Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние адсорбции гадолиния на электростатические и механические свойства липидных мембран и проводимость каналов грамицидина А

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Юсипович, Александр Иванович

Список используемых сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. ЛИПИДНАЯ КОМПОНЕНТА БИОЛОГИЧЕСКИХ МЕМБРАН.

Структура и свойства липидной компоненты биологических мембран.

Фосфатидилсерин и фосфатидилхолин.

1.2. Адсорбция на мембранах катионов с высоким сродством к фосфолипидам.

1.3. Распределение потенциала на границах мембраны.

1.4. Дипольная компонента граничного потенциала.

Связь со структурой мембран.

Приближенные теоретические оценки.

Экспериментальные методы измерения.

1.5. Поверхностный потенциал мембран. Модель Гуи-Чепмена-Штерна.

1.6. Взаимодействие гадолиния с липидными мембранами. Эффект обеднения раствора.

1.7. Изменение структуры мембран при адсорбции неорганических катионов. Фазовый переход и конденсация в липидном бислое.

1.8. Механические свойства мембран при адсорбции катионов гадолиния.

1.9. Каналообразующий антибиотик грамицидин А. Связь активности канала со свойствами липидного бислоя.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

2.1. Измерение электрофоретической подвижности липосом.

2.2. Метод КВП и измерение упругости поперечного сжатия мембран.

Измерение граничного потенциала. Метод КВП.

Измерения упругости поперечного сжатия мембран.

2.3. Перфузия растворов.

2.4. Измерение натяжения мембран.

2.5. Проводимость грамицидиновых каналов в присутствии гадолиния.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ.

3.1. Граничный потенциал мембран. Применение перфузии.

Поверхностный и граничный потенциал мембран при дискретных добавках GdCh.

Влияние концентрации GdCb на кинетику изменения граничного потенциала.

Оценка обратимости наблюдаемых эффектов.

Сравнение поверхностных и граничных потенциалов при адсорбции гадолиния.

3.2. Изменение механических свойств БЛМ.

Оценка упругости поперечного сжатия мембран.

Натяжение мембран из фосфатидилсерина и фосфатидилхолина.

Вклад монослоев в натяжение липидного бислоя.

3.3. Измерение проводимости грамицидиновых каналов в присутствии ионов гадолиния.

Проводимость мембран, модифицированных грамицидином А.

Оценка проводимости одиночных грамицидиновых каналов.

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ.

4.1. Изменение электрического поля в мембране и ее окрестностях.

Взаимодействие катионов гадолиния с компонентами раствора.

Кинетика изменения граничного потенциала до и после точки нулевого заряда мембраны.

Дипольный потенциал как индикатор структурных изменений на мембране из фосфатидилсерина.

4.2. Механические свойства мембран в присутствие гадолиния.

Упругость поперечного сжатия мембран из PS при введении GdCb.

Изменение натяжения как индикатор структурных изменений на мембране из фосфатидилсерина.

4.3. Влияние катионов гадолиния на фазовое состояние липидов в бислое. .97 Сопоставление граничного потенциала и натяжения мембран из фосфатидилсерина в присутствии катионов гадолиния.

Вклад монослоев в изменение свойств бислойной мембраны.

Возможный механизм действия катионов гадолиния на проводимость грамицидиновых каналов.

Изменение конформации молекул фосфолипидов при адсорбции катионов гадолиния.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Влияние адсорбции гадолиния на электростатические и механические свойства липидных мембран и проводимость каналов грамицидина А"

Взаимодействие неорганических катионов с биологическими мембранами оказывает огромное влияние на жизнедеятельность клетки. При помощи неорганических катионов формируется мембранный потенциал, происходит накопление энергии, необходимые для жизнедеятельности клетки, многие неорганические катионы принимают участие в регулировании активности клеточных ферментов и т. д. Влияние катионов на работу протеинов, интегрированных в мембрану, с некоторой степенью условности можно разделить на взаимодействие непосредственно с белками и опосредованное взаимодействие, через липидное окружение. Эта работа направлена именно на изучение изменений в липидном бислое, способных влиять на эффективность работы белков. При этом в последние годы становится очевидным, что влияние неорганических ионов на липидные мембраны не исчерпывается только эффектами заряжения поверхности. Некоторые из этих ионов могут принимать прямое участие в изменении структуры липидной части клеточных мембран, которое оказывается существенным фактором для функционирования мембранных протеинов.

Использование плоских бислойных липидных мембран (БЛМ) с известным составом дает хорошие возможности для качественной и количественной оценки влияния различных неорганических катионов на липидные мембраны.

