Аналiз особливостей структурованої води у плазматичних мембранах карциноми Герена з рiзною чутливiстю до цис-дихлордiамiноплатини
The content of structured water in a suspension of plasma membranes (PM) isolated from Guerin’s carcinoma (GC) tumor cells with different sensitivities to cisdichlorodiaminoplatinum (cis-DDP) is studied by 1H NMR-spectroscopy. The PM of a sensitive substrain of GC showed the increase of the total...
Saved in:
| Date: | 2008 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2008
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4148 |
| 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: | Аналiз особливостей структурованої води у плазматичних мембранах карциноми Герена з рiзною чутливiстю до цис-дихлордiамiноплатини / В.Ф. Чехун, В.М. Михайленко, С.В. Чехун, О.В. Чалий // Доп. НАН України. — 2008. — № 2. — С. 178-185. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-4148 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Чехун, В.Ф. Михайленко, В.М. Чехун, С.В. Чалий, О.В. 2009-07-16T09:16:20Z 2009-07-16T09:16:20Z 2008 Аналiз особливостей структурованої води у плазматичних мембранах карциноми Герена з рiзною чутливiстю до цис-дихлордiамiноплатини / В.Ф. Чехун, В.М. Михайленко, С.В. Чехун, О.В. Чалий // Доп. НАН України. — 2008. — № 2. — С. 178-185. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4148 577.356:352:615.277.3:543.422.25 The content of structured water in a suspension of plasma membranes (PM) isolated from Guerin’s carcinoma (GC) tumor cells with different sensitivities to cisdichlorodiaminoplatinum (cis-DDP) is studied by 1H NMR-spectroscopy. The PM of a sensitive substrain of GC showed the increase of the total content of bound water (by 65%) and the increased ratio (2.5-fold) Cw H2O/Cs H2O as compared with PM of resistant GC cells. The effect of cis-DDP was associated with an increased level of membrane hydration, especially in cells of the resistant GC substrain. The administration of cis-DDP caused the decrease (1.6-fold) of the ratio Cw H2O/Cs H2O in PM of the sensitive substrain of GC, but its level in resistant cells was increased twice. The level of inter-phase energy was not changed significantly in the sensitive or resistant substrain of GC. However, after the cis-DDP treatment, we observed an increase of the inter-phase energy for the PM suspensions from sensitive and resistant GC cells (14% and 26%, respectively). The differences observed in the properties of structured water in PM of tumor cells showed its important role in rearrangements of the PM structure of tumor cells and the development of drug resistance to a cancer treatment and may contribute to the biological effect of cis-DDP. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Медицина Аналiз особливостей структурованої води у плазматичних мембранах карциноми Герена з рiзною чутливiстю до цис-дихлордiамiноплатини Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Аналiз особливостей структурованої води у плазматичних мембранах карциноми Герена з рiзною чутливiстю до цис-дихлордiамiноплатини |
| spellingShingle |
Аналiз особливостей структурованої води у плазматичних мембранах карциноми Герена з рiзною чутливiстю до цис-дихлордiамiноплатини Чехун, В.Ф. Михайленко, В.М. Чехун, С.В. Чалий, О.В. Медицина |
| title_short |
Аналiз особливостей структурованої води у плазматичних мембранах карциноми Герена з рiзною чутливiстю до цис-дихлордiамiноплатини |
| title_full |
Аналiз особливостей структурованої води у плазматичних мембранах карциноми Герена з рiзною чутливiстю до цис-дихлордiамiноплатини |
| title_fullStr |
Аналiз особливостей структурованої води у плазматичних мембранах карциноми Герена з рiзною чутливiстю до цис-дихлордiамiноплатини |
| title_full_unstemmed |
Аналiз особливостей структурованої води у плазматичних мембранах карциноми Герена з рiзною чутливiстю до цис-дихлордiамiноплатини |
| title_sort |
аналiз особливостей структурованої води у плазматичних мембранах карциноми герена з рiзною чутливiстю до цис-дихлордiамiноплатини |
