Электрохимия, 2024, № 6

                          Российская академия наук

     ЭЛЕКТРОХИМИЯ

             том 60 № 6  2024 Июнь


                          Основан по инициативе А. Н. Фрумкина
                                         в январе 1965 г.
                                  Выходит 12 раз в год
                                       ISSN: 0424-8570
                         Индекс журнала в каталоге Роспечати 39447


                             Журнал издается под руководством
                           Отделения химии и наук о материалах РАН

                                   Главный редактор
                               Академик РАН А.Ю. Цивадзе
                                     Зам. главного редактора
                                 В.Н. Андреев, М.А. Воротынцев
                                  Ответственный секретарь
                                           Е.В. Золотухина

                                  Редакционная коллегия:
Я.Г. Авдеев, О.В. Бушкова, В.М. Волгин, О.Л. Грибкова, Г.А. Евтюгин, А.В. Иванищев, В.В. Кондратьев,
       А.Г. Кривенко, В.В. Кузнецов, В.А. Курмаз, Н.В. Лысков, К.Н. Михельсон, А.Д. Модестов,
                     В.В. Никоненко, А.М. Скундин, Н.В. Смирнова, Д.Г. Яхваров

                               Международный комитет:
        К. Аматор (Париж, Франция), Е.В. Антипов (Москва, РФ), П. Атанасов (Ирвин, США),
   Б.М. Графов (Москва, РФ), А.Д. Давыдов (Москва, РФ), Ю.А. Добровольский (Черноголовка, РФ),
   Жун Чен (Nankai, Китай), Ю.П. Зайков (Екатеринбург, РФ), Дж. Инзельт (Будапешт, Венгрия),
  Р.Дж. Комптон (Оксфорд, Англия), П.Й. Кулеша (Варшава, Польша), Д. Орбах (Бар-Илан, Израиль),
С. Сатиропулос (Тессалоники, Греция), Й. Ульструп (Лингби, Дания), Х.М. Фелью (Аликанте, Испания),
   А.Р. Хилман (Лестер, Англия), Ф. Шольц (Грайфсвальд, Германия), А.Б. Ярославцев (Москва, РФ)

                                  Консультативный совет:
    А.Г. Волков (Хантсвил, США), В.А. Гринберг (Москва, РФ), А. Куликовский (Юлих, Германия),
    Т.Л. Кулова (Москва, РФ), С.А. Мартемьянов (Пуатье, Франция), А.И. Маршаков (Москва, РФ),
      А. Пронь (Варшава, Польша), Г. Рагойша (Минск, Белоруссия), В.А. Сафонов (Москва, РФ),
    Я. Стейскал (Прага, Чехия), Е.Е. Ферапонтова (Архус, Дания), В.В. Хартон (Авейро, Португалия)

       Электронная почта редколлегии журнала “Электрохимия”: rjelectrochemistry@yandex.com
                              Адрес: 119071, Москва, Ленинский проспект, 31
               Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН
                              Редакция журнала “Электрохимия”
                                              e-mail: ftse@mail.ru
                                     Зав. редакцией Т.С. Филатикова


                                       Москва
                        ФГБУ «Издательство «Наука»





                                              © Российская академия наук, 2024
                                              © Редколлегия журнала “Электрохимия”
                                                                                       (составитель), 2024

            СОДЕРЖАНИЕ


Том 60, номер 6, 2024


Адсорбция полипротеина Gag вируса иммунодефицита человека
на липидных мембранах: исследование методом
компенсации внутримембранного поля

   З. Г. Дениева, К. И. Макринский, Ю. А. Ермаков, О. В. Батищев                                387

Нанокомпозит графен-фосфореновых структур с фосфидом кобальта –
эффективный электрокатализатор выделения водорода в кислой среде

   В. К. Кочергин, Р. А. Манжос, Е. Н. Кабачков,
   И. И. Ходос, А. Г. Кривенко                                                                399

Электрокаталитические свойства водорастворимых фталоцианинатов
никеля(II) и меди(II) в реакции окисления гидроксид-ионов

  М. А. Кованова, П. Д. Дербенева, А. С. Постнов,
   Т. В. Тихомирова, А. С. Вашурин, О. И. Койфман                                             408

Полищелочной эффект в стеклах различных классов
в рамках модели микронеоднородного строения стекла

   А. Ю. Добош, И. А. Соколов, Н. Н. Химич                                                    415

Электроосаждение фоточувствительных слоев на основе проводящих полимеров
и фталоцианината цинка, их структура и фотоэлектрические свойства

   О. Л. Грибкова, В. А. Кабанова, И. Д. Кормщиков,
   А. Р. Тамеев, А. А. Некрасов                                                               430

Синтез, ионная подвижность и проводимость композитов на основе дифторидов олова и свинца
по данным ЯМР 19F и импедансной спектроскопии

   А. Б. Слободюк, И. А. Телин, М. М. Полянцев,
   Н. Ф. Уваров, В. Я. Кавун                                                                  442

Анодное формирование и фотоэлектрохимические характеристики
оксида Ag(I) на сплавах системы Ag-Pd

   И. А. Белянская, М. Ю. Бочарникова, С. Н. Грушевская,
   О. А. Козадеров, А. В. Введенский, С. В. Канныкин                                            452

НЕКРОЛОГ
Памяти Веры Александровны Богдановской (10.09.1942–05.05.2024)

   В. Н. Андреев, О. В. Батищев, М. А. Воротынцев,
   А. Д. Давыдов, Т. Л. Кулова, А. М. Скундин                                                   464

                        Contents


Vol. 60, No 6, 2024


Adsorption of Human Immunodeficiency Virus Gag Polyprotein
on Lipid Membranes: a Study by the Inner Field Compensation method

   Z. G. Denieva, K. I. Makrinsky, Yu. A. Ermakov, O. V. Batishchev                                  387

Nanocomposite of Graphene-Phosphorene Structures with Cobalt Phosphide
as Effective Electrocatalyst for Hydrogen Evolution Reaction in Acidic Medium

   V. K. Kochergin, R. A. Manzhos, E. N. Kabachkov, I. I. Khodos, A. G. Krivenko                       399

Electrocatalytic Properties of Water-Soluble Nickel(II) and Copper(II)
Phthalocyaninates in the Oxidation Reaction of Hydroxide ions

  M. A. Kovanova, P. D. Derbeneva, A. S. Postnov,
   T. V. Tikhomirova, A. S. Vashurin, O. I. Koifman                                                408

Mixed-Alkali Effect in Glasses of Different Classes in the Framework
of a Microinhomogeneous-Glass-Structure Model

   A. Yu. Dobosh, I. A. Sokolov, N. N. Khimich                                                    415

Electrodeposition of Photosensitive Layers Based on Conducting Polymers
and Zinc Phthalocyaninate, their Structure and Photoelectrical Properties

   O. L. Gribkova, V. A. Kabanova, I. D. Kormshchikov,
   A. R. Tameev, A. A. Nekrasov                                                                430

Synthesis, Ionic Mobility and Conductivity of Composites of Tin and Lead Difluorides
by 19F NMR and Impedance Spectroscopy Data

   A. B. Slobodyuk, I. A. Telin, M. M. Polyantsev,
   N. F. Uvarov, V. Ya. Kavun                                                                 442

Anodic Formation and Photoelectrochemical Characteristics
of Ag(I) Oxide on Ag-Pd System Alloys

    I. A. Belyanskaya, M. Yu. Bocharnikova, S. N. Grushevskaya,
   O. A. Kozaderov, A. V. Vvedenskii, S. V. Kannykin                                               452

OBITUARIES
To memory of Vera Alexandrovna Bogdanovskaya (10.09.1942–05.05.2024)

   V. N. Andreev, O. V. Batishchev, M. A. Vorotyntsev,
   A. D. Davydov, T. L. Kulova, A. M. Skundin                                                    464

ЭЛЕКТРОХИМИЯ, 2024, том 60, № 6, с. 387–398





УДК 578.23+54.03

            АДСОРБЦИЯ ПОЛИПРОТЕИНА Gag
    ВИРУСА ИММУНОДЕФИЦИТА ЧЕЛОВЕКА НА ЛИПИДНЫХ
    МЕМБРАНАХ: ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ
             ВНУТРИМЕМБРАННОГО ПОЛЯ
   © 2024 г.  З. Г. Дениеваa, *, К. И. Макринскийa, Ю. А. Ермаковa, О. В. Батищевa, **
          aИнститут физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН, Москва, Россия
                                                *e-mail: zaret03@mail.ru
                                              **e-mail: olegbati@gmail.com
                                     Поступила в редакцию 18.10.2023 г.
                                      После доработки 21.11.2023 г.
                                   Принята к публикации 27.11.2023 г.