Наиболее интересными в этом отношении являются ионы лантанидов, имеющие высокое сродство к фосфолипидам и известные как блокаторы механочувствительных каналов. Последние играют важнейшую роль в осмотической устойчивости клеток и в поддержании тонуса сосудистой стенки кровеносных сосудов. Блокирование этих каналов неорганическими ионами имеет общие черты для каналов самых разных клеток и, по-видимому, опосредованно изменениями в их липидном окружении. Однако участие в этом процессе липидного бислоя, его связь с составом мембран и адсорбцией ионов требуют существенного уточнения.

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Юсипович, Александр Иванович

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. В мембранах, сформированных из фосфатидилсерина, обнаружена корреляция скачка дипольной компоненты граничного потенциала и упругости поперечного сжатия БЛМ, а также увеличения натяжения (в 5-6 раз) при концентрации гадолиния в объеме ячейки, близкой к точке нулевого заряда (1(Г6 -10"5 М). В рамках теории Гуи-Чепмена-Штерна определены эффективные значения констант связывания гадолиния в области концентраций до и после точки нулевого заряда, которые составляют 30 и 5*104 М"1, соответственно.

2. Мембраны из фосфатидилхолина оказываются практически полностью индифферентными к присутствию катионов гадолиния в растворе, несмотря на их достаточно эффективную адсорбцию на поверхности.

3. Фиксация концентрации гадолиния в объеме ячейки с помощью перфузии позволила установить эмпирическую связь изменения граничного потенциала и натяжения мембран. Доказано существование критического изменения натяжения мембран, около 1.5 мН/м, при котором возникает скачок дипольного потенциала в результате адсорбции гадолиния, причем его амплитуда практически не меняется при дальнейшем повышении концентрации этого катиона.

4. Натяжение мембран измерено при введении гадолиния последовательно с двух сторон мембраны при условии одинакового заполнения обеих поверхностей БЛМ этим катионом. В этих опытах экспериментально доказан независимый вклад обоих монослоев бислоя в натяжение мембраны.

5. В опытах с плоскими БЛМ, модифицированными грамицидином А, установлено, что проводимость мембран из фосфатидилсерина, существенно уменьшается в присутствии катионов гадолиния с одной стороны мембраны, и практически исчезает при их добавлении с обеих сторон. В этом отношении поведение каналоформера качественно подобно блокированию механочувствигельных каналов. Показано, что влияние дополнительного, структурного фактора становится заметным на мембранах из фосфатидилсерина при понижении концентрации фонового электролита.

6. Полученные результаты качественно подтверждают модель, согласно которой адсорбция многовалентных катионов инициирует конденсацию молекул фосфатидилсерина, аналогичную фазовому переходу жидкость-гель. Существенные для конформационной подвижности мембранных белков структурные изменения бислоя сопровождаются переориентацией дипольных моментов на границах мембран и повышением модуля упругости, латерального давления и натяжения липидного бислоя.

Благодарности

Приношу искреннюю благодарность моему научному руководителю Ю.А. Ермакову и заведующему лабораторией биоэлектрохимии мембран член-корр. РАН Ю.А. Чизмаджеву за возможность пройти настоящую научную школу. Автор благодарен соавторам и сотрудникам лаборатории биоэлектрохимии ИЭЛ РАН, и B.C. Соколову за практическую помощь при проведении экспериментов, а также коллегам биологического и химического факультетов МГУ и особенно Н.Н. Добрыниной за помощь при оценке состава раствора при низких концентрациях гадолиния.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной работе показано, что в случае катионов с высоким сродством к фосфолипидам применение непрерывной перфузии не только улучшает воспроизводимость данных и делает измерения более корректными, но и позволяет получить ряд новых принципиально важных сведений о вызванных ими структурных изменениях в липидном бислое.

Полученные результаты подтверждают существование структурных изменений в мембранах из фосфатидилсерина, которые, по-видимому, сопровождаются конденсацией монослоя, в присутствии катионов гадолиния вблизи точки нулевого заряда. Скачок граничного потенциала в этой области отражает изменение дипольной компоненты и прямо связан с изменением натяжения бислоя, в который примерно одинаковый и независимый вклад вносят оба монослоя. Судя по кинетике изменения потенциала, структурные изменения в бислое из PS, по-видимому, отражают изменение фазового состояния липидов, типа жидкость-гель, которые зависят от способа и скорости введения гадолиния в контакт с мембраной. При концентрациях гадолиния ниже ТНЗ (около 10"6 М) величина граничного потенциала значительно, около 50 мВ ниже чем значение поверхностного потенциала, рассчитанного в рамках модели Гуи-Чепмена-Штерна, принимая константу связывания PS с мембраной равной 50000 М"1, как это было сделано ранее. Наиболее простой способ объяснить подобный результат это предположить различную эффективность связывания катионов гадолиния с поверхностью мембраны до и после точки нулевого заряда. Оценка, проведенная в рамках ГЧШ, показывает, что при концентрациях ниже точки нулевого заряда константа связывания катиона с мембраной составляет около 30 М"1 , и возрастает, по меньшей мере, на 3 порядка при переходе бислоя от «жидкого» к «твердому» состоянию.

