Разработана экспериментальная установка биосенсора с чувствительным элементом на базе биомембраны из фосфолипида 1,2-дифитаноил-sn-глицеро-3-фосфохолина для изучения ее взаимодействия с мембранным белком — цитохромом b5. Проведены исследования электрофизических характеристик биомембраны. Созданная установка позволяет регистрировать взаимодействие биомембраны (представляющей собой фосфолипидный бислой, сформированный в биосенсоре) с мембранным белком посредством измерения электрической проводимости биомембраны. Электрическую проводимость мембраны определяли при наличии белка и его отсутствии. Экспериментально продемонстрировано, что такой биосенсор позволяет определять взаимодействие цитохрома b5 с фосфолипидной мембраной в реальном времени. С использованием установки определено, что полноразмерный белок цитохром b5 (d-b5), содержащий в структуре гидрофобный домен, существенно влияет на проводимость мембраны, приводя к возникновению каналов проводимости. В случае отсутствия у цитохрома b5 мембранного фрагмента (t-b5) взаимодействие белка с липидным слоем практически не наблюдалось. Полученные результаты можно использовать при создании биосенсоров на базе липидных слоев для моделирования взаимодействия белков с липидными мембранами в организме человека
Идентификаторы и классификаторы
- SCI
- Химия
В живых организмах клеточная мембрана отделяет внутреннюю среду клетки от внеклеточной среды, обеспечивая контроль транспорта различных соединений в клетку [1] и сообщение клетки с окружающей средой [2]. Мембрана служит барьером, препятствующим прониканию нежелательных веществ в клетку. Клеточные мембраны представляют собой сложные структуры, содержащие липиды и белки [3]. Различные мембраны включают в себя белки и липиды разных типов [1] и характеризуются разным соотношением белок/липид [3]. Эти факты объясняют различие функций мембран [4]. Кроме того, взаимодействие клеточной мембраны с белками имеет решающее значение при изучении развития патологий у человека, например, болезни Альцгеймера [5].
Если у вас возникли вопросы или появились предложения по содержанию статьи, пожалуйста, направляйте их в рамках данной темы.
Список литературы
1. Khan M.S., Dosoky N.S., Williams J.D. Engineering lipid bilayer membranes for protein studies. Int. J. Mol. Sci., 2013, vol. 14, iss. 11, pp. 21561-21597. DOI: 10.3390/ijms141121561 EDN: SOIXGF
2. Robinson M., Filice C.T., McRae D.M., et al. Atomic force microscopy and other scanning probe microscopy methods to study nanoscale domains in model lipid membranes. Adv. Phys. X, 2023, vol. 8, iss. 1, art. 2197623. DOI: 10.1080/23746149.2023.2197623 EDN: TIWBDP
3. Singer S.J. Architecture and topography of biologic membranes. Hosp. Pract., 1973, vol. 8, no. 5, pp. 81-90. DOI: 10.1080/21548331.1973.11707910
4. Carey P.R. Biochemical applications of Raman and Resonance spectroscopies. Academic Press, 1982.
5. Viles J.H. Imaging amyloid-β membrane interactions: ion-channel pores and lipid-bilayer permeability in Alzheimer’s disease. Angew. Chem. Int. Ed., 2023, vol. 62, no. 25, art. e202215785. DOI: 10.1002/anie.202215785 EDN: DODOBE
6. Rascol E., Devoisselle J.-M., Chopineau J. The relevance of membrane models to understand nanoparticles-cell membrane interactions. Nanoscale, 2016, vol. 8, no. 9, pp. 4780-4798. DOI: 10.1039/C5NR07954C EDN: WVNYSL
7. Broda J., Setzler J., Leifert A., et al. Ligand-lipid and ligand-core affinity control the interaction of gold nanoparticles with artificial lipid bilayers and cell membranes. Nanomed. Nanotechnol. Biol. Med. 2016, vol. 12, no. 5, pp. 1409-1419. DOI: 10.1016/j.nano.2015.12.384 EDN: WPUWEL
8. Tuominen E.K.J., Wallace C.J.A., Kinnunen P.K.J. Phospholipid-cytochrome c interaction: evidence for the extended lipid anchorage. J. Biol. Chem., 2002, vol. 277, no. 11, pp. 8822-8826. DOI: 10.1074/jbc.M200056200 EDN: LOERKX
9. Bernabeu A., Contreras L.M., Villalain J. Two-dimensional infrared correlation spectroscopy study of the interaction of oxidized and reduced cytochrome c with phospholipid model membranes. Biochim. Biophys. Acta Biomembr., 2007, vol. 1768, iss. 10, pp. 2409-2420. DOI: 10.1016/j.bbamem.2007.05.002 EDN: MMGOCN