     Полипротеин Gag – это основной структурный белок вируса иммунодефицита человека (ВИЧ).
    Он ответственен за сборку новых вирусных частиц в инфицированной клетке. Данный процесс
     происходит на плазматической мембране клетки и, во многом, регулируется взаимодействиями
     Gag с липидным матриксом клеточной мембраны. В настоящей работе с помощью метода компен     сации внутримембранного поля и электрокинетических измерений дзета-потенциала в суспензии
     липосом нами было изучено связывание немиристоилированого полипротеина Gag ВИЧ с мо     дельными липидными мембранами. Для количественной оценки аффинности белка к заряжен    ным и незаряженным липидным бислоям были получены изотермы адсорбции Gag и вычислены
     константы связывания. Показано, что данный белок способен взаимодействовать с обоими ти     пами мембран примерно с одинаковыми истинными константами связывания (KPC = 8 × 106 М–1
     и KPS = 3 × 106 М–1). Однако присутствие в липидном бислое анионного липида фосфатидилсерина
      значительно усиливает адсорбцию белка на мембране за счет дополнительного влияния создавае     мого им поверхностного скачка потенциала вблизи мембраны (KPSэфф = 37.2 × 106 М–1). Таким об      разом, взаимодействие Gag с мембранами определяется, скорее, гидрофобными взаимодействиями
     и площадью, приходящейся на одну липидную молекулу, в то время как наличие отрицательного
      поверхностного заряда лишь увеличивает концентрацию положительно заряженного белка вблизи
     мембраны.

     Ключевые слова: вирус иммунодефицита человека, полипротеин Gag, бислойная липидная мембра      на, компенсация внутримембранного поля, граничные потенциалы

     DOI: 10.31857/S0424857024060019, EDN: PVFDAZ

      ADSORPTION OF HUMAN IMMUNODEFICIENCY VIRUS
         Gag POLYPROTEIN ON LIPID MEMBRANES: A STUDY
         BY THE INNER FIELD COMPENSATION METHOD
   © 2024 г. Z. G. Denievaa, *, K. I. Makrinskya, Yu. A. Ermakova, and O. V. Batishcheva, **
             A.N. Frumkin Institute of physical chemistry and electrochemistry, Russian academy of sciences,
                                           Moscow, Russia
                                               *e-mail: zaret03@mail.ru
                                            **e-mail: olegbati@gmail.com

     The Gag polyprotein is the main structural protein of the human immunodeficiency virus (HIV). It is respon        sible for the assembly of new viral particles in the infected cell. This process occurs on the plasma membrane
       of the cell and is largely regulated by the interactions of Gag with the lipid matrix of the cell membrane. In
        this work, using the inner field compensation method and electrokinetic measurements of the zeta potential
       in a liposome suspension, we studied the binding of the HIV non-myristoylated Gag polyprotein to model
        lipid membranes. To quantify protein affinity for charged and uncharged lipid bilayers, Gag adsorption iso      therms were obtained and binding constants were calculated. It has been shown that this protein is able to
       interact with both types of membranes with approximately the same binding constants (KPC = 8 × 106 M–1

                                                387

ДЕНИЕВА и др.

     and KPS = 3 × 106 M–1). However, the presence of the anionic lipid phosphatidylserine in the lipid bilayer
       significantly enhances protein adsorption on the membrane due to the additional influence of the surface
       potential jump it creates near the membrane (KPSeff = 37.2 × 106 M–1). Thus, the interaction of Gag with
     membranes is determined rather by hydrophobic interactions and the area per lipid molecule, while the pres      ence of a negative surface charge only increases the concentration of the positively charged protein near the
     membrane.


      Keywords: Human immunodeficiency virus, Gag polyprotein, lipid bilayer membrane, inner field compensa       tion technique, boundary potentials

