Вплив температури та іонної сили середовища на поверхневий потенціал еритроцитів людини

Abstract

Одним із наслідків впливу іонної сили позаклітинного середовища, а, отже, і внутрішньоклітинного, при заморожуванні клітинних суспензій є зміна мембранного потенціалу клітин, які знаходяться в цьому середовищі. В роботі розраховані температурні та концентраційні залежності поверхневого потенціалу еритроцитів людини в процесі заморожування клітинної суспензії в точках, які відповідають значенням температури та концентрації 1:1-електроліту згідно з фазовою діаграмою бінарної системи вода-NaCl. Визначено концентрації іонів натрію на поверхні еритроцитів залежно від концентрації об'ємного розчину та температури. Показано, що концентрація іонів натрію на поверхні клітин в 1,5 рази перевищує таку в об'ємному розчині. Особливу увагу привертає перегин температурної залежності поверхневого потенціалу еритроцитів людини для концентрацій 1:1-електроліту 0,15 та 0,3 М за температур 8…12°С. Така особливість температурної залежності поверхневого потенціалу, розрахованого для зарядженої поверхні з певною щільністю поверхневих зарядів із суто фізичних міркувань без врахування структури та складових цієї поверхні, може бути однією з причин перебудов у мембрані за цих температур. Порушення балансу електростатичних взаємодій на поверхні зовнішнього моношару мембрани через збільшення концентрації протиіонів на поверхні клітин і відповідно зменшення поверхневого потенціалу може бути «пусковим механізмом» перебудов і зміни взаємодій між білковими і ліпідними компонентами мембрани.

Одним из следствий влияния ионной силы внеклеточной среды, а, следовательно, и внутриклеточной при замораживании клеточных суспензий является изменение мембранного потенциала клеток, находящихся в этой среде. В работе рассчитаны температурные и концентрационные зависимости поверхностного потенциала эритроцитов человека в процессе замораживания клеточной суспензии в точках, соответствующих значениям температуры и концентрации 1:1- электролита согласно фазовой диаграмме бинарной системы вода-NaCl. Определены концентрации ионов натрия на поверхности эритроцитов в зависимости от концентрации объемного раствора и температуры. Показано, что концентрация ионов натрия на поверхности клеток в 1,5 раза превышает таковую в объемном растворе. Обращает на себя особое внимание перегиб температурной зависимости поверхностного потенциала эритроцитов человека для концентраций 1:1- электролита 0,15 и 0,3 М в диапазоне температур 8…12°С. Такая особенность температурной зависимости поверхностного потенциала, рассчитанного для заряженной поверхности с определенной плотностью поверхностных зарядов из чисто физических соображений без учета структуры и состава этой поверхности, может быть одной из причин перестроек в мембране при этих температурах. Нарушение баланса электростатических взаимодействий на поверхности внешнего монослоя мембраны вследствие увеличения концентрации противоионов на поверхности клеток и соответственно уменьшения поверхностного потенциала может быть «пусковым механизмом» перестроек и изменений взаимодействий между белковыми и липидными компонентами мембраны.

During freezing of cell suspensions the ionic strength of extracellular and, subsequently, intracellular media is responsible for the changes in membrane potential of cells. In this research we revealed the temperature and concentration dependencies of the surface potential of human erythrocytes during freezing of the cell suspension at the points corresponding to the values of temperature and 1:1 concentration of the electrolyte according to the phase diagram of a water-NaCl binary system. The concentrations of sodium ions on the surface of erythrocytes depending on concentration and temperature of the bulk solution were determined. It has been shown that the concentration of sodium ions on the surface of cells was 1.5 times higher than that in the bulk solution. The kink of surface potential temperature dependence for human erythrocytes for 0.15 and 0.3 M concentrations of 1:1 electrolyte within 8...12°C temperature range was of special interest. This temperature dependence feature of the surface potential calculated for the charged surface with a particular surface charge density from the purely physical considerations without taking into account the structure and composition of the surface could be one of the causes of rearrangements in membrane at these temperatures. Misbalance of electrostatic interactions on the surface of membrane outer monolayer appeared as a result of an increased concentration of counterions on the surface of cells and correspondingly the reduced surface potential might trigger the rearrangements and changes in relationships between membrane protein and lipid components.