При сопоставлении изменения натяжения и дипольного потенциала мембран из фосфатидилсерина установлено, что дипольный потенциал скачкообразно возрастает при таких концентрациях катиона, которые соответствуют изменению натяжения мембраны свыше 1.5 мН/м. Этот результат может означать, что существует некоторое пороговое значение поверхностного натяжения, при котором взаимодействие молекул в бислое из PS существенно меняется, по всей вероятности из-за изменения фазового состояния липидов.

В опытах по измерению натяжения при адсорбции одинакового количества гадолиния с обеих сторон мембран из фосфатидилсерина показано увеличение натяжения в два раза по сравнению с натяжением в присутствии гадолиния только с одной стороны БЛМ. Аналогично этому проводимость мембран, модифицированных грамицидином А при добавлении катионов гадолиния с двух сторон мембраны уменьшалась приблизительно в 2 раза сильнее, чем в присутствии Gd3+ с одной стороны. Это свидетельствует о независимом вкладе обоих монослоев бислоя в натяжение мембраны. В рамках предположения о фазовом переходе, инициированном катионами гадолиния, полученный результат означает возможность одновременного сосуществования в бислое конденсированного и неконденсированного монослоев.

Адсорбция катионов гадолиния на поверхности мембран из фосфатидилхолина и фосфатидилсерина, приводит к уменьшению проводимости грамицидиновых каналов. В этом отношении поведение каналоформера качественно подобно блокированию механочувствительных каналов. Установлено, что существенное снижение проводимости каналов в мембранах из фосфатидилсерина наблюдается при более низких концентрациях, чем происходит значительное изменение граничного потенциала в растворах КС1 соответствующей концентрации. Зависимость изменения проводимости каналов, интегрированных в мембраны из фосфатидилсерина от величины поверхностного заряда указывает на влияние дополнительных, неэлектростатических факторов, которые могут быть обусловлены, например, изменением структуры, упаковки или появлением локальной кривизны бислоя. Возможно, что эти факторы влияют на изменение конформации триптофоновых остатков молекулы грамицидина А, а также меняют упаковку связанных молекул воды в устье канала.

Изменение дипольного потенциала и натяжения мембран из PS свидетельствует об изменении структуры мембран, сопровождающихся конформационными изменениям в молекуле фосфатидилсерина при адсорбции катиона гадолиния. Вероятно, что при этом положительно заряженная аминогруппа, входящая в состав молекулы PS, смещается вглубь, к поверхности мембраны и, возможно, формирует водородные связи с незаряженными СНз группами.

При адсорбции гадолиния на мембраны из фосфатидилхолина не наблюдается достоверных изменений натяжения и дипольного потенциала бислоя. Однако, как и для мембран из фосфатидилсерина было отмечено увеличение модуля поперечной упругости в присутствии катионов гадолиния. Возможно, что изменение модуля упругости отражает некоторую конденсацию липидного монослоя в присутствии лантанидов, как было показано в ряде других работ, вероятно обусловленную изменением упаковки молекул PC, в результате дегидратации липидных головок в присутствии Gd3+ Однако, наблюдаемые в нашей работе эффекты на мембранах из PC гораздо менее значительное, чем в случае мембран из фосфатидилсерина.

Исследование липидных мембран помогло нам выяснить условия, при которых адсорбция катионов гадолиния на поверхности липидных мембран инициирует существенные изменения в структуре бислоя, заметные по увеличению дипольного потенциала, натяжения и модуля поперечной упругости мембран. Подобные изменения безусловно должны отражаться на конформационной подвижности любых белков, встроенных в липидный бислой. В частности, было показано влияние упругих свойств мембраны на перемещении субъединиц механочувствительного канала E.Coli, описанного в работах [Sukharev et al., 2001; Sukharev et al., 1999]. В нашей работе такие процессы были смоделированы при помощи полипептида грамицидина А, который образует ионный канал при взаимодействии мономеров, встроенных в каждый из монослоев мембраны. Как и в случае механочувствительных каналов, проводимость модифицированных грамицидином мембран резко падает в присутствии гадолиния с одной стороны мембраны и практически исчезает, когда этот катион адсорбирован на обеих сторонах БЛМ. Подобное нарушение транспортных процессов в клеточных мембранах опосредованное структурными изменениями липидного матрикса следует принимать во внимание при изучении токсического действия ионов тяжелых металлов. Из полученных данных следует, что важным условием здесь является присутствие в ближайшем окружении интегральных белков молекул фосфолипидов, близких по свойствам к ионизованным молекулам фосфатидилсерина и способных к конденсации.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Юсипович, Александр Иванович, Москва

1.1963. Краткая химическая энциклопедия.