10. Archakov A.I., Bachmanova G.I. Cytochrome P450 and active oxygen. Taylor & Francis, 1990.
11. Belikova N.A., Vladimirov Yu.A., Osipov O.N., et al. Peroxidase activity and structural transitions of cytochrome c bound to cardiolipin-containing membranes. Biochemistry, 2006, vol. 45, iss. 15, pp. 4998-5009. DOI: 10.1021/bi0525573 EDN: LJUOBJ
12. Cecconi C., Shank E.A., Bustamante C., et al. Direct observation of the three-state folding of a single protein molecule. Science, 2005, vol. 309, pp. 2057-2060. DOI: 10.1126/science.1116702
13. Kuznetsov V.Yu., Ivanov Yu.D., Archakov A.I. Atomic force microscopy revelation of molecular complexes in the multiprotein cytochrome P450 2B4-containing system. Proteomics, 2004, vol. 4, iss. 8, pp. 2390-2396. DOI: 10.1002/pmic.200300751 EDN: LIKUOV
14. Lv Z., Banerjee S., Zagorski K., et al. Supported lipid bilayers for atomic force microscopy studies. In: Lyubchenko Y. (eds). Nanoscale Imaging. Methods in Molecular Biology, vol. 1814. New York, NY, Humana Press, 2018, pp. 129-143. DOI: 10.1007/978-1-4939-8591-3_8
15. Mingeot-Leclercq M.P., Deleu M., Brasseur R., et al. Atomic force microscopy of supported lipid bilayers. Nat. Protoc., 2008, vol. 3, pp. 1654-1659. DOI: 10.1038/nprot.2008.149
16. Wu J., Yamashita T., Hamilton A.D., et al. Single-molecule nanopore dielectrophoretic trapping of a-synuclein with lipid membranes. Cell Rep. Phys. Sci., 2023, vol. 4, art. 101243. DOI: 10.1016/j.xcrp.2022.101243
17. Zhang H., Gao N., Liu T., et al. Effect of cytochrome b5 content on the activity of polymorphic CYP1A2, 2B6, and 2E1 in human liver microsomes. PLoS ONE, 2015, vol. 10, no. 6, art. e0128547. DOI: 10.1371/journal.pone.0128547
18. Zhang M., Le Clair S.V., Huang R., et al. Insights into the role of substrates on the interaction between cytochrome b5 and cytochrome P450 2B4 by NMR. Sci. Rep., 2015, vol. 5, art. 8392. DOI: 10.1038/srep08392
19. Simonov A.N., Holien J.K., Yeung J.C.I., et al. Mechanistic scrutiny identifies a kinetic role for cytochrome b5 regulation of human cytochrome P450c17 (CYP17A1, P450 17A1). PLoS ONE, 2015, vol. 10, no. 11, art. e0141252. DOI: 10.1371/journal.pone.0141252 EDN: WPAEIZ
20. Kleinfeld A.M., Lukacovic M.F. Energy-transfer study of cytochrome b5 using the anthroyloxy fatty acid membrane probes. Biochemistry, 1985, vol. 24, iss. 8, pp. 1883-1890. DOI: 10.1021/bi00329a012
21. Scott E.E., Wolf C.R., Otyepka M., et al. The role of protein-protein and protein-membrane interactions on P450 function. Drug Metab. Dispos., 2016, vol. 44, no. 4, pp. 576-590. DOI: 10.1124/dmd.115.068569 EDN: YWHFKV
22. Mustafa G., Nandekar P.P., Bruce N.J., et al. Differing membrane interactions of two highly similar drug-metabolizing cytochrome P450 isoforms: CYP 2C9 and CYP 2C19 Int. J. Mol. Sci., 2019, vol. 20, iss. 18, art. 4328. DOI: 10.3390/ijms20184328
23. Spatz L., Strittmatter P. A form of cytochrome b5 that contains an additional hydrophobic sequence of 40 amino acid residues. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1971, vol. 68, no. 5, pp. 1042-1046. DOI: 10.1073/pnas.68.5.1042
24. Omura T., Takesue S. A new method for simultaneous purification of cytochrome b5 and NADH-cytochrome b5 reductase from rat liver microsomes. J. Biochem., 1970, vol. 67, iss. 2, pp. 249-257. DOI: 10.1093/oxfordjournals.jbchem.a129248 EDN: IREYSX
25. Bachmanova G.I., Kanaeva I.P., Stepanova N.V., et al. [Role of cytochrome b5 in microsomal soluble reconstituted monooxygenase system]. Abstracts of 9th ICCP450, Zurich, 1995, p. 232.