| author |
Чехун, В.Ф. Михайленко, В.М. Чехун, С.В. Чалий, О.В. |
| author_facet |
Чехун, В.Ф. Михайленко, В.М. Чехун, С.В. Чалий, О.В. |
| topic |
Медицина |
| topic_facet |
Медицина |
| publishDate |
2008 |
| language |
Ukrainian |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| description |
The content of structured water in a suspension of plasma membranes (PM) isolated from Guerin’s carcinoma (GC) tumor cells with different sensitivities to cisdichlorodiaminoplatinum
(cis-DDP) is studied by 1H NMR-spectroscopy. The PM of a sensitive substrain of GC showed
the increase of the total content of bound water (by 65%) and the increased ratio (2.5-fold) Cw
H2O/Cs
H2O as compared with PM of resistant GC cells. The effect of cis-DDP was associated
with an increased level of membrane hydration, especially in cells of the resistant GC substrain. The administration of cis-DDP caused the decrease (1.6-fold) of the ratio Cw H2O/Cs H2O in PM of the sensitive substrain of GC, but its level in resistant cells was increased twice. The level of inter-phase energy was not changed significantly in the sensitive or resistant substrain of GC. However, after the cis-DDP treatment, we observed an increase of the inter-phase energy for the PM suspensions from sensitive and resistant GC cells (14% and 26%, respectively). The differences observed in the properties of structured water in PM of tumor cells showed its
important role in rearrangements of the PM structure of tumor cells and the development of drug resistance to a cancer treatment and may contribute to the biological effect of cis-DDP.
|
| issn |
1025-6415 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4148 |
| citation_txt |
Аналiз особливостей структурованої води у плазматичних мембранах карциноми Герена з рiзною чутливiстю до цис-дихлордiамiноплатини / В.Ф. Чехун, В.М. Михайленко, С.В. Чехун, О.В. Чалий // Доп. НАН України. — 2008. — № 2. — С. 178-185. — Бібліогр.: 15 назв. — укp. |
| work_keys_str_mv |
AT čehunvf analizosoblivosteistrukturovanoívodiuplazmatičnihmembranahkarcinomigerenazriznoûčutlivistûdocisdihlordiaminoplatini AT mihailenkovm analizosoblivosteistrukturovanoívodiuplazmatičnihmembranahkarcinomigerenazriznoûčutlivistûdocisdihlordiaminoplatini AT čehunsv analizosoblivosteistrukturovanoívodiuplazmatičnihmembranahkarcinomigerenazriznoûčutlivistûdocisdihlordiaminoplatini AT čaliiov analizosoblivosteistrukturovanoívodiuplazmatičnihmembranahkarcinomigerenazriznoûčutlivistûdocisdihlordiaminoplatini |
| first_indexed |
2025-11-25T23:50:41Z |
| last_indexed |
2025-11-25T23:50:41Z |
| _version_ |
1850585936901963776 |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
2 • 2008
МЕДИЦИНА
УДК 577.356:352:615.277.3:543.422.25
© 2008
Академiк НАН України В.Ф. Чехун, В.М. Михайленко,
С.В. Чехун, О. В. Чалий
Аналiз особливостей структурованої води
у плазматичних мембранах карциноми Герена з рiзною
чутливiстю до цис-дихлордiамiноплатини
The content of structured water in a suspension of plasma membranes (PM) isolated from
Guerin’s carcinoma (GC) tumor cells with different sensitivities to cis-dichlorodiaminoplatinum
(cis-DDP) is studied by 1H NMR-spectroscopy. The PM of a sensitive substrain of GC showed
the increase of the total content of bound water (by 65%) and the increased ratio (2.5-fold)
Cw
H2O
/Cs
H2O as compared with PM of resistant GC cells. The effect of cis-DDP was associated
with an increased level of membrane hydration, especially in cells of the resistant GC substrain.
The administration of cis-DDP caused the decrease (1.6-fold) of the ratio Cw
H2O/Cs
H2O
in PM
of the sensitive substrain of GC, but its level in resistant cells was increased twice. The level
of inter-phase energy was not changed significantly in the sensitive or resistant substrain of
GC. However, after the cis-DDP treatment, we observed an increase of the inter-phase energy
for the PM suspensions from sensitive and resistant GC cells (14% and 26%, respectively).