2. Координационная химия редкоземельных элементов. 1979. Спицын В.И.,

3. Мартыненко Л.И. Издательство Московского Университета. 3.1987. Регистрация одиночных каналов. Мир, Москва. 4.1994. Gmelin Handbook of Inorganic and Organometallic Chemistry.

4. Абидор,И.Г., И.Ю.Глазунов, С.Л.Лейкин, Ю.А.Чизмаджев. 1986. Экспериментальное и теоретическое изучение природы быстрого изменения емкости бислойных липидных мембран в электрическом поле.

5. АбидорД.Г., С.Х.Айтьян, В.В.Черный, Л.В.Черномордик, Ю.А.Чизмаджев. 1979.

6. Измерение внутримембранного скачка потенциала потенциодинамическим методом. Доклады АН СССР 245:977-981.

7. Адамсон,А. 1979. Физическая химия поверхностей. МИР, Москва.

8. Айтьян,С.Х., М.Л.Белая, Ю.А.Чизмаджев. 1981а. Взаимодействие заряженных бислойных липидных мембран. ДАН СССР 256:990-994.

9. Айтьян,С.Х., М.Л.Белая, Ю.А.Чизмаджев. 1981b. Взаимодействие мембран, несущих постоянный поверхностный заряд. Биофизика 26:467-473.

10. А.Живков, В.А.Печатников. 1991. Фотометрическое определение показателя преломления пурпурных мембран. Биофизика 36:1004-1006.1.. АлбертсД, Д.Брей, Дж.Льюис, М.Рэфф, К.Робертс, and Дж.Уотсон. 1994. Молекулярная биология клетки.

11. А.М.Живков. Оптически и електрооптически изследвания на пурпурни мембрани. Диссертация на соискание докторской степени. 1995. БАН-ИФХ.

12. Антонов,В.Ф. 1982. Липиды и ионная проницаемость мембран. Nauka, М.

13. Антонов,В.Ф., Е.Ю.Смирнова, Е.В.Шевченко. 1992. Липидные мембраны при фазовых превращениях. Наука. Наука, Москва.

14. Верхова О.А., Сорока В.Р. 1980. Биологическая роль лантанидов. Успехи современной биологии 3(6):365-381.

15. Григорьев,П.А., Л.Н.Ермишкин, В.С.Маркин. 1972. Прямое прохождение ионов через липидные мембраны. 2.Эксперимент. Биофизика 17:788-793.

16. Дерягин,Б.В., Н.В.Чураев, В.М.Муллер. 1987. Поверхностные силы. "Наука", Москва.

17. Досон,Р., Д.Эллиот, У.Эллиот, К.Джонс. 1991. Справочник биохимика, мир, Москва.

18. Ермаков,Ю.А. 1990. Определение констант адсорбции и плотности центров связывания одновалентные катионов на поверхности липосом. Электрохимия 26:212-221.

19. Ермаков,Ю.А. 2000а. Равновесие ионов вблизи липидных мембран -эмпирический анализ простейшей модели, (тезисы докладов). Коллоидный журнал 62:437-449.

20. Ермаков, Ю. А. Распределение электрического потенциала на границах липидных мембран (диссертация). 2000b. Институт электрохимии им. А.Н.Фрумкина РАН.

21. Ермаков,Ю.А., А.З.Авербах, С.И.Сухарев. 1997. Липидные и клеточные мембраны в присутствии гадолиния и других ионов с высоким сродством клипидам: 1 Дипольная и диффузная компоненты граничного потенциала. Биологические мембраны 14:434-445.

22. Ермаков,Ю.А., С.С.Махмудова, Е.В.Шевченко, В.И.Лобышев. 1993. Влияние бериллия на электрохимические и термодинамические свойства мембран из дипальмитоиллецитина. Биологические мембраны 10:212-224.

23. Ермаков,Ю.А. А.И.Юсипович. 2002. Граничный потенциал и натяжение плоских БЛМ в присутствии гадолиния. Регистрация в условиях непрерывной перфузии ячейки. Биологические мембраны 19:541-548.

24. Ермаков,Ю.А., В.В.Черный, В.С.Соколов. 1992. Адсорбция бериллия на нейтральных и заряженных липидных мембранах. Биологические мембраны 9:201-213.

25. Ершов,Ю.А., В.А.Попков, А.С.Берлянд, А.З.Книжник, Н.И.Михайличенко. 1993. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. Высшая Школа, Москва.

26. Ивков,В.Г. Г.Н.Берестовский. 1981. Динамическая структура липидного бислоя. "Наука", М.

27. Ивков,В.Г. Г.Н.Берестовский. 1982. Липидный бислой биологических мембран. Наука., Москва.

28. Кругляков,П.М. Ю.Г.Ровин. 1978. Физико-химия черных углеводородных пленок. Наука, Москва.

