Зависимость проницаемости мембран клеток СПЭВ для молекул криопротекторов от температуры
Методом волюмометрии определены коэффициенты проницаемости мембран клеток СПЭВ для молекул этиленгликоля (ЭГ), 1,2-бутандиола (1,2-БД), глицерина, диметилсульфоксида (ДМСО) и диметилформамида (ДМФА) при температурах 35, 20 и 5°С. Значения энергии активации процесса переноса молекул ЭГ, 1,2-БД и ДМ...
Saved in:
| Published in: | Проблемы криобиологии |
|---|---|
| Date: | 2011 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
2011
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44872 |
| 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: | Зависимость проницаемости мембран клеток СПЭВ для молекул криопротекторов от температуры / Н.А. Чернобай, И.Ф. Коваленко, С.В. Кощий, С.Е. Коваленко, Л.Ф. Розанов // Пробл. криобиологии. — 2011. — Т. 21, № 1. — С. 46-51. — Бібліогр.: 15 назв. — рос., англ. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859682074111246336 |
|---|---|
| author | Чернобай, Н.А. Коваленко, И.Ф. Кощий, С.В. Коваленко, С.Е. Розанов, Л.Ф. |
| author_facet | Чернобай, Н.А. Коваленко, И.Ф. Кощий, С.В. Коваленко, С.Е. Розанов, Л.Ф. |
| citation_txt | Зависимость проницаемости мембран клеток СПЭВ для молекул криопротекторов от температуры / Н.А. Чернобай, И.Ф. Коваленко, С.В. Кощий, С.Е. Коваленко, Л.Ф. Розанов // Пробл. криобиологии. — 2011. — Т. 21, № 1. — С. 46-51. — Бібліогр.: 15 назв. — рос., англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы криобиологии |
| description | Методом волюмометрии определены коэффициенты проницаемости мембран клеток СПЭВ для молекул этиленгликоля
(ЭГ), 1,2-бутандиола (1,2-БД), глицерина, диметилсульфоксида (ДМСО) и диметилформамида (ДМФА) при температурах 35,
20 и 5°С. Значения энергии активации процесса переноса молекул ЭГ, 1,2-БД и ДМСО через плазматическую мембрану в
диапазоне температур 35...5°С близки и примерно в 3 раза выше, чем энергия активации транспорта глицерина. При 5°С
коэффициенты проницаемости глицерина и 1,2-БД практически одинаковы, ДМСО и ЭГ примерно в 3 раза больше, а ДМФА
выше на четыре порядка. При 35°С проницаемость ДМФА сравнима с проницаемостью воды, а коэффициент проницаемости
глицерина на порядок меньше, чем коэффициенты проницаемости ЭГ, 1,2-БД и ДМСО.
Методом волюмометрії визначені коефіцієнти проникності мембран клітин СПЕВ для молекул етиленгліколю (ЕГ), 1,2-
бутандіолу (1,2-БД), гліцерину, диметилсульфоксиду (ДМСО) та диметилформаміду (ДМФА) при температурах 35, 20 та
5°С. Значення енергії активації процесу переносу молекул ЕГ, 1,2-БД та ДМСО крізь плазматичну мембрану в діапазоні
температур 35...5°С близькі та приблизно у три рази вище, ніж енергія активації транспорту гліцерину. При 5°С коефіцієнти
проникності гліцерину та 1,2-БД практично не відрізняються, ДМСО та ЕГ приблизно у три рази більші, а ДМФА вищі на
чотири порядки. При 35°С проникність ДМФА може бути порівняна з проникністю води, а коефіцієнт проникності гліцерину
на порядок менший, ніж коефіцієнти проникності ЕГ, 1,2-БД та ДМСО.
Using the method of volumometry the permeability coefficients of SPEV cell membranes for molecules of ethylene glycol (EG),
1,2-butane diol (1,2-BD), glycerol, dimethyl sulfoxide (DMSO) and dimethyl formamide (DMFA) at 35, 20 and 5°С have been
determined. The activation energy values of transport for molecules of EG, 1,2-BD and DMSO through the plasma membrane in
temperature range of 35...5°C are close and approximately three times as higher than the activation energy of glycerol transport. The
permeability coefficients at 5°C for glycerol and 1,2-BD are almost the same, for DMSO and EG are approximately three times as
higher, and the permeability coefficient for DMFA is four orders higher. The permeability for DMFA molecules at 35°C is comparable
with permeability of molecules of water, and the permeability coefficients for glycerol are one order lower, than the ones for EG, 1,2-
BD and DMSO.
