WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

На правах рукописи

.

Нестеренко Алексей Михайлович

ВЛИЯНИЕ КАТИОНОВ НА СТРУКТУРНЫЕ И ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

СВОЙСТВА ЛИПИДНОГО БИСЛОЯ.

МОЛЕКУЛЯРНО-ДИНАМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ.

Специальность: 02.00.05 — Электрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2014 -2Диссертация выполнена в лаборатории биоэлектрохимии ФГБУН Института Физической Химии и Электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН и на кафедре биофизики Биологического факультета ФГБОУ ВПО МГУ им. М.В. Ломоносова Научные руководители:

доктор физ.-мат. наук, Ермаков Юрий Александрович кандидат физ.-мат. наук, доцент, Красильников Павел Михайлович

Официальные оппоненты:

Цирлина Галина Александровна доктор хим. наук, профессор. Кафедра электрохимии химического факультета МГУ им. А.Н. Ломоносова, г. Москва.

Гуртовенко Андрей Алексеевич доктор физ.-мат. наук, в.н.с. Лаборатория теории и моделирования полимерных систем, Институт высокомолекулярных соединений РАН, г. Санкт-Петербург.

Ведущая организация:

ФГБУН Институт Биоорганической Химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, Москва

Защита состоится 8 апреля 2014 г. в 14 час. 00 мин на заседании диссертационного совета Д 002.259.03 в корпусе электрохимии ИФХЭ РАН по адресу 119071, Москва, Ленинский проспект, дом 31, корп. 5.

email: natalianek@yandex.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФХЭ РАН.

Автореферат разослан _ 2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат хим. наук Некрасова Н.В.

-3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Электрическое поле на границах клеточных мембран является важным регулирующим фактором в процессах, сопровождающих транспорт гидрофобных катионов через мембрану, адсорбцию заряженных молекул на ее поверхности и разряд переносчиков электрона на специализированных мембранных акцепторах. Распределение электрического потенциала на границах мембран определяется их липидной фракцией и включает в себя падение потенциала в диффузной части двойного электрического слоя (поверхностный потенциал) и в плотной части ДЭС (дипольный потенциал).





Изучение факторов, влияющих на эти компоненты граничного потенциала, обычно осуществляется с применением различных электрохимических методов на модельных липидных системах, таких как липосомы, липидные монослои и плоские бислойные липидные мембраны. Граница липидного бислоя представляет собой частный случай границы раздела гидрофобной среды и воды, которую можно рассматривать как поверхность идеально поляризуемого электрода и использовать для ее описания известные электрохимические модели. Как следует из большого количества электрокинетических данных, распределение поля в диффузной части ДЭС достаточно хорошо описывается в рамках классической модели Гуи-ЧепменаШтерна. В то же время, изменения поля в плотной части ДЭС непосредственно связаны со структурными особенностями липидного бислоя и требуют для изучения совершенно иных экспериментальных и теоретических подходов.

К настоящему времени обнаружен целый ряд экспериментальных фактов, для интерпретации которых необходим детальный анализ молекулярных структур межфазной границы бислой-вода. В частности, плотность центров связывания катионов в мембране в терминах изотермы Ленгмюра оказывается меньшей, чем поверхностная плотность анионных фосфолипидов, обычно предполагаемых в этом качестве. Комбинирование электрокинетических данных с регистрацией суммарного граничного потенциала методом компенсации внутримембранного поля плоских БЛМ позволяет заметить значительное, более сотни милливольт, увеличение дипольного потенциала, вызванное адсорбцией многовалентных катионов. Адсорбция некоторых поликатионов в аналогичных экспериментах приводит к изменению дипольного потенциала отрицательного знака. Более того, в измерениях с липидными монослоями обнаружена корреляция механохимических характеристик монослоя и дипольной компоненты граничного потенциала, -4молекулярная природа которой, а также ее связь с фазовым состоянием липидов остается неясной. Для интерпретации подобных результатов, как правило, предполагается влияние ионного окружения на состояние гидратации полярной области фосфолипидов, доказать которое весьма сложно прямыми измерениями.

Это означает, что для адекватного описания электрических и механохимических явлений в липидном бислое целесообразно обратиться к молекулярному моделированию и построению структурных моделей межфазной границы бислойвода. В литературе имеется немало молекулярных моделей липидного бислоя, однако выполненные на их основе вычислительные эксперименты не дают возможности сопоставить эти модели с существующими представлениями о структуре ДЭС. При выполнении данного исследования целенаправленно варьировались условия такого рода экспериментов, чтобы провести подробное сравнение результатов с известными данными электрохимических измерений и теоретическими моделями.

Особенность молекулярных моделей границ раздела фаз состоит в неопределенности положения этой границы по отношению к расположению отдельных молекул каждой из фаз, а следовательно и в выводах о природе электрического потенциала за пределами диффузной части электрического двойного слоя. Поэтому при анализе МД симуляций первостепенное значение приобретает задача адекватной оценки положения границы раздела и расчета структурных факторов, влияющих на распределение потенциала в этой области.





Этот выбор существенным образом влияет на сравнение результатов вычислительного и реального экспериментов, и следовательно, на вывод о достоверности полученных в МД молекулярных структур и движений на границе раздела липидный бислой-вода. С учетом возможностей молекулярнодинамического моделирования и доступного в литературе фактического материала нами были получены сведения о различных факторах, влияющих на заряд поверхности, на структурную организацию плотной части электрического двойного слоя, на степень гидратации и, в конечном итоге, на латеральное взаимодействие молекул заряженной поверхности.

Цели и задачи исследования. Целью настоящей работы является выяснение молекулярных механизмов заряжения межфазных границ липидных мембран с электролитами разного ионного состава по результатам вычислительных экспериментов, проведенных методами молекулярно-динамического ионов, которые необходимы для воспроизведения известных характеристик липидного бислоя и диффузной части ДЭС. Поставленная в работе цель с учетом специфики используемых методов и подходов предполагает выполнение следующих задач исследования:

1) Сформировать молекулярно-динамические модели мембранных систем на основе силового поля (OPLS-AA) с использованием липидов, различающихся типом углеводородных цепей и полярных групп, а также ионов различной валентности, определяя недостающие параметры силового поля.

2) Провести серию вычислительных экспериментов и сопоставить полученные результаты с данными реальных измерений и существующими представлениями о строении ДЭС. На основе данных МД рассчитать электрическое поле внутри полярной области бислоя и в пределах диффузной части ДЭС при варьировании условий эксперимента.

3) Определить положение внешней плоскости Гельмгольца на границе раздела мембрана-электролит, применимое ко всем исследованным системам.

Оценить способность различных ионов проникать в полярную область бислоя и установить молекулярную природу адсорбционных мест, а также вызванные ионами изменения состояния гидратации полярных групп фосфолипидов.

4) Выделить вклад в дипольную компоненту граничного потенциала различных структурных факторов для бислоя в жидко-кристаллическом и гелевом состояниях в присутствии адсорбированных катионов.

5) Установить молекулярную природу взаимосвязи электрических и механических характеристик липидного бислоя и монослоя. Предложить наиболее вероятные молекулярные структуры комплексов катион-липид.