29. Малков, Д.Ю. В.С.Соколов. 1995. Дипольный скачок потенциала на границе мембрана/раствор при адсорбции стириловых красителей RH-421, RH-237, RH-160. Биологические мембраны 12:652-663.

30. Маркин,B.C., П.А.Григорьев, Л.Н.Ермишкин. 1971. Прямое прохождение ионов через липидные мембраны. 1.Математическая модель. Биофизика 16:1011-1018.

31. Рубин,А.Б. 1999. Биофизика. Книжный дом "Университет", Москва.

32. Соколов,B.C. В.Г.Кузьмин. 1980. Измерение разности поверхностных потенциалов бислойных мембран по второй гармонике емкостного тока. Биофизика 25:170-172.

33. Стожкова,И.Н., В.В.Черный, В.С.Соколов, Ю.А.Ермаков. 1997. Адсорбция гематопорфиринов на плоской бислойной мембране. Биологические мембраны 14:310-323.

34. Сухарев,С.И., Л.В.Черномордик, И.Г.Абидор, ЮА.Чизмаджев. 1981. Влияние U02 2+ на свойства бислойных липидных мембран. Электрохимия XVII (вып. 11): 1638-1643.

35. Татулян,С.А., Ю.А.Ермаков, В.И.Горделий, А.Е.Соколова, А.Г.Сырых. 1992. Влияние кальция и некоторых хаотропных анионов на взаимодействие между мембранами из дипальмитоиллецитина. Биологические мембраны 9:741-753.

36. Щукин, Е.Д., А.В.Перцов, Е.А. Амелина. 1992. Коллоидная химия. Высшая школа, Москва.

37. Akeson,M.A., D.N.Munns, R.G.Burau. 1989. Adsorption of A13+ to phosphatidylcholine vesicles. Biochim. Biophys. Ada 986:33-40.

38. Akutsu,H. J.Seelig. 1981. Interaction of metal ions with phosphatidylcholine bilayer membranes. Biochemistry 20:7366-7373.

39. Alexer G. Petrov. 2001. Flexoelectricity of model and living membranes. Biochim. Biophys. Acta 1561:1-25.

40. A.M.Zhivkov. 1996. pH-induced changes in the geometry of the purple membranes. Compt. rend. Acad. bulg. Sci 49:17-21.

41. A.M.Zhivkov. 1997. Changes in purple membrane geometry induced by high voltage electric field. Compt. rend. Acad. bulg. Sci. 50:25-28.

42. A.M.Zhivkov. 2002a. Orientation-deformational and electro-optical effect in water suspension of purple membranes. Colloids Surfaces A 209:327-332.

43. A.M.Zhivkov. 2002b. pH-dependence of electric light scattering by water suspension of purple membranes. Colloids Surfaces A 209:319-325.

44. Andersen,O.S. M.Fuchs. 1975. Potential Energy Barriers to Ion Transport within Lipid Bilayers. Studies with Tetraphenylborate. Biophys. J. 15:795-830.

45. Anghileri,LJ., M.C.Crone-Escanye, J.Robert. 1987. Antitumor activity of gallium and lanthanum: role of cation-cell membrane interaction. Anticancer Res. 7:1205-1207.

46. Apell,H.J., E.Bamberg, H.Alpes, P.Lauger. 1977. Formation of ion channels by a negatively charged analog of gramicidin A. J. Membr. Biol. 31:171-188.

47. Apell,H.J., E.Bamberg, P.Lauger. 1979. Effects of surface charge on the conductance of the gramicidin channel. Biochim. Biophys. Acta 552:369-378.

48. Averbakh,A. V.I.Lobyshev. 2000. Adsorption of polyvalent cations to bilayer membranes from negatively charged lipid: estimating the lipid accessibility in the case of complete binding. J. Biochem. Biophys. Methods 45:23-44.

49. Averbakh,A., D.Pavlov, V.I.Lobyshev. 2000. Effect of gadolinium (III) ions on the phase behaviour of dimirystoylphosphatidyl serine multilamellar liposomes. Journal of Thermal Analysis Calorimetry 62:101 -110.

50. Babakov,A.V., L.N.Ermishkin, E.A.Liberman. 1966. Influence of electric field on the capacity of phospholipid membranes/. Nature 210:953-955.

51. Bentz,J., D.Alford, J.Cohen, N.Duzgunes. 1988. La3+-induced fusion of phosphatidylserine liposomes. Close approach, intermembrane intermediates and the electrostatic surface potential. Biophys. J. 53:593-607.

52. Benz,R., O.Frohlich, P.Lauger, M.Montal. 1975. Electrical capacity of black lipid films and of lipid bilayers made from monolayers. Biochim. Biophys. Acta 394:323334.