           ВВЕДЕНИЕ                Gag является миристоилированным по N-концу
                                           белком и состоит из четырех основных доме-  Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) по                                           нов (матриксного МА, капсидного СА, нуклео-ражает клетки иммунной системы и приводит
                                             капсидного NC и домена р6), которые при созре-к развитию синдрома приобретенного иммунодефицита (СПИД). Зрелый (инфекционный) ВИЧ  вании вируса в инфекционно-активную форму
является частицей сферической формы с диаме-  расщепляются на отдельные белки, и двух связутром около 100 нм, окруженной оболочкой из  ющих пептидов (SP1 и SP2) (рис. 1б) [2].
бислойной липидной мембраны, захватываемой    Матриксный домен отвечает за связывание
вирусом при его отпочковывании с поверхности  Gag с плазматической мембраной, на которой
инфицированной клетки (рис. 1а). Генетический  происходит сборка и отпочковывание дочерних
материал ВИЧ представлен двумя копиями мо-  вирионов [2]. В ряде исследований показано, что
лекулы РНК, а наиболее консервативным геном  домен МА взаимодействует с мембраной элекявляется ген gag, который кодирует основной   тростатически через высокоосновный участок на
структурный белок вируса – полипротеин Gag.   его N-конце, связываясь с заряженными липидаЭтот белок составляет примерно 50% массы всей  ми фосфатидилсерином (PS) и фосфатидилиновирусной частицы и участвует во многих стади-   зитол-4,5-бисфосфатом (PI(4,5)P2) на внутренях жизненного цикла вируса [1, 2]. Полипротеин  ней стороне плазматической мембраны [3,  4].

                                                                 gp 120
     (а)                                                                 gp 41





                  Протеаза                                                                  Мактриксный белок (МА)
    Обратная транскриптаза                                            Нуклеокапсидный белок (NC)
                 Интеграза                                          Капсидный белок (CA)





                                                     РНК
         Неструктурные белки
                     (vif, vpr, vpu, nef )




     (б)


      N-конец                                                                             C-конец

            МА домен           CА домен           SP1  NC домен   SP2    р6

      миристат

   Рис. 1. Схематическое изображение частицы ВИЧ (а). Схематическое изображение структурных элементов поли   протеина Gag (б).


                                            ЭЛЕКТРОХИМИЯ   том 60 № 6   2024

                   АДСОРБЦИЯ ПОЛИПРОТЕИНА Gag ВИРУСА                        389

Мутации в этом участке приводят к диссоциации  ми живых клеток. Для изучения таких эффектов
Gag с плазматической мембраны и его обратному   целесообразно использовать биоэлектрохимичезахвату во внутриклеточное пространство в неко-   ские методы, эффективность которых проявляторых типах клеток [5]. Таким образом, электро-   ется в изучении взаимодействия многих биологистатические взаимодействия играют важную роль   чески активных веществ с липидными моделями
в формировании ВИЧ [6]. Кроме того, исследо-  клеточных мембран [14].
вания показали, что связывание миристоили-   К настоящему времени электростатический
рованного домена МА с мембраной нарушается   характер адсорбции белка Gag ВИЧ на липидв отсутствие молекул PI(4,5)P2, что предполага-  ных мембранах, содержащих фосфатидилсерин,
ет специфическое взаимодействие между белком  не исследован. Отдельные работы существуют
и данным липидом [7, 8]. В этих работах специ-  лишь для выделенных доменов Gag. Для домена
