Липосомы, плоские бислойные липидные мембраны (БЛМ) и монослои Ленгмюра многие годы используются для моделирования поверхностных характеристик биомембран, наиболее важные в той их части, которая определяется наличием липидного матрикса в окружении мембранных белков. В наших исследованиях мы акцентировали внимание на электрических явлениях, сопряженных с адсорбцией биологически значимых ионов, органических молекул и полипептидов на поверхности мембран, доступных для регистрации различными биоэлектрохимическими методами (1). Существенные сведения о структурных изменениях мембран, вызванных мембрано-активными соединениями, получены при регистрации дипольной компоненты граничного потенциала (2). В частности, удалось экспериментально доказать, что фазовое состояние заряженных компонент липидного окружения белков оказывает непосредственное влияние на функционирование многих процессов в клеточных мембранах, опосредованных специфическими транспортными и сигнальными системами в биомембранах клеток (3;4). Ключевые вопросы, возникающие при интерпретации экспериментальных данных, относятся к выяснению той роли, которую играет состояние гидратации полярных групп фосфолипидов в распределении электрического поля на границах липидных мембран. Экспериментальные факты указывают на существенный вклад количества, ориентации молекул воды и их участие в образовании водородных связей с фосфатными группами фосфолипидов (5). Сочетание электрохимических методов, рентгеновской рефлектометрии и количественного анализа симуляций липидных систем методами молекулярной динамики позволяют раскрыть многие детали физико-химических процессов, связанных с заряжением межфазных границ (6). В докладе представлены основные факты, полученные при изучении адсорбции многовалентных неорганических ионов и молекул полилизинов разного размера на поверхности липидных мембран.

1. Ермаков, Ю. А., Соколов, В. С., Акимов, С., Батищев, О. В. (2020) Журнал Физ.Химии 94, 342-348.

2. Ермаков, Ю. А. (2011) Биол. мембраны 28, 408-414.

3. Ermakov, Yu., Kamaraju, K., Dunina-Barkovskaya, A., Vishnyakova, K., Egorov, Y., Anishkin, A.,and Sukharev, S. (2017) Biochemistry 56, 5457-5470.

4. Ermakov, Y. A., Kamaraju, K., Sengupta, K., and Sukharev, S. (2010) Biophys J. 98, 1018-1027.

5. Марукович, Н. И., Нестеренко, А. М., Ермаков, Ю. А. (2014) Биол. мембраны 31, 401-409.

6. Ermakov, Yu. A., Asadchikov, V. E., Roshchin, B. S., Volkov, Yu. O., Khomich, D. A., Nesterenko, A. M., and Tikhonov, A. M. (2019) Langmuir 35, 12326-12338

Liposomes, planar bilayer lipid membranes (BLM), and Langmuir monolayers have been used for many years to model the surface characteristics of biomembranes, most importantly in the part that determined by the presence of the lipid matrix surrounding membrane proteins. In our studies, we focused on the electrical phenomena associated with the adsorption of biologically significant ions, organic molecules, and polypeptides on the surface of membranes available for registration by various bioelectrochemical methods (1). Significant information about the structural changes in membranes caused by membrane-active compounds was obtained by registration a dipole component of the boundary potential (2). In particular, it was possible to experimentally prove that the phase state of the charged components of the lipid environment of proteins has a direct effect on the functioning of many processes in cell membranes mediated by specific transport and signaling systems in cell biomembranes (3;4). The key questions arising in the interpretation of experimental data relate to the elucidation of the role played by the state of hydration of phospholipid polar groups in the electric field distribution at the lipid membrane boundaries. Experimental facts indicate a significant contribution of the quantity, orientation of water molecules and their participation in the formation of hydrogen bonds with phosphate groups of phospholipids (5). The combination of electrochemical methods, X-ray reflectometry, and quantitative analysis of lipid systems simulated by methods of molecular dynamics make it possible to reveal many details of the physicochemical processes associated with the charging of lipid water interface (6). The report presents the main facts found in the study of the adsorption of multivalent inorganic ions and polylysine molecules of different sizes on the surface of lipid membranes.

1. Ermakov Yu.A., Sokolov V.S., Akimov S.A., Batishchev O.V. 2020. Russian J. Phys.Chem. 94(3), 471-476.

2. Ermakov Yu.A. 2011.Membr.Cell Biol. 5(4), 379-384.

3. Ermakov, Yu., Kamaraju, K., Dunina-Barkovskaya, A., Vishnyakova, K., Egorov, Y., Anishkin, A.,and Sukharev, S. (2017) Biochemistry 56, 5457-5470.

4. Ermakov, Y. A., Kamaraju, K., Sengupta, K., and Sukharev, S. (2010) Biophys J. 98, 1018-1027.

5. Marukovich N., Nesterenko A., Ermakov Yu.A. 2015. Membr.Cell Biol. 9(1), 40-47.

6. Ermakov, Yu. A., Asadchikov, V. E., Roshchin, B. S., Volkov, Yu. O., Khomich, D. A., Nesterenko, A. M., and Tikhonov, A. M. (2019) Langmuir 35, 12326-12338