26. Johnson M.E., Simon S., Kauffman J.W., et al. A synthetic lecithin containing branched-chain fatty acids: physical properties and membrane studies. Biochim. Biophys. Acta Biomembr., 1973, vol. 291, iss. 3, pp. 587-591. DOI: 10.1016/0005-2736(73)90463-X
27. Wang S., Larson R.G. Water channel formation and ion transport in linear and branched lipid bilayers. Phys. Chem. Chem. Phys., 2014, vol. 16, no. 16, pp. 7251-7262. DOI: 10.1039/C3CP55116D EDN: SSXHOJ
28. Tristram-Nagle S., Kim D.J., Akhunzada N., et al. Structure and water permeability of fully hydrated diphytanoylPC. Chem. Phys. Lipids, 2010, vol. 163, iss. 6, pp. 630-637. DOI: 10.1016/j.chemphyslip.2010.04.011 EDN: NWILAZ
29. Vorobyov I., Olson T.E., Kim J.H., et al. Ion-induced defect permeation of lipid membranes. Biophys. J., 2014, vol. 106, iss. 3, pp. 586-597. DOI: 10.1016/j.bpj.2013.12.027 EDN: SOZETJ
30. Xiang T.X., Anderson B.D. Influence of a transmembrane protein on the permeability of small molecules across lipid membranes. J. Membrane Biol., 2000, vol. 173, iss. 3, pp. 187-201. DOI: 10.1007/s002320001019
Выпуск
Другие статьи выпуска
Приведены результаты исследования климатической стойкости полиэтилена низкого давления, содержащего стабилизирующие добавки различных марок. Экспонирование полиэтилена осуществлялось в условиях очень холодного климата (Якутск, Республика Саха (Якутия)). Согласно результатам исследования физико-механических характеристик, окислительная деструкция полиэтилена низкого давления начинается в процессе изготовления опытных образцов, что отражается на относительном удлинении при разрыве исходного образца после вальцевания. Введение стабилизирующих добавок положительно влияет на деформационные характеристики полимера, поэтому добавки выполняют функцию термостабилизации и пластификации. Показано, что на начальном этапе экспонирования (до шести месяцев) в материалах протекают преимущественно реакции межмолекулярного сшивания. Увеличение продолжительности испытаний приводит к преобладанию реакций разрыва полимерных цепей над реакциями сшивания, о чем свидетельствует резкое снижение вязкости расплава. В соответствии с результатами ИК спектроскопических исследований введение стабилизаторов приводит к изменению механизмов процессов, протекающих при старении. Климатическое старение полиэтилена низкого давления без стабилизаторов характеризуется преимущественным протеканием реакций диспропорционирования, сопровождающихся накоплением винильных групп, в то время как материалы со стабилизаторами проявляют склонность к накоплению карбонильных групп. По совокупности результатов исследования наилучшую стойкость к воздействию климатических факторов в условиях очень холодного климата, характеризующегося чрезвычайно низкими температурами в зимний период и высоким уровнем солнечной радиации, проявляют материалы, содержащие гибридные бифункциональные стабилизаторы марок СО-3 и СО-4
С использованием золь-гель метода получены фотокаталитические материалы на основе системы TiO2–SiO2/ZnO с содержанием компонентов 65–10–10 % (масс.) и с добавлением Р2О5 15 % (масс.). Устойчивость растворов во времени исследована методом вискозиметрии. Растворы пригодны для получения пленочных материалов в течение 5 сут. Условия и процессы формирования материалов зафиксированы с использованием синхронного термического анализа. Для достижения кристаллизации диоксида титана в анатазной фазе композиты подвергали ступенчатой термообработке при температуре 60, 300, 400, 500 и 600 and deg; С продолжительностью 30 мин каждая. Кислотно-основные свойства поверхности твердого тела оценены методом рН-метрии. В результате на поверхности образцов зафиксированы активные центры Льюиса (Si4+, Ti4+), что способствует повышению фотокаталитической активности. Структура и фазовый состав полученных материалов исследованы методами ИК-спектроскопии и рентгенофазового анализа. Фотокаталитическая активность образцов оценена фотометрическим методом. Показано, что ион Zn2+ положительно влияет на способность диоксида титана к образованию свободных носителей зарядов, необходимых для окисления различных органических загрязнителей. На основании полученных данных материалы могут быть использованы для дальнейших исследований в области фотокатализа и очистки окружающей среды