фичность взаимодействия Gag с PI(4,5)P2 объяс-  MA методом поверхностного плазмонного реняется двумя механизмами: 1) он служит “яко-   зонанса было показано, что эффективность его
рем” для закрепления белка в липидном бислое  адсорбции на поверхности липидного бислоя заза счет электростатических взаимодействий и 2)   висит от присутствия не менее 20 мол. % анионзапускает конформационные изменения мири-   ного PS в составе мембраны [8]. Неожиданным
стоилированного участка белка, которые допол-   оказалось, что не только домен MA, но и домен
нительно удерживают Gag в мембране за счет  NC как в свободной форме, так и в комплексе
гидрофобных сил [9]. Однако и PI(4,5)P2, и PS   с нуклеиновой кислотой связываются с поверхзаряжены отрицательно, и до сих пор нет четко-  ностью мембран, в которых присутствует фосфаго понимания того, участвует ли поверхностный  тидилсерин [15]. Однако результаты, полученные
заряд,  обеспечиваемый  фосфатидилсерином,   для отдельных доменов Gag, могут не в полной
в специфическом связывании Gag с мембраной,  мере отражать взаимодействие с мембраной всего
которое наблюдается в присутствии PI(4,5)P2 [8].  полноразмерного полипротеина Gag. Например,
  Фосфатидилсерин  широко  распространен   сродство к мембранам для димера домена МА на
в различных тканях организма и принимает   несколько порядков превышает эффективность
участие в “нацеливании” белков на клеточные  связывания мономера данного белка [6]. Этот
мембраны в результате электростатических бе-  факт указывает на то, что взаимодействие нелок-липидных взаимодействий, которые могут   скольких молекул Gag друг с другом должно усисущественным образом влиять на физико-хими-   лить их адсорбцию на мембранах благодаря элекческие характеристики липидного бислоя [10].   тростатическому притяжению соответствующих
Подобные эффекты наблюдались при адсорб-  положительно заряженных групп белка к аниции на мембранах некоторых многовалентных  онным липидам в составе мембран [16, 17]. Тем
катионов, которые проявляют высокое сродство  не менее есть лишь несколько исследований, где
к фосфатидилсерину. Так, связывание катионов  были получены количественные данные о взаигадолиния (Gd3+) с PS изменяет свойства ли-  модействии белка Gag с мембранами в условиях
пидного матрикса, делая его более упругим при   in vitro на модельных системах [18, 19]. При этом
сжатии монослоя в латеральном направлении   во всех них исследовалась только роль PI(4,5)P2,
и повышая его жесткость при трансмембранном  игнорируя противоречивые данные о вкладе фоссжатии бислоя [11, 12]. Моделирование мембран   фатидилсерина, а также о принципиальной возметодами молекулярной динамики (МД) позво-  можности связывания белка Gag с нейтральными
лило выявить координацию многовалентных ка-  мембранами [20]. Таким образом, вопрос о роли
тионов с полярными головками фосфолипидов,  анионных и нейтральных фосфолипидов в адсов результате которой 2–3 молекулы липидов объ-  рбции Gag остается открытым, а для его решения
единяются в нанокластеры [12]. Также методами  необходимы подробные исследования взаимоМД было показано, что при связывании молекул   действия белка с мембранами различного липидлизина и полипептидов на его основе с поверхно-   ного состава.
стью мембран, содержащих анионные фосфоли-     Электростатические  эффекты,  вызванные
пиды, существенным образом меняется сеть во-  адсорбцией макромолекул на поверхности лидородных связей между фосфатными группами  пидных мембран, можно регистрировать класэтих липидов, которые вносят свой вклад в упру-  сическим методом электрокинетических измегие характеристики мембран [13]. Естественно  рений в суспензии липосом, определяя величину
предположить, что оба механизма могут быть ре-   дзета-потенциала в гидродинамической плоскоализованы и при связывании белков с мембрана-   сти скольжения [21]. Найденные из этих опытов