The differences observed in the properties of structured water in PM of tumor cells showed its
important role in rearrangements of the PM structure of tumor cells and the development of
drug resistance to a cancer treatment and may contribute to the biological effect of cis-DDP.
Сучаснi дослiдження структури, фiзико-хiмiчних та бiологiчних властивостей води вияви-
ли її фундаментальну роль у перебiгу бiохiмiчних процесiв, особливо у функцiонуваннi
бiлкiв, ДНК та iнших макромолекулярних структур. За результатами експериментальних
i теоретичних дослiджень гiдратацiї клiтинних компонентiв встановлено участь молекул
води в структуруваннi бiлкiв i медiюваннi взаємодiї через систему водневих зв’язкiв та по-
тенцiюваннi їх енергетичних функцiй. Аналiз таких молекул показав, що, використовуючи
систему водневих зв’язкiв, вода взаємодiє з полярними атомами багатоланцюгових лiгандiв
амiнокислот бiлка, заповнюючи при цьому його порожнину. Знаходячись у кристалiчнiй
решiтцi бiлка, вода надає йому просторову структуру, при цьому значно впливає на його
динамiчнi властивостi [1, 2].
На поверхнi бiомолекул вода структурується таким чином, щоб максимально скомпен-
сувати локальнi заряди i дипольнi моменти макромолекул. За даними квантово-хiмiчних
178 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №2
розрахункiв можна видiлити ряд можливих структур упорядкування молекул води, якi
значною мiрою визначають її фiзико-хiмiчнi властивостi [3]. Мiжводна взаємодiя в бiоло-
гiчних системах визначається двома популяцiями молекул води: одна з низькокутовими
водневими зв’язками, а iнша з бiльш високим кутом взаємодiї, що обумовлює iндукцiю
гiдрофобних структур води [4].
Важливо зазначити, що гiдратна вода бiополiмерiв має властивостi, якi iстотно вiдрiз-
няються вiд загального об’єму води в бiологiчнiй системi. Ефекти “взаємодiї” з поверхнею
макромолекул не проникають на всю глибину наявної в бiосистемi води, а лише включа-
ють один або два гiдратнi шари [2]. Бiльше того, молекули води по-рiзному взаємодiють
з полярними i неполярними групами бiополiмерiв. Полярнi групи переважно безпосередньо
взаємодiють з молекулами води, тодi як неполярнi групи пiдвищують взаємодiю молекул
води всерединi її середовища. Оскiльки клiтиннi структури майже завжди мають гетеро-
генну складову, то взаємодiя води з бiомакромолекулами являє собою складну систему.
Згiдно з даними лiтератури [5], навколо гiдрофобних молекул формується пароподiбний
шар величина якого пов’язана з величиною електростатичних i ван-дер-ваальсових взаємо-
дiй гiдрофiльних молекул з водою. Гiдрофобнi структури, якi вiдштовхують молекули води,
сприяють створенню бiльш жорсткої структури зв’язаної води навколо гiдрофiльних бiлкiв.
Такi переходи, якi спостерiгаються в при- i внутрiшньомембранних структурах, ради-
кально впливають на структуру мiжмолекулярних зв’язкiв та поведiнку бiомакромолекул.
Взагалi, зв’язування води з макромолекулами призводить до змiни їх конфiгурацiї, ефек-
тивних розмiрiв i властивостей. Тому будь-яке варiювання бiлок-бiлкових, бiлок-лiпiдних,
лiпiд-лiпiдних зв’язкiв впливає на структуру гiдратної компоненти бiологiчних систем, що
спричиняє суттєву модифiкацiю їх функцiонального складу. Особливого змiсту i значення
набувають цi явища при патологiчних процесах, зокрема канцерогенезi та прогресiї пух-
линної хвороби [6].
Локальна структура шару води, який знаходиться навколо ланцюгiв макромолекул,
значно залежить вiд їх форми. Вода структурується на поверхнi бiомолекули таким чи-
ном, щоб максимально скомпенсувати локальнi заряди i дипольнi моменти макромолекули.