Новизна исследования и его научно-практическое значение. Впервые проведено подробное сопоставление результатов МД расчетов липидных бислоев с известными данными реальных измерений различными электрохимическими методами. Найдены молекулярные структуры, ответственные за адсорбцию различных катионов. Выделены структурные факторы, влияющие как на дипольную, так и на диффузную компоненты граничного потенциала. Показана связь дипольной компоненты граничного потенциала со структурой самого липидного бислоя и составом ионного окружения. Установлена роль молекул воды в изменении дипольного потенциала при адсорбции катионов и фазовом переходе в проникновения неорганических катионов в полярную область бислоя с их ионным радиусом. Доказана способность высокоафинных многовалентных катионов образовывать микрокластеры липидов, влияющие на их латеральную организацию в бислое и его механохимические характеристики. В вычислительном эксперименте впервые реализован фазовый переход липидного бислоя при варьировании как температуры, так и латерального давления и ионного окружения. Впервые дана оценка параметров связывания катионов с липидным бислоем в гелевом состоянии.

Разработанные в работе способы анализа молекулярных структур межфазной границы и полученные результаты существенным образом дополняют известные модельные представления о строении такой границы и могут быть использованы специалистами, занимающихся изучением подобных электрохимических систем. Установленные в работе особенности распределения электрического поля на границе липидный бислой-вода должны учитываться при решении биомедицинских задач, связанных с адсорбцией на клеточной поверхности и трансмембранным переносом заряженных молекул, а также с переносом заряда в мембранных электрон-транспортных системах.

Структура диссертации.

Работа изложена на сто двадцати страницах, имеет стандартную структуру и состоит из «Введения» и нескольких глав, включающих «Обзор литературы», «Методы постановки и анализа вычислительного эксперимента», а также главы «Результаты вычислительных экспериментов с липидным бислоем и их анализ», несущей основное содержание работы. Диссертация завершается стандартными разделами «Заключение», «Основные результаты, выносимые на защиту», «Список литературы». Решение частных задач вынесено в «Приложение». Диссертация цитирует около ста источников, из которых около половины — работы, опубликованные за последние 10 лет.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Методика проведения и анализа вычислительных экспериментов.

Вычислительные эксперименты производились методом молекулярной динамики, хорошо зарекомендовавшим себя в различных физико-химических исследованиях, в том числе, в исследованиях двойного электрического слоя. Расчет молекулярной водой модели TIP4P или TIP3P. Начальные структуры липидных бислоев формировались из одиночных молекул липидов при помощи разработанной программы memgen1. Исследуемые в работе бислои обычно содержали 90 липидов в каждом монослое. В большинстве расчетов использовался шаг интегрирования 2 фс и «констрейны» (голономные ограничения) на длину всех связей, в которые вовлечены атомы водорода. Время уравновешивания и длительность финальных траекторий составляло не менее 100 нс. Корректное моделирование протяженной диффузной части ДЭС требовало увеличенного слоя воды: не менее 5 нм с каждой стороны бислоя. Молекулярно-динамическая модель (топология) молекул липидов строилась по методике, подробно описанной нами в работе (Нестеренко и др., 2011). Построение топологий производилось в полуавтоматическом режиме по разработанному нами алгоритму (tppmktop) выбора наиболее подходящих потенциалов валентных и невалентных взаимодействий из силового поля.

Параметры силового поля для атомов углеводородных цепей фосфолипидов были изменены таким образом, чтобы потенциалы двугранных углов в наших моделях соответствовали аналогичным потенциалам в силовом поле Бергера (Berger et al., 1990). Параметры невалентных взаимодействий для катиона Be2+ были получены при воспроизведении литературных данных по сольватации бериллия в вычислительном эксперименте.

После достижения равновесия в системе при МД расчете, проводился анализ равновесных участков траекторий с использованием ряда скриптов, разработанных нами на основе библиотек MDAnalysis и OpenBabel. При построении распределения параметров вдоль нормали к поверхности бислоя в качестве точки отсчета принималось среднее положение центральных атомов глицериновых групп. Усреднение параметров проводилось по времени на равновесных участках и по отдельным монослоям. Распределение электрического потенциала вычислялось интегрированием усредненной зарядовой плотности по уравнению Пуассона. Анализ распределения потенциала и концентраций в диффузном слое проводился в рамках модели ГЧШ.

1 Подробное описание разработанных нами программ и сами программы приведены на сайте http://erg.biophys.msu.ru.

липидного бислоя В работе использованы доработанные нами топологии липидов и протоколы вычислительного эксперимента. Для доказательства их адекватности проводилось сопоставление распределения электронной плотности вдоль нормали к бислою с данными по рассеянию рентгеновских фотонов и нейтронов.

Геометрические характеристики бислоя (площадь на липид и толщина бислоя) были определены для моделей бислоев из DPPC, DPPS и DOPS и находятся в хорошем согласии с известными экспериментальными данными.

Относительное расположение молекулярных групп фосфолипидов в объеме бислоя было охарактеризовано через функции распределения их плотности относительно нормали к поверхности. В сформированных нами бислоях с различным соотношением липидов DPPS/DPPC локализация фосфатных и карбонильных групп жирных кислот остается постоянной по отношению к среднему положению центрального углерода глицериновой группы. Поэтому это положение в дальнейшем было использовано в качестве «условного нуля» при расчете всех распределений вдоль нормали к поверхности бислоя2.

Существование внутри мембраны большого положительного потенциала по отношению к объему водной фазы связано с поведением молекул воды, проникающих в полярную область мембраны (гидратной воды). Ориентация и подвижность этих молекул оценивалось в работе при помощи двух характеристик:

параметра порядка и коэффициента латеральной самодиффузии. Анализ этих характеристик на разном удалении от поверхности бислоя проведен для мембран варьируемого состава и поверхностного потенциала (заряда). Величина этих параметров зависела от типа фосфолипидов в составе мембраны и принимала свое объемное значение на большом удалении от поверхности (от 0.5 до 1 нм). Область, где диффузия молекул воды заметно меньше объемной, оказывается на несколько ангстрем дальше от поверхности заряженной мембраны, по сравнению с нейтральной. Распределение параметра порядка также отличается для таких мембран, но его изменение происходит преимущественно в области полярных групп.

2 Измерение расстояний по отношению к центральному глицериновому атому использовалось ранее в работах группы E. Lindahl (Aman et al., 2003).

Электрическая граница липидного бислоя. Для определения поверхностного потенциала системы и последующего его сравнения с экспериментальными данными и предсказаниями теоретической модели двойного электрического слоя (ДЭС), в первую очередь необходимо было определить положение заряженной границы его диффузной части. Согласно обычным представлениям в диффузном слое ионы участвуют в броуновском движении и на их распределение влияет только электростатический потенциал, зависящий от расстояния до заряженной поверхности. Достаточно очевидно, что концентрация противоионов с наименьшей адсорбционной способностью (K 1 М-1) должна быть максимальной на границе диффузного слоя. В работе рассмотрены три такие системы: DPPC:BeCl2, DMPS:BeCl2 и DPPS:TMACl. В первых двух системах поверхность заряжена положительно адсорбированными катионами, в третьей – отрицательный заряд задан ионизованными группами DPPS. Для каждой системы найдено распределение противоионов (Cl- в первых двух случаях и TMA+ — в последнем) вдоль нормали к поверхности бислоя (рис. 1). Согласно нашим данным расстояние, на котором перестает расти концентрация противоионов во всех трех случаях, оказалось примерно одинаковым и равным 10 от среднего положения глицериновых групп. Плоскость, параллельную поверхности бислоя и расположенную на этом расстоянии, можно принять в качестве условной электрической границы, если потенциал в этой плоскости соответствует описанию диффузной части ДЭС в рамках теории Гуи-Чепмена. Распределение противоионов в этом слое, найденные из данных МД, хорошо согласуются с предсказаниями теории Гуи-Чепмена, распределение коионов при этом несколько лучше согласуются с предсказаниями теории Гансалеса-Санса, которая учитывает неидеальность раствора. Отметим, что значения потенциала, полученные при непосредственном интегрировании распределения зарядовой плотности в направлении нормали к бислою, имеют погрешность в выбранной нами плоскости, которая сопоставима с ожидаемыми значениями потенциала (порядка десятков милливольт). Более точная оценка потенциала получается при вычислении потенциала средней силы по формуле используется отношение концентраций противоионов на границе и в объеме. В табл. 1 приведены значения потенциала средней силы, полученные по данным МД, Рис. 1: Распределение противоионов вблизи поверхности заряженных мембран заряд которых определяется адсорбированными катионами (а,б) или наличием в составе анионных липидов DPPS (в). Жирными линиями на на рисунках показано распределение противоионов Cl - (a,б) или TMA+ (в). Тонкими линиями показано распределение плотности липидной (фиол.) и водной (голуб.) компонент.