  ЭЛЕКТРОХИМИЯ   том 60 № 6   2024

ДЕНИЕВА и др.

значения поверхностного потенциала можно со-  нанесения на отверстие в ячейке капли раствопоставить с измерениями граничного потенциала   ра липидов в н-декане в концентрации 15 мг/мл.
на плоских липидных мембранах того же состава,  Для этого хлороформ из стокового раствора липроводимыми методом компенсации внутримем-  пидов предварительно удаляли под струей аргона
бранного поля (КВП) [22]. Таким образом мож-   в течение 30 мин с образованием тонкой пленки
но получить информацию о термодинамических  на стенках колбы, в которую затем добавляли неконстантах связывания макромолекул с липид-  обходимое количество н-декана. Электрические
ным бислоем и оценить вклад электростатиче-  измерения БЛМ проводили с помощью пары
ских эффектов в эффективность данного взаимо-   Ag/AgCl-электродов, контактирующих с рабодействия [23]. С этой целью в настоящей работе  чим буферным раствором в отсеках ячейки ченами был выбран описанный подход для анализа   рез солевые мостики (пластиковые наконечники
адсорбции водорастворимой формы полипротеи-  микропипеток, заполненные раствором 2 мас. %
на Gag на нейтральных мембранах и мембранах,   агара в 100 мМ KCl). Сопротивление электросодержащих фосфатидилсерин. В результате бы-   дов с мостиками составляло не более 40–50 кОм.
ли оценены константы связывания данного белка  Процесс формирования мембраны регистрирос анионным фосфатидилсерином и цвиттер-ион-   вался по росту ее электрической емкости. Для
ным фосфатидилхолином с учетом влияния фо-  проведения электрических измерений к электнового электролита на процесс его адсорбции,   роду с одной стороны мембраны подключали геа также определена стехиометрия связывания   нератор переменного напряжения (выход ЦАП
Gag с липидами.                             платы L780, Lcard, Россия), а с другой – усили                                                  тель тока Keithley-427 (Великобритания). О том,
                                               что удалось сформировать бислойную мембрану,    МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
                                                свидетельствовало появление емкости 1–3 нФ, из
  Материалы. В экспериментах были исполь-                                            предположения, что мембрана занимает всю плозованы реактивы: KCl (Sigma-Aldrich, США),                                         щадь отверстия. В ходе эксперимента буферный
HEPES (Хеликон, Россия), ЭДТА (Life Technolo-                                                раствор в обоих отсеках ячейки перемешивался
gies, США), KOH (х.ч. Реахим, Россия), HCl (х.ч.                                                 с помощью магнитной мешалки.
Реахим, Россия), агар (Хеликон, Россия), н-де-                                         Липосомы готовили методом гидратации ликан (Acros Organics, США), липиды 1,2-дифита-                                         пидной пленки  [26]. Раствор липидов в хлоноил-sn-глицеро-3-фосфатидилхолин (DPhPC)  роформе упаривали на роторном испарителе
и 1,2-дифитаноил-sn-глицеро-3-фосфатидилсе-   (40 мин при давлении 40 мбар) для получения
рин (DPhPS) (Avanti Polar Lipids, США), раство-  тонкой пленки на дне круглодонной стеклянренные в хлороформе (99%, Merck, Германия)  ной колбы. Затем ее гидратировали раствором
в концентрации 10 мг/мл.                       10 мМ KCl, рН 7.0 и встряхивали на BioVortex до
  Полипротеин Gag получали по методу, опи-  получения опалесцирующей суспензии. Конечсанному в [24]. В использованном белке отсут-  ная концентрация липидов в суспензии липосом
ствует миристоильная группа на N-конце и домен   составляла 1 мг/мл.
р6, что делает его водорастворимым. В экспе-     Дзета-потенциал липосом. Измерения электрориментах Gag растворяли в буферном растворе,  форетической подвижности липосом проводили
содержащем 10 мМ KCl, 5 мМ HEPES и 0.1 мМ  методом динамического светорассеяния с помоЭДТА, рН 7.2, непосредственно перед каждым  щью Zetasizer II (Malvern Instruments, Великоэкспериментом и хранили при +4qC не более 72 ч.   британия) с коррелятором PhotoCor SP (США)
  Формирование липидных  мембран. Плоские   [23]. Электрическое поле в электрофоретической
бислойные липидные мембраны (БЛМ) получа-   ячейке генерировалось приложением напряжели на круглом отверстии диаметром 1 мм в пе-  ния 100–120 В между двумя платинированными
регородке, разделяющей два отсека ячейки из   электродами, отделенными от образца полупроинертного гидрофобного материала (тефлона) по  ницаемой мембраной, не пропускающей коллометоду Мюллера – Рудина [25]. В данной рабо-  идные частицы. Для измерения напряженности
те формировали незаряженные БЛМ из DPhPC   электрического поля использовали кратковреи заряженные БЛМ из смеси DPhPC:DPhPS 80:20  менное подключение пары платиновых элект(по мол. %).                                     родов, расположенных на расстоянии 5 см друг
  Каждую полуячейку заполняли рабочим бу-   от друга внутри измерительной ячейки. Для преферным раствором 10 мМ KCl, 5 мМ HEPES,  дотвращения поляризации электродов поляр0.1 мМ ЭДТА, рН 7.2. БЛМ формировали путем   ность подаваемого на них потенциала менялась


