Low-Temperature Dynamical Transition in Lipid Bilayers Detected by Spin-Label ESE Spectroscopy


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Data on neutron scattering in biological systems show low-temperature dynamical transition between 170 and 230 K manifesting itself as a drastic increase of the atomic mean-squared displacement, 〈x2〉, detected for hydrogen atoms in the nano- to picosecond time scale. For spin-labeled systems, electron spin echo (ESE) spectroscopy—a pulsed version of electron paramagnetic resonance—is also capable of detection of dynamical transition. A two-pulse ESE decay in frozen matrixes is induced by spin relaxation arising from stochastic molecular librations, and allows to obtain the 〈α2τc parameter, where 〈α2〉 is a mean-squared angular amplitude of the motion and τc is the correlation time lying in the sub- and nanosecond time ranges. In this work, the ESE technique was applied to spin-labeled amphiphilic molecules of three different kinds embedded in bilayers of fully saturated 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC) and mono-unsaturated 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (POPC) lipids. Two-pulse ESE data revealed the appearance of stochastic librations above 130 K, with the parameter 〈α2τc obeying the Arrhenius type of temperature dependence and increasing remarkably above 170–180 K. A comparison with a dry sample suggests that onset of motions is not related with lipid internal motions. Three-pulse ESE experiments (resulting in stimulated echos) in DPPC bilayers showed the appearance of slow molecular rotations above 170–180 K. For D2O-hydrated bilayers, ESE envelope modulation experiments indicate that isotropic water molecular motions in the nearest hydration shell of the bilayer appear with a rate of ~ 105 s−1 in the narrow temperature range between 175 and 179 K. The similarity of the experimental data found for three different spin-labeled compounds suggests a cooperative character for the ESE-detected molecular motions. The data were interpreted within a model suggesting that dynamical transition is related with overcoming barriers, of 10–20 kJ/mol height, existing in the system for the molecular reorientations.

Об авторах

Elena Golysheva

Institute of Chemical Kinetics and Combustion, Russian Academy of Sciences; Department of Physics, Novosibirsk State University

Email: dzuba@kinetics.nsc.ru
Россия, Novosibirsk, 630090; Novosibirsk, 630090

Marta De Zotti

Department of Chemical Sciences, University of Padova

Email: dzuba@kinetics.nsc.ru
Италия, Padua, 35131

Claudio Toniolo

Department of Chemical Sciences, University of Padova; Padova Unit, Institute of Biomolecular Chemistry, CNR

Email: dzuba@kinetics.nsc.ru
Италия, Padua, 35131; Padua, 35131

Fernando Formaggio

Department of Chemical Sciences, University of Padova; Padova Unit, Institute of Biomolecular Chemistry, CNR

Email: dzuba@kinetics.nsc.ru
Италия, Padua, 35131; Padua, 35131

Sergei Dzuba

Institute of Chemical Kinetics and Combustion, Russian Academy of Sciences; Department of Physics, Novosibirsk State University

Автор, ответственный за переписку.
Email: dzuba@kinetics.nsc.ru
ORCID iD: 0000-0001-8880-6559
Россия, Novosibirsk, 630090; Novosibirsk, 630090

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML

© Springer-Verlag GmbH Austria, part of Springer Nature, 2018

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».