Получено хорошее соответствие поверхностного заряда и потенциала в аналитической модели и вычислительном эксперименте для смешанных бислоев с различным соотношением DPPS/DPPC. Наблюдаемое соответствие убеждает нас в корректном выборе положения условной электрической границы диффузной части ДЭС.

Параметры связывания одновалентных катионов. Количественное описание адсорбции катионов на поверхности мембран разного состава было развито и экспериментально обосновано ранее в работах С.Маклафлина (S.McLaughlin, 1989). Предложенная им теоретическая модель включает в себя основные соотношения теории Гуи-Чепмена, дополненные изотермой связывания катионов, и названа в этих работах моделью Гуи-Чемпена-Штерна (ГЧШ). Эта модель с хорошей точностью описывает многочисленные электрокинетические данные, полученные разными авторами для суспензий липосом различного состава.

Тем не менее, способ определения параметров модели и молекулярные структуры, Система DPPS/DPPC:KCL Таблица 1: Расчетные значения поверхностного потенциала, s, и заряда,, по данным распределения молекулярных групп в вычислительном эксперименте и по модели ГЧШ на мембранах разного состава и ионной силы.

предметом дискуссии (Ермаков, 2000).

При традиционном описании бинарного связывания катионов центрами адсорбции полагаются молекулы анионных липидов (в нашем случае, DPPS), а изотерма Ленгмюра может быть представлена в виде отношения поверхностной плотности заряда этих молекул, свободных от катиона,, и максимальной плотности заряда, 0, которая отражает суммарную поверхностную концентрацию потенциально доступных центров связывания.

Здесь K — константа адсорбции, C0 — концентрация катиона вблизи заряженной границы бислоя. Естественно, максимальная плотность заряда на этой границе, 0, линейно связана с содержанием анионного липида в смеси, т.е.

где Q — плотность центров связывания на мембранах, состоящих только из DPPS.

Для определения параметров адсорбции изотерму связывания (1) удобно представить в виде:

Значения поверхностной плотности заряда и концентрации вблизи поверхности в этом уравнении могут быть получены из траекторий МД на плоскости, выбранной нами в качестве условной электрической границы бислоя. На рис. 2 представлены результаты вычислительного эксперимента, проведенного для систем с разным соотношением DPPS/DPPС в составе бислоя. Параметры связывания, K и Q, находятся по наклону и пересечению с ординатой прямой, построенной в координатах {C0, /0}. Полученные значения для различных одновалентных катионов приведены в таблице 2. Заметим, что необходимым условием для применимости такого подхода является отсутствие связывания исследуемого катиона с нейтральным липидом. Однако, как было показано нами, для некоторых катионов (многовалентные катионы и Li+) это условие не выполняется.

Локализация катионов внутри бислоя. Полученные нами данные демонстрируют репрезентативность используемых модельных систем и достаточно хорошее согласие параметров модели ГЧШ с имеющимися в литературе данными.

мембранах варьируемого состава (см. описание в тексте). Маркеры одинаковой формы относятся к мембранам одного состава при различных ионных силах.

Таблица 2: Параметры адсорбции различных катионов, полученные из расчета и их литературные значения: (А) — [Ermakov et al., 1990]; (Б) — [Esenberg et. al, 1979], причем в последнем случае плотность центров связывания вычислялось как средняя плотность упаковки анионных липидов. Константы (K) приведены в М-1, плотности центров (Q) — в Кл/см2. Экспериментальные данные получены только для жидко-кристаллических бислоев.

характеристики связывания катионов с бислоем на атомарном уровне. Как в модельных бислоях смешанного состава, так и в фосфолипидах мембран живых клеток имеются два типа отрицательно заряженных групп: фосфатная группа липидного остова и карбоксильная группа фосфатидилсерина. Именно эти группы естественно рассматривать как потенциальные центры связывания катионов. Для подтверждения и демонстрации этого факта были вычислены функции радиального распределения (ФРР) катионов относительно этих групп. На рис. 3 приведены ФРР для трех катионов с различной афинностью к DPPS/DPPC бислою — TMA +, Na+ и Be2+ — относительно углерода карбоксильной группы и фосфора фосфатной группы. Расчет ФРР обнаруживает два пика в распределении катионов относительно углерода карбоксильной группы, которые более выражены для Рис. 3. Функции радиального распределения между углеродом карбоксильной группы (пунктир) и фосфором фосфатной (сплошная) для различных катионов на бислоях из DPPS/DPPC.

катионов с высокой афинностью. Полученные результаты указывают на существование двух преимущественных положений катиона вблизи карбоксильной группы, схематично изображенных на рис. 4а,б. Напротив, ФРР катионов относительно атома фосфора имеет всегда один пик, что соответствует единственному положению (рис. 4в).

Все катионы, обладающие сродством к фосфолипидам, способны проникать в бислой и погружаться «под» условную электрическую границу.

Распределение концентрации ряда одновалентных катионов вдоль нормали к Рис. 4. Наиболее вероятное расположение катиона относительно анионных групп фосфолипидов.

Рис. 5. Распределение концентрации катионов в полярной области мембраны (слева) и зависимость положения плоскости адсорбции от ионного радиуса (справа), полученные для бислоев, содержащих 20% DPPS.

бислою (рис. 5, левый) характеризуется различным положением максимума в пределах полярной области бислоя. Глубина проникновения, также как сродство катионов к фосфолипидам, определяется величиной их ионного радиуса (рис. 5, правый). Для неорганических катионов эта зависимость оказывается практически линейной, тогда как крупные органические катионы, например ТМА+, отклоняются от этой тенденции.

3. Гидратация межфазной границы и природа дипольного потенциала Одна из основных задач нашего исследования предполагает оценку величины диффузной компоненты граничного потенциала, обусловленной плотной части ДЭС, который непосредственно связан со структурой самого бислоя.

Это падение потенциала прежде всего зависит от ориентации дипольных моментов молекул воды и липидов в полярной области. Поэтому такую компоненту граничного потенциала принято называть «дипольной». Однако в распределении электрического поля в этой области принимают участие и другие механизмы, такие как непосредственное проникновение ионов, изменение состояния гидратации липидов, их латеральная компактизация при образовании кластеров или при изменении фазового состояния бислоя. Анализ МД траекторий дает возможность рассмотреть каждый из перечисленных механизмов в отдельности.