Рабочее тело, движущееся в нестационарном (пульсирующем) режиме, является основой многих технических и технологических установок. В связи с этим актуально уточнение физического механизма воздействия пульсаций и турбулизации потока на интенсивность теплоотдачи воздуха в канале для разных граничных условий посредством экспериментального подхода. Исследована прямая труба длиной 1300 мм и диаметром 30 мм (43 калибра). Опыты проведены в диапазоне чисел Рейнольдса Re = 10 000–140 000 (развитый турбулентный режим течения). Пульсации потока в канале создавались посредством заслонки, вращающейся с частотой 4…16 Гц. Степень турбулентности потока изменялась в пределах 4…12 % с использованием установки в трубу различных пластинчатых плоских вставок. Метод тепловой анемометрии использован для получения данных о нестационарных значениях скорости и локального коэффициента теплоотдачи. Показана степень влияния газодинамической нестационарности на интенсивность теплоотдачи в канале. Установлено, что рост степени турбулентности пульсирующего потока до 12 % увеличивает коэффициент теплоотдачи на 15…21 %. Определен максимальный рост интенсивности теплоотдачи (на 49…51 %) от совокупного воздействия пульсаций и турбулизации потока воздуха в канале. Полученные результаты применимы для отладки математических моделей и проектирования трубопроводных элементов технических систем с рабочим телом, движущимся в пульсирующем режиме
При изучении тонких плазменных неоднородных слоев, образующихся вблизи стенок электроразрядных устройств различных типов (поверхностей электродов, металлических и диэлектрических экранов), затруднительно, а иногда и невозможно, использовать традиционные методы активной (ленгмюровские и СВЧ-зонды) и оптической (спектроскопия) диагностики. Указанным методам присущи некоторые недостатки, связанные с возможным искажением исследуемой плазмы и относительно низким пространственным разрешением. Использование этих контактных методов в узких пристеночных слоях часто бывает ограничено большими тепловыми потоками, а применение пассивных оптических методов затруднено проблемой вывода излучения из очень малых областей. В неоднородной плазме существует связь между электромагнитными волнами, возбуждаемыми извне, и плазменными волнами (при условии наличия области, где фазовые скорости и частоты этих волн близки). Происходит трансформация падающей электромагнитной волны в плазменную и возможно проявление резонансных эффектов в плазменном образовании. Обоснована возможность использования резонансов Тонкса — Даттнера для диагностики пристеночных слоев плазмы и проведена численная проверка предложенной методики на экспериментальных данных
Усовершенствованный алгоритм оптимизации Cricetomys emini (ACEO) и усовершенствованный алгоритм оптимизации Dictyostelid (EDOA) применяются для снижения потерь активной мощности и повышения стабильности напряжения. Cricetomys emini в период размножения члены группы делятся информацией о пути, ведущем к обильному источнику питания. В разделе “Исследование”, если объективная функциональная ценность другого Cricetomys emini превышает функциональную ценность наиболее приспособленного Cricetomys emini (α-самца), то соответствующий Cricetomys emini обновляется, и местоположения других представителей в кластере используются на основе недавно признанного наиболее приспособленного Cricetomys emini. В разделе “эксплуатация” период размножения отличается от места обитания к месту обитания и обычно приходится на период дождей. Алгоритм оптимизации Cricetomys emini был объединен с алгоритмом оптимизации Caelifera, чтобы повысить эффективность поиска и избежать попадания в ловушку локальных оптимумов. Самцы Cricetomys emini чувствуют время размножения.