53. Carius,W. 1976. Voltage dependence of bilayer membrane capacitance. Harmonic response to ac excitation with dc bias. J. Colloid Interface Sci. 57:301-307.

54. Cevc,G. 1990. Membrane electrostatics. Biochim. Biophys. Acta 1031:311-382.

55. Cevc, G., Marsh, D. Phospholipid Bilayers. Physical Principles Models. 1987. 5. New York, Willey-Interscience Publication. Cell Biology: A Series of Monographs. Bittar, E. E.

56. Chanturiya,A.N. H.V.Nikoloshina. 1994. Correlations between changes in membrane capacitance induced by changes in ionic environment the conductance of channels incorporated into bilayer lipid membranes. J. Membr. Biol. 137:71-77.

57. Chapman,D.L. 1913. A contribution to the theory of electrocapillarity. Philos. Mag. 25:475-481.

58. Cheng,Y., M.Liu, R.Li, C.Wang, C.Bai, K.Wang. 1999. Gadolinium induces domain and pore formation of human erythrocyte membrane: an atomic force microscopic study. Biochim. Biophys. Acta 1421:249-260.

59. Eisenberg,M., T.Gresalfl, T.Riccio, S.McLaughlin. 1979. Adsorption of Monovalent Cations to Bilayer Membranes Containing Negative Phospholipids. Biochemistry 18:5213-5223.

60. Ermakov,Yu.A. 1990. The determination of binding site density and association constants for monovalent cation adsorption onto liposomes made from mixtures of zwitterionic and charged lipids. Biochim. Biophys. Acta 1023:91-97.

61. Ermakov,Yu.A. 2000. The ion equilibrium at the lipid membrane surface the empirical analysis of the simplest model. Colloid J. (Russia) 62:437-449.

62. Ermakov,Yu.A., A.Z.Averbakh, A.LYusipovich, S.I.Sukharev. 2001. Dipole potentials indicate restructuring of the membrane interface induced by gadolinium and beryllium ions. Biophys. J. 80:1851-1862.

63. Ermakov, Yu. A. . The effects of beryllium on the electrostatic and thermodynamic properties of the lipid membranes. Biophysical Journal 1995. 682., A302.

64. Ermakov,Yu.A., A.Z.Averbakh, V.I.Shapovalov, S.I.Sukharev. 1997. Inorganic cations of high affinity to lipids: quantitative analysis of the measurements made with liposomes, planar blm monolayers. Biophys. J. 72:A71.

65. Ermakov,Yu.A., S.S.Makhmudova, A.Z.Averbakh. 1998. Two components of boundary potentials at the lipid membrane surface: electrokinetic and complementary methods studies. Colloids Surfaces. A. :Physicochemical engineering aspects 140:1322.

66. Ermakov,Yu.A. S.I.Sukharev. 2003. Condensation of phosphatidylserine monolayers by pressure and lanthanides. Biophys. J. in press.

67. Evans,C.H. 1990. Biochemistry of the Lanthanides. Plenum Press, New York London.

68. Gawrisch,K., D.Ruston, J.Zimmerberg, A.Parsegian, R.P.R, N.Fuller. 1992. Membrane dipole potentials, hydration forces and the ordering of water at membrane surfaces . Biophys. J 49:541-552.

69. Gouy,M. 1910. Sur la constitution de la charge electrique aa surface d'une electrolyte. J. Phys. (Paris) 9:457-468.

70. Hamill,O.P. D.W.McBride, Jr. 1996. The pharmacology of mechanogated membrane ion channels. Pharmacol. Rev. 48:231-252.

71. Hammoudah,M.M., S.Nir, T.Isac, R.Kornhouser, T.P.Stewart, S.W.Hui, W.L.C.Vaz. 1979. Interaction of La3+ with phosphatidylserine vesicles: binding, phase transition, leakage fusion. Biochim. Biophys. Acta 558:338-343.

72. Hauser. 1991. Effect of inorganic cations on phase transitions. Chem. Phys. Lipids 57:309-325.

73. Hauser,H., I.Plascher, R.H.Pearson, S.Sundell. 1981. Preffered conformation and molecular packing of phosphatidylethanolamine and phosphatidylcholine. Biochim. Biophys. Acta 650:21-51.

74. Heitz,F. C.Gavach. 1983. Сa2-(--gramicidin A interactions and blocking effects on the ionic channel. Biophys. Chem. 18:153-163.

75. Hianik,T. V.I.Passechnik. 1995. Bilayer Lipid Membranes: Structure and Mechanical Properties. Ister Science, Bratislava.

76. Hunter, R. J. Zeta Potential in Colloid Science. Principles Applications. 1981. London, Academic Press. Colloid Science. Ottewill, R. H. Rowell, R. L.

77. Jordan,P.C. 1983. Electrostatic modeling of ion pores. II. Effects attributable to the membrane dipole potential. Biophys. J. 41:189-195.