                                            ЭЛЕКТРОХИМИЯ   том 60 № 6   2024

                     АДСОРБЦИЯ ПОЛИПРОТЕИНА Gag ВИРУСА                        391

с частотой 2 Гц. Электрический потенциал   тать, что концентрация ионов вблизи поверхв гидродинамической плоскости скольжения  ности мембраны описывается распределением
(ζ-потенциал) рассчитывали по уравнению Смо-  Больцмана (3), а распределение потенциала вблилуховского [21].                                зи заряженной поверхности мембраны описы  Метод компенсации внутримембранного поля   вается уравнением (4), мы получаем следующую
(КВП). Разность граничных потенциалов БЛМ   систему уравнений для определения плотности
(Δφb) определяли методом КВП с помощью фа-   заряда на мембране из электрокинетических иззочувствительного усилителя Stanford (DSP Lock-   мерений:
In amplifier, model SR830, США) с использовани-                                      ⎛ zeϕ ( 0 ) ⎞
ем второй гармоники емкостного тока [22, 27].            σ =  8 kT εε0 C sh            ,          (1)                                                                                                                                                                                                   ⎝⎜ 2 kT    ⎠⎟Метод основан на способности мембран менять
толщину в электрическом поле, тем самым уве-              σ           1
                                                              =                                                                                                                               ,           (2)личивая свою электрическую емкость. Значение                                                                      1 + K ЭлCЭл ( 0 )                                                                σmaxPS
емкости минимально, когда электрическое поле
внутри мембраны равно нулю, а напряжение, при                                                                                            ⎛  z i eϕ ( 0 ) ⎞
котором оно достигается, равно разности гранич-            Ci = Ci exp −            ,            (3)                                                                                                                                                                                         ⎝⎜   kT      ⎠⎟ных потенциалов на БЛМ. В этом случае регистрируется нулевая амплитуда второй гармоники
                                                                           ⎛ z i eϕ ( x ) ⎞                ⎛ z i eϕ ( 0 ) ⎞
емкостного тока. Выбор этой гармоники позво-            th            exp −( кx ) th             ,     (4)                                                            4 kT  ⎠⎟=                           ⎝⎜ 4 kT    ⎠⎟ляет организовать систему обратной связи и, тем                               ⎝⎜
самым, непрерывно контролировать изменения   где V – плотность заряда на поверхности мембраразности граничных потенциалов и регистриро-  ны, φ(0) – поверхностный потенциал мембраны,
вать кинетику адсорбции заряженных молекул   φ(x) – потенциал на расстоянии x от границы разс одной стороны мембраны. Для уменьшения   дела мембраны с раствором, ci и ci (0) – объемная
эффектов экранирования поверхностного заряда  и поверхностная концентрации ионов электрои увеличения разрешающей способности метода                                         2                                                                          2 e C
КВП [28], все измерения проводили в условиях   лита соответственно, к =      – обратная де                                                                                     εε0 kTнизкой ионной силы раствора фонового электролита (10 мМ KCl, 5 мМ HEPES, 0.1 мМ ЭДТА).   баевская длина экранирования, KЭл – константа
При проведении расчетов влияние компонентов  связывания ионов калия, VmaxPS – максимальная
буфера на ионную силу полагаем незначитель-   поверхностная плотность заряда на мембране
ным. Во всех экспериментах белок Gag в диапа-   с фосфатидилсерином, СЭл(0) – поверхностная
зоне концентраций (СGag) от 10 до 200 нМ добав-  концентрация ионов калия, ε и ε0 – диэлектричеляли в один из двух отсеков ячейки с мембраной   ская проницаемость в растворе и в вакууме сооти наблюдали изменение разности граничных по-   ветственно, zi – валентность ионов электролита,
тенциалов до выхода на стационарное состояние.   e – заряд электрона, k – константа Больцмана,
                                    T – абсолютная температура.
                                О величине поверхностного потенциала мем-     РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
                                         браны можно судить по результатам электрокине   Определение плотности заряда на мембране      тических измерений дзета-потенциала в гидроди  Чтобы оценить вклад фосфатидилсерина в об-  намической плоскости скольжения. Расстояние x
щий заряд поверхности мембраны, нами была   от плоскости Гельмгольца до плоскости скольжеопределена плотность заряда на мембране (σ),   ния, экспериментально определенное как 0.2 нм
состоящей из заряженных и незаряженных ли-   для фосфолипидных мембран, широко использупидов. Для случая симметричного электролита   ется для количественного анализа электрокиневзаимосвязь плотности заряда на мембране и ее   тических измерений в суспензии липосом [21, 32].
поверхностного потенциала можно представить  Нами была экспериментально получена зависив рамках модели двойного электрического слоя   мость ζ-потенциала от ионной силы электролита
Гуи–Чепмена [29, 30], представленной уравне-   для суспензии мультислойных липосом из смеси
нием (1). В связи с тем, что ионы фонового элек-  DPhPC:DPhPS 80:20 (мол. %). Рассчитанные по
тролита могут связываться с полярными группа-  уравнению (4) величины поверхностного потенми липидов, эта модель должна быть дополнена  циала представлены на рис. 2. По аппроксимации
соответствующим уравнением адсорбции (2), как  экспериментальных данных уравнениями (1)–(3)
было предложено Штерном [31]. Тогда, если счи-  была найдена поверхностная плотность заряда


     ЭЛЕКТРОХИМИЯ   том 60 № 6   2024

ДЕНИЕВА и др.