Вклад отдельных структурных компонент системы мембрана-электролит в суммарный граничный потенциал приведен на рис. 6. При достаточно низкой ионной силе электролита большой по абсолютной величине положительный потенциал воды почти полностью компенсируется отрицательным потенциалом липидной компоненты. В растворах с высокой ионной силой соотношение и Рис. 6. Вклад в электростатический потенциал различных компонент в системе DPPC:KCl при разных концентрациях электролита.

распределение этих вкладов несколько меняется. Однако это не отражается на суммарной величине граничного потенциала, который остается практически неизменным. Иными словами, система липид-вода-ионы самосогласованна таким счет изменения вкладов других компонент.

Изменения дипольного потенциала бислоя. Если рассматривать каждый липид как носитель некоторого «элементарного диполя» (), направленного внутрь поверхности, то дипольный потенциал мембраны согласно известному соотношению Гельмгольца зависит от плотности упаковки диполей и обратно пропорционален площади на липид (S):

Литературные данные демонстрируют именно такую зависимость Вольтапотенциала монослоев нейтральных фосфолипидов в жидко-кристаллическом состоянии. В этом случае изменение Вольта-потенциала численно равно изменению дипольного потенциала липидных бислойных структур (Brockman, 1994). Однако экспериментальные данные, полученные в широком диапазоне плотности монослоя, включая область фазового перехода в гелевое состояние, обнаруживают нарушение этой закономерности (Ermakov et al, 2010; Shapovalov, 1998). Более того, связывание высокоафинных катионов существенным образом увеличивает дипольную компоненту граничного потенциала (Ermakov et al, 2001), вероятно, изменяя природу элементарного диполя. Молекулярное моделирование позволило нам подробно рассмотреть эти процессы.

Одна из возможностей использования вычислительного эксперимента состоит в расчете значений дипольного потенциала бислоя в присутствии различных катионов. Результаты такого расчета для некоторых катионов приведены в таблице 3. Согласно этим данным, величина дипольного потенциала зависит от типа противоиона и оказывается больше для катионов с большей эффективностью связывания. Следует обратить внимание, что значения моментов элементарного диполя были вычислены по формуле (2) и оказываются примерно вдвое выше, чем в реальных экспериментах с липидными монослоями. Понятно, что расчет абсолютных значений потенциала между двумя плоскостями по формуле Пуассона справедлив с точностью до некоторой постоянной величины, которая зависит от положения плоскости внутри мембраны, а также от выбранного набора парциальных зарядов, модели воды и других особенностей построения молекулярно динамических моделей. С учетом этих обстоятельств в следующем бислоя DMPS с заданной, но различной площадью на молекулу липида при анализе Таблица 3. Оценка потенциалов и "элементарного диполя" по формуле (2) для бислоя DPPS/DPPC (3:1) и ионной силе 50 мМ при разном ионном составе среды.

влияния многовалентных катионов на механохимические характеристики монослоя.

Гидратация бислоя и дипольный потенциал. Молекулярная природа «элементарного диполя» обусловлена наличием молекул воды и их гиперполяризацией в полярной области бислоя. Естественно, адсорбция многовалентных катионов меняет значение дипольного потенциала и влияет на состояние и ориентацию гидратной воды. Парциальный вклад молекул воды, адсорбированных ионов и, собственно, молекул липида в распределение электрического потенциала был рассчитан нами для анионных бислоев в присутствии Na+, K+ и Be2+ (рис. 7). Как уже отмечалось выше (рис. 6), вклад молекул воды и липидов имеет разные знаки и в значительной степени Таблица 4. Количество Н-связей липид-вода в бислоях DPPS/DPPC в присутствии различных катионов.

положительный дипольный потенциал формируется липид-катионной подсистемой.

В этом случае ориентированные молекулы воды создают потенциал отрицательного знака и частично компенсируют этот дипольный потенциал. Напротив, адсорбция ионов Na+ и K+ создает большой положительный дипольный потенциал именно благодаря присутствию «положительно» ориентированной воды, а липидно-ионная подсистема его частично компенсирует. Таким образом, связывание многовалентных катионов меняет природу дипольного скачка благодаря глубокому расположению их плоскости адсорбции. Она находится даже глубже плоскости среднего расположения анионных групп фосфолипидов. В этом случае эффективный «элементарный диполь» может быть условно отождествлен с парой «катион»-«анионная группа фосфолипида», тогда как в случае низкоафинных катионов в качестве такого диполя выступает частично ориентированная молекула гидратной воды.

Хорошо известно, что ориентация молекул воды (гиперполяризация) в полярной области вызывается образованием Н-связей с электроотрицательными атомами липидов, а именно с C=O группами жирных кислот и PO4- группами остова (Diaz et al., 1999; 2001). Следовательно, изменение дипольного потенциала в присутствии многовалентных катионов может отражать вытеснение воды, участвовавшей в образовании этих Н-связей. Этот вывод подтверждается данными таблицы 4. Количество Н-связей, которые образует с молекулами воды каждая полярная группа липида, оказывается зависящим от типа катиона, присутствующего в системе. В случае Be2+ количество этих связей становится значительно меньшим по сравнению с одновалентными катионами. Увеличение числа Н-связей с ростом доли DPPS в смеси соответствует увеличению числа карбоксильных групп в составе липидов, при этом содержание фосфатных групп остается неизменным.

Сравнение данных таблиц 2 и 4 показывает, что способность катионов вытеснять воду, образующую Н-связи с полярными группами, коррелирует со сродством этих катионов к фосфолипидам. Таким образом, можно предполагать, что наблюдаемые дипольные эффекты связаны с вытеснением катионами молекул воды, ориентированных Н-связями с полярными группами. Мы провели подробный анализ дипольных эффектов в присутствии лизина и бериллия в вычислительном эксперименте и смогли подтвердить данное предположение.

Связывание лизина с отрицательно заряженной БЛМ. Cравнительно поля в бислоях DPPS/DPPC в присутствии различных катионов.

недавно были проведены электрокинетические измерения подвижности липосом из фосфатидилсерина при адсорбции лизина. Поверхностный потенциал в этих измерениях становится существенно более положительным при концентрации лизина более 0.1 мМ. Эксперименты с плоскими БЛМ, проведенные в тех же условиях методом КВП, регистрируют изменения граничного потенциала при концентрациях лизина на два порядка более высоких, 10 мМ (Marukovich et al., 2013). Эти факты косвенно указывают на изменение дипольного потенциала отрицательного знака, вызванные адсорбцией лизина. Более того, кинетика изменения граничного потенциала, зарегистрированная при адсорбции полилизина обнаруживает отрицательные изменения этого потенциала до 40 мВ. Есть основания полагать, что адсорбция полимерного и мономерного лизина приводит к изменениям в структуре липидного бислоя. Для изучения этого вопроса мы провели ряд МД симуляций.

Описанные выше опыты с лизином были воспроизведены нами в вычислительном эксперименте при варьировании соотношения K+/Lys+ в двойном электрическом слое на поверхности бислоя DOPS. По результатом этого эксперимента были рассчитаны изменения поверхностного и граничного потенциалов при адсорбции лизина (рис. 8, вверху). Можно видеть, что изменение поверхностного потенциала превышает изменение граничного потенциала как в реальном, так и в вычислительном экспериментах примерно в одинаковом дипольную компоненту: ее уменьшение сопровождается вытеснением ориентированной воды из полярной области бислоя.

