By this author

Influence of Membrane Curvature on the Energy Barrier of Pore Formation

Issue number 2 from 01.02.2025

Образование сквозных проводящих дефектов – пор в липидном бислое – влияет на множество процессов в живых клетках и может приводить к сильнейшим изменениям в клеточном метаболизме. Порообразование представляет собой сложную топологическую перестройку и происходит в несколько этапов: сначала образуется гидрофобная сквозная пора, затем она перестраивается в гидрофильную пору с искривленной кромкой, расширение которой приводит к разрыву мембраны. Формирование поры не происходит спонтанно, так как требует значительных затрат энергии, связанных с деформацией мембраны. Эволюция системы связана с преодолением одного или двух энергетических барьеров, соотношение высот которых влияет на стабильность поры и вероятность ее образования. Мы исследуем влияние кривизны мембраны на высоту энергетического барьера перехода поры в метастабильное гидрофильное состояние. Мы применяем теорию упругости липидных мембран и обобщаем модель порообразования в плоских мембранах на случай произвольной кривизны. Мы показываем, что барьер на порообразование уменьшается на 8 k_BT при уменьшении радиуса кривизны с 1000 до 10 нм, что облегчает формирование метастабильной поры. Полученные нами результаты согласуются с экспериментальными данными и могут применяться при моделировании сложных процессов, происходящих в искривленных участках мембран живых клеток.

124 0

Line Tension of Pore Edge in Membrane on Solid Support

Issue number 2 from 25.12.2025

Контролируемое образование сквозных пор в бислойных липидных мембранах является ключевой стадией различных биотехнологических методик. Избыточная энергия кромки поры характеризуется линейным натяжением, величина которого определяет общую стабильность мембраны по отношению к образованию пор. Практически важный размер пор составляет порядка нескольких нанометров. Исследование таких пор прямыми оптическими методами невозможно, однако они, в принципе, могут быть визуализированы методом атомно-силовой микроскопии. В этом методе используется твердая подложка, на которой липидный бислой удерживается за счет взаимодействия с ней одного из монослоев. В настоящей работе мы теоретически исследовали влияние наличия подложки на величину линейного натяжения кромки поры. Предполагалось, что линейное натяжение определяется энергией упругих деформаций мембраны на кромке. Были рассмотрены различные режимы взаимодействия мембраны с подложкой: от свободной мембраны (полное отсутствие взаимодействия) до случая бесконечно сильной адгезии мембраны на подложку. Результаты расчетов показывают, что относительное изменение линейного натяжения кромки поры при такой вариации интенсивности взаимодействия мембраны с подложкой оказывается менее 3.5%. Таким образом, разработанная теоретическая модель предсказывает чрезвычайно слабое влияние взаимодействия с подложкой на величину линейного натяжения – основную энергетическую характеристику кромки поры.

110 0