Вивчення фiзико-хiмiчних властивостей молекул структурованої води в бiлкових розчинах
показало їх безпосереднiй зв’язок зi структурою бiлка та його просторовим упорядкуван-
ням i взаємодiєю з оточуючими молекулами. При цьому загальнi властивостi води значною
мiрою залежать вiд властивостей мiнорної фракцiї молекул структурованої води, якi при-
сутнi в системi [7].
Сьогоднi стрiмко зростає арсенал методiв для дослiдження фундаментальних та при-
кладних аспектiв поведiнки молекул води [8, 9]. Вивчення динамiчних властивостей молекул
води в суспензiях плазматичних мембран (ПМ) пухлинних клiтин, чутливих та резистент-
них до медикаментозної терапiї, може пролити свiтло не тiльки на природу цього явища,
а й особливостi корекцiї їх вiдповiдi. Нами ранiше в системi in vivo було встановлено осо-
бливостi змiн у внутрiшньому iнтер’єрi мембран при виникненнi резистентностi клiтин до
лiкарських засобiв, що приводить до пiдвищення їх мiкров’язкостi та зменшення пасивної
дифузiї протипухлинних препаратiв [10, 11]. Виходячи iз зазначеного вище, можна думати,
що рухомiсть жирнокислотних ланцюгiв фосфолiпiдiв та бiлкiв ПМ значною мiрою може
залежати також i вiд кiлькостi вiльної та зв’язаної з ними води.
Метою нашого дослiдження було вивчення методом ЯМР динамiчного стану молекул
води в суспензiях ПМ чутливих та резистентних пухлинних клiтин карциноми Герена (КГ)
при дiї протипухлинного препарату цис-дихлордiамiноплатини (цис-ДДП).
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №2 179
Матерiали i методи. Дослiдження проведенi на неiнбредних самцях щурiв масою
120–140 г з розплiдника вiварiю Iнституту експериментальної патологiї, онкологiї i радiо-
бiологiї iм. Р.Є. Кавецького НАН України у вiдповiдностi з етичними нормами поводження
з експериментальними тваринами.
Моделювання пухлинного росту здiйснювали шляхом перещеплення пухлин вихiдного
та резистентного до дiї цис-ДДП пiдштамiв КГ. Трансплантацiю пухлинних клiтин (пiд-
шкiрно, 5 · 10−6 клiтин на тварину) виконували з дотриманням правил асептики. Експе-
риментальнi тварини були роздiленi на чотири групи: 1 (КГвих) — тваринам з вихiдним
пiдштамом КГ вводили фiзiологiчний розчин 5 разiв через добу; 2 (КГвих+цис-ДДП) — тва-
ринам з вихiдним пiдштамом КГ вводили цис-ДДП 5 разiв через добу; 3 (КГрезцис-ДДП) —
тваринам з резистентним до дiї цис-ДДП пiдштамом КГ вводили фiзiологiчний розчин
5 разiв через добу; 4 (КГрезцис-ДДП+цис-ДДП) — тваринам з резистентним до дiї цис-ДДП
пiдштамом КГ вводили цис-ДДП 5 разiв через добу.
У роботi застосовували препарат цис-ДДП (“Cisplatin-Ebewe”, Австрiя), дозволений для
клiнiчного застосування. Внутрiшньоочеревиннi iн’єкцiї препарату розпочинали при досяг-
неннi розмiру пухлини в 0,5 см3 i вводили 5 разiв через добу в сумарнiй дозi 6 мг/кг маси
тiла. Забiр матерiалу здiйснювали через 24 год пiсля 5-ї iн’єкцiї препарату.
Об’єктом дослiдження були ПМ, видiленi з пухлинних клiтин щурiв. Методику видi-
лення та контролю чистоти мембранного препарату описано в [8]. Стандартну суспензiю
ПМ готували в 0,1 мМ фосфатному буферi (pH 7,0), вмiст мембран у дослiдному зразку
становив 30 мг/мл.
