Аннотация
Представлена модель образования складчатости плазматической мембраны под действием приложенных к ней продольных и поперечных механических усилий. Эти усилия возникают из-за изменения белок-липидных и липид-липидных взаимодействий в мембране и подмембранной спектрин-актин-анкириновой сети при их взаимодействии с гормонами стресса, андрогенами и т. п. Используется модель линейно-упругой среды. Установлено, что амплитуда высоты складок прямо пропорциональна амплитуде приложенных распределенных поперечных усилий и обратно пропорциональна продольному напряжению. Показано, что если величина продольного напряжения превысит некоторое критическое значение, то складки мембраны модулируются субскладками. Результаты моделирования объясняют известные данные атомно-силовой микроскопии поверхности мембран эритроцитов при их взаимодействии с гормонами стресса и андрогенами.
Ключевые слова: механические напряжения, моделирование, конденсированная среда, белок-липидные домены, биологические мембраны, конформация биомембран, морфология биомембран
Авторы:
Мокрушников Павел Валентинович
в 1986 году окончил Новосибирский государственный университет по специальности «физик», канд. физ.-мат. наук, доцент кафедры физики и химии Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета. Область научных интересов: структурные переходы в плазматических мембранах. Автор и соавтор 29 научных работ, в том числе одной монографии. (Адрес: 630008, Россия, Новосибирск, ул. Ленинградская, 113.
E-mail: pavel.mokrushnikov@bk.ru).
Рудяк Валерий Яковлевич
д-р физ.-мат. наук, профессор, главный научный сотрудник, кафедра теоретической механики Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета. Области научных интересов: кинетическая теория плотных и разреженных газов, неравновесная статистическая механика процессов переноса, физика и механика дисперсных жидкостей, процессы переноса в газах, жидкостях и в наножидкостях, теория ламинарно-турбулентного перехода, моделирование и изучение макро-, микро- и нанотечений ньютоновских и неньютоновских жидкостей. Опубликовано более 500 научных работ. (Адрес: 630008, Россия, Новосибирск, ул. Ленинградская, 113. E-mail: valery.rudyak@mail.ru).
Список литературы
- Биохимия: учебник / под ред. Е.С. Северина. – М.: Гэотар-Мед, 2004. – 779 с.
- Структурные переходы в мембранах эритроцитов (экспериментальные и теоретические модели) / П.В. Мокрушников, Л.Е. Панин, В.Е. Панин, А.И. Козельская, Б.Н. Зайцев. – Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2019. – 286 с.
- Mokrushnikov P.V. Mechanical stresses in the lipid bilayer of erythrocyte membranes // Lipid bilayers: properties, behavior and interactions / ed. by M. Ashrafuzzaman. – New York: Nova Science Publishers, 2019. – P. 43–91.
- Combined effect of cortical cytoskeleton and transmembrane proteins on domain formation in biomembranes / K.U. Sikder, K.A. Stone, P.B.S. Kumar, M. Laradji // The Journal of Chemical Physics. – 2014. – Vol. 141 (5). – P. 054902.
- Строение и функция эритроцита в норме и при критических состояниях / В.В. Мороз, А.М. Голубев, А.В. Афанасьев, А.Н. Кузовлев, В.А. Сергунова, О.Е. Гудкова, А.М. Черныш // Общая реаниматология. – 2012. – Т. 8, № 1. – С. 52–60.
- Revealing plasma membrane nano-domains with diffusion analysis methods / J.L. Kure, C.B. Andersen, K.I. Mortensen, P.W. Wiseman, E.C. Arnspang // Membranes (Basel). – 2020. – Vol. 10 (11). – P. 314–325.
- Mitre-Aguilar I.B., Cabrera-Quintero A.J., Zentella-Dehesa A. Genomic and non-genomic effects of glucocorticoids: implications for breast cancer // International Journal of Clinical and Experimental Pathology. – 2015. – Vol. 8 (1). – P. 1–10.
- Chichili G.R., Rodgers W. Cytoskeleton-membrane interactions in membrane raft structure // Cellular and Molecular Life Sciences: CMLS. – 2009. – Vol. 66 (14). – P. 2319–2328.
- Huesties W.H., McConnel H.M. A functional acetylcholine receptor in the human erythrocyte // Biochemical and Biophysical Research Communications. – 1974. – Vol. 57 (3). – P. 732–762.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 7. Теория упругости. – М.: Наука, 1987. – 246 с.
- Основы многоуровневой мезомеханики наноструктурных переходов в мембранах эритроцитов и их разрушения при взаимодействии с гормонами стресса / Л.Е. Панин, П.В. Мокрушников, В.Г. Куницин, В.Е. Панин, Б.Н. Зайцев // Физическая мезомеханика. – 2011. – Т. 14, № 1. – С. 5–17.
- Рубин А.Б. Биофизика. Т. 2: учебник для вузов. – М.: Наука, 2004. – 469 с.
- Взаимодействие нанокристаллов корунда и кварца с мембранами эритроцитов / П.В. Мокрушников, Л.Е. Панин, Б.Н. Зайцев, Н.С. Доронин, А.И. Козельская, А.В. Панин // Биофизика. – 2011. – Т. 56, № 6. – С. 1105–1110.
- Morphological changes of the red blood cells treated with metal oxide nanoparticles / A.I. Kozelskaya, A.V. Panin, I.A. Khlusov, P.V. Mokrushnikov, B.N. Zaitsev, D.I. Kuzmenko, G.Yu. Vasyukov // Toxicology in Vitro. – 2016. – Vol. 37. – P. 34–40.
- Мокрушников П.В. Механизм взаимодействия наночастиц оксидов металлов с биомембраной // Биофизика. – 2020. – Т. 65, № 1. – C. 74–79.
- Confined diffusion of transmembrane proteins and lipids induced by the same actin meshwork lining the plasma membrane / T.K. Fujiwara, K. Iwasawa, Z. Kalay, T.A. Tsunoyama, Y. Watanabe, Y.M. Umemura, H. Murakoshi, K.G.N. Suzuki, Y.L. Nemoto, N. Morone, A. Kusumi // Molecular Biology of the Cell. – 2016. – Vol. 27 (7). – P. 1101–1119.
- Мокрушников П.В., Рудяк В.Я. Модель диффузии липидов в цитоплазматических мембранах // Биофизика. – 2023. – T. 68, № 1. – С. 41–56. – DOI: 10.31857/S0006302923010052.
- Mokrushnikov P.V., Rudyak V.Ya., Lezhnev E.V. Mechanism of gas molecule transport through erythrocytes’ membranes by kinks-solitons // Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. – 2021. – Vol. 12, N 1. – P. 22–31.
Благодарности. Финансирование
Исследование выполнено при финансовой поддержке Мегагранта Министерства науки и высшего образования РФ, соглашение № 075-2021-575.
Просмотров аннотации: 784
Скачиваний полного текста: 258
Просмотров интерактивной версии: 0
Для цитирования: Мокрушников П.В., Рудяк В.Я. Механическая модель образования складок на плазматической мембране // Доклады АН ВШ РФ. – 2023. – № 2 (59). – C. 29–40 – doi: 10.17212/1727-2769-2023-2-29-40
For citation: Mokrushnikov P.V., Rudyak V.Ya. Mekhanicheskaya model' obrazovaniya skladok na plazmaticheskoi membrane [A mechanical model of fold formation on the plasma membrane]. Doklady Akademii nauk vysshei shkoly Rossiiskoi Federatsii = Proceedings of the Russian higher school Academy of sciences, 2023, no. 2 (59), pp. 29–40. DOI: 10.17212/1727-2769-2023-2-29-40.
