Influence of Cholesterol Concentration on Bacteriorhodopsin Photocycle

L. A. Bulavin; A. E. Mikhailov; P. K. Kuzmichev; V. V. Chupin; V. I. Borshchevskiy; I. V. Chizhov; D. V. Soloviov

doi:10.15407/ujpe65.9.778

Вплив концентрації холестерину на фотоцикл бактеріородопсину

Автор(и)

L. A. Bulavin Taras Shevchenko National University of Kyiv
A. E. Mikhailov Moscow Institute of Physics and Technology
P. K. Kuzmichev Moscow Institute of Physics and Technology
V. V. Chupin Moscow Institute of Physics and Technology
V. I. Borshchevskiy Moscow Institute of Physics and Technology
I. V. Chizhov Medizinische Hochschule Hannover
D. V. Soloviov Moscow Institute of Physics and Technology, Institute for Safety Problems of Nuclear Power Plants, Nat. Acad. of Sci. of Ukraine, Joint Institute for Nuclear Research

DOI:

https://doi.org/10.15407/ujpe65.9.778

Ключові слова:

лазерний фотолiз, лiпiднi мембрани, фотоцикл, бактерiородопсин, холестерин

Анотація

В роботi за допомогою методу спектроскопiї з роздiленням в часi проведено дослiдження фотоциклу мембранного бiлка бактерiородопсину в залежностi вiд концентрацiї холестерину в мембранi дипальмiтоїфосфатидилхолiну (ДПФХ). Показано, що температурнi залежностi констант швидкостей переходiв бактерiородопсину мiж промiжними станами задовольняють рiвняння Ейрiнга. Доведено, що додавання холестерину в мембрану ДПФХ приводить до прискорення фотоциклу бактерiородопсину.

Посилання

L.A. Bulavin, D.V. Soloviov, Yu.E. Gorshkova et al. Structural transition in a lipid-water liquid system. Ukr. J. Phys. 57, No. 6, 623 (2012).

J. Eisenbl¨atter, R.Winter. Pressure effects on the structure and phase behavior of dmpc-gramicidin lipid bilayers: A synchrotron SAXS and 2H-NMR spectroscopy study. Biophys. J. 90, 956 (2006). https://doi.org/10.1529/biophysj.105.069799

C. Bernsdorff, A. Wolf, R. Winter et al. Effect of hydrostatic pressure on water penetration and rotational dynamics in phospholipid-cholesterol bilayers. Biophys. J. 72, 1265 (1997). https://doi.org/10.1016/S0006-3495(97)78773-3

D.V. Soloviov, L.A. Bulavin, V.I. Gordeliy et al. Neutron scattering investigations of the lipid bilayer structure pressure dependence. Nucl. Phys. At. Energ. 13, No. 1, 83 (2012).

D.V. Soloviov, Y.E. Gorshkova, O.I. Ivankov et al. Ripple phase behavior in mixtures of DPPC/POPC lipids: SAXS and SANS studies. J. Phys. Conf. Ser. 351, 012010 (2012). https://doi.org/10.1088/1742-6596/351/1/012010

D. Soloviov, Y. Zabashta, L. Bulavin et al. Changes in the area per lipid molecule by P-V-T and SANS investigations. Macromol. Symp. 335, 58 (2014). https://doi.org/10.1002/masy.201200122

Y.E. Gorshkova, A.I. Kuklin,V.I. Gordeliy. Structure and phase transitions of DMPC multilamellar vesicles in the presence of Ca2+ ions. J. Surf. Investig. X-ray Synchrot. Neutr. Techn. 11, 27 (2017). https://doi.org/10.1134/S1027451016050499

L.A. Bulavin, D.V. Soloviov, A.I. Kuklin et al. Small-angle X-ray scattering and differential scanning calorimetry studies of DPPC multilamellar structures containing membranotropic agents of different chemical nature. Ukr. J. Phys. 60, 905 (2015).

L.A. Bulavin, D.V. Soloviov, V.I. Gordeliy et al. Lyotropic model membrane structures of hydrated (DPPC: DSC and small-angle X-ray scattering studies of phase transitions in the presence of membranotropic agents. Phase Trans. 88, 582 (2015). https://doi.org/10.1080/01411594.2014.1002784

A.O. Krasnikova, N.A. Kasian, O.V. Vashchenko et al. Effect of oxyethilated glycerol cryoprotectants on DPPC model lipid membranes structure and phase. Probl. Cryobiol. Cryomed. 25, No. 2, 186 (2015). https://doi.org/10.15407/cryo25.02.186