Спектри ЯМР знiмали на спектрометрi “Mercury-300ВВ” (“Varian”, США) з робочою
частотою 300 МГц та смугою пропускання 50 кГц. Змiни iнтенсивностi сигналу визначали
при варiюваннi температури в дiапазонi вiд 273 до 220 К. Температура зразка регулювалась
за допомогою контролера температури з точнiстю ±0,5 ◦C. Час встановлення рiвноважної
температури становив 5 хв. Як стандарт використовували 3-метилсилiлтетрадейтетропрiо-
нову кислоту (ТСП).
Вiдповiдно до методики, докладно описаної в [12], вимiрювали температурнi залежнос-
тi iнтенсивностi сигналу незамерзаючої води. Порiвнюючи iнтенсивностi сигналу води до
i пiсля заморожування, розраховували концентрацiю незамерзаючої води (Cнв) у зразках
при T < 273 К. Внаслiдок того що умовою замерзання води на мiжфазнiй границi бiомем-
брана/вода є рiвнiсть вiльних енергiй адсорбованої води i льоду, зниження температури
замерзання адсорбованої води (273 — T ) визначається зменшенням вiльної енергiї води,
викликаним адсорбцiйними взаємодiями (∆G = G0 − G, де G0 — вiльна енергiя льоду
при T = 273 К) [12]. Оскiльки вiльна енергiя льоду зi зниженням температури змiнюється
у вузькому iнтервалi температур за лiнiйним законом, величина ∆G (кДж/моль) може
бути розрахована за формулою
∆G = 0,036 · (273 − T ). (1)
Площа пiд кривою ∆G(Cнв) визначає величину мiжфазної енергiї бiологiчного об’єкта
(γS) у водному середовищi:
γS = K
Cmax
нв∫
0
∆GdCнв, (2)
де Cmax
нв — товщина шару незамерзаючої води при T → 273 К.
180 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №2
Рис. 1. Температурна залежнiсть iнтенсивностi ЯМР сигналу протонiв води в суспензiї ПМ клiтин КГ
Шляхом використання методу пошарового виморожування рiдкої фази [12, 13] можна
вимiряти товщину шару слабкозв’язаної i сильнозв’язаної води (Cw
нв, Cs
нв вiдповiдно), мак-
симальне зниження вiльної енергiї Гiббса в цих шарах (∆Gw, ∆Gs) та мiжфазну енергiю
(γS), що визначає сумарне зниження вiльної енергiї всiєї води, яка зазнає впливу з боку
границi роздiлу фаз. Для запобiгання явищ, пов’язаних з переохолодженням рiдини, вимi-
рювались iнтенсивностi сигналу незамерзаючої води для зразкiв, попередньо охолоджених
до температури 220 К. Точнiсть величин Cw
нв та Cs
нв визначається точнiстю вимiрювання
iнтегральних iнтенсивностей сигналу i в бiльшостi випадкiв становить 2–10%. Точнiсть ви-
значення iнтегральної величини γS становить 10%.
Результати та їх обговорення. Комбiноване застосування методу 1Н ЯМР з поша-
ровим виморожуванням рiдкої фази дозволяє визначати характеристики рiзних типiв зв’я-
заної води та величину мiжфазної енергiї, яка опосередковано характеризує стан шарiв во-
ди, зв’язаних з внутрiшньою та зовнiшньою поверхнею ПМ. Iнтенсивнiсть та форму ЯМР
сигналiв протонiв води в замороженiй воднiй суспензiї ПМ клiтин КГ та їх залежнiсть вiд
температури наведено на рис. 1. За температури нижче 273 К вiдбувалось вимерзання вiль-
ної води та вiдповiдне зменшення iнтенсивностi ЯМР сигналу протонiв води. Зменшення
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №2 181
Рис. 2. Залежнiсть концентрацiї води вiд температури (а) та змiни вiльної енергiї Гiббса вiд концентрацiї
незамерзаючої води (б ) в суспензiї ПМ клiтин КГ
молекулярної рухливостi води при зниженнi температури обумовлює збiльшення ширини
сигналу [14]. Для зв’язаної води, вiльна енергiя якої знижена взаємодiєю з границею роздiлу
фаз, температура замерзання визначається формулою (1). Залежностi iнтенсивностi сигна-
лу води в суспензiї ПМ вiд температури та рiвня вiльної енергiї Гiббса вiд концентрацiї
незамерзаючої води наведено на рис. 2.
