Физические свойства мембран эритроцитов в поле ионизирующей радиации малой мощности
Experimental results obtained with fluorescent probes testifying to a modification of the structural state and a change of the surface properties of erythrocyte membranes depending on the ionizing radiation dose rate (1–100 μGy) are represented. The influence of ionizing radiation on the signal tran...
Saved in:
| Date: | 2007 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2007
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1738 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Физические свойства мембран эритроцитов в поле ионизирующей радиации малой мощности / В.В. Жирнов, В.М. Войцицкий, С.В. Хижняк, Е.А. Лапоша, А.С. Казимиров // Доп. НАН України. — 2007. — N 4. — С. 183-186. — Библиогр.: 11 назв. — рус. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1738 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-17382025-02-09T14:07:04Z Физические свойства мембран эритроцитов в поле ионизирующей радиации малой мощности Жирнов, В.В. Войцицкий, В.М. Хижняк, С.В. Лапоша, Е.А. Казимиров, А.С. Біофізика Experimental results obtained with fluorescent probes testifying to a modification of the structural state and a change of the surface properties of erythrocyte membranes depending on the ionizing radiation dose rate (1–100 μGy) are represented. The influence of ionizing radiation on the signal transduction is most likely realized through macromolecular structural rearrangements of the membranes. 2007 Article Физические свойства мембран эритроцитов в поле ионизирующей радиации малой мощности / В.В. Жирнов, В.М. Войцицкий, С.В. Хижняк, Е.А. Лапоша, А.С. Казимиров // Доп. НАН України. — 2007. — N 4. — С. 183-186. — Библиогр.: 11 назв. — рус. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1738 577.391 ru application/pdf Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Біофізика Біофізика |
| spellingShingle |
Біофізика Біофізика Жирнов, В.В. Войцицкий, В.М. Хижняк, С.В. Лапоша, Е.А. Казимиров, А.С. Физические свойства мембран эритроцитов в поле ионизирующей радиации малой мощности |
| description |
Experimental results obtained with fluorescent probes testifying to a modification of the structural state and a change of the surface properties of erythrocyte membranes depending on the ionizing radiation dose rate (1–100 μGy) are represented. The influence of ionizing radiation on the signal transduction is most likely realized through macromolecular structural rearrangements of the membranes. |
| format |
Article |
| author |
Жирнов, В.В. Войцицкий, В.М. Хижняк, С.В. Лапоша, Е.А. Казимиров, А.С. |
| author_facet |
Жирнов, В.В. Войцицкий, В.М. Хижняк, С.В. Лапоша, Е.А. Казимиров, А.С. |
| author_sort |
Жирнов, В.В. |
| title |
Физические свойства мембран эритроцитов в поле ионизирующей радиации малой мощности |
| title_short |
Физические свойства мембран эритроцитов в поле ионизирующей радиации малой мощности |
| title_full |
Физические свойства мембран эритроцитов в поле ионизирующей радиации малой мощности |
| title_fullStr |
Физические свойства мембран эритроцитов в поле ионизирующей радиации малой мощности |
| title_full_unstemmed |
Физические свойства мембран эритроцитов в поле ионизирующей радиации малой мощности |
| title_sort |
физические свойства мембран эритроцитов в поле ионизирующей радиации малой мощности |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2007 |
| topic_facet |
Біофізика |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/1738 |
| citation_txt |
Физические свойства мембран эритроцитов в поле ионизирующей радиации малой мощности / В.В. Жирнов, В.М. Войцицкий, С.В. Хижняк, Е.А. Лапоша, А.С. Казимиров // Доп. НАН України. — 2007. — N 4. — С. 183-186. — Библиогр.: 11 назв. — рус. |
| work_keys_str_mv |
AT žirnovvv fizičeskiesvojstvamembranéritrocitovvpoleioniziruûŝejradiaciimalojmoŝnosti AT vojcickijvm fizičeskiesvojstvamembranéritrocitovvpoleioniziruûŝejradiaciimalojmoŝnosti AT hižnâksv fizičeskiesvojstvamembranéritrocitovvpoleioniziruûŝejradiaciimalojmoŝnosti AT lapošaea fizičeskiesvojstvamembranéritrocitovvpoleioniziruûŝejradiaciimalojmoŝnosti AT kazimirovas fizičeskiesvojstvamembranéritrocitovvpoleioniziruûŝejradiaciimalojmoŝnosti |
| first_indexed |
2025-11-26T15:42:23Z |
| last_indexed |
2025-11-26T15:42:23Z |
| _version_ |
1849868166824460288 |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
4 • 2007
БIОФIЗИКА
УДК 577.391
© 2007
В.В. Жирнов, В. М. Войцицкий, С. В. Хижняк, Е.А. Лапоша,
А.С. Казимиров
Физические свойства мембран эритроцитов в поле
ионизирующей радиации малой мощности
(Представлено членом-корреспондентом НАН Украины В. П. Кухарем)
Experimental results obtained with fluorescent probes testifying to a modification of the struc-
tural state and a change of the surface properties of erythrocyte membranes depending on the
ionizing radiation dose rate (1–100 µGy) are represented. The influence of ionizing radiation on
the signal transduction is most likely realized through macromolecular structural rearrangements
of the membranes.
β-Излучение в микрогреевом диапазоне доз стимулирует хемокинез нейтрофилов и до-
зозависимо угнетает розеткообразование лимфоцитов с эритроцитами [1]. Действие этих
доз (мощностей доз) ионизирующей радиации (ИР) опосредовалось мембранными сигналь-
ными системами клетки. Причем эти эффекты не сопровождались развитием оксидативно-
го стресса. Кроме того, оказалось, что изменения клеточной активности, вызванные этими
дозами ионизирующей радиации, приводят к изменению поверхностного потенциала клеток
крови [2]. В основе молекулярных механизмов такого действия ионизирующей радиации мо-
гут лежать конформационные изменения структурных компонентов плазматических мемб-
ран, осуществляющих сигнальную трансдукцию и формирующих поверхностный заряд.
В данной работе исследованы физические свойства плазматической мембраны эритро-
цитов человека при действии сверхмалых доз ионизующей радиации (10−6–10−4 Гр) с по-
мощью флуоресцентных зондов.
Материалы и методы. В исследованиях использовали плазматические мембраны, ко-
торые выделяли из эритроцитов крови доноров, согласно [3]. Содержание белка определяли
методом Лоури и соавторов [4]. Облучение суспензии плазматических мембран эритроци-
тов осуществляли внесением в среду, содержащую 0,1 мг/мл белка, радиоактивного изотопа
14С-лейцина (“Amersham”, США). Время инкубации мембранных препаратов с радиоактив-
ным веществом составляло один час при 25 ◦С. Поглощенные дозы излучения, принимая его
полное поглощение суспензией мембран, в зависимости от концентрации (мощности дозы)
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №4 183
14С-лейцина (1 · 10−4, 1 · 10−5 и 1 · 10−6 Ku/л) были рассчитаны, согласно [5], и состав-
ляли 1 · 10−4, 1 · 10−5 и 1 · 10−6 Гр. Предварительные исследования, проведенные с соот-
ветствующими дозами нерадиоактивного лейцина, не показали какого-либо его влияния на
исследуемые параметры.
Физические свойства плазматических мембран изучали с использованием флуоресцент-
ного зонда АНС (1-анилинонафталин-8-сульфонат) и пирена производства “Sigma” (США).
Интенсивность флуоресценции АНС регистрировали при λвз = 370 и λфл = 470 нм.
Интенсивности триптофановой флуоресценции мембранных препаратов регистрировали
при λфл = 338 нм и λвоз = 296 нм.
Параметры связывания зонда с мембранными препаратами определяли, согласно [6, 7],
при этом концентрация зонда в суспензии мембран варьировала с учетом определения кон-
станты связывания (KАНС) или количества мест связывания (NАНС).
Изменение поверхностного потенциала мембран определяли, согласно [8]. Индуктив-
но-резонансный перенос энергии в парах флуорофоров триптофанил — АНС (содержание
белка 0,1 мг/мл, концентрация зонда 10–50 ммоль/л) и пирен — АНС (концентрация зон-
дов 1 и 10–100 ммоль/л соответственно) оценивали, согласно [9].
Все флуоресцентные исследования проводили на спектрофлуориметре Shimadzu-RF 510
(Япония) в кварцевых односантиметровых кюветах при 25 ◦С. Экспериментальные дан-
ные обрабатывали общепринятыми статистическими методами и представлены как среднее
значение (M) ± среднеквадратичная ошибка (m); n — объем выборки.
Известно, что при взаимодействии с биологической мембраной отрицательно заряжен-
ная молекула АНС локализуется преимущественно на поверхностных участках мембраны
в зонах контакта белок — липид [6, 10]. Показано, что инкубация мембран эритроцитов
в присутствии радиоактивного изотопа приводит к снижению интенсивности флуоресцен-
ции мембраносвязанного АНС. Достоверное отличие интенсивности флуоресценции АНС
наблюдается для мембран, облученных дозой мощностью 1 · 10−5 Гр/ч и составляет в сред-
нем 8% относительно контроля (табл. 1).
Связывание отрицательно заряженного зонда АНС с мембраной характеризуется KАНС
с центрами сорбции и количеством этих центров связывания. NАНС свидетельствует о мак-
симальной концентрации зонда в мембране во время ее насыщения зондом, а величина
KАНС отображает изменение свободной энергии при переходе зонда из воды в мембра-
ну. В условиях нашего эксперимента NАНС уменьшается, при этом снижение KАНС мо-
жет происходить вследствие изменения сродства определенных участков эритроцитарной
мембраны к АНС. Наибольшие изменения наблюдаются при действии β-излучения мощ-
ностью 1 · 10−5 Гр/ч: KАНС уменьшается на 23% относительно контроля, а NАНС на 27%
соответственно.
Таблица 1. Спектральные характеристики АНС, связанного с мембранами эритроцитов, при действии
β-излучения (M ± m, v = 10–15)
Показатель Контроль
Мощность дозы (поглощенная доза) β-излучения
1 · 10−6 Гр/ч
(1 · 10−6 Гр)
1 · 10−5 Гр/ч
(1 · 10−5 Гр)
1 · 10−4 Гр/ч
(1 · 10−4 Гр)
Iфлуоресц.
, отн. ед. 1,0 ± 0,03 0,96 ± 0,03 (0,92 ± 0,03)∗ 0,95 ± 0,03
KАНС, 104 М−1 3,80 ± 0,35 3,63 ± 0,47 (2,94 ± 0,40)∗ 3,50 ± 0,45
NАНС, нмоль/мг белка 4,79 ± 0,40 4,50 ± 0,50 (3,52 ± 0,40)∗ 4,26 ± 0,42
∆φ, мВ — 1,01 ± 0,04 2,21 ± 0,04 1,25 ± 0,03
∗Наличие достоверного отличия от контроля; p < 0,05.
184 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №4
Следует учитывать, что интенсивность флуоресценции АНС зависит от структуры и кон-
формации центров связывания, а гетерогенность мембранной поверхности обусловливает
существование центров сорбции АНС разных типов [11]. Причем показано существование
не только разных центров связывания АНС в мембране, но и разных конформаций зонда,
которые характеризуются отличными параметрами флуоресценции [7]. Поскольку АНС не-
сет единичный отрицательный заряд, то изменения поверхностного заряда мембраны могут
влиять на флуоресценцию зонда и параметры его связывания с мембраной [6]. Исходя из
рекомендаций, приведенных в работе [8], определили изменение поверхностного потенциала
мембраны относительно контроля в условиях опыта. Наибольшее изменение наблюдается
при облучении дозой мощностью 1 · 10−5 Гр/ч (см. табл. 1). Поверхностный потенциал
мембраны является функцией плотности электрического заряда на поверхности мембраны.
Увеличение поверхностной плотности заряда приводит к увеличению поверхностного по-
тенциала. В свою очередь это приводит к росту электростатической отталкивающей силы
между АНС и мембраной в участках связывания АНС и уменьшению флуоресценции си-
стемы АНС — мембрана. Заряженные группы в мембране могут появляться в результате
протекания процессов ПОЛ. При этом топографическое перераспределение отрицательно
заряженных компонентов свидетельствует о конформационных перестройках мембраны.
Таким образом, данные, полученные с использованием АНС, свидетельствуют об изме-
нениях поверхностных свойств мембраны эритроцитов при действии β-излучения в диапа-
зоне поглощенных доз 1 · 10−6 — 1 · 10−4 Гр. Причем, наибольшие изменения наблюдаются
при мощности дозы 1 · 10−5 Гр/ч. В свою очередь структурная модификация мембраны
приводит к снижению количества центров связывания АНС и изменению их свойств.
Структурное состояние мембран эритроцитов в поле облучения оценивали также по
эффективности индуктивно-резонансного переноса энергии (ИРПЕ) в парах флуорофоров:
триптофанил — АНС и пирен — АНС, которые локализуются в разных участках мембраны.
При анализе результатов исследований учитывали, что триптофаловые остатки локализу-
ются преимущественно в гидрофобных участках белков, АНС — на границе распределения
липид — вода, а пирен — в зоне жирнокислотных цепей фосфолипидов [7].
Результаты исследования эффективности безизлучательного переноса энергии от трип-
тофаниловых групп на АНС свидетельствуют о достоверном снижении показателя F0/(F0−
−F ) на 14% относительно контроля при поглощенной дозе 1·10−6 Гр (табл. 2). Выявленные
изменения указывают на увеличение эффективности ИРПЕ в паре триптофанил — АНС, за
счет сокращения расстояния между остатками триптофана и участками связывания АНС.
Результаты исследований эффективности ИРПЕ в паре пирен — АНС свидетельствуют,
что при действии β-излучения мощностью 1 · 10−6 и 1 · 10−5 Гр/ч показатель F0/(F0 − F )
Таблица 2. Эффективность индуктивно-резонансного переноса энергии (F0/(F0 − F )) в парах триптофа-
нил — АНС и пирен — АНС для мембран эритроцитов при действии β-излучения (M ± m, v = 10–15)
Показатель Контроль
Мощность дозы (поглощенная доза) β-излучения
1 · 10−6 Гр/ч
(1 · 10−6 Гр)
1 · 10−5 Гр/ч
(1 · 10−5 Гр)
1 · 10−4 Гр/ч
(1 · 10−4 Гр)
F0
F0 − F
(триптофанил — АНС) 3,48 ± 0,07 (3,00 ± 0,09)∗ 3,32 ± 0,10 3,59 ± 0,05
F0
F0 − F
(пирен — АНС) 3,11 ± 0,03 (2,21 ± 0,11)∗ (2,03 ± 0,22)∗ (3,30 ± 0,05)∗
∗Наличие достоверного отличия от контроля; p < 0,05.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2007, №4 185
снижается соответственно на 29 и 35%. При облучении дозой мощностью 1 · 10−4 Гр/ч на-
блюдается противоположный эффект, т. е. этот показатель достоверно увеличивается на 6%
относительно контроля (см. табл. 2).