       φ(0), мВ                               ки представлена на рис. 3а. Для расчета величи ‒20
                                    ны поверхностной плотности заряда на БЛМ эта
                                               зависимость была перестроена следующим обра  ‒30                                              зом. Значение граничного потенциала для каждой
                                            концентрации KCl было получено путем сложе                                          ния эффектов от всех предыдущих добавок соли
 ‒40
                                               в этот отсек ячейки (рис. 3б). Нулевой уровень со                                               l                        ответствовал исходному значению поверхностно ‒50                                              го потенциала (–64 мВ) в фоновом электролите
                                                    (10 мМ KCl) до начала увеличения ионной силы,
                                            найденному из электрокинетических измерений. ‒60
                                     Из полученной зависимости были рассчитаны зна                                             чения поверхностного потенциала на БЛМ и далее
  ‒70                                       по ним определена плотность заряда на мембране
                      20            40      60    80  100    (рис. 3в). Аппроксимация экспериментальной за                                           KCl, мМ
                                             висимости поверхностного потенциала от концен   Рис. 2. Зависимость значений поверхностного по-     трации электролита комбинацией уравнений (1–3)
   тенциала           липосом                     из смеси                         DPhPC:DPhPS                                                   80:20
                                                 дала значение V = –(2.3 ± 0.1) × 10–6 Кл/см2, а кон-   (мол. %) от            ионной силы                          раствора                                  KCl. Теоретическая
   кривая построена по комбинации уравнений (1)–(3).     станты связывания калия – KЭл = 1.0 ± 0.1 М–1.
                                    На рис. 2 и 3 приведены результаты одиночного
липосом (V = –(2.5 ± 0.2) × 10–6 Кл/см2), а также   эксперимента, который был проведен независизначение константы связывания ионов калия фо-  мо трижды для оценки параметров теоретической
нового электролита (KЭл = 1.00 ± 0.04 М–1). Полу-  модели и их погрешности. Таким образом, резульченные значения согласуются с литературными   таты измерений методами КВП и электрофоретиданными [32, 33].                               ческой подвижности липосом дали одинаковые
  Плотность заряда на мембране была определе-   (в пределах ошибки) значения для V мембран из
на также методом измерения разности граничных  смеси фосфатидилсерина и фосфатидилхолина.
потенциалов на плоской БЛМ с этим же липид-  Полученные нами значения поверхностной плотным составом. Мы формировали БЛМ на отвер-   ности заряда мембран согласуются с литературныстии в перегородке тефлоновой ячейки в 10 мМ  ми данными для липосом, содержащих фосфатирастворе KCl, после чего постепенно увеличива-  дилсерин [33–35].
ли ионную силу электролита с одной стороны от
                                                 Адсорбция Gag на бислойных липидных мембранахмембраны путем последовательного добавления
1 М раствора KCl и регистрировали разность гра-     Белок Gag практически постоянно взаимоничных потенциалов методом КВП. Зависимость   действует с липидными мембранами в цикле реизменения граничного потенциала с ростом ион-  продукции вируса [36]. Некоторые исследователи
ной силы электролита в одном из отсеков ячей-   полагают, что это взаимодействие происходит

                   (а)                                     (б)                                      (в)
      Δφb, мВ                             Δφb, мВ                                  φ(0), мВ
   50
                                            40                                        ‒30
   40
                                            30                                  ‒40
   30
                                            20                                  ‒50
   20
                                              10                                  ‒60
   10
                                             0                                  ‒70
    0
     0        10       20       30            0      20     40     60     80                      20       40   60  80 100
                      Время, мин                            KCl, мМ                             KCl, мМ

   Рис. 3. Определение поверхностной плотности заряда на БЛМ из смеси DPhPC:DPhPS 80:20 (мол. %). (а) Изменение
   разности граничных потенциалов в результате последовательной добавки 1 М KCl в один из отсеков эксперимен   тальной ячейки. Стрелки (слева направо) соответствуют изменению ионной силы раствора до 20, 30, 50 и 80 мМ. (б)
   Зависимость приращения разности граничных потенциалов на БЛМ от концентрации KCl. (в) Зависимость поверх   ностного потенциала на БЛМ от концентрации KCl в ячейке. Теоретическая кривая построена по уравнениям (1)–(3).


                                            ЭЛЕКТРОХИМИЯ   том 60 № 6   2024