Концентрацiя незамерзаючої води зменшувалась при зниженнi температури, i цей про-
цес виявляв бiмодальний характер. Спочатку виморожується слабкозв’язана вода, вiльна
енергiя якої майже не зменшена за рахунок взаємодiї на мiжфазнiй границi з ПМ. Так,
концентрацiя вiльної та слабкозв’язаної води зменшувалась експоненцiально (бiльше нiж
на 99,6%) при досягненнi температури 260 К, що вiдповiдає незначному зменшенню її
вiльної енергiї до 0,25 кДж/моль. Виморожування мiнорної фракцiї сильнозв’язаної води
(0,36–0,14%) супроводжувалось значною змiною (у 5 разiв) її вiльної енергiї, викликаною
адсорбцiйною взаємодiєю з ПМ.
Концентрацiї обох типiв зв’язаної води (Cw
H2O та Cs
H2O
), максимальнi змiни вiльної енер-
гiї, викликанi адсорбцiєю (∆Gw, ∆Gs), а також значення мiжфазної енергiї для суспен-
зiї ПМ наведено в табл. 1. Змiна спiввiдношення слабкозв’язаної води до сильнозв’язаної
(Cw
H2O
/Cs
H2O) є вiдображенням структурно-функцiональних змiн стану ПМ. Спiввiдношен-
ня Cw
H2O
/Cs
H2O значно змiнювалось у ПМ пухлинних клiтин з рiзним ступенем чутливостi до
дiї протипухлинного препарату цис-ДДП. Зростання Cs
H2O
на фонi зменшення Cw
H2O може
свiдчити як про змiну структури та просторової органiзацiї трансмембранних бiлкiв, так
i про перерозподiл бiлкiв у внутрiшньомембранному iнтер’єрi ПМ.
182 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №2
Як випливає з одержаних даних (див. табл. 1), у ПМ клiтин КГ, чутливої до цис-ДДП,
рiвень Cw
H2O/Cs
H2O в 2,5 раза перевищував його значення в ПМ резистентного штаму. Рiзно-
направленi змiни в ПМ спостерiгались при введенi щурам цис-ДДП. Так, введення проти-
пухлинного препарату щурам з вихiдним пiдштамом КГ супроводжувалось зниженням рiв-
ня Cw
H2O/Cs
H2O в 1,6 раза, у той час як у ПМ резистентного пiдштаму КГ рiвень Cw
H2O
/Cs
H2O,
навпаки, збiльшувався в 2 рази. Подiбним чином змiнювалась величина ∆Gs, однак амплi-
туда змiн не перевищувала 12% при рiзнiй чутливостi КГ до дiї цис-ДДП.
Вiдомо, що саме мiнорна фракцiя структурованої води критичним чином змiнює власти-
востi всiєї води в системi. Так, методом ЯМР продемонстровано iстотнi вiдмiнностi у влас-
тивостях загальної i структурованої води в розчинах бiлкiв (альбумiн та γ-глобулiн). Кон-
станта релаксацiї структурованої води в бiлкових розчинах значно вiдрiзняється вiд зви-
чайної води i прямо зв’язана зi структурою та просторовою органiзацiєю макромолекул
в розчинi [7]. Нашi попереднi дослiдження ПМ гепатоцитiв показали, що при дiї цис-ДДП
вiдбувається однонаправлена змiна лiпiд-бiлкової взаємодiї, зменшується рiвень проникнен-
ня бiлкiв у лiпiдний бiшар [15]. Очевидно, що такi структурнi змiни в ПМ будуть впливати
на рiвень Cw
H2O
та Cs
H2O.
Визначена методом 1Н ЯМР загальна концентрацiя води, зв’язаної з ПМ, збiльшува-
лась при дiї цис-ДДП як у вихiдного, так i у резистентного пiдштамiв КГ. Особливо це
було характерно для мембран резистентного пiдштаму КГ, у якого рiвень Cw
H2O
пiдвищився
в 1,9 раза (див. табл. 1). Це може свiдчити про значнi консервативнi змiни, якi вiдбуваються
в структурно-функцiональному станi ПМ пухлинних клiтин при розвитку резистентностi
до цис-ДДП.
