), 149 (2014).
  48. П. В. Мокрушников, Л. П. Осипова, Т. В. Гольцова и А. А. Розуменко, Якутский мед. журн. 54 (2), 15 (2016).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».