O.V. Vashchenko, S.V. Shishkina, N.A. Kasian et al. Formation of antibiotic cycloserine complexes with stearic acid and its calcium and magnesium salts: From quantum mechanical modeling to studies of membranotropic action. Funct. Mater. 26, 673 (2019). https://doi.org/10.15407/fm26.04.673

M. Zhernenkov, D. Bolmatov, D. Soloviov et al. Revealing the mechanism of passive transport in lipid bilayers via phonon-mediated nanometre-scale density fluctuations. Nature Commun. 7, 11575 (2016). https://doi.org/10.1038/ncomms11575

D. Soloviov, Y.Q. Cai, D. Bolmatov et al. Functional lipid pairs as building blocks of phase-separated membranes. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 117, 4749 (2020). https://doi.org/10.1073/pnas.1919264117

M. Bogdanov, E. Mileykovskaya, W. Dowhan et al. Lipids in the assembly of membrane proteins and organization of protein supercomplexes: Implications for lipid-linked disorders. In: Lipids in Health and Disease. Edited by P.J. Quinn, Xiaoyuan Wang (Springer, 2008), SCBI, 49 pp. 197-239. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-8831-5_8

O.I. Ivankov, E.V. Ermakova, T.N. Murugova et al. Interactions in the Model Membranes Mimicking Preclinical Conformational Diseases (Elsevier, 2020) [ISBN: 2451-9634]. https://doi.org/10.1016/bs.abl.2020.02.002

N. Ntarakas, I. Ermilova, A.P. Lyubartsev et al. Effect of lipid saturation on amyloid-beta peptide partitioning and aggregation in neuronal membranes: Molecular dynamics simulations. Eur. Biophys. J. 48, 813 (2019). https://doi.org/10.1007/s00249-019-01407-x

M. Javanainen, H. Martinez-Seara, I. Vattulainen. Nanoscale membrane domain formation driven by cholesterol. Sci. Rep. 7, 1143 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-01247-9

B.L. Stottrup, S.L. Keller. Phase behavior of lipid monolayers containing DPPC and cholesterol analogs. Biophys. J. 90, 3176 (2006). https://doi.org/10.1529/biophysj.105.072959

J.H. Ipsen, G. Karlstr¨om, O. Mourtisen et al. Phase equilibria in the phosphatidylcholine-cholesterol system. Biochim. Biophys. Acta 905, 162 (1987). https://doi.org/10.1016/0005-2736(87)90020-4

O. Edholm, J.F. Nagle. Areas of molecules in membranes consisting of mixtures. Biophys. J. 89, 1827 (2005). https://doi.org/10.1529/biophysj.105.064329

I. Chizhov, D.S. Chernavskii, M. Engelhard et al. Spectrally silent transitions in the bacteriorhodopsin photocycle. Biophys. J. 71, 2329 (1996). https://doi.org/10.1016/S0006-3495(96)79475-4

D. Bratanov, K. Kovalev, J.-P. Machten et al. Unique structure and function of viral rhodopsins. Nature Commun. 10, 4939 (2019). https://doi.org/10.1038/s41467-019-12718-0

I. Chizhov, G. Schmies, R. Seidel et al. The photophobic receptor from Natronobacterium pharaonis: temperature and pH dependencies of the photocycle of sensory rhodopsin II. Biophys. J. 75, 999 (1998). https://doi.org/10.1016/S0006-3495(98)77588-5

I.V. Chizhov. Flash photolysis. In Encyclopedia of Biophysics (Springer, 2013) [ISBN: 978-3-642-16712-6]. https://doi.org/10.1007/978-3-642-16712-6_63

K.H. M¨uller, T. Plesser. Variance reduction by simultaneous multi-exponential analysis of data sets from different experiments. Eur. Biophys. J. 19, 241 (1991). https://doi.org/10.1007/BF00183531

T. Hianik, V.I. Passechnik. Bilayer Lipid Membranes. Structure and Mechanical Properties (Springer Sci. and Business Media, 1995) [ISBN: 0792335511].

Downloads

Опубліковано

2020-08-26

Як цитувати

Bulavin, L. A., Mikhailov, A. E., Kuzmichev, P. K., Chupin, V. V., Borshchevskiy, V. I., Chizhov, I. V., & Soloviov, D. V. (2020). Вплив концентрації холестерину на фотоцикл бактеріородопсину. Український фізичний журнал, 65(9), 778. https://doi.org/10.15407/ujpe65.9.778

Завантажити посилання

Номер

Том 65 № 9 (2020)

Розділ

Фізика рідин та рідинних систем, біофізика і медична фізика

Ліцензія

Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна

Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:

1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.

2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.

3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.

4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.

5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.

6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.