Детальный анализ молекулярной структуры полярной части мембраны позволил нам указать конкретные молекулы воды, которые вытесняются в ходе адсорбции лизина и тем самым могут приводить к уменьшению дипольного потенциала. Предполагается, что молекулы воды, ответственные за этот эффект, должны вести себя в том диапазоне концентраций, где наблюдается компенсация, иначе, чем при других концентрациях. На рис. 8 (внизу) выделен вклад в дипольный потенциал молекул воды, образующих Н-связи с фосфатными и карбоксильными группами фосфолипидов, который для этих групп существенно различен. Вклад молекул воды, образующих Н-связи с фосфатами, меняется только в указанном диапазоне, в то время как для молекул воды, связанных с карбоксильными группами, он линейно меняется при всех концентрациях лизина.

Это означает, что за дипольный эффект в присутствии лизина отвечают именно фосфатные группы. Тем самым, полученные в вычислительном эксперименте результаты позволяют объяснить появление отрицательного знака в кинетике изменения граничного потенциала при адсорбции полилизинов на поверхности липидных мембран (Marukovich et al., 2013).

Связывание катионов Be2+ с бислоем DPPC в гелевом состоянии.

Адсорбция бериллия на липидном бислое DPPC была изучена методами КВП на плоских БЛМ и в электрокинетических измерениях суспензии липосом (Ермаков и др., 1993). В случае бислоя в жидко-кристаллическом состоянии адсорбция бериллия приводит к изменению поверхностного потенциала положительного знака в суспензии липосом, также как и граничного потенциала плоских БЛМ. Однако, в твердой, гелевой, фазе добавление Be2+ приводит к положительному изменению поверхностного потенциала, но к отрицательному изменению граничного. Эта различие эффектов может отражать разное влияние адсорбированного бериллия на дипольный потенциал бислоя в жидком и гелевом фазовых состояниях. Результаты этих опытов были воспроизведены нами в вычислительном эксперименте для системы DPPC:BeCl2 при температуре выше и ниже точки фазового перехода.

Изменение дипольного потенциала в этих экспериментах зависело от фазового состояния бислоя и состава электролита качественно так, как и в реальных опытах.

Как следует из полученной молекулярной структуры этих состояний, при лизина на бислоях из DOPS в опыте и вычислительном эксперименте (верхняя панель).

Вклад в суммарный граничный потенциал молекул воды, образующих Н-связи с анионными группами липида (нижняя панель). Вертикальным штрихами указаны ошибки средних значений.

«замерзании» бислоя количество гидратной воды на липид значительно уменьшается (на 2-3 молекулы). В то же время в присутствии бериллия количество гидратной воды не зависит от фазового состояния мембраны, так как катионы Be 2+ удерживают молекулы воды в полярной области (Нестеренко и др., 2011). Из данных, приведенных на рис. 7, следует, что адсорбция бериллия меняет вклад в дипольный потенциал различных структурных компонент бислоя. Это означает, что дипольный эффект в системе DPPC:BeCl2 обусловлен как изменением состояния гидратации, так и перераспределением заряженных молекулярных групп в плотной 4. Адсорбция многовалентных катионов и механические свойства Связывание катионов с фосфолипидным бислоем изменяет его поверхностный заряд, что должно отражаться на величине его поверхностного Рисунок 9. Зависимость дипольного потенциала от обратной площади на липид. Расчет производился при постоянной площади. Поверхностный потенциал в ходе сжатия изменялся несущественно.

Рис. 10. Относительное расположения центров масс жирных кислот на плоскости монослоя в мембране из DMPS при различной площади на липид (указаны на рис. в 2).

Такие явления удобно изучать при помощи техники липидных монослоев Ленгмюра, которые в явном виде демонстрируют изменения механических свойств монослоя при адсорбции многовалентных катионов (Ermakov et al., 2010). Мы воспроизвели результаты некоторых таких опытов в вычислительном эксперименте, что позволило сформулировать структурную модель центра связывания многовалентных катионов и предложить механизм их влияния на механические свойства бислоя.

Изменения механических характеристик бислоя. В наших вычислительных экспериментах мы используем модель липидного бислоя, механические характеристики которого отличаются от таковых для монослоя.

Однако после уравновешивания бислоя при постоянной площади, латеральное давление в каждом монослое можно вычислить по формуле:

где w — поверхностное натяжение воды, Pxx,Pyy — соответствующие компоненты тензора давления в МД, h — высота бислоя. Диаграммы сжатия монослоя представляют собой зависимость латерального давления от площади на липид.

Соответствующие кривые, полученные по данным вычислительного эксперимента в присутствии K+ и Gd3+, приведены на рис. 11. Расчетные кривые качественно согласуются с литературными данными (Ermakov et al., 2010; 2001). Так же, как и в реальных измерениях фазовый переход из жидко-кристаллического (большие площади) в гелевое (меньшие площади) состояние происходит в области 50-55 2.

Этот факт иллюстрирует изменение относительного расположения центров масс жирных кислот на плоскости монослоя, приведенное на рис. 10. При малой площади на липид жирные кислоты «упакованы» в двумерную гексагональную решетку (рис. 10, 43 2). При большой площади липиды расположены разупорядочено (рис.10, 75 2), а в области фазового перехода заметно сосуществование областей «твердой» и «жидкой» упаковки (рис. 10, 52 2).

В вычислительном эксперименте при связывании гадолиния латеральное давление спадает быстрее, чем в его отсутствие (рис. 11). Изменение формы Aдиаграммы сжатия монослоя при добавлении многовалентных катионов металлов соответствует наблюдаемому в реальном эксперименте (Ermakov et al., 2010). Этот Рис. 11. Зависимость латерального однако в реальном эксперименте с катионами давления на монослой DMPS от площади на липид в вычислительном эксперименте.

координирующий («скрепляющий липиды») эффект гадолиния оказывается недооцененным в молекулярно-динамическом расчете, где взаимодействие катиона с липидами определяется только параметрами потенциала Ленарда-Джонса и зарядом. Строго говоря, взаимодействие гадолиния с липидными головками должно быть обусловлено более сильными координационными взаимодействиями.

Опыты с липидными монослоями и наши вычислительные эксперименты позволяют анализировать зависимость межфазного скачка потенциала от площади монослоя. Для жидко-кристаллических монослоев между дипольным потенциалом и плотностью упаковки заряженных групп существует линейная зависимость (2) и коэффициент пропорциональности определяется величиной элементарного диполя.

Эта зависимость найденная нами в вычислительном эксперименте для системы DMPS:KCl и измеренная в работе (Ermakov et al., 2010) приведены на рис. 9. При этом литературные значения Вольта-потенциала монослоя и граничный потенциал в МД симуляциях смещены в шкале потенциалов примерно на 200 мВ. Однако в обоих случаях имеется линейный участок кривых с одинаковым наклоном. Этот наклон позволяет оценить величину «элементарного диполя», которая оказывается равной 0.48 Д в присутствии калия и 0.68 Д в присутствии гадолиния, что согласуется с литературными данными. В присутствии катионов Gd3+ элементарный диполь имеет больший момент, как результат их влияния на структуру полярной области липидного бислоя.

процедура анализа результатов вычислительного эксперимента позволяет оценивать параметры адсорбции одновалентных катионов в рамках простой модели бинарного связывания ГЧШ, но оказывается неприменимой к многовалентным катионам по двум причинам. Во-первых, нельзя считать эти катионы адсорбирующимися только на анионных липидах бислоя. Во-вторых, сродство многовалентных катионов к липидам намного выше, чем одновалентных, что накладывает технические ограничения на необходимое время уравновешивания и размер модельной системы.

