МИРЭА – Российский технологический университет, Москва, Россия 

 

Аннотация. Одно из современных направлений в клеточной биоэнергетике – это исследования молекулярных механизмов эффективного переноса протонов в белках и поверхностных протонпроводящих структурах в биологических мембранах. В данной работе разработана математическая модель молекулярного механизма направленного транспорта протонов вдоль липидных мембран. Рассмотрено движения протонов в квазиодномерных латеральных доменных структурах в многокомпонентных липидных мембранах, которые, как предполагается, играют роль протонпроводящих поверхностных структур. В работе предложена модель тройной системы, включающей подсистему цепочек водородных связей поверхностных молекул воды, взаимодействующих с подсистемами полярных групп и углеводородных цепей липидных молекул. Показано, что в рассмотренной тройной системе могут возникать коллективные возбуждения солитонного типа, приводящие к латеральному транспорту протонов, сопровождающемуся движением солитонов, которые представляет собой локальные области сжатия в подсистеме полярных групп липидов и структурные дефекты в подсистеме углеводородных цепей липидных молекул мембраны. Результаты моделирования показали, что латеральный перенос протонов в этой связанной системе не зависит от электрического поля вдоль мембраны и может определяться упругими полями деформации и кривизной мембраны, создаваемых белками и ионными каналами, встроенными в биомембраны.

 

Ключевые слова: латеральный протонный транспорт, протонпроводящие структуры, липидные мембраны, доменные структуры, коллективная динамика, солитоны