Работа посвящена построению управления на основе алгоритма обучения с подкреплением для непрерывной системы и его сравнению с классическим методом дискретно-непрерывного управления. Дискретно-непрерывное управление расширяет классические методы, позволяя изменять управляющий сигнал внутри интервала дискретизации. Это повышает точность, однако требует знания параметров системы, что ограничивает его применение в условиях неопределенности. В качестве более современного и адаптивного метода рассмотрен подход на основе данных с использованием алгоритма off-policy Q-learning, который не требует априорной идентификации модели и знания точных параметров управляемого объекта, а обучается непосредственно на измеренных данных. Показано, что последовательность коэффициентов усиления имеет передел, при этом каждый элемент последовательности будет стабилизировать замкнутую систему. Разработанный алгоритм управления обладает свойством робастности. Проведено численное моделирование для системы двойного интегратора, демонстрирующее эффективность обоих методов, а также эксперимент с воздействием шума на модель. Выполнены анализ и сравнение обоих алгоритмов. Практическая часть реализована на языке программирования Python с использованием общедоступных библиотек NumPy, SciPy, Matplotlib и Seaborn
Исследована нелинейная модель сдвигового течения, описывающая взаимосвязь процесса деформации и эволюции структуры тиксотропной среды. Модель предназначена для описания поведения широкого класса материалов (от полимерных растворов и дисперсных систем до физических гелей и цементных суспензий) в условиях переменной деформации. В модели параметр структурированности влияет на вязкость и упругие свойства материала и подвержен изменению под действием напряжения. Рассмотрено циклическое нагружение в широком диапазоне частот и амплитуд, включая режимы осцилляционного сдвига малой и большой амплитуды (small amplitude oscillatory shear (SAOS), large amplitude oscillatory shear (LAOS)). Показано, что модель воспроизводит переход от линейного вязкоупругого поведения к нелинейному с характерными признаками разрушения и восстановления структуры в цикле. При этом форма интегральных кривых и фазовых траекторий существенно зависит от соотношения периода деформации и времени релаксации. Обнаружены эффекты осцилляций, асимметрии и сдвига фаз, связанные с перестройкой структуры, а также режимы с нарушением симметрии и изменением числа периодов параметра структурированности в пределах цикла. Результаты сопоставлены с экспериментальными данными для тиксотропных жидкостей, полимерных растворов, эмульсий и гелей. Показана применимость модели для описания ключевых нелинейных эффектов в реологических испытаниях циклической деформации
Издательство
- Издательство
- МГТУ им. Н.Э. Баумана
- Регион
- Россия, Москва
- Почтовый адрес
- 105005, г. Москва, вн. тер. г. муниципальный округ Басманный, ул. 2-я Бауманская, д. 5, с. 1
- Юр. адрес
- 105005, г. Москва, вн. тер. г. муниципальный округ Басманный, ул. 2-я Бауманская, д. 5, с. 1
- ФИО
- Гордин Михаил Валерьевич (Ректор)
- E-mail адрес
- bauman@bmstu.ru
- Контактный телефон
- +7 (499) 2636377
- Сайт
- https://bmstu.ru/