Том 8, №1, 2016
РусскийEnglish

ТЕОРИЯ ЭВОЛЮЦИИ



ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ПОЛЕ В ЦИТОМЕМБРАНЕ КАК ФАКТОР ИНТЕНСИФИКАЦИИ МЕТАБОЛИЗМА КЛЕТОК
1Зарицкий А. Р., 1Зайцева Г. В., 2Грачев В. И., 1Кириченко М. Н.


1Физический институт им. П.Н. Лебедева, Российская академия наук, http://www.lebedev.ru
119991 Москва, Российская Федерация
zaritsky@sci.lebedev.ru, zaytseva-gv@yandex.ru, maslova_marina87@mail.ru
2Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова, Российская академия наук, http://www.cplire.ru
125009 Москва, Российская Федерация
grachev@cplire.ru

Поступила в редакцию 28.05.2016


Аннотация. В работе рассматривается эволюционное развитие клеточных структур и роль в этом процессе электрических полей в цитомембране. Перечислены каналы генерации трансмембранной разности потенциалов в липидном бислое цитомембраны. Показано, что она осуществляется за счет выхода протонов при утилизации энергоёмких субстратов в цитоплазме, а также за счет различных скоростей проточного метаболизма липидной массы во внутреннем и внешнем слоях цитомембраны. Рассмотрены механизмы генерации полей в углеводородной части мембраны (в области липидных «хвостов») при согласованном наклоне «головок» липидов в одном из слоев. Приводятся аргументы в пользу того, что измеряемый на опыте потенциал Доннана не является потенциалом термодинамического равновесия, а существует из-за наличия в клетках архаичного метаболизма. Показано, что под влиянием электрического поля в мембране возникает асимметрия ее проницаемости для молекул, обладающих дипольным моментом и максимумом электронной плотности на их отрицательном или положительном концах. В процессе эволюции эта асимметрия проницаемости цитомембраны определила отбор молекул в цитоплазму по хиральной асимметрии, связанной с дипольным моментом. Это объясняет наличие в живом мире только тех молекул, которые имеют одну и ту же хиральность по отношению к своему дипольному моменту. В опытах с эритроцитами показано, что чем сильнее поле на их мембране, тем более значимо перераспределение глюкозы (имеющей дипольных момент и минимум электронной плотности на положительном «острие» диполя) из плазмы крови в цитоплазму. В опытах также обнаружен предсказанный эффект асимметрии проницаемости мембраны эритроцита для воды, обеспечивающий сохранение объема эритроцитов при оксигенации венозной крови.

Ключевые слова: липидный бислой, трансмембранный потенциал, проточный метаболизм, диполь, домен, потенциал Доннана, асимметрия проницаемости, глюкоза, вода, осмотические частицы

УДК: 576.1+551.7

Библиография – 9 ссылок

РЭНСИТ, 2016, 8(1):91-103 DOI: 10.17725/rensit.2016.08.091

ЛИТЕРАТУРА
  • Зарицкий АР, Грачев ВИ, Воронцов ЮП, Пронин ВС. Абиогенез на этапе перехода из атмосферы в водную среду: от везикул к протоклеткам. РЭНСИТ, 2014, 6(2):221-231.
  • Грачев ВИ, Лобченко ИМ. Собственные частоты колебаний домена липидного бислоя цитоплазматической мембраны. Краткие сообщения по физике ФИАН, 1991, 8:7-10.
  • Фок МВ. Некоторые аспекты биохимической физики, важные для медицины. М., Физматлит, 2007, с. 85-90 и с. 29.
  • Cintas P. Tracing the Origins and Evolution of Chirality and Handedness in Chemical Language. Angew. Chem. Int. Ed, 2007, 46(22):4016-24, DOI:10.1002/anie.200603714.
  • Kelvin W. T. Baltimore lectures on molecular dynamics and the wave theory of light. London, CJ. Clay and sons, 1904.
  • Моисеев НН. Расставание с простотой. М., АГРАФ, 1998: 91-93, с. 480.
  • Фок МВ, Зарицкий АР, Зарицкая ГА, Переведенцева ЛП. Авторегуляция неспецифической проницаемости мембраны эритроцита. М., Наука, 1999, с.77.
  • Wyman J. The heat of oxygenation of hemoglobin. Journal of biological chemistry, 1939, 129:681-692.
  • Черницкий ЕА, Воробей АВ. Структура и функции эритроцитарных мембран. Минск, Наука и техника, 1981, с. 215.


Полнотекстовая электронная версия статьи – на вебсайтах http://elibrary.ru и http://rensit.ru/vypuski/article/189/8(1)-91-103.pdf