Cd|KOH|NiOOH

Zn|NH4CI|MnO2

Li|LiClO4|MnO2

Pb|H2SO4|PbO2

H2|KOH|O2

Моделирование ионного транспорта в нанометровых каналах с заряженными макромолекулами клаудина: нелокально-электростатический подход

DOI: 10.18500/1608-4039-2015-15-4-149-159

Разработана математическая модель ионного транспорта в плотных контактах (ПК) между мембранами эпителиальных клеток на основе нелокально-электростатической теории ионной сольватации. Показано, что Na+/Cl- (зарядовая) селективность в ПК обусловлена комбинацией двух эффектов: диэлектрического исключения ионов из них и электростатического вытеснения Cl-. Приведены зависимости селективности в ПК от концентрации фиксированных зарядов и от изменения корреляционной длины воды в ПК. Величины Na+/Cl- селективности совпадают с экспериментальными данными, имеющимися в литературе по эпителиальному транспорту. Развитая теория применима и к другим биоэлектрохимичиским системам, в которых ионы пересекают фазовую границу, например, к транспорту ионов через биомембраны.

Литература

1. Bond D. R., Holmes D. E., Tender L. M., Lovley D. R. Electrode-reducing microorganisms that harvest energy from marine sediments // Science. 2002. Vol. 295. P. 483-485.
2. Kim H. J., Park H. S., Hyun M. S., Chang I. S., Kim M., Kim B. H. A mediator-less microbial fuel cell using a metal reducing bacterium, Shewenella putrefaciens // Enzyme Microb. Technol. 2002. Vol. 30. P. 145-152.
3. Potter M. C. On the difference of potential due to the vital activity of microorganisms // Proc. Univ. Durham Phil. Soc. 1910. Vol. 3. P. 245-249.
4. Tender L., Gray S., Groveman E., Lowy D., Kauffma P., Melhado R., Tyce R., Flynn D., Petrecca R., Dobarro J. The first demonstration of a microbial fuel cell as a viable power supply: Powering a meteorological buoy // J. Power Sources. 2008. Vol. 179. P. 571-575.
5. Rabaey K., Boon N., Siciliano S. D., Verhaege M., Verstraete W. Biofuel cells select for microbial consortia that self-mediate elecron transfe // Appl. Environ. Microbiol. 2004. Vol. 70. P. 5373-5382.
6. Colegio O. R., Van Itallie C. M., McCrea H. J., Rahner C., Anderson J. M. Claudins create charge-selective channels in the paracellular pathway between epithelial cells // Amer. J. Physiol. Cell Physiol. 2002. Vol. 283. P. C142-C147.
DOI: 10.1152/ajpcell.00038.2002.
7. Van Itallie C. M., Anderson J. M. The molecular physiology of tight junction pores // Physiology. 2004. Vol. 19. P. 331-338.
DOI: 10.1152/physiol.00027.2004.
8. Anderson J. M., Van Itallie C. M. Physiology and function of the tight junction. Cold Spring Harb Perspect // Biol. 2009. Vol. 1. P. a002584-1-a002584-16.
DOI:  10.1101/cshperspect.a002584.
9. Shen L., Weber C. R., Raleigh D. R., Yu D., Turner J. R. Tight junction pore and leak pathways: a dynamic duo // Annu. Rev. Physiol. 2011. Vol. 73. P. 283-309.
DOI: 10.1146/annurev-physiol-012110-142150.
10. Günzel D., Yu A. S. Claudins and the modulation of tight junction permeability // Physiol. Rev. 2013. Vol. 93. P. 525-569.
DOI:  10.1152/physrev.00019.2012.
11. Рубашкин А. А. Модель электроосмоса для случая протекания жидкости в плотных контактах эпителиальных клеток // Докл. АН. 2006. Т. 407, № 3. С. 408-410.
12. Rubashkin A. A., Iserovich P., Hernandez J. A., Fischbarg J. Epithelial fluid transport: protruding macromolecules and space charges can bring about electro-osmotic coupling at the tight junctions // J. Membr. Biol. 2005. Vol. 208. P. 251-263.
DOI: 10.1007/s00232-005-0831-y.
13. Fischbarg J., Dikce F. P., Iserovich P., Rubashkin A. A. The Role of the Tight Junction in Paracellular Fluid Transport across Corneal Endothelium. Electro-osmosis as a Driving Force // J. Membr. Biol. 2006. Vol. 210. P. 117-130.
DOI: 10.1007/s00232-005-0850-8.
14. Kornyshev A. A., Volkov A. G. On the evaluation of standard Gibbs energies of ion transfer between two solvents // J. Electroanalyt. Chem. 1984. Vol. 180. P. 363-381.
DOI: 10.1016/0368-1874(84)83594-7.
15. Rubinstein A., Sabirianov R. F., Mei W. N., Namavar F., Khoynezhad A. Effect of the ordered interfacial water layer in protein complex formation: A nonlocal electrostatic approach // Phys. Rev. E. 2010. Vol. 82. P. 021915-1-021915-7.
DOI: http: // dx. doi.org/10.1103/PhysRevE.82.021915.
16. Воротынцев М. А., Корнышев А. А. Электростатика сред с пространственной дисперсией. М.: Наука, 1993. 240 с.
17. Pailluson F., Blossey R. Slits, plates, and Poisson-Boltzmann theory in a local formulation of nonlocal electrostatics // Phys. Rev. E. 2010. Vol. 82. P. 052501-1-052501-4.
DOI: http: // dx. doi.org/10.1103/PhysRevE.82.052501.
18. Ebbinghaus S., Kim S. J., Heyden M., Yu X., Heugen U., Gruebele M., Leitner D. M., Havenith M. An extended dynamical hydration shell around proteins // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2007. Vol. 104. P. 20749-20752.
DOI: 10.1073/pnas.0709207104.
19. Корнышев А. А., Цицуашвили Г. И., Ярощук А. Э. Эффект структуры полярного растворителя в теории диэлектрического исключения ионов из пор полимерных мембран. Расчёт свободной энергии переноса заряда из объёма растворителя в пору // Электрохимия. 1989. Т. 25. С. 1037-1044.
20. Gourary B. S., Adrian F. J. Wave Functions for Electron-Excess Color Centers in Alkali Halide Crystals // Solid State Phys. 1960. Vol. 10. P. 127-247.
DOI: 10.1016/S0081-1947(08)60702-X.
21. Справочник по электрохимии / под ред. А. М. Сухотина. Л. : Химия, Ленингр. отд-ние, 1981. С. 424.

стр. 149
Текст в формате PDF:
(downloads: 101)
Файл статьи: