Диффузия многоатомных спиртов и их метоксипроизводных через мембраны эритроцитов крысы и кролика
Определены коэффициенты проницаемости мембран нативных эритроцитов крысы и кролика для молекул глицерина, этиленгликоля (ЭГ), их метоксипроизводных при температурах 25 и 37°С, а также эритроцитов, инкубированных с ртутным сульфгидрильным реагентом (pCMBS) – блокатором белка полосы 3 при 25°С. Расс...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Проблемы криобиологии |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30695 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Диффузия многоатомных спиртов и их метоксипроизводных через мембраны эритроцитов крысы и кролика / Г.В. Коваленко, И.Ф. Коваленко, Т.П. Линник, С.В. Кощий // Пробл. криобиологии. — 2009. — T. 19, № 4. — С. 413-420. — Бібліогр.: 12 назв. — рос., англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-30695 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Коваленко, Г.В. Коваленко, И.Ф. Линник, Т.П. Кощий, С.В. 2012-02-12T08:00:38Z 2012-02-12T08:00:38Z 2009 Диффузия многоатомных спиртов и их метоксипроизводных через мембраны эритроцитов крысы и кролика / Г.В. Коваленко, И.Ф. Коваленко, Т.П. Линник, С.В. Кощий // Пробл. криобиологии. — 2009. — T. 19, № 4. — С. 413-420. — Бібліогр.: 12 назв. — рос., англ. 0233-7673 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30695 547.42/43:612.111.:577.352 Определены коэффициенты проницаемости мембран нативных эритроцитов крысы и кролика для молекул глицерина, этиленгликоля (ЭГ), их метоксипроизводных при температурах 25 и 37°С, а также эритроцитов, инкубированных с ртутным сульфгидрильным реагентом (pCMBS) – блокатором белка полосы 3 при 25°С. Рассчитана энергия активации процесса переноса молекул криопротекторов через мембраны эритроцитов при 25 и 37°С и после инкубации с pCMBS. Показано, что скорость диффузии веществ в эритроциты крысы выше, чем в эритроциты кролика. Например, коэффициент проницаемости ЭГ в эритроциты крысы при 37°С равен 13,95×10–6 м/с, в эритроциты кролика – 5,21×10–6 м/с. Скорость трансмембранной диффузии метоксипроизводных ЭГ и глицерина в 50–80 раз выше по сравнению с ЭГ и глицерином. Предложен и детально обсужден механизм транспорта изученных веществ через мембраны эритроцитов крысы и кролика. Визначено коефіцієнти проникності мембран нативних еритроцитів щура та кролика для молекул гліцерину, етиленгліколю (ЕГ), їх метоксипохідних при температурах 25 і 37°С, а також еритроцитів, інкубованих із ртутним сульфгідрильним реагентом (pCMBS) – блокатором білка смуги 3 при 25°С. Розраховано енергію активації процесу переносу молекул кріопротекторів через мембрани еритроцитів при 25 і 37°С і після інкубації з pCMBS. Показано, що швидкість дифузії речовин в еритроцити щура вища, ніж в еритроцити кролика. Наприклад, коефіцієнт проникності ЕГ в еритроцити щура при 37°С дорівнює 13,95×10–6 м/с, в еритроцити кролика – 5,21×10-6 м/с. Швидкість трансмембранної дифузії метоксипохідних ЕГ і гліцерину у 50–80 разів вища в порівнянні з ЕГ і гліцерином. Запропоновано і детально обговорено механізм транспорту вивчених речовин через мембрани еритроцитів щура та кролика. There were determined the coefficients for membrane permeability of rat and rabbit native erythrocytes for glycerol, ethylene glycol molecules, their methoxyderivatives at 25 and 37°C, as well as erythrocytes, incubated with mercury sulfhydryl reagent (pCMBS): the band 3 protein blocker at 25°C. The activation energy of the process of cryoprotectant molecule transfer through erythrocyte membranes at 25 and 37°C and after incubation with pCMBS was calculated. The rate of substance diffusion into rat erythrocytes was shown to be higher, than in rabbit ones. As an example the coefficient of EG permeability into rat and rabbit erythrocytes at 37°C is equal to 13.95×10-6 and 5.21×10-6 m/sec, correspondingly. The rate of transmembrane diffusion of EG and glycerol methoxyderivatives is 50–80 times higher, compared to EG and glycerol. There was proposed and discussed in details the transport mechanism of studied substances through rat and rabbit erythrocyte membranes. ru Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України Проблемы криобиологии Теоретическая и экспериментальная криобиология Диффузия многоатомных спиртов и их метоксипроизводных через мембраны эритроцитов крысы и кролика Diffusion of poly-atom alcohols and their methoxyderivatives via rat and rabbit erythrocyte membranes Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Диффузия многоатомных спиртов и их метоксипроизводных через мембраны эритроцитов крысы и кролика |
| spellingShingle |
Диффузия многоатомных спиртов и их метоксипроизводных через мембраны эритроцитов крысы и кролика Коваленко, Г.В. Коваленко, И.Ф. Линник, Т.П. Кощий, С.В. Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| title_short |
Диффузия многоатомных спиртов и их метоксипроизводных через мембраны эритроцитов крысы и кролика |
| title_full |
Диффузия многоатомных спиртов и их метоксипроизводных через мембраны эритроцитов крысы и кролика |
| title_fullStr |
Диффузия многоатомных спиртов и их метоксипроизводных через мембраны эритроцитов крысы и кролика |
| title_full_unstemmed |
Диффузия многоатомных спиртов и их метоксипроизводных через мембраны эритроцитов крысы и кролика |
| title_sort |
диффузия многоатомных спиртов и их метоксипроизводных через мембраны эритроцитов крысы и кролика |
| author |
Коваленко, Г.В. Коваленко, И.Ф. Линник, Т.П. Кощий, С.В. |
| author_facet |
Коваленко, Г.В. Коваленко, И.Ф. Линник, Т.П. Кощий, С.В. |
| topic |
Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| topic_facet |
Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Проблемы криобиологии |
| publisher |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Diffusion of poly-atom alcohols and their methoxyderivatives via rat and rabbit erythrocyte membranes |
| description |
Определены коэффициенты проницаемости мембран нативных эритроцитов крысы и кролика для молекул глицерина,
этиленгликоля (ЭГ), их метоксипроизводных при температурах 25 и 37°С, а также эритроцитов, инкубированных с ртутным
сульфгидрильным реагентом (pCMBS) – блокатором белка полосы 3 при 25°С. Рассчитана энергия активации процесса
переноса молекул криопротекторов через мембраны эритроцитов при 25 и 37°С и после инкубации с pCMBS. Показано, что
скорость диффузии веществ в эритроциты крысы выше, чем в эритроциты кролика. Например, коэффициент проницаемости
ЭГ в эритроциты крысы при 37°С равен 13,95×10–6 м/с, в эритроциты кролика – 5,21×10–6 м/с. Скорость трансмембранной
диффузии метоксипроизводных ЭГ и глицерина в 50–80 раз выше по сравнению с ЭГ и глицерином. Предложен и детально
обсужден механизм транспорта изученных веществ через мембраны эритроцитов крысы и кролика.
Визначено коефіцієнти проникності мембран нативних еритроцитів щура та кролика для молекул гліцерину, етиленгліколю
(ЕГ), їх метоксипохідних при температурах 25 і 37°С, а також еритроцитів, інкубованих із ртутним сульфгідрильним реагентом
(pCMBS) – блокатором білка смуги 3 при 25°С. Розраховано енергію активації процесу переносу молекул кріопротекторів
через мембрани еритроцитів при 25 і 37°С і після інкубації з pCMBS. Показано, що швидкість дифузії речовин в еритроцити
щура вища, ніж в еритроцити кролика. Наприклад, коефіцієнт проникності ЕГ в еритроцити щура при 37°С дорівнює 13,95×10–6 м/с,
в еритроцити кролика – 5,21×10-6 м/с. Швидкість трансмембранної дифузії метоксипохідних ЕГ і гліцерину у 50–80 разів вища
в порівнянні з ЕГ і гліцерином. Запропоновано і детально обговорено механізм транспорту вивчених речовин через мембрани
еритроцитів щура та кролика.
There were determined the coefficients for membrane permeability of rat and rabbit native erythrocytes for glycerol, ethylene glycol molecules, their methoxyderivatives at 25 and 37°C, as well as erythrocytes, incubated with mercury sulfhydryl reagent (pCMBS): the band 3 protein blocker at 25°C. The activation energy of the process of cryoprotectant molecule transfer through erythrocyte membranes at 25 and 37°C and after incubation with pCMBS was calculated. The rate of substance diffusion into rat erythrocytes was shown to be higher, than in rabbit ones. As an example the coefficient of EG permeability into rat and rabbit erythrocytes at 37°C is equal to 13.95×10-6 and 5.21×10-6 m/sec, correspondingly. The rate of transmembrane diffusion of EG and glycerol methoxyderivatives is 50–80 times higher, compared to EG and glycerol. There was proposed and discussed in details the transport mechanism of studied substances through rat and rabbit erythrocyte membranes.
|
| issn |
0233-7673 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30695 |
| citation_txt |
Диффузия многоатомных спиртов и их метоксипроизводных через мембраны эритроцитов крысы и кролика / Г.В. Коваленко, И.Ф. Коваленко, Т.П. Линник, С.В. Кощий // Пробл. криобиологии. — 2009. — T. 19, № 4. — С. 413-420. — Бібліогр.: 12 назв. — рос., англ. |
| work_keys_str_mv |
AT kovalenkogv diffuziâmnogoatomnyhspirtoviihmetoksiproizvodnyhčerezmembranyéritrocitovkrysyikrolika AT kovalenkoif diffuziâmnogoatomnyhspirtoviihmetoksiproizvodnyhčerezmembranyéritrocitovkrysyikrolika AT linniktp diffuziâmnogoatomnyhspirtoviihmetoksiproizvodnyhčerezmembranyéritrocitovkrysyikrolika AT koŝiisv diffuziâmnogoatomnyhspirtoviihmetoksiproizvodnyhčerezmembranyéritrocitovkrysyikrolika AT kovalenkogv diffusionofpolyatomalcoholsandtheirmethoxyderivativesviaratandrabbiterythrocytemembranes AT kovalenkoif diffusionofpolyatomalcoholsandtheirmethoxyderivativesviaratandrabbiterythrocytemembranes AT linniktp diffusionofpolyatomalcoholsandtheirmethoxyderivativesviaratandrabbiterythrocytemembranes AT koŝiisv diffusionofpolyatomalcoholsandtheirmethoxyderivativesviaratandrabbiterythrocytemembranes |
| first_indexed |
2025-11-26T01:45:53Z |
| last_indexed |
2025-11-26T01:45:53Z |
| _version_ |
1850606682278723584 |
| fulltext |
413 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 19, 2009, №4
* Автор, которому необходимо направлять корреспонденцию:
ул. Переяславская, 23, г. Харьков, Украина 61015; тел.:+38
(057) 373-38-71, факс: +38 (057) 373-30-84, электронная почта:
cryo@online.kharkov.ua
* To whom correspondence should be addressed: 23,
Pereyaslavskaya str., Kharkov, Ukraine 61015; tel.:+380 57 373
3871, fax: +380 57 373 3084, e-mail: cryo@online.kharkov.ua
Institute for Problems of Cryobiology and Cryomedicine of the Na-
tional Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, Ukraine
Институт проблем криобиологии и криомедицины
НАН Украины, г. Харьков
УДК 547.42/43:612.111.:577.352
Г.В. КОВАЛЕНКО*, И.Ф. КОВАЛЕНКО, Т.П. ЛИННИК, С.В. КОЩИЙ
Диффузия многоатомных спиртов и их метоксипроизводных
через мембраны эритроцитов крысы и кролика
UDC 547.42/43:612.111.:577.352
G.V. KOVALENKO*, I.F. KOVALENKO, T.P. LINNIK, S.V.KOSHCHIY
Diffusion of Poly-Atom Alcohols and Their Methoxyderivatives
via Rat and Rabbit Erythrocyte Membranes
Определены коэффициенты проницаемости мембран нативных эритроцитов крысы и кролика для молекул глицерина,
этиленгликоля (ЭГ), их метоксипроизводных при температурах 25 и 37°С, а также эритроцитов, инкубированных с ртутным
сульфгидрильным реагентом (pCMBS) – блокатором белка полосы 3 при 25°С. Рассчитана энергия активации процесса
переноса молекул криопротекторов через мембраны эритроцитов при 25 и 37°С и после инкубации с pCMBS. Показано, что
скорость диффузии веществ в эритроциты крысы выше, чем в эритроциты кролика. Например, коэффициент проницаемости
ЭГ в эритроциты крысы при 37°С равен 13,95×10–6 м/с, в эритроциты кролика – 5,21×10–6 м/с. Скорость трансмембранной
диффузии метоксипроизводных ЭГ и глицерина в 50–80 раз выше по сравнению с ЭГ и глицерином. Предложен и детально
обсужден механизм транспорта изученных веществ через мембраны эритроцитов крысы и кролика.
Ключевые слова: криопротекторы, метоксипроизводные спиртов, проницаемость мембран, белковые каналы, эритроциты
животных.
Визначено коефіцієнти проникності мембран нативних еритроцитів щура та кролика для молекул гліцерину, етиленгліколю
(ЕГ), їх метоксипохідних при температурах 25 і 37°С, а також еритроцитів, інкубованих із ртутним сульфгідрильним реагентом
(pCMBS) – блокатором білка смуги 3 при 25°С. Розраховано енергію активації процесу переносу молекул кріопротекторів
через мембрани еритроцитів при 25 і 37°С і після інкубації з pCMBS. Показано, що швидкість дифузії речовин в еритроцити
щура вища, ніж в еритроцити кролика. Наприклад, коефіцієнт проникності ЕГ в еритроцити щура при 37°С дорівнює 13,95×10–6 м/с,
в еритроцити кролика – 5,21×10-6 м/с. Швидкість трансмембранної дифузії метоксипохідних ЕГ і гліцерину у 50–80 разів вища
в порівнянні з ЕГ і гліцерином. Запропоновано і детально обговорено механізм транспорту вивчених речовин через мембрани
еритроцитів щура та кролика.
Ключові слова: кріопротектори, метоксипохідні спиртів, проникність мембран, білкові канали, еритроцити тварин.
There were determined the coefficients for membrane permeability of rat and rabbit native erythrocytes for glycerol, ethylene glycol
molecules, their methoxyderivatives at 25 and 37°C, as well as erythrocytes, incubated with mercury sulfhydryl reagent (pCMBS):
the band 3 protein blocker at 25°C. The activation energy of the process of cryoprotectant molecule transfer through erythrocyte
membranes at 25 and 37°C and after incubation with pCMBS was calculated. The rate of substance diffusion into rat erythrocytes was
shown to be higher, than in rabbit ones. As an example the coefficient of EG permeability into rat and rabbit erythrocytes at 37°C is
equal to 13.95×10-6 and 5.21×10-6 m/sec, correspondingly. The rate of transmembrane diffusion of EG and glycerol methoxyderivatives
is 50–80 times higher, compared to EG and glycerol. There was proposed and discussed in details the transport mechanism of studied
substances through rat and rabbit erythrocyte membranes.
Key words: cryoprotectants, methoxyderivatives of alcohols, membrane permeability, protein channels, animal erythrocytes.
Глицерин и этиленгликоль (ЭГ) широко исполь-
зуются как криопротекторы при криоконсервиро-
вании различных биологических объектов [1].
Однако они не являются идеальными криозащит-
ными агентами, так как в цикле замораживания-
оттаивания повреждают значительную часть кле-
ток. Это происходит, в основном, в результате
действия осмотического шока на состояние мемб-
ран. Причиной этого является низкая проницае-
мость мембран для криопротекторов, особенно для
глицерина [3].
Известно [11], что модификация химической
структуры вещества приводит к изменению его
Glycerol and ethylene glycol (EG) are widely used
as cryoprotectants for cryopreservation of different
biological objects [1]. However they are not the perfect
cryoprotective agents, because in freeze-thawing cycle
they damage a significant part of cells. This mostly
occurs as a result of osmotic shock effect on membrane
state. This results from a low membrane permeability
for cryoprotectants, especially for glycerol [3].
The modification of chemical structure of substance
is known as resulting in a change of its capability to
penetrate inside cells. As a perspective way of such a
modification we may consider the replacement of one
hydroxyl group (OH–) in glycerol molecule or EG to
414 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 19, 2009, №4
способности проникать внутрь клеток. Перспектив-
ным путем такой модификации можно считать
замену одной гидроксильной группы (ОН–) в
молекуле глицерина или ЭГ на метоксигруппу
(СН3О–), которая существенно изменяет их
физико-химические свойства (вязкость, дипольный
момент, энергию связи с Н2О), следовательно,
влияет на их скорость и механизм транспорта через
мембраны клеток.
Проницаемость мембран для криопротекторов
зависит не только от их структуры, но и от физико-
химических и функциональных свойств мембран,
обусловленных видовой специфичностью клеток.
Коэффициент проницаемости мембран для
криопротекторов относится к одному из основных
биофизических параметров клеток, необходимых
для научно обоснованной оптимизации методов
криоконсервирования биологических объектов.
Цель исследования – изучение скорости и
механизма диффузии глицерина и ЭГ и их метокси-
производных через мембраны эритроцитов крысы
и кролика в зависимости от температуры и присут-
ствия ртутного сульфгидрильного реагента –
блокатора водного канала (белка полосы 3).
Материалы и методы
Для исследований были использованы глицерин,
ЭГ, метоксиэтанол (МЭ). Все вещества марки
“х. ч.” дополнительно очищали [9]. Первичный
монометиловый эфир глицерина (ММЭГ) синтези-
ровали по реакции Вильямсона [6], основанной на
взаимодействии α-монохлоргидрина глицерина с
алкоголятом натрия в абсолютном метиловом
спирте, далее выделяли из реакционной смеси,
очищали и идентифицировали [6, 9].
Коэффициент распределения (Кр) веществ опре-
деляли в системе “вода – н-октанол” при 25°С по
методу [5]. Геометрические параметры молекул
рассчитывали для трансизомеров на основе моде-
лей Стьюарта-Бриглеба [9] по компьютерной про-
грамме ”Hyper Cnem Pro v. 5.1”.
Кровь исследуемых животных, заготовленную
на консерванте “Глюгицир”, получали у крысы
путем пункции хвостовой вены, у кролика – прокола
краевой вены уха [4].
Эксперименты проводили в соответствии с
“Общими принципами экспериментов на живот-
ных”, одобренными II Национальным конгрессом
по биоэтике (2004, Киев, Украина).
Коэффициенты проницаемости определяли по
методу [2], основанному на физико-математи-
ческой модели гемолиза эритроцитов в водных
растворах проникающих криопротекторов при
температурах 25 и 37°С.
Кинетику гемолиза регистрировали методом
малоуглового рассеивания света на приборе,
изготовленном фирмой “Криокон”(Украина). Длина
methoxy-group (CH3O–), considerably changing their
physical and chemical properties (viscosity, dipole
moment, bond energy with H2O), consequently affect-
ing their rate and transport mechanism through cell
membranes.
Membrane permeability for cryoprotectants de-
pends not only on the structure, but physical-chemical
and functional properties of membranes, stipulated by
species-specificity of cells.
Coefficient of membrane permeability for cryopro-
tectants refers to one of the main biophysical cell
parameters, necessary for scientifically substantiated
optimisation of cryopreservation methods for biological
objects.
The research aim is to study the rate and mecha-
nism of diffusion for glycerol, EG and their metho-
xyderivatives through membranes of rat and rabbit
erythrocytes depending on temperature and presence
of mercury sulfhydryl reagent: aqueous channel blocker
(band 3 protein).
Materials and methods
Glycerol, EG and methoxyethanol (ME) were used
for the research. All substances of “chemically pure”
grade were additionally purified [9]. Primary
monomethyl ether of glycerol (MMEG) was synthe-
sised by the Williamson reaction [6], based on the
interaction of glycerol α-monochlorohydrine with so-
dium alcoholate in the absolute methyl alcohol, then
isolated from reaction mixture, purified and identified
[6, 9].
Coefficient of distribution (Cd) for substances was
determined in the “water – n-octanol” system at 25°C
according to the methods [5]. Geometric parameters
of molecules were calculated for transisomeres, based
on the Stewart-Brigleb models [9] with Hyper Cnem
Pro v. 5.1 Software.
Blood of the studied animals, procured with “Gly-
gicir“preservative, was obtained from rat and rabbit
by puncture of caudal vein and ear marginal vein,
corres-pondingly [4].
Experiments were done according to the “General
ethical principles of experiments in animals”, approved
by the 2nd National Congress on Bioethics (2004, Kiev,
Ukraine).
Permeability coefficients were determined accord-
ing to the method [2], based on the physical and mathe-
matical model of erythrocyte hemolysis in aqueous
solutions of penetrative cryoprotectants at 25 and 37°C.
Hemolysis kinetics was recorded using the method
of small-angle light scattering with the device, designed
by Cryocon company (Ukraine). Wavelength of light
source was 1000 nm. Light intensity, scattered by
erythrocyte suspension was measured at an angle of
9° in the direction of incoming beam. The equipment
is supplied with the device for maintaining a necessary
temperature in cell chamber. The activation energy of
415 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 19, 2009, №4
волны источника света – 1000 нм. Интенсивность
рассеянного суспензией эритроцитов света измеря-
ли под углом 9° в направлении падающего пучка.
Прибор снабжен устройством для поддержания
необходимой температуры в кюветной камере.
Энергию активации процесса переноса молекул
веществ через мембраны эритроцитов животных
рассчитывали в интервале температур 25–37°С.
Для блокирования водных каналов использовали
ртутный сульфгидрильный реагент – мононатрие-
вую соль p-хлормеркурийбензол-сульфоновой
кислоты (от англ. р-Chloromercuribenzenesulfonic
Acid Monosodium Salt – pCMBS) фирмы “Sigma”
(США). Инкубацию эритроцитов крысы и кролика
с pCMBS (2 мМ) проводили в течение 30 мин при
25°С по методу [11]. Эритроциты отмывали
физиологическим раствором, приготовленном на
фосфатном буфере, рН 7,4.
Статистическую обработку результатов экспе-
риментов проводили по методу Стьюдента-Фи-
Таблица 1. Коэффициенты проницаемости мембран эритроцитов крысы и
кролика для криопротекторов и энергия активации транспорта молекул
Table 1. Permeability coefficients of rat and rabbit erythrocyte membranes for
cryoprotectants and activation energy of molecule transport
Примечание: разница между коэффициентами проницаемости эритроцитов при 25
и 37°С, а также нативных и проинкубированных с pCMBS для всех веществ достоверна
при р < 0,05.
Notes: difference between erythrocyte permeability coefficients at 25 and 37°C, as well as for
native and incubated with pCMBS ones for all substances is statistically significant at p < 0.05.
шера.
Результаты и обсуждение
Определены коэффициенты
проницаемости мембран эрит-
роцитов крысы и кролика для
ЭГ, глицерина, ММЭГ и МЭ в
нативном состоянии при 25 и
37°С и инкубированных с
pCMBS при 25°С, рассчитана
энергия активации переноса
молекул через мембрану
(табл. 1).
Видно, что все криопро-
текторы проникают через
мембрану эритроцитов крысы
быстрее, чем кролика при 25 и
37°С и после обработки клеток
блокатором pCMBS за исклю-
чением ММЭГ при 37°С и МЭ
с pCMBS при 25°С. Вероятно,
это обусловлено слишком высо-
кой скоростью диффузии этих
веществ через мембраны
эритроцитов крысы.
Подобная закономерность
выявлена для диолов и амидов
и объясняется, по нашему мне-
нию, разной текучестью (вели-
чиной обратной вязкости) мем-
бран эритроцитов крысы и кро-
лика [7]. Индексы двойных
связей суммарных липидов для
мембран эритроцитов крысы и
кролика равны 1,7 и 1,2, содер-
жание холестерина – 26,1 и
transfer process of sub-stance molecules through
membranes of animal eryth-rocytes was calculated
within 25–37°C range.
In order to block the aqueous channels we used a
mercury sulfhydryl reagent: monosodium salt of p-chlo-
romercuribenzenesulfonic acid (Sigma). Rat and rabbit
erythrocytes were incubated with pCMBS (2 mM)
within 30 min at 25°C by the method [11]. The eryth-
rocytes were washed out using physiological solution,
prepared with phosphate buffer, pH 7.4.
Experimental results were statistically processed
using the Student-Fisher method.
Results and discussion
There were determined the permeability coeffi-
cients for rat and rabbit erythrocyte membranes for
EG, glycerol, MMEG and ME in native state at 25 and
37°C and pCMBS-incubated at 25°C, the activation
energy of molecule transfer through membrane was
calculated (Table 1).
овтсещеВ
ecnatsbuS
KитсомеацинорптнеициффэоK
1
× 01 6 с/м,
iffeocytilibaemreP c Ktnei
1
× 01 6 s/m, яигренЭ
Еиицавитка
а
,
,)С°73-52(
ьлом/жДк
noitavitcA
Eygrene
a
,)С°73-52(
lom/JK
яигренЭ
сиицавитка
ЕSBMCp
а
,
,)С°52(
ьлом/жДк
noitavitcA
Eygrene
a
ni
SBMCp
ecneserp
,)С°52(
lom/JK
ытицортирэеынвитаН
setycorhtyreevitaN
В
иивтстусирп
SBMCp
SBMCpnI
ecneserp
C°73 C°52
taRасырK
нирецилГ
lorecylG 210,0±533,0 710,0±061,0 120,0±331,0 72,74 90,95
ГЭ
GE 63,1±59,31 51,1±18,6 17,0±77,3 78,54 07,38
ГЭММ
GEMM 82,2±79,71 80,2±12,31 63,0±51,5 86,91 59,97
ЭМ
EM 59,61±48,66 06,6±12,83 68,5±29,03 77,53 23,94
tibbaRкилорK
нирецилГ
lorecylG 800,0±902,0 410,0±111,0 110,0±901,0 84,04 56,14
ГЭ
GE 72,0±12,5 71,0±46,2 91,0±40,2 84,34 89,95
ГЭММ
GEMM 29,0±07,51 2,1±46,7 31,0±47,4 70,64 26,67
ЭМ
EM 87,2±33,74 93,2±42,52 04,2±37,42 22,04 35,14
416 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 19, 2009, №4
29,9%, отношение фосфатидилхолина к сфингомие-
лину (ФХ:СМ) – 3,91 и 1,78 соответственно [10].
Эти показатели определяют текучесть мембран,
т. е. величину, обратную вязкости, при этом, чем
выше индекс двойной связи, отношение ФХ:СМ, и
ниже содержание холестерина, тем значительней
повышается текучесть мембраны. Из приведен-
ных данных видно, что текучесть выше в эритро-
цитах крысы, поэтому скорость диффузии веществ
через их мембрану более высокая.
Выявленная температурная зависимость прони-
цаемости мембран эритроцитов крысы и кролика
для изученных криопротекторов согласуется с тео-
ретическими представлениями [10] и полученны-
ми нами данными [7].
Как видно из табл. 1, наиболее медленно прони-
кает внутрь эритроцитов крысы и кролика глицерин.
Модификация глицерина и ЭГ путем замены одной
гидроксильной группы (ОН–) на метоксигруппу
(СН3О–) привела к значительному изменению ско-
рости диффузии метоксипроизводных через мемб-
рану эритроцитов крысы и кролика. Значения коэф-
фициентов проницаемости ММЭГ в эритроциты
крысы и кролика по сравнению с глицерином
существенно увеличились независимо от условий
эксперимента. Изменения величины коэффициента
проницаемости МЭ в эритроциты крысы и кролика
по сравнению с ЭГ незначительны (табл. 1).
Физико-химические свойства ММЭГ и МЭ су-
щественно отличаются от свойств глицерина и ЭГ.
Например, вязкость глицерина при 25°С равна
945×10–3 Па·с, ММЭГ – 34,9×10–3 Па·с, при 37°С
вязкость глицерина и ММЭГ равна 284×10–3 и
14,2×10-3 Па·с соответственно.
Из табл. 2 видно, что введение в молекулу
глицерина и ЭГ метоксигрупп приводит к повыше-
нию гидрофобности метоксипроизводных по
сравнению с исходными соединениями. Коэффи-
циент распределения у глицерина и ММЭГ равен
0,005 и 0,071, у ЭГ и МЭ – 0,040 и 0,121 соответ-
ственно (табл. 2). Изменение физико-химических
свойств метоксипроизводных глицерина и ЭГ
естественно повлияло на способность этих веществ
проникать внутрь клеток и привело к значительному
повышению скорости диффузии через мембрану
эритроцитов крысы и кролика (см. табл. 1).
Значения энергии активации переноса молекул
криопротекторов через мембрану эритроцитов
крысы при изменении температуры от 25 и 37°С
находятся в диапазоне от 20 до 50 кДж/моль, через
мембрану эритроцитов кролика – от 40 до
50 кДж/моль (см. табл. 1). Такие значения энергии
активации позволяют предполагать гидрофильный
путь транспорта веществ в эритроциты. Глицерин
является полностью гидрофильным веществом,
поэтому сложно допустить для него липидный путь
It is seen, that all cryoprotectants penetrate through
the membrane of rat erythrocytes more rapidly, than
rabbit one at 25 and 37°C and after cell treatment with
pCMBS blocker, excluding MMEG at 37°C and ME
with pCMBS at 25°C. It is probably stipulated by quite
a high diffusion rate of these substances through rat
erythrocyte membranes.
The same regularity was revealed for diols and
amides and we believe it is explained by different
fluidity (the value of inverse viscosity) of rat and rabbit
erythrocyte membranes [7]. The indices of double
bonds of total lipids for rat and rabbit erythrocyte
membranes are equal to 1.7 and 1.2, the cholesterol
content is 26.1 and 29.9%, the ratio of phosphatidyl
choline to sphingomyelin (PC:SM) is 3.91 and 1.78,
correspondingly [10]. These indices determine the
membrane fluidity, i. e. the value, being inverse to the
viscosity, herewith the higher index of double bond,
PC:SM ratio and lower cholesterol content are, the
significantly increased membrane fluidity is. As the
data presented show, the fluidity is higher in rat
erythrocytes, therefore the rate of substance diffusion
through their membrane is higher.
The revealed temperature dependency of memb-
rane permeability of rat and rabbit erythrocytes for
studied cryoprotectants conforms with theoretical no-
tions [10] and our findings [7].
The Table 1 shows glycerol as penetrating in the
slowest way into rat and rabbit erythrocytes. Glycerol
and EG modification by means of replacement of one
hydroxyl group (OH–) for methoxy group (CH3O–)
resulted in a significant change of diffusion rate of
methoxyderivatives through the membrane of rat and
rabbit erythrocytes. The values of permeability
coefficients of MMEG into rat and rabbit erythrocytes,
compared to glycerol, significantly augmented
independently on experiment conditions. The changes
in coefficient value of ME permeability into rat and
rabbit erythrocytes, compared to EG, are insignificant
(Table 1).
Physical and chemical properties of MMEG and ME
significantly differ from glycerol and EG ones. For
example, glycerol viscosity at 25°C equals 945×10–3
Pa·sec, MMEG is 34.9×10–3 Pa·sec, at 37°C glycerol
and MMEG viscosity is 284×10–3 and 14.2×10–3 Pa·sec,
correspondingly.
Table 2 shows the introduction of methoxygroups
into glycerol and EG molecule as resulting in an
increase of hydrophobicity of methoxyderivatives,
compared to initial compounds. Distribution coefficient
in glycerol and MMEG equals 0.005 and 0.071, in EG
and ME it makes 0.040 and 0.121, correspondingly
(Table 2). Change in physical and chemical properties
of glycerol and EG methoxyderivatives affected
naturally the capability of these substances to penetrate
into cell and resulted in a significant increase of diffu-
417 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 19, 2009, №4
транспорта через мембрану,
даже через липидные “поры”,
возникающие из-за дефектов
в упаковке бислоя мембран
[8]. Однако значение коэффи-
циента проницаемости глице-
рина через мембрану эрит-
роцитов кролика после инкуба-
ции с pCMBS при 25°С умень-
шилось всего на 2%, через
мембрану эритроцитов кры-
сы – на 17%. Учитывая, что
pCMBS блокирует белок поло-
сы 3, можно предположить,
что не более 2–17 % глицери-
на проникает через мембрану
эритроцитов крысы и кролика
этим путем. Остальная часть
глицерина проникает внутрь
эритроцитов крысы и особенно
кролика другим путем, ве-
роятно, через аквапорины.
Предполагается [12], что бло-
sion rate through the rat and rabbit erythrocyte
membrane (see Table 1).
The values of activation energy of cryoprotectant
molecule transfer through the rat erythrocyte memb-
rane when changing temperature from 25 and 37°C
are within the range from 20 to 50 kJ/mol and from 40
to 50 kJ/mol for rabbit erythrocyte one (see Table 1).
These values of activation energy enable to suppose a
hydrophilic way of substance transport into erythro-
cytes. Glycerol is completely hydrophilic substance,
therefore it is complicated to admit for it a lipid transport
way through a membrane, even via lipid “pores”,
occurring due to the defects in the package of memb-
rane bilayer [8]. However the coefficient value of gly-
cerol permeability through the membrane of rabbit and
rat erythrocytes after incubation with pCMBS at 25°C
reduced only by 2 and 17%, correspondingly. Taking
into account the fact, that pCMBS blocks the band 3
protein we may assume, that not more than 2–17% of
glycerol penetrate through the membrane of rat and
rabbit erythrocytes by this way. The rest part of
glycerol penetrates into erythrocytes of rat and espe-
cially rabbit by another way, probably through the
aquaporins. One assumes [12], that the blockers of
water transport and low molecular substances through
aquaporins are the mercury sulfhydryl substances, not
referring to cysteine-binding reagents in contrast to
pCMBS. If admitting glycerol diffusion as being
realised via aquaporins, it is clear why its transport
through membrane is not practically blocked by
pCMBS.
The erythrocyte membrane permeability for ME
similar to glycerol is not practically blocked after cell
овтсещеВ
ecnatsbuS
алумрофяанруткуртС
alumroflarutcurtS M
еиксечиртемоеГ
лукеломыртемарап
fosretemaraplacirtemoeG
selucelom Kp
C
р
,D D ,V D3
нирецилГ
lorecylG
HC
3
HC-HC-
3
|
|
||
HOHOHO
1,29 7,4 2,09 500,0
ГЭ
GE HC-OH 2 HC- 2 HO- 1,26 6,2 6,72 040,0
ГЭММ
GEMM
HC
3
HC-HC-
3
|
|
||
HCOHOHO
3
1,601 7,4 5,701 170,0
ЭМ
EM HC-OH 2 HC- 2 HCO- 3 1,67 3,2 6,22 121,0
Примечание: M – молекулярная масса; D – диаметр молекул; V – объем молекул; Кр –
коэффициент распределения в системе “вода – н-октанол”.
Notes: M is molecular mass; D is molecule diameter; V is molecule volume; Cd is distridution
coefficient in water – n-octanol system.
Таблица 2. Структурные формулы, геометрические параметры и
коэффициент распределения криопротекторов
Table 2. Structural formulae, geometric parameters and coefficient of cryo-
protectant distribution
каторами транспорта воды и низкомолекулярных
веществ через аквапорины являются ртутные
сульфгидрильные вещества, которые не относятся
к цистеин-связывающим реагентам в отличие от
pCMBS. Если допустить, что диффузия глицерина
осуществляется через аквапорины, то понятно,
почему его транспорт через мембрану практичес-
ки не блокируется pCMBS.
Проницаемость мембран эритроцитов для МЭ
подобно глицерину также практически не блоки-
руется после инкубации клеток с pCMBS (см.
табл. 1). Значения коэффициентов проницаемости
МЭ в инкубированные с pCMBS эритроциты
крысы уменьшились на 19%, в эритроциты кролика
практически не изменились. Энергия активации пе-
реноса молекул МЭ через мембраны крысы и кро-
лика составляет 49,32 и 41,53 кДж/моль соответст-
венно, т. е. вполне вероятен гидрофильный путь
трансмембранной диффузии этого вещества. Но,
учитывая его “сверхбыструю” скорость транспор-
та в эритроциты кролика и крысы и достаточно
высокое значение коэффициента распределения
МЭ в системе “вода – н-октанол” (Кр = 0,125),
можно утверждать, что основной путь транспорта
МЭ внутрь клеток проходит непосредственно
через липидный бислой. Таким образом, глицерин
имеет самые низкие значения коэффициента
проницаемости через мембрану крысы и кролика,
а МЭ самые высокие. При этом пути транспорта
этих веществ отличаются. Глицерин преимущест-
венно проникает внутрь эритроцитов по гидрофиль-
ному пути, вероятно, диффундирует через аквапо-
рины [12] и только не более 2–17 % – через белок
б bа а
418 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 19, 2009, №4
полосы 3. Транспорт МЭ через мембраны эритро-
цитов крысы и кролика напротив преимущественно
осуществляется по липидному пути. И только 20%
вещества в эритроциты крысы проникают по
белковому водному каналу.
На рисунке представлены зависимости коэффи-
циентов проницаемости мембран нативных эритро-
цитов крысы и кролика при 25 и 37°С и проинкубиро-
ванных с pCMBS при 25°С для ЭГ, глицерина,
ММЭГ и МЭ от их коэффициента распределения.
Наблюдается очень высокая корреляция между
указанными показателями. Коэффициенты корре-
ляции для нативных эритроцитов крысы при 37°С
равны 0,945, при 25°С – 0,968, после инкубации с
pCMBS – 0,907, для нативных эритроцитов кролика
при 37°С – 0,959, при 25°С – 0,952, после инкубации
с pCMBS – 0,916. Для получения количественной
зависимости между указанными показателями все
кривые аппроксимировали, и, как видно на рисунке,
при R2 = 1 кривые хорошо описываются полиномом
3-й степени. Проанализировав полученные данные,
можно сделать вывод, что глицерин проникает
преимущественно по гидрофильному пути, а МЭ
диффундирует в основном через липидный мат-
рикс.
Из табл. 1 и рисунка следует, что ЭГ и ММЭГ
не имеют столь однозначного механизма транс-
порта через мембрану эритроцитов крысы и кро-
лика, как глицерин и МЭ. Во-первых, наблюдается
повышение энергии активации переноса молекул
этих криопротекторов через мембраны эритроцитов,
инкубированных с pCMBS при 25°С, до уровня 80–
84 (эритроциты крысы) и до уровня 60–77кДж/моль
(эритроциты кролика). Во-вторых, снижение ско-
Зависимость коэффициентов проницаемости мембран нативных эритроцитов крысы (а) и кролика (б) при 37 ( ) и
25°С ( ) и проинкубированных с pCMBS при 25°С ( ) от коэффициента распределения в системе “вода – н-октанол”
для: 1 – глицерина; 2 – ЭГ; 3 – ММЭГ; 4 – МЭ; – экспериментальные данные; – кривая аппроксимации.
Dependency of permeability coefficients of rat (a) and rabbit (b) native erythrocyte membranes at 37 ( ) and 25°C ( ) and
pCMBS-incubated ones at 25°C ( ) on distribution coefficient in “water – n-octanol” system for : 1 – glycerol; 2 – EG; 3 –
MMEG; 4 – ME; – solid curve represents experimental data; dashed curve is approximation curve.
incubation with pCMBS as well (see Table 1). Coef-
ficient values of ME permeability into pCMBS-incu-
bated rat erythrocytes reduced by 19% and remained
practically unchanged into rabbit ones. The activation
energy of ME molecule transfer through rat and rabbit
membranes makes 49.32 and 41.53 kJ/mol, correspon-
dingly. Hydrophilic way of transmembrane diffusion
of this substance seems to be probable. However, tak-
ing into account its “ultrarapid” transport rate into rabbit
and rat erythrocytes and quite a high value of ME
distribution coefficient in “water – n-octanol” system
(Cd = 0.125), we may confirm, that the main way for
ME transport into cells occurs directly through lipid
bilayer. Thus, glycerol and ME have the lowest and
highest values of permeability coefficient through rat
and rabbit membrane, correspondingly. At the same
time the transport pathways of these substances are
different. Glycerol mostly penetrates into erythrocytes
by hydrophilic way, probably diffuses through aqua-
porins [12] and only no more than 2–17% do through
the band 3 protein. Alternatively, the ME transport
through membranes of rat and rabbit erythrocytes is
mostly realised by a lipid way. Only 20% of substances
penetrate into rat erythrocytes by a protein aqueous
channel.
The Figure shows the dependencies of permeability
coefficients of rat and rabbit native erythrocyte memb-
ranes at 25 and 37°C and pCMBS-incubated ones at
25°C for EG, glycerol, MMEG and ME on their
distribution coefficient. There is observed a very high
correlation between the mentioned indices. The correla-
tion coefficients for native rat erythrocytes at 37 and
25°C make 0.945 and 0.968, correspondingly, it is 0.907
after incubation with pCMBS, for native rabbit
y = 5776,9x3 + 2292x2+
+29,202x + 0,005
y = 8667,7x3 + 343,53x2 +
+40,98x - 0,1036
y = 29110x3 - 2893,1x2 +
+132,23x - 0,4835
0
10
20
30
40
50
60
0 0,025 0,05 0,075 0,1 0,125 0,15 0,175
1
2
3
25оС
37оС
25оС
pCMBS
4
y = 124093x3 - 18324x2 +
+987,11x - 4,158
y = 29093x3 - 3125,5x2 +
+277,55x - 1,1533
y = 57874x3 - 7613,3x2 +
+340,89x - 1,3884
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 0,025 0,05 0,075 0,1 0,125 0,15 0,175
1
2
3
37оС
25оС
25оС
pCMBS
4
Коэффициент распределения Kp
Distribution coefficient Сd
Коэффициент распределения Kp
Distribution coefficient Сd
Ко
эф
ф
иц
ие
нт
п
ро
ни
ца
ем
ос
ти
K
1×
10
6 ,
м
/с
Pe
rm
ea
bi
lit
y
co
ef
fic
ie
nt
K
1×
10
6 ,
m
/s
К
оэ
ф
ф
иц
ие
нт
п
ро
ни
ца
ем
ос
ти
K
1×
10
6 ,
м
/с
Pe
rm
ea
bi
lit
y
co
ef
fic
ie
nt
K
1×
10
6 ,
m
/s
419 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 19, 2009, №4
рости диффузии этих веществ через мембраны
эритроцитов крысы и кролика после инкубации с
pCMBS значительно больше по сравнению с глице-
рином и МЭ. Значения коэффициентов проницае-
мости мембран после обработки pCMBS эритроци-
тов крысы для ЭГ и ММЭГ уменьшаются на 45–
50%, эритроцитов кролика – на 25–40%. Вышеска-
занное позволяет предположить наличие 2-х аль-
тернативных путей транспорта веществ через
мембраны клеток. Допустимо утверждать, что
около 60% ММЭГ проникает в эритроциты непос-
редственно через липидный матрикс. Снижение
значения коэффициента проницаемости ММЭГ
после инкубации с pCMBS (блокатор белка поло-
сы 3) указывает на существование альтернативно-
го пути транспорта, т. е. по белковым водным ка-
налам. У ЭГ как и у ММЭГ после инкубации
эритроцитов крысы и кролика с pCMBS повышает-
ся энергия активации переноса его молекул через
мембрану и уменьшается значение коэффициента
проницаемости (см. табл. 1).
Следовательно, можно утверждать существо-
вание альтернативных путей транспорта через
мембрану клеток. Но предположить диффузию ЭГ
через мембрану по липидному пути вряд ли
возможно. Этиленгликоль относится к гидрофиль-
ным веществам. Отсюда следует, что около 20–
40% вещества проникает по белковому водному
каналу (блокирование pCMBS белка полосы 3),
остальная часть ЭГ, как и глицерин, вероятно,
диффундирует через мембраны эритроцитов по
аквапоринам или через липидные поры, возникаю-
щие в результате тепловых флуктуаций или при
образовании структурных дефектов в мембране
[8].
Выводы
Определены коэффициенты проницаемости
мембран нативных эритроцитов крысы и кролика
для глицерина, ЭГ, ММЭГ и МЭ при температурах
25 и 37°С, а также эритроцитов, инкубированных с
pCMBS – блокатором белка полосы 3 при 25°С.
Рассчитаны энергии активации переноса молекул
криопротекторов через мембраны нативных эрит-
роцитов крысы и кролика в диапазоне температур
25 и 37°С и после инкубации с pCMBS при 25°С.
Установлено, что проницаемость веществ через
мембрану эритроцитов крысы выше, чем через
мембрану эритроцитов кролика, что обусловлено
более высокой текучестью мембран эритроцитов
крысы.
Показано, что скорость трансмембранной диф-
фузии в эритроциты крысы и кролика модифициро-
ванных спиртов в 50–80 раз выше по сравнению с
исходными (глицерина и ЭГ).
erythrocytes at 37 and 25°C it makes 0.959 and 0.952,
correspondingly, and 0.916 after pCMBS incubation.
In order to obtain a quantitative dependency between
the mentioned indices all the curves were approximated
and the Figure showed at R2 = 1 the curves to be well
described with polynomial of degree 3. After analysing
the data obtained, we may conclude about the fact,
that glycerol penetrates mostly by a hydrophilic way,
but ME diffuses mainly through a lipid matrix.
As proceeded from the Table 1 and Figure, the EG
and MMEG do not have such a uniform transport
mechanism through the rat and rabbit erythrocyte
membrane as glycerol and ME. Firstly, there is observed
an increase in activation energy of molecule transfer
of these cryoprotectants through the pCMBS-incu-
bated erythrocyte membranes at 25°C up to the level
of 80–84% (rat erythrocytes) and to 60–77 kJ/mol
(rabbit ones). Secondly, a decrease in diffusion rate of
these substances through membranes of rat and rabbit
erythrocytes after incubation with pCMBS is signi-
ficantly greater, compared to glycerol and ME. Coef-
ficient values of membrane permeability after pCMBS
treatment of rat and rabbit erythrocytes for EG and
MMEG reduce by 45–50 and 25–40%, corresponding-
ly. The mentioned above enables assuming the presen-
ce of two alternative ways for substance transport
through cell membranes. It is logical to confirm, that
about 60% MMEG penetrate into erythrocytes directly
via lipid matrix. The value decrease of MMEG
permeability coefficient after incubation with pCMBS
(band 3 protein blocker) indicates to the existence of
an alternative transport pathway, i. e. via protein
aqueous channels. In both EG and MMEG after rat
and rabbit erythrocyte incubation with pCMBS there
is an increase in activation energy of its molecule
transfer through membrane and a decrease in permea-
bility coefficient value (see Table 1).
Consequently, we may confirm about the existence
of alternative transport pathways through cell memb-
rane. However it is unlikely possible to suppose the
EG diffusion through membrane by a lipid way. Ethy-
lene glycol is related to hydrophilic substances. It
follows, that about 20–40% substances penetrate by a
protein aqueous channel (pCMBS blocking of band 3
protein), the rest of both EG and glycerol probably
diffuses through erythrocyte membranes by aquaporins
or through lipid pores, occurring as a result of heat
fluctuations or during formation of structural defects
in a membrane [8].
Conclusions
There were determined the permeability coeffi-
cients for membranes of rat and rabbit native erythro-
cytes for glycerol, EG, MMEG and ME at 25 and 37°C,
as well as erythrocytes, incubated with pCMBS-blo-
420 PROBLEMS
OF CRYOBIOLOGY
Vol. 19, 2009, №4
ПРОБЛЕМЫ
КРИОБИОЛОГИИ
Т. 19, 2009, №4
Выявлено, что диффузия ММЭГ в эритроциты
крысы и кролика осуществляется двумя альтерна-
тивными путями – через гидрофильные водные
каналы и непосредственно через липидный бислой.
Установлено, что глицерин обладает самой низкой
скоростью диффузии в эритроциты крысы и
кролика, проникает в клетки по гидрофильному
пути, вероятно по аквапоринам; МЭ имеет самую
высокую скорость трансмембранной диффузии в
эритроциты крысы, проникает в клетки преиму-
щественно через липидный бислой (до 80–98%).
Литература
Актуальные проблемы криобиологии / Под ред. Н.С. Пуш-
каря и А.М. Белоуса.– Киев: Наук. думка,1981.– 606 с.
Гордиенко О.И., Панина Ю.Е., Коваленко И.Ф. Опреде-
ление коэффициентов проницаемости мембран эритро-
цитов для криопротекторов // Вісник ХДУ. Біофіз. вісник.–
1988.– Вип. 2.– С. 59–63.
Гордієнко О.І., Кощій С.В., Ліннік Т.П. Проникність мем-
бран еритроцитів людини для гліцерину та його ефірних
похідних // Фізика живого.– 2003.– Т. 11, №2.– С. 29–36.
Западнюк И.П., Западнюк В.И., Захария Е.А. Лаборатор-
ные животные.– Киев: Вища школа, 1974.– 303 с.
Кейл Б. Лабораторная техника органической химии.–М.:
Мир, 1966.– 751 с.
Кимсанов Б.Х., Ишанова Х.Х. Синтез моноалкиловых
эфиров глицерина // Изв. АН Тадж. ССР.– 1981.– №2.–
С. 102–104.
Коваленко Г.В., Коваленко И.Ф., Линник Т.П. Проницае-
мость мембран эритроцитов крысы и кролика для крио-
протекторов ряда амидов и диолов // Пробл. криобио-
логии.– 2007.– Т. 17, №4.– С. 365–373.
Маркин В.С., Козлов М.М. Статистика пор в бислойных
липидных мембранах // Биол. мембраны.– 1985.– Т. 2,
№12.– С. 205–223.
Физер Л., Физер М. Органическая химия.– М.: Химия, 1970,
Т. 1.– 688 с.
Черницкий Е.А., Воробей А.В. Структура и функции эрит-
роцитарных мембран.– Минск: Наука и техника, 1981.–
216 с.
Conlon T., Outhred R. The temperature dependence of
erythrocyte water diffusion permeability // Biochim. Biophys.
Acta.– 1978.– Vol. 511,N3.– P. 408–418.
Verkman А. S., Mitra A. K. Structure and function of aquaporin
water channels // Am. J. Physiol. Renal Physiol.– 2000.–
Vol. 278, N1.– P. 13–28.
Поступила 08.10.2009
Рецензент Н.М. Шпакова
cker of band 3 protein at 25°C. The activation energies
of cryoprotectant molecule transfer through memb-
ranes of rat and rabbit native erythrocytes within 25
and 37°C range and after incubation with pCMBS at
25°C, were calculated.
Substance permeability through membrane of rat
erythrocytes was established to be higher, than rabbit
ones, stipulated by higher fluidity of rat erythrocyte
membrane.
The rate of transmembrane diffusion of modified
alcohols into rat and rabbit erythrocytes was shown to
be 50–80 times higher, compared to initial ones
(glycerol and EG).
MMEG diffusion into rat and rabbit erythrocytes
was revealed as realising via two alternative pathways:
through hydrophilic aqueous channels and directly
through lipid bilayer. It was established, that glycerol
had the lowest diffusion rate into rat and rabbit
erythrocytes, penet-rated into cells by hydrophilic way,
probably, by aqua-porins; ME had the highest rate of
transmembrane diffusion into rat erythrocytes,
penetrated into cells mostly via lipid bilayer (up to 80–
90%).
References
Current problems of cryobiology / Ed. by N.S. Pushkar and
A.M. Belous.– Kiev: Naukova dumka, 1981.– 606 p.
Gordienko O.I., Panina Yu.E., Kovalenko I.F. Determination
of permeability coefficients of erythrocyte membranes for
cryoprotectants // Visnyk KhDU. Biophysical Bulletin.– 1988.–
Issue 2.– P. 59–63.
Gordienko O.I., Koschiy S.V., Linnik T.P. Peremability of hu-
man erythrocyte membranes for glycerol and its ether deri-
vatives // Fizyka Zhivogo.– 2003.– Vol. 11, N2.– P. 29–36.
Zapadnyuk I.P., Zapadnyuk V.I., Zakhariya E.A. Laboratory
animals.– Kiev: Vyscha shkola, 1974.– 303 p.
Cale B. Laboratory technique of organic chemistry.– Moscow:
Mir, 1966.– 751p.
Kimsanov B.Kh., Ishanova Kh.Kh. Synthesis of monoalkyl
ether of glycerol // Izvestiya of Academy of Sciences of
Tadzjik SSR.– 1981.– N2.– P. 102–104.
Kovalenko G.V., Kovalenko I.F., Linnik T.P. Membrane per-
meability of rat’s and rabbit’s erythrocytes for cryoprotectants
of amid and diol series // Problems of Cryobiology.– 2007.–
Vol. 17, N4.– P. 365–373.
Markin V.S., Kozlov M.M. Statistics of pores in bilayer lipid
membranes // Biol. Membrany.– 1985.– Vol. 2, N12.– P. 205–223.
Fizer L., Fizer M. Organic chemistry.– Moscow: Khimiya,
1970.– Vol. 1.– 688 p.
Chernitsky E.A., Vorobej A.V. Structure and function of eryth-
rocyte membranes.– Minsk: Nauka i tekhnika, 1981.– 216 p.
Conlon T., Outhred R. The temperature dependence of
erythrocyte water diffusion permeability // Biochim. Biophys.
Acta.– 1978.– Vol. 511, N3.– P. 408–418.
Verkman А. S., Mitra A. K. Structure and function of aquaporin
water channels // Am. J. Physiol. Renal Physiol.– 2000.–
Vol. 278, N1.– P. 13–28.
Accepted in 08.10.2009
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
|