Снижение электрической прочности и электрический пробой мембран Учебник

Снижение электрической прочности и электрический пробой мембран Учебник Биофизики ЧАСТЬ 4. Физикохимические основы патологии клетки

Электрический пробой плоских фосфолипидных мембран (БЛМ)

Приготовление БЛМ 2 4 3 5 1 А Б В Г

Установка для получсения БЛМ и измерения ее электрических свойств 1 2 3 5 4

БЛМ как объект изучения ионной проницаемости липидного слоя мембран Источник тока U Ri V HCl Электролит Ru A I Электроды БЛМ

Зависимость времени жизни липидных пор от напряжения Точки – эксперимент Линии - теория ФЭ ФХ Lg t мс 6 4 2 ФХ + лизо. ФХ 0, 2 0, 4 j (V) 0, 6

Пробой БЛМ при действии постоянного электрического поля

BLM as a tool to measure membrane ionic permeability emp Voltmeter U Ri HCl Ru I Ampermeter Electrode emp - electro motive force. The potential difference applied to our system from an external source. U - membrane potential. I - membrane current. Electrolyte Bilayer lipid membrane (BLM)

Измерение потенциала на мембране (слева) и тока через мембрану (справа) jm Ro Ri Rm Ri im Ro Rm Ro – нагрузочное сопротивление , Ri – внутреннее сопротивление милливольтметра, Rm – сопротивление БЛМ. При снижении Rm ток через мембрану и потенциал на мембране уменьшаются.

Вольт-амперные характеристики БЛМ контроль 20 Ток, п. А j* j* 10 + УФ j* + 20% холестерина 0 40 80 120 Разость потенциалов, м. В

“Динамический” метод измерения потенциала пробоя БЛМ U (m. V) Выкл Потенциал пробоя 200 * U 150 Стресс 100 50 Вкл 0 0 30 60 90 Время, с 120

Потенциал пробоя БЛМ, м. В Электрический пробой БЛМ U* Фосфолипаза A 2 УФ 90 пептид СГД P СГД 60 30 0 10 20 0 10 Время, мин 20 0 10 20

Влияние изменения гидростатического давления на потенциал пробоя БЛМ P P 100 75 50 25 0 10 20 мин

Влияние пробоя на электрическую прочность БЛМ Смирнов, А. А. ; Путвинский, А. В. ; Рощупкин, Д. И. ; Владимиров, Ю. А. Необратимое повреждение липидных бислойных мембран в состоянии электрического пробоя. Биофизика 25: 140 -142 (1980). Сила тока, п. А 8 3 6 4 2 1 4 2 8 150 50 100 Напряжение (m. V) 1 – Контроль 2 – 1 + пробой 3 – 2 + Са 2+ 4 – 1 + УФ

Пробой мембран собственным (ионным диффузионным) потенциалом

Концентрационный потенциал, образуемый на БЛМ в присутствии ионофора U (m. V) Потенциал Нернста U (m. V ) = HCl БЛМ z. F [H]2 » 60ґ p. H ln RT [H]1 Электролит + ионофор

Потенциал на мембране, м. В Самопробой БЛМ при высоком ионном диффузионном потенциале Потенциал пробоя p. H = 3. 2 120 100 p. H = 1. 2 80 Потенциал Нернста 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 Время, мин 7 8 9

Самопробойц БЛМ

Электрический пробой мембран собственным мембранным потенциалом

Кинетическая кривая изменения протонного диффузионного потенциала при УФ-облучении БЛМ Путвинский, А. В. ; Пучкова, Т. В. Протонная проницаемость и электрический пробой фосфолипидных мембран после УФ-облучения. Биофизика 26 (3): 481 -486 (1981)

Разность потенциалов, м. В Самопробой БЛМ при УФ облучении Потенциал пробоя 40 30 20 УФ 10 0 HCl 2 4 6 7. 5 Время, мин 8. 0

Пробой БЛМ при УФ облучении Рис. 1. Изменение сопротивления БЛМ (R), приготовленных из митохондриальных липидов (а) и яичного лецитина (б). Потенциал на мембранах до облучения 28 м. В. Стрелка показывает начало Уфоблучения Путвинский, А. В. ; Пучкова, Т. В. Протонная проницаемость и электрический пробой фосфолипидных мембран после УФ-облучения. Биофизика 26 (3): 481 -486 (1981)

Electrical breakdown of BLM under UV

Потенциал пробоя БЛМ (Uпр), приготовленных из митохондриальных липидов (а) и яичного лецитина (б) Путвинский, А. В. ; Пучкова, Т. В. Протонная проницаемость и электрический пробой фосфолипидных мембран после УФ-облучения. Биофизика 26 (3): 481 -486 (1981)

Пробой БЛМ при разном диффузионном потенциале

Электрический пробой фосфолипидных везикул (липосом)

Electrical breakdown of the membrane of liposomes Changes in light transmittancc of liposomal suspension on the addition of СССР (100 nmol/1). Liposomes (0. 2 mg/ml) were formed from egg lecithin in sucrose solution (10 mmol/I) with KAc added: a — 5 mmol/I, b — 15 mmol/I, с — 40 mmol/I.