Тем не менее результаты вычислительного эксперимента могут быть сопоставлены с данными реальными реальных измерений и дают возможность детализировать структурные изменения в бислое, вызванные многовалентными катионами.

Связывание многовалентных катионов с нейтральным бислоем из фосфатидилхолина наблюдается как в реальном эксперименте, так и в вычислительном. Среднее количество катионов вблизи фосфатных групп было определено для липидных смесей с разным содержанием фосфатидилсерина (карбоксильных групп) и приведено на рис. 12. Как и следовало ожидать, все катионы накапливаются в бислое с повышением содержания анионных липидов. В отсутствие анионных липидов среднее количество одновалентных катионов вблизи фосфатных групп близко к нулю. В то же время бериллий накапливается вблизи фосфатных групп фосфолипидов в бислое, не содержащем анионных липидов.

Такое поведение многовалентных катионов хорошо известно и характеризует независимое связывание с фосфатными и карбоксильными группами липидов.

Аналитически такое связывание описывается в рамках моделей, предполагающих два типа центров связывания с разными константами для каждого из них.

Из литературных данных известно, что эффективность связывания некоторых многовалентных валентных катионов (лантаниды и бериллий) настолько высока, что в обычных условиях равновесие в системе сильно смещено и поверхность мембран заполняется катионами при их чрезвычайно низких концентрациях в объеме раствора (Ermakov, et. al., 2001). Применительно к вычислительному эксперименту это обстоятельство не дает возможности в доступном временном интервале достигать равновесия между катионами в диффузном слое и катионами в полярной области бислоя. При этом практически все катионы оказываются в связанном состоянии, из-за чего в модельной системе вдали от поверхности отсутствует электронейтральность. Например, в модельной системе Рис. 12. Среднее количество катионов в координационной сфере фосфата при варьировании доли DPPS в составе бислоя.

вычислительного эксперимента. Это решение приведено нами в (Нестеренко, Ермаков, 2012) и в диссертации. Оно хорошо описывает распределение потенциала и концентрации ионов в диффузном слое для случая параллельных заряженных плоскостей3, между которыми раствор заполнен только противоионами.

Способность многовалентных катионов локализовываться вблизи как фосфатных, так и карбоксильных групп означает, что эти катионы могут координировать два или более липидов в латеральном направлении в пределах каждого монослоя. На такую возможность косвенно указывают экспериментальные данные о латеральной конденсации монослоев из фосфатидилсерина в присутствии высокоафинных катионов Gd3+, Be2+ (Ermakov et al., 2001). Это предположение было проверено нами при анализе молекулярной структуры. Для этого было рассчитано среднее количество отрицательных групп липидов вблизи адсорбированного катиона и результаты такого расчета приведены в табл. 5. Из этих данных следует, что каждый из катионов связан более чем с двумя отрицательными группами при содержании фосфатидилсерина в смеси свыше 40%. В частности, катионы Gd 3+ в бислое из DMPS координируют в среднем по три отрицательно заряженные 3 Вычислительная сцена, включающая бислой и два слоя воды по обе стороны, в рамках используемых методов расчета МД имитирует бесконечное количество параллельных бесконечных липидных бислоев.

Таблица 5: Среднее количество отрицательно заряженных групп (PO 4- и COO- и их сума, ) в координационной сфере адсорбированного многовалентного катиона. Данные для Gd 3+ приведены для бислоя с площадью на липид 56 2.

Рис. 13. Координационная сфера катиона Be 2+ при адсорбции этих катионов на бислое состава DPPS/DPPC (1:3). (А) — типичное устройство трилипидного кластера, координируемого катионом бериллия. (Б) — расположение трилипидных кластеров на плоскости монослоя; липиды и катион, входящие в кластер отмечены одним цветом; снимки монослоя вверху и внизу отличаются на 60 нс, за это время кластеры сохранили целостность.

Be2+, приведены на рис. 13. Визуальный анализ траекторий показывает, что все три отрицательных группы в координационной сфере катиона, как правило, принадлежат различным липидам. Образованные этим катионом «кластеры»

оказываются достаточно стабильными и не распадаются на протяжении достаточно длинной МД-траектории, до сотни наносекунд (рис. 13, Б). Таким образом, можно говорить о «3-х молекулярных липидных кластерах», координируемых высокоафинным катионом, которые диффундируют в плоскости монослоя как единый фрагмент. Координация соседних молекул липидов оказывается характерным свойством всех исследованных многовалентных катионов металлов (Mg2+, Ca2+, Be2+, Gd3+). В вычислительных экспериментах эти катионы действуют на бислой качественно подобным образом, координируя липиды и различаясь при этом в эффективности такой координации.

Выводы 1. Сформированы молекулярно-динамические (МД) модели бислойных мембранных систем, адаптированных под универсальное полноатомное силовое поле (OPLS-AA). На их основе получены равновесные конфигурации межфазной границы бислой-вода, использованные для сопоставления с известными данными реальных измерений.

2. Для определения положения плоскости Гельмгольца у межфазной границы предложено использовать распределение концентрации непроникающих противоионов. Показано, что для всех исследованных липидных систем эта плоскость находится на расстоянии 1 нм от внутренней границы полярной области бислоя. Определены феноменологические значения констант адсорбции ряда катионов (Na+, K+, TMA+, Cs+) и плотности центров связывания, близкие к известным в литературе.

3. Установлено три вероятных типа локализации одновалентных катионов в полярной области бислоя из анионных липидов: два - вблизи карбоксильной и одно - вблизи фосфатной группы. В случае высокоафинных многовалентных катионов обнаружена координация трех анионных групп фосфолипидов.

4. Показано, что катионы щелочных металлов в полярной области бислоя имеют локальный максимум на различной глубине, которая линейно связана с ионным радиусом катионов.

фосфолипидов. Найдены распределения параметра порядка, коэффициента самодиффузии и количество гидратной воды на липид в разном фазовом состоянии.

6. Установлен молекулярный механизм влияния катионов на дипольную компоненту граничного потенциала. Этот механизм включает в себя два противоположных эффекта: увеличение дипольного потенциала при погружении катионов в полярную область бислоя и его понижение в результате вытеснения катионом ориентированной воды из Н-связей с фосфатными группами.

7. Предложена молекулярная модель, объясняющая изменение электрических и механохимических характеристик монослоя при адсорбции многовалентных катионов и учитывающая образование микрокластеров.

Список использованной литературы 1. Aman, K. Structure and dynamics of interfacial water in an Lalpha phase lipid bilayer from molecular dynamics simulations / K. Aman, E. Lindahl, O. Edholm, P. Hkansson, P.-O. Westlund // Biophysical journal. — 2003. — Vol. 84, No. 1.

— P. 102–15. — doi:10.1016/S0006-3495(03)74835-8.

2. Berger, O. Molecular dynamics simulations of a fluid bilayer of dipalmitoylphosphatidylcholine at full hydration, constant pressure, and constant temperature / O. Berger, O. Edholm, F. Jahnig // Biophysical Journal. — 1997.

— Vol. 72, No. 5. — P. 2002-2013. — doi: 10.1016/S0006-3495(97)78845-3.

3. Brockman, H. Dipole potential of lipid membranes. Chemistry and physics of lipids. —1994. — Vol. 73, No. 1-2. — P. 57–79.

4. Diaz, S. Effect of Water Polarized at the Carbonyl Groups of Phosphatidylcholines on the Dipole Potential of Lipid Bilayers / S. Diaz, F.