Характерно, що величина мiжфазної енергiї суспензiї ПМ вихiдного та резистентного
пiдштамiв КГ iстотно не вiдрiзнялась. Однак при дiї цис-ДДП величина γS зростала на 14%
у вихiдного пiдштаму та на 26% у резистентного пiдштаму КГ. Величина γS вiдображає
змiну фазового складу колоїдної системи [3]. У випадку суспензiї ПМ величина γS буде
залежати як вiд взаємодiї мiж мiцелами, що формуються з фрагментiв ПМ, так i вiд вза-
ємодiї молекул бiлкiв i лiпiдiв у ПМ. У випадку слабкої взаємодiї дисперсних частинок чи
макромолекул спостерiгається максимально можливе для даної системи значення γS . При
зближеннi частинок γS зменшується, тому що товщина шару зв’язаної води не може пере-
вищувати вiдстанi мiж ними. Мiжфазна енергiя визначає сумарне зниження вiльної енергiї
колоїдної системи, обумовлене присутнiстю границi роздiлу фаз [3]. Для суспензiї ПМ сере-
днє значення величини γS залежить вiд стану води, зв’язаної з внутрiшньою i зовнiшньою
поверхнею мембран та молекулами бiлкiв i лiпiдiв, якi формують ПМ.
Таким чином, одержанi нами данi свiдчать про значну роль структурованої води як
у механiзмах формування лiкарської резистентностi, так i в реалiзацiї бiологiчних ефектiв
цис-ДДП. Показано, що виморожування вiльної та слабкозв’язаної води вiдбувалося при не-
значному зменшеннi її вiльної енергiї, а виморожування мiнорної фракцiї сильнозв’язаної
Таблиця 1. Характеристика шарiв зв’язаної води в суспензiях плазматичних мембран клiтин КГ
Група тварин
∆Gs,
кДж/моль
∆Gw,
кДж/моль
C
s
H2O,
мг/г
C
w
H2O,
мг/г
γS ,
Дж/г
КГвих 2,42 0,13 5,41 3810,43 22,52
КГвих + цис-ДДП 2,14 0,13 9,88 4314,42 26,09
КГрезцис-ДДП 2,37 0,16 8,74 2450,57 21,51
КГрезцис-ДДП
+ цис-ДДП 2,41 0,13 8,72 4756,63 28,97
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №2 183
води супроводжувалося значною змiною (в 5 разiв) її вiльної енергiї за рахунок адсорб-
цiйної взаємодiї з ПМ. Загальна концентрацiя води, зв’язаної з ПМ, збiльшувалася при дiї
цис-ДДП, особливо в мембранах резистентного пiдштаму КГ. Спiввiдношення Cw
H2O
/Cs
H2O
в ПМ клiтин чутливого пiдштаму КГ в 2,5 раза перевищувало його значення для рези-
стентного штаму. Введення цис-ДДП щурам з вихiдним пiдштамом КГ супроводжувало-
ся зниженням спiввiдношення Cw
H2O
/Cs
H2O
(1,6 раза), але для резистентного пiдштаму КГ
характерним було збiльшення в 2 рази рiвня Cw
H2O
/Cs
H2O. Величина мiжфазної енергiї сус-
пензiї ПМ вихiдного та резистентного пiдштамiв КГ iстотно не вiдрiзнялась. Однак при дiї
цис-ДДП величина γS зростала на 14% у вихiдного пiдштаму та на 26% у резистентного
пiдштаму КГ. Виявленi змiни властивостей структурованої води впливають на структур-
но-функцiональнi перебудови в ПМ пухлинних клiтин, що є однiєю з причин формування
фенотипу лiкарської резистентностi до дiї протипухлинних препаратiв.
Роботу виконано за часткової фiнансової пiдтримки програми U. S. Civilian Research & Develop-
ment Foundation (RESC 20–7; UR2–1028-KV-03) та теми “Молекулярнi механiзми росту i прогресiї
злоякiсних новоутворень”, яка здiйснюється в рамках цiльової наукової програми НАН України
“Фундаментальнi основи геномiки i протеомiки”. Автори висловлюють вдячнiсть д-ру хiм. наук
В. В. Турову та канд. бiол. наук В.П. Триндяку за допомогу при пiдготовцi роботи.
1. Park S., Saven J.G. Statistical and molecular dynamics studies of buried waters in globular proteins //
Proteins. – 2005. – 60, No 3. – P. 450–463.
2. Raschke T.M. Water structure and interactions with protein surfaces // Curr. Opin. Struct. Biol. – 2006. –
16, No 2. – P. 152–159.
3. Туров В.В., Гунько В.М., Горбик С.П. Влияние высокодисперсного кремнезема на фазовое равно-
весие в водных суспензиях, содержащих клетки и белки // Доп. НАН України. – 2003. – № 9. –
С. 150–156.
4. Madan B., Sharp K. Changes in water structure induced by a hydrophobic solute probed by simulation
of the water hydrogen bond angle and radial distribution functions // Biophys. Chem. – 1999. – 78. –
P. 33–41.
5. Jiang L., Kuhlman B., Kortemme T., Baker D. A “solvated rotamer” approach to modeling water-mediated
hydrogen bonds at protein-protein interfaces // Proteins. – 2005. – 58, No 4. – P. 893–904.
6. Pouliquen D., Rivet P., Gallier J. et al. Proton NMR studies of tissue water phases during chemical
carcinogenesis in rats // Anticancer Res. – 1993. – 13, No 1. – P. 49–55.
7. Pouliquen D., Gallois Y. Physicochemical properties of structured water in human albumin and gamma-
globulin solutions // Biochimie. – 2001. – 83, No 9. – P. 891–898.
8. Чехун В.Ф., Михайленко В.М., Триндяк В.П. та iн. ЯМР спектроскопiя як метод оцiнки чутливостi
бiологiчних мембран до дiї цитостатикiв // Доп. НАН України. – 2006. – № 10. – С. 180–187.
9. Булавiн Л.А., Вишневський I.М., Чехун В.Ф. та iн. Дослiдження самодифузiї молекул води у вод-
них суспензiях плазматичних мембран методом квазiпружного розсiювання повiльних нейтронiв //
Там само. – 2004. – № 7. – С. 176–181.
10. Chekhun V. F., Lebed O. I., Tryndyak V.P. et al. Structural alterations of plasma membranes of Guerin’s
carcinoma cells upon the development of resistance to doxorubicine // Exp. Oncol. – 2002. – 24. – P. 279–
283.
11. Чехун В.Ф., Триндяк В.П., Тодор I.М. та iн. Вмiст фосфолiпiдiв та холестеролу у плазматичних
мембранах пухлинних клiтин з рiзною чутливiстю до доксорубiцину // Укр. бiохiм. журн. – 2003. –
75, № 4. – С. 120–125.
12. Туров В.В. Cлои связанной воды и поверхностные силы в водных суспензиях высокодисперсных
оксидов // Химия поверхности кремнезема. – Киев, 2001. – Т. 1. – С. 510–607.
13. Gun’koV. M., Turov V.V., Bogatyrev V.M. et al. Unusual properties of water at hydrophilic/hydrophobic
interfaces // Adv. Colloid and Interface Sci. – 2005. – 118. – P. 125–172.
14. Манк В.В., Лебовка Н.И. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса в гетерогенных системах. –
Киев: Наук. думка, 1988. – 202 с.
184 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2008, №2
15. Чехун В.Ф., Кулик Г.И., Лебедь О.И. Структурные свойства плазмолеммы гепатоцитов при
действии цисплатина, адриабластина и эмбихина // Эксперим. онкология. – 1997. – 19, № 4. –
С. 343–348.
Надiйшло до редакцiї 18.06.2007Iнститут експериментальної патологiї,
онкологiї та радiобiологiї iм. Р.Є. Кавецького
НАН України, Київ
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2008, №2 185
|