Эффективность ИРПЕ в каждой паре в значительной степени зависит от взаимного рас-
положения участков преимущественной локализации флуорофоров, что дает возможность
оценить изменения пространственной организации мембраны [9]. Изменения эффективнос-
ти ИРПЕ в паре триптофанил — АНС указывает на поверхностную модификацию мембран-
ной структуры. Изменения эффективности ИРПЕ в паре пирен — АНС свидетельствует об
изменениях эффективной толщины липидной компоненты мембраны, поскольку критичес-
кое расстояние переноса энергии в соответствующей паре флуорофоров равно 2,8 нм [6].
То есть выявленное снижение эффективности ИРПЕ в мембранах эритроцитов при облу-
чении в дозах 1 · 10−5 и 1 · 10−4 Гр указывает на уменьшение расстояния между зондами
и соответственно эффективной толщины гидрофобного участка мембран.
Таким образом, представленные результаты свидетельствуют о структурной модифика-
ции мембран эритроцитов и изменении физических свойств поверхностных участков в усло-
виях действия сверхмалых доз ионизирующей радиации. Это указывает на то, что ранее
обнаруженное нами влияние β-излучения на поверхностный заряд плазматической мембра-
ны клеток и функциональное состояние ее сигнальных компонентов, скорее всего, реализу-
ется через макромолекулярные структурные перестройки плазматической мембраны.
1. Zhirnov V.V., Luik A. I., Metelitsa L. A. et al. Effect of small doses of ionizing radiation on motility, rosette
formation, and antioxidant state of leukocytes under modification of G-protein by cholera and pertussis
toxins // Доп. НАН України. – 2000. – No 10. – С. 172–176.
2. Жирнов В. В., Гавий В.Н., Казимиров А.С. Влияние β-излучения низкой мощности на поверхност-
ный потенциал клеток крови человека in vitro // Там само. – 2003. – № 11. – С. 157–161.
3. Транспортные аденозинтрифосфатазы. Современные методы исследования / Под. ред. А.А. Бол-
дырева. – Москва: Изд-во Моск. ун-та, 1977. – 195 с.
4. Lowry O.H., Rosebrough N. J., Farr A. L., Randall R. J. Protein measurement with the Folin phenol
reagent // J. Biol. Chem. – 1951. – 193, No 1. – P. 265–275.
5. Loevinger R., Budinger T.F., Watson E. E. MIRD primer for absorbed dose calculations. – New York: Soc.
Nuclear Medicine, 1991. – 4 p.
6. Владимиров Ю.А., Добрецов Г. Е. Флуоресцентные зонды в исследовании биологических мембран. –
Москва: Наука, 1980. – 320 с.
7. Добрецов Г. Е. Флуоресцентные зонды в исследовании клеток, мембран и липопротеидов. – Москва:
Наука, 1989. – 277 с.
8. Древаль В.И. Изменение липидного компонента плазматических мембран тимоцитов при воздейст-
вии ионизирующего излучения // Радиобиология. – 1993. – 33, № 1. – С. 45–48.
9. Фоменко Б. С., Длимбетова Г.К., Акоев И.Г. Индуктивно-резонансный перенос энергии между хро-
мофорами, локализированными в разных участках облученных и необлученных теней эритроцитов //
Там же. – 1985. – 25, № 1. – С. 12–15.
10. Формазюк В.Е., Осис Ю.Г., Деев А. и др. Изменение белок-липидных взаимодействий при перекис-
ном окислении липопротеинов сыворотки крови // Докл. АН СССР. – 1982. – 263, № 2. – С. 497–500.
11. Бойцов В.М., Орлов С.Н. Применение анализа спектров флюоресценции зондов для исследования
структурного состояния сорбента, гетерогенные участки связывания // Биофизика. – 1982. – 27,
вып. 6. – С. 1049–1052.
Поступило в редакцию 23.11.2006Институт биоорганической химии
и нефтехимии НАН Украины, Киев
Киевский национальный университет
им. Тараса Шевченко
Научно-производственное предприятие
“Атомкомплексприбор”, Киев
186 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2007, №4
|