Amalfa, A.C. Biondi de Lopez, E.A. Disalvo // Langmuir. — 1999. — Vol. 15, No. 15. — P. 5179–5182. — doi:10.1021/la981235f.

5. Diaz, S. Contribution of Phosphate Groups to the Dipole Potential of Dimyristoylphosphatidylcholine Membranes / S. Diaz, F. Lairio, J. Arroyo, E.A.

doi:10.1021/la000683w.

6. Ermakov, Yu.A. The determination of binding site density and association constants for monovalent cation adsorption onto liposomes made from mixtures of zwitterionic and charged lipids // Biochimica et Biophysica Acta. — 1990. — Vol. 1023, No. 1. — P. 91–97. — doi:10.1016/0005-2736(90)90013-E.

7. Ermakov, Yu.A. Dipole potentials indicate restructuring of the membrane interface induced by gadolinium and beryllium ions / Yu. Ermakov, A. Averbakh, A. Yusipovich, S. Sukharev // Biophysical journal. — 2001. — Vol. 80, No. 4. — P. 1851–62. — 10.1016/S0006-3495(01)76155-3.

8. Ermakov, Yu.A. Gadolinium ions block mechanosensitive channels by altering the packing and lateral pressure of anionic lipids / Yu. Ermakov, K. Kamaraju, K.

Sengupta, S. Sukharev // Biophysical journal. — 2010. — Vol. 98, No. 6. — P.

1018–27. — doi:10.1016/j.bpj.2009.11.044.

9. Eisenberg, M. Adsorption of monovalent cations to bilayer membranes containing negative phospholipids / M. Eisenberg, T. Gresalfi, T. Riccio, S.

McLaughlin // Biochemistry. — 1979. — Vol. 18, No. 23. — P. 5213–23. — doi:10.1021/bi00590a028.

10. McLaughlin, S. The electrostatic properties of membranes // Annual review of biophysics and biophysical chemistry. — 1989. — Vol. 18. — P.113–136.

11. Shapovalov, V. L. Interaction of DPPC monolayer at air–water interface with hydrophobic ions // Thin Solid Films. — 1998. — Vol. 329. — P. 599–602.

12. Ермаков, Ю. А. Влияние бериллия на электростатические и термодинамические свойства мембран из дипальмитоиллецитина / Ю.А.

Ермаков, С.С. Махмудова, Е.В. Шевченко, В.И. Лобышев // Биологические Мембраны. — 1993. — Т. 10, №2. — С. 212–224.

13. Ермаков, Ю.А. Равновесие ионов вблизи липидных мембран эмпирический анализ простейшей модели // Коллоидный журнал. — 2000.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ РАБОТЫ

1. Marukovich, N. (2013). Interaction of Polylysines with the Surface of Lipid Membranes: The Electrostatic and Structural Aspects / N. Marukovich, M.

McMurray, O. Finogenova, A. Nesterenko, O. Batischev, Y. Ermakov // Advances in Planar Lipid Bilayers and Liposomes. — 2013. — Vol. 17, No. 29.

— P. 139–166. — doi:10.1016/B978-0-12-411516-3.00006-1.

2. Нестеренко, А.М. Молекулярно динамическая симуляция бислоя DPPC в разных фазовых состояниях: гидратация и распределение электрического поля в присутствии катионов Be2+ / А.М. Нестеренко, П.М. Красильников, Ю.А. Ермаков // Биологические Мембраны. — 2011. — Т. 28, №5. — С.

3. Нестеренко, А.М. Молекулярная динамика фосфолипидных мембран:

распределение ионов вблизи границы нейтрального и заряженного жидкокристаллического бислоя / А.М. Нестеренко, Ю.А. Ермаков // Биологические Мембраны. — 2012. — Т. 29, №5. — С. 374–384.

Тезисы конференций 1. Нестеренко, А.М. Подвижность ионов в примембранном слое воды / А.М.

Нестеренко, П.М. Красильников // Тезисы XV международной конференции «Математика. Компьютер. Образование» (28.01-2.02, 2008 г.).

2. Нестеренко А.М. Изменение параметров двойного электрического слоя на поверхности фосфолипидной мембраны при вариации его ионного состава / А.М. Нестеренко, П.М. Красильников // Тезисы XIX международная конференция «Математика. Компьютер. Образование»

(30.01-4.02, 2012 г.). — г. Дубна. — 2012. — С. 268.

3. Нестеренко, А.М. Строение двойного электрического слоя и адсорбция катионов металлов на поверхности бислойных фосфолипидных мембран в молекулярной динамике / А.М. Нестеренко, П.М. Красильников, Ю.А.

Ермаков // Тезисы IV съезда биофизиков России. — г. Нижний Новгород. — 4. Nesterenko, A.M. Effect of cations on structural and electrical properties of Symposium «Frontiers In Electronic Structure Theory And Multi Scale Modeling». — MIS&S, Moscow. — 2013. — P. 37.



 
Похожие работы:

«РУБИН МИХАИЛ АЛЕКСАНДРОВИЧ КАТАЛИТИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ПРИСОЕДИНЕНИЯ ЦИКЛОПРОПЕНОВ 02.00.03 - органическая химия Автореферат Диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук Астрахань 2014 1 Работа выполнена в ФГАОУ ВПО Северо-Кавказский федеральный университет на кафедре химии доктор химических наук, Научный профессор консультант: Аксенов Александр Викторович доктор химических наук, Официальные профессор оппоненты: Ненайденко Валентин Георгиевич (ФГБОУ ВПО...»

«Пучина Гульфия Рашитовна СИНТЕЗ И ПРЕВРАЩЕНИЯ 6- И 6,8-ЗАМЕЩЕННЫХ 3-БЕНЗИЛ-3АЗАБИЦИКЛО[3.3.1]НОНАН-9-ОНОВ 02.00.03 - Органическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Уфа – 2007 2 Работа выполнена в Институте органической химии Уфимского научного центра Российской Академии наук и Уфимской государственной академии экономики и сервиса. Научный руководитель : кандидат химических наук, доцент Вафина Гузэль Фагимовна Официальные...»

«Бакланова Яна Викторовна КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТАЛЛАТОВ ЛИТИЯ Li2MO3 И ОКСИГИДРОКСИДОВ MO(OH)2 (M = Ti, Zr, Hf) специальность 02.00.21 – химия твердого тела Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Екатеринбург – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте химии твердого тела Уральского отделения РАН Научный руководитель : доктор химических наук, ведущий...»

«КОШЕЛЕВА Екатерина Валентиновна ТВЕРДЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ В СИСТЕМАХ CaY2S4-Yb2S3 и CaYb2S4-Y2S3 Специальность: 02.00.05 – Электрохимия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Екатеринбург - 2014 2 Работа выполнена на кафедре неорганической и физической химии ФГБОУ ВПО Вятский государственный университет, г. Киров Калинина Людмила Алексеевна, Научный руководитель : кандидат химических наук, доцент ФГБОУ ВПО Вятский государственный университет,...»

«ТРОШИНА Олеся Анатольевна ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРАСТВОРИМЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ФУЛЛЕРЕНОВ, ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ 02.00.04 – Физическая химия 02.00.03 – Органическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Черноголовка-2007 Работа выполнена в Институте проблем химической физики РАН Научный руководитель : доктор химических наук, профессор Любовская Римма Николаевна Официальные оппоненты : доктор...»

«БАРИНОВА ЮЛИЯ ПАВЛОВНА СИНТЕЗ, СТРОЕНИЕ И КАТАЛИТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГЕТЕРОЭЛЕМЕНТСОДЕРЖАЩИХ КАРБЕНОВЫХ КОМПЛЕКСОВ МОЛИБДЕНА 02.00.08 - химия элементоорганических соединений АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Нижний Новгород – 2010 2 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте металлоорганической химии им. Г.А. Разуваева РАН Научный руководитель : доктор химических наук, профессор Бочкарев Леонид Николаевич...»

«ЛАРИН СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОМПЛЕКСОВ РАЗВЕТВЛЕННЫХ И ЛИНЕЙНЫХ ПОЛИЭЛЕКТРОЛИТОВ Специальность 02.00.06 – высокомолекулярные соединения Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Санкт-Петербург – 2011 www.sp-department.ru Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте высокомолекулярных соединений РАН Научный руководитель : доктор физ.-мат. наук Анатолий Анатольевич ДАРИНСКИЙ Официальные...»

«Самойлова Ольга Владимировна ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ В СИСТЕМЕ Cu–Si–Ni–O Специальность 02.00.04 – Физическая химия Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук Челябинск 2013 Диссертация выполнена на кафедре Физическая химия ФГБОУ ВПО Южно-Уральский государственный университет (НИУ). Научный руководитель : доктор технических наук, профессор, Михайлов Геннадий Георгиевич....»

«Стахеев Виталий Владимирович КАРБОКСИЛАТНЫЕ ФОСФАБЕТАИНЫ В РЕАКЦИЯХ АЛКИЛИРОВАНИЯ И КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЯ 02.00.08 – Химия элементоорганических соединений Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Казань – 2011 Работа выполнена в Химическом институте им. А.М.Бутлерова Казанского (Приволжского) федерального университета Научный руководитель : доктор химических наук, профессор Галкина Ирина Васильевна Официальные оппоненты : доктор химических...»

«Ершова Юлия Дмитриевна Синтез и трансформации 1-фурилзамещенных тетрагидро- и дигидроизохинолинов 02.00.03 – Органическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва 2011 Работа выполнена на кафедре органической химии факультета физико-математических и естественных наук Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Российский университет дружбы народов Научный...»

«Подгорбунский Анатолий Борисович ИОННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ И АМОРФНЫХ ФТОРИДНЫХ СОЕДИНЕНИЙ МЕТАЛЛОВ IV И V ГРУПП 02.00.04 – физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Владивосток – 2014 Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте химии Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИХ ДВО РАН) Научный руководитель : доктор химических наук, доцент, старший научный...»

«Парфенова Людмила Вячеславовна МЕХАНИЗМЫ РЕАКЦИЙ ГИДРО-, КАРБО- И ЦИКЛОМЕТАЛЛИРОВАНИЯ АЛКЕНОВ С ПОМОЩЬЮ АЛЮМИНИЙОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, КАТАЛИЗИРУЕМЫХ 5-КОМПЛЕКСАМИ Zr 02.00.15- Кинетика и катализ Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук Уфа-2012 2 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте нефтехимии и катализа РАН член-корреспондент РАН, Научный консультант : доктор химических наук, профессор Джемилев Усеин...»

«Харисов Борис Ильдусович ПРЯМОЙ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СИНТЕЗ КООРДИНАЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ ФТАЛОЦИАНИНОВ И АЗОМЕТИНОВ Специальность 02.00.04 - Физическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук Ростов-на-Дону - 2006 2 Диссертационная работа выполнена в Институте физической химии и электрохимии им. А.Н.Фрумкина Российской Академии Наук (г. Москва) и НИИ физической и органической химии Ростовского государственного университета (г....»

«Опарин Петр Борисович -Гарпинины - защитные пептиды растений 02.00.10 – биоорганическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва – 2014 1 Работа выполнена в лаборатории нейрорецепторов и нейрорегуляторов Федерального государственного бюджетного учреждения науки...»

«БАСОВА ЕВГЕНИЯ ЮРЬЕВНА ИММУНОХИМИЧЕСКИЕ ТЕСТ-МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКСИКАНТОВ В ПРОДУКТАХ ПИТАНИЯ И ОБЪЕКТАХ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 02.00.02. – Аналитическая химия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Саратов – 2010 Работа выполнена на кафедре общей и неорганической химии Института химии Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского Научный руководитель : доктор химических наук, доцент Горячева Ирина Юрьевна Официальные...»

«НА ПРАВАХ РУКОПИСИ ДЛЯ СЛУЖЕБНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ РОНКИН ГРИГОРИЙ МАНУИЛОВИЧ Р.РОЦЕССЫ ХЛОРИРОВАНIIЯ, СfРУКТУРА И СВОЙСТИА ХЛОРИРО­ ВАННЫХ ПОЛИОЛЕФИНОВ 11 КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ИХ ОСНОВЕ 05.17.06- Техиолоrи!' в nереработка n.1ас:тическнх масс, элас:томероа а КОМПО3НТО8,02.00.06 - хнМв• выесжоммекул•рных соедниеивl АВТОРЕФЕРАТ диссертации ка соис1С8иие ученой ~:Теnеин доктора 1 технических наук www.sp-department.ru Общая характеристика ра(юты. ДиссертацИJI посвящена решению ряда...»

«Меньшова Марина Анатольевна СИНТЕЗ И ПРЕВРАЩЕНИЯ АЛКИЛ-, АРИЛ-, (ГАЛОГЕН)ЗАМЕЩЕННЫХ-2-ПЕНТЕН-1,5-ДИОНОВ С N,N(O,S)-БИНУКЛЕОФИЛЬНЫМИ РЕАГЕНТАМИ 02.00.03 – органическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Саратов - 2011 Работа выполнена на кафедре химии и методики обучения ФГБОУ ВПО Саратовский государственный университет им. Н.Г.Чернышевского Научный руководитель : доктор химических наук, доцент Пчелинцева Нина Васильевна...»

«СМЕКАЛОВА ЕЛЕНА МИХАЙЛОВНА ИДЕНТИФИКАЦИЯ И ИЗУЧЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ НОВОЙ ТЕЛОМЕРАЗЫ ДРОЖЖЕЙ 02.00.10 – биоорганическая химия Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук Москва – 2012 Работа выполнена на кафедре Химии Природных Соединений Химического факультета Московского Государственного Университета имени М.В. Ломоносова. Научные руководители:...»

«Сорокина Наталья Викторовна ИЗУЧЕНИЕ РЕГИОНАЛЬНО-ФОНОВОЙ РАДИАЦИОННОЙ СИТУАЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ДОЗИМЕТРИИ И ИССЛЕДОВАНИЙ СОДЕРЖАНИЯ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОГЕННЫХ РАДИОНУКЛИДОВ В МАТЕРИАЛАХ И ПРОДУКТАХ КУЗБАССА Специальность 02.00.04. – физическая химия АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Кемерово 2006 2 Работа выполнена на кафедре физической химии ГОУ ВПО Кемеровский госуниверситет. Научный кандидат физико-математических наук, доцент...»

«Ковальчук Антон Алексеевич НОВЫЕ КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ СТЕРЕОИЗОМЕРОВ ПОЛИПРОПИЛЕНА И УГЛЕРОДНЫХ НАНОТРУБ, ПОЛУЧЕННЫЕ МЕТОДОМ ПОЛИМЕРИЗАЦИИ IN SITU 02.00.06 – Высокомолекулярные соединения АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Москва – 2008 Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте химической физики им. Н.Н. Семенова РАН Научный руководитель : кандидат химических наук Аладышев Александр Михайлович...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.