Conference publications

Abstracts

XV conference

Ion Mobility at Membrane-Water Interface

Nesterenko A.M., Krasilnikov P.M.

117449 Moscow Shvernick street 19/2 1601

Свойство повышенной проводимость протона энергезированных биологических мембран играет важную роль в эффективной работе энергетических органелл клетки, то есть митохондрий и хлоропластов. Скорость синтеза клеточного энергетического эк­вивалента АТФ определяется скоростью утилизации трансмембранного протонного гра­диента АТФазой, которая, в свою очередь, определяется скоростью диффузии протонов от DmH-генераторов к АТФазе.

Нам удалось продемонстрировать в in silico эксперименте, почему, во-первых, протон не покидает мембранной поверхности и, во-вторых, почему скорость его ла­теральной компоненты диффузии выше чем скорость нормальной. Оказывается, что для обеспечения высокой латеральной диффузии протонов наружная поверхность мембра­ны должна удовлетворять некоторым условиям. Наиболее важным оказывается условие образование в примембранном (ПМ) водном слое множество стабильных Н-связей.

Мы разработали ряд методов на основе расчетов молекулярной динамики би­слойных мембран, которые позволяют оценивать их латеральную ионную проводи­мость. Наши данные о проводимости мембран хорошо согласуются с эксперименталь­ными. На примере трёх систем: льда 1h, жидкой воды и ПМ воды – мы установили, что релаксация существенно ингибирует перенос протона. Барьер переноса протона на соседнее положение после релаксации оказывается равным 3 ккал/моль.

Мембраны с повышенной протонной проводимостью как раз являются необходимой составляющей PEMFC (водородной топливной ячейки). Также такие мем­браны используются в экспериментах с искусственным фотосинтезом – это другая пер­спективная область в мировой энергетике. Методы in silico оценки ионной проводимо­сти произвольной мембраны позволят предсказать химический состав мембраны, обладающей наилучшей проводимостью.

• view as PDF