78. Kass,R.S. R.W.Tsien. 1975. Multiple effects of calcium antagonists on plateau currents in cardiac Purkinje fibers. J. Gen. Physiol 66:169-192.

79. Kruglyakov,P.M. Yu.G.Rovin. 1978. Physical chemistry of black hydrocarbon films. "Nauka", Moscow.

80. Latorre,R. J.E.Hall. 1976. Dipole potential measurements in asymmetric membranes. Nature 264:361-363.

81. Lee,C.H., W.C.Lin, J.Wang. 2001. All-optical measurements of the bending rigidity of lipid-vesicle membranes across structural phase transitions. Phys. Rev. E. Stat. Phys. Plasmas. Fluids Relat Interdiscip. Topics. 64:020901.

82. Levinson,C., T.M.Mikiten, T.C.Smith. 1972. Lanthanum-induced alterations in cellular electrolytes and membrane potential in Ehrlich ascites tumor cells. J. Cell Physiol 79:299-308.

83. Li,X., Y.Zhang, J.Ni, J.Chen, F.Hwang. 1994. Effect of lanthanide ions on the phase behaviour of dipalmitoylphosphatidylcholine multilamrllar liposomes. J Inorg Biochem 53:139-149.

84. Lundbaek,J.A. O.S.Andersen. 1999. Spring constants for channel-induced lipid bilayer deformations. Estimates using gramicidin channels. Biophys. J. 76:889-895.

85. Lundbaek,J.A., A.M. Maer, O.S.Andersen. 1997. Lipid bilayer electrostatic energy, curvature stress and assembly of gramicidin channels. Biochemistry 36:5695-5701.

86. Marchal,C., L.J.Anghileri, M.C.Escanye, J.Robert. 1986. Hyperthermia and cytotoxic drugs. Possible use of lanthanum as a potentiator of hyperthermia. Int. J. Hyperthermia 2:83-92.

87. Mcintosh,T.J. 1980. Differences in Hydrocarbon Chain Tilt Between Hydrated Phosphatidylethanolamine and Phosphatidylcholine Bilayers. A Molecular Packing Model. Biophys. J. 29:237-246.

88. McLaughlin, S. Electrostatic Potentials at Membrane-Solution Interfaces. 1977. 9., 71-144. Current Topics Membranes Transport. Bronnen, F. Kleinzeller, A.

89. McLaughlin,S. 1989. The electrostatic properties of membranes. Annu. Rev. Biophys Biophys Chem 18:113-136.

90. McLaughlin,S.G.A. H.Harary. 1976. The hydrophobic adsorption of charged molecules to bilayer membranes. A test of the applicability of the Stern equation. Biochemistry 15:1941-1948.

91. Meijer, L. A. The lipid bilayer membrane its interactions with additives. 1994. -162. Lbouwuniversiteit, Wageningen, Netherl.

92. O.S.Andersen, D.V.Greathouse, L.L.Providence, M.D.Becker, R.E.Koeppe II. 1998. Importance of Tryptophan Dipoles for Protein Function: 5-Fluorination of Tryptophans in Gramicidin A Channels. J. Am. Chem. Soc. 120:5142-5146.

93. Passechnik,V.I. 1981. Electrostriction measurements of viscousyelastic properties of bilayer lipid membranes. In Biophysics of membranes. VINITI, Moscow. 267-305.

94. Petelska,A.D. Z.A.Figaszewski. 2000. Effect of pH on the interfacial tension of lipid bilayer membrane. Biophys. J. 78:812-817.

95. Petersheim,M. J.Sun. 1989. On the coordination of La3+ by phosphatidylserine. Biophys. J. 55:631-635.

96. Petrov,A.G. 1999. The Liotropic State of Matter. Molecular Physics and Living Matter Physics. Gordon & Breach Publishers, London-New York.

97. Pope,C.G., B.W.Urban, D.A.Haydon. 1982. The influence of n-alkanols and cholesterol on the duration and conductance of gramicidin single channels in monoolein bilayers. Biochim. Biophys. Acta 688:279-283.

98. Purdon,A.D., D.O.Tinker, A.W.Neumann. 1976. Detection of lipid phase transitions by surface tensiometry. Chem. Phys. Lipids 17:344-352.

99. Ring,A. 1992. Influence of ion occupancy and membrane deformation on gramicidin A channel stability in lipid membranes. Biophys. J. 61:1306-1315.

100. Ring,A. 1996. Gramicidin channel-induced lipid membrane deformation energy: influence of chain length and boundary conditions. Biochim. Biophys. Acta 1278:147159.

101. Ring,A. J.Sblom. 1988. Evaluation of surface tension and ion occupancy effects on gramicidin A channel lifetime. Biophys. J. 53:541-548.

102. Rokitskaya,T.I. Y.N.Antonenko. 2002. Membrane Dipole Potential Modulates Proton Conductance through Gramicidin Channel: Movement of Negative Ionic Defects inside the Channel. Biophys. J. 82:865-873.

103. Rokitskaya,T.I., Y.N.Antonenko, E.A.Kotova. 1996. Photodynamic inactivation of gramicidin channels: a flash-photolysis study. Biochim. Biophys. Acta. 1275:221-226.

104. Rokitskaya,T.I., Y.N.Antonenko, E.A.Kotova. 1997. Effect of the dipole potential of a bilayer lipid membrane on gramicidin channel dissociation kinetics.' Biophys. J. 73:850-854.

105. Roman,R.M., A.P.Feranchak, A.K.Davison, E.M.Schwiebert, J.G.Fitz. 1999. Evidence for Gd(3+) inhibition of membrane ATP permeability and purinergic signaling. Am. J. Physiol 211 :G\222-G\230.

106. Rostovtseva,T.K., V.M.Aguilella, I.Vodyanoy, S.M.Bezrukov, V.A.Parsegian. 1998. Membrane surface-charge titration probed by gramicidin A channel conductance. Biophys. J. 75:1783-1792.

107. Rudnev,V.S., L.N.Ermishkin, I.G.Rovin. 1980. Effect of bilayer lipid membrane thickness, composition and tension on gramicidin channel parameters. Biofizika 25:857-858.

108. Scott,H.L., Jr. 1975. A theoretical model for lipid monolayer phase transitions. Biochim. Biophys. Acta 406:329-346.

109. Seelig,J., P.M.Macdonald, P.G.Scherer. 1987. Phospholipid Head Group as Sensors of Electric Charge in Membranes. Biochemistry 26:7535-7541.

110. Sukharev,S., M.Betanzos, C.S.Chiang, H.R.Guy. 2001. The gating mechanism of the large mechanosensitive channel MscL. Nature 409:720-724.

111. Sukharev,S.I., W.J.Sigurdson, C.Kung, F.Sachs. 1999. Energetic and spatial parameters for gating of the bacterial large conductance mechanosensitive channel, MscL. J. Gen. Physiol 113:525-540.

112. TanakaJ., Y.Tamba, S.M.Masum, Y.Yamashita, M.Yamazaki. 2002. La(3+) and Gd(3+) induce shape change of giant unilamellar vesicles of phosphatidylcholine. Biochim. Biophys. Acta 1564:173-182.

113. Tatulian,S.A. 1993. Ionization and ion binding. In Phospholipid Handbook. G.Cevc, editor. Marcel Dekker, New York. 511-53.

114. Tatulian, S. A. . Influence of ion binding and screening on interaction between phospholipid membranes. 1990. 1, 71. Tihany. Proc.FEBS Meeting on Molecular Dynamics in Membranes.

115. Tocanne,J.F. J.Teissie. 1990. Ionization of phospholipids phospholipid supported interfacial lateral diffusion of protons in membrane model systems. Biochim. Biophys. Acta 1031:111-142.

116. Torch,W.C. L.G.Abood. 1973. Effect of calcium, sodium, and aluminum ions on electrical physical properties of bimolecular lipid membranes. Int. J. Neurosci. 5:143151.

117. Uyesaka,N., K.Kamino, M.Ogawa, A.Inouye, K.Machida. 1976. Lanthanum and some other cation-induced changes in fluidity of synaptosomal membrane studied with nitroxide stearate spin labels. J. Membr. Biol. 27:283-295.

118. Verstraeten,S.V., L.V.Nogueira, S.Schreier, P.I.Oteiza. 1997. Effect of Trivalent Metal Ions on Phase Separation Membrane Lipid Packing: Role in Lipid Peroxidation. Arch. Biochem. Biophys. 338:121-127.

119. White,S.H. 1975. Phase transitions in planar bilayer membranes. Biophys. J. 15:95117.

120. Xiaojun Han, Yuehong Tong, Weimin Huang, Erkang Wang. 2002. Study of the interaction between lanthanide ions a supported bilayer lipid membrane by cyclic voltammetry ac impedance. Journal of Electroanalytical Chemistry 523:136-141.

121. Yang,X.C. F.Sachs. 1989. Block of stretch-activated ion channels in Xenopus oocytes by gadolinium calcium ions. Science 243:1068-1071.

122. Yu.A.Ermakov, A.I.Yusipovich, V.L.Shapovalov, S.Sukharev. 2000. Elastic properties of lipid membranes in the presence of inorganic blockers of mechanosensitive channels. Biophys. J. 78 part 2:329A.

123. Zheng,C. G.Verkooi. 1992. Molecular Origin of the Internal Dipole Potential in Lipid Bilayers: Calculation of the Electrostatic Potential. Biophys. J. 63:935-941.