Электрический пробой мембран липосом Cl. CCP а б 1% Светопропускание KAc в T 2 мин Время

Электрический пробой мембран липосом Мембранный потенциал 90 60 60 T / T (отн. ед. ) -4 90 120 KAc -2 Сжатие 0 0 Набухание -1 KAc -2, 0 -1, 5 -1, 0 -2 -1, 5 Lg[KAc]o / [KAc]i -2, 0

Влияние холестерина на пробой в липосомах Потенциал на мембране (м. В) 0% холестерина 20% холестерина Ac. OK (м. М)

Breakdown of membrane during continuous introduction of KAc Time-course of light transmittance (T) in the liposomal suspension (a) and the calculated membrane potential (b) during continuous introduction of concentrated potassium acetate solution. Liposomes (0. 2 mg lipids/ml) prepared from egg lecithin were formed in 10 mmol/1 sucrose solution. Final concentration of CCCP was 0. 1 mmol/l.

Потенциал пробоя (м. В) Холестерин увеличивает электрическую прочность мембран липосом Холестерин / фосфолипиды (моль / моль)

Потенциал пробоя (м. В) Снижение мембранного потенциала в липосомах при пероксидации липидов Слева – При УФоблучении разными дозами. Справа – Про добавлении водорастворимых продуктов пероксидации липидов. Доза (Дж / см 2) Продукты ПОЛ (мл)

Потенциал пробоя (м. В) Детергенты снижают электрическую прочность мембран липосом Triton X-100 CTAB SDS Логарифм молярной концентрации детергента

Электрический пробой мембран эритроцитов

Электрический пробой мембран эритроцитов p. H 5, 8 7 7, 0 j, м. В 100 80 60 40 20 j* 6, 4 6 6, 8 5 6, 2 6, 6 p. H 6, 0 7, 2 7, 6 4 3 0, 3 1, 5 2, 4 3, 2 Lg (Ci / Co) 2 7, 4 0 1 20 40 60 мин

Electrical breakdown of erythrocyle membranes by chlorine diffusion potential. [Cl]i and [C 1]o, Cl- concentrations in the cells and in the surrounding isotonic medium, respectively; фm [Сl-], membrane (chlorine) potential as calculated by the Nernst equation on the basis of (Сl-)i/(Cl-)o ratio; фm (H+), membrane potential as calculated from the р. Н value arising in the medium after the addition of erythrocytes. The breaks on the curves attest to increased cationic permeability of the membranes. 1, Original erythrocytes; 2, Erythrocytes after UV-induced lipoperoxidation. Note that the peroxidation decreased the critical potential from ф2* = 110 to ф2* = 93 m. V.

Растяжение мембран эритроцитов снижает потенциал пробоя

Release of hemoglobin from erythrocytes

Электрический пробой мембран митохондрий

Электрический пробой внутренней мембраны митохондрий U (м. В) F (r. u. ) Субстрат 0 150 100 Ацетат 200 a 50 2 мин

Membrane potential changes in mitochondria upon their energization, the addition of permeant acid, and electrical breakdown, as assessed from variations in the fluorescence intensity of the probe di. S-C 3 -(5). Precalibration of de-energized mitochondria in a KCl + valinomycin system enabled the variation in fluorescence to be expressed in membrane potential units (фm, m. V). фs is the change in potential inside the mitochondria after the addition of succinate to the mitochondrial suspension containing rotenone; ф. A is the change in potential after the addition of potassium acetate (Ac. OK). When the membrane is broken down electrically, i. e. when dф. A ф*, the membrane potential falls (b).

Скорость падения мембранного потенциала (tg a) при различных потенциалах на внутренней мембране tg a 2 Потенциал на мембране (м. В) 180 190 200 210 1 o 0. 1 1. 0 10 Концентрация соли (м. М) Tg a (см. предыдущий слайд) – жто скорость падения мембранного потенциала в результате электрического пробоя. Добавление KCl не создает дополнительного потенциала на мембране и не приводит к пробою. При добавлении ацетата пробоцй наступает при мембранном потенциале выше 200 м. В.

Набухание митохондрий в результате электрического пробоя Светопропускание При добавлении сукцината (S), а потом - ацетата (Ac. OK) создается мембранный потенциал, величина которого растет с увеличением концентрации Ac. OK. При больших концентрациях Ac. OK (8 и 20 м. М) и, следовательно, - высоких потенциалах (>200 м. В) происходит пробой мембраны и наблюдается набухание митохондрий (tga > 0). Цифры у кривых – доза УФ в милли Эйнштейнах на м 2. Пробой Мембранный потенциал Внизу дана зависимость скорости набухания митохондрий (tga) от концентрации ацетата. После УФ облучения потенциал пробоя снижается.

УФ-доза, вызывающая набухание митохондрий тем меньше, чем выше мембранный потенциал