|
| first_indexed | 2025-11-30T20:19:55Z |
| format | Article |
| fulltext |
46
УДК 57.043:579.2:57.086.8
Н.А. ЧЕРНОБАЙ, И.Ф. КОВАЛЕНКО, С.В. КОЩИЙ, С.Е. КОВАЛЕНКО, Л.Ф. РОЗАНОВ*
Зависимость проницаемости мембран клеток СПЭВ для молекул
криопротекторов от температуры
UDC 57.043:579.2:57.086.8
N.A. CHERNOBAY, I.F. KOVALENKO, S.V. KOSCHIY, S.E. KOVALENKO, L.F. ROZANOV*
Temperature Dependence of SPEV Cell Membranes
Permeability for Molecules of Cryoprotectants
Методом волюмометрии определены коэффициенты проницаемости мембран клеток СПЭВ для молекул этиленгликоля
(ЭГ), 1,2-бутандиола (1,2-БД), глицерина, диметилсульфоксида (ДМСО) и диметилформамида (ДМФА) при температурах 35,
20 и 5°С. Значения энергии активации процесса переноса молекул ЭГ, 1,2-БД и ДМСО через плазматическую мембрану в
диапазоне температур 35...5°С близки и примерно в 3 раза выше, чем энергия активации транспорта глицерина. При 5°С
коэффициенты проницаемости глицерина и 1,2-БД практически одинаковы, ДМСО и ЭГ примерно в 3 раза больше, а ДМФА
выше на четыре порядка. При 35°С проницаемость ДМФА сравнима с проницаемостью воды, а коэффициент проницаемости
глицерина на порядок меньше, чем коэффициенты проницаемости ЭГ, 1,2-БД и ДМСО.
Ключевые слова: коэффициент проницаемости, энергия активации, клетки СПЭВ, волюмометрия.
Методом волюмометрії визначені коефіцієнти проникності мембран клітин СПЕВ для молекул етиленгліколю (ЕГ), 1,2-
бутандіолу (1,2-БД), гліцерину, диметилсульфоксиду (ДМСО) та диметилформаміду (ДМФА) при температурах 35, 20 та
5°С. Значення енергії активації процесу переносу молекул ЕГ, 1,2-БД та ДМСО крізь плазматичну мембрану в діапазоні
температур 35...5°С близькі та приблизно у три рази вище, ніж енергія активації транспорту гліцерину. При 5°С коефіцієнти
проникності гліцерину та 1,2-БД практично не відрізняються, ДМСО та ЕГ приблизно у три рази більші, а ДМФА вищі на
чотири порядки. При 35°С проникність ДМФА може бути порівняна з проникністю води, а коефіцієнт проникності гліцерину
на порядок менший, ніж коефіцієнти проникності ЕГ, 1,2-БД та ДМСО.
Ключові слова: коефіцієнт проникності, енергія активації, клітини СПЕВ, волюмометрія.
Using the method of volumometry the permeability coefficients of SPEV cell membranes for molecules of ethylene glycol (EG),
1,2-butane diol (1,2-BD), glycerol, dimethyl sulfoxide (DMSO) and dimethyl formamide (DMFA) at 35, 20 and 5°С have been
determined. The activation energy values of transport for molecules of EG, 1,2-BD and DMSO through the plasma membrane in
temperature range of 35...5°C are close and approximately three times as higher than the activation energy of glycerol transport. The
permeability coefficients at 5°C for glycerol and 1,2-BD are almost the same, for DMSO and EG are approximately three times as
higher, and the permeability coefficient for DMFA is four orders higher. The permeability for DMFA molecules at 35°C is comparable
with permeability of molecules of water, and the permeability coefficients for glycerol are one order lower, than the ones for EG, 1,2-
BD and DMSO.
Key words: permeability coefficients, activation energy, SPEV cells, volumometry.
problems
of cryobiology
Vol. 21, 2011, №1
проблемы
криобиологии
Т. 21, 2011, №1
Проницаемость плазматических мембран для
молекул воды и криопротекторов является важ-
нейшей криобиологической характеристикой, опре-
деляющей в процессе криоконсервирования осмо-
тическое поведение клеток, от которого зависит
их выживаемость после отогрева и переноса в
изотоническую среду [2]. Известно, транспорт ве-
ществ в клетку зависит как от их структурной ор-
ганизации и геометрических параметров молекул
[3, 8], так и от структурной организации биомемб-
ран [4, 12], обусловленной видовой и тканевой
специфичностью клеток. В работе [13] определены
коэффициенты проницаемости мембран клеток
интерстиция тестисов для ряда криопротекторов
в зоне температур 35...5°С. Цель исследования –
определить коэффициенты проницаемости мемб-
* 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
Институт проблем криобиологии и криомедицины
НАН Украины, г. Харьков
* 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
Permeability of plasma membranes for water mo-
lecules and cryoprotectants is the most important cryo-
biological feature determining the cell osmotic behavior
during cryopreservation, which affect cell viability after
thawing and transfer into isotonic medium [2]. The
transport of substances into a cell is known to depend
on their molecular structure and geometrical parame-
ters [3, 8], as well as on the biological membrane struc-
ture [4, 12], determined by cell origin (species, tissues,
etc.). Recently we determined the permeability coef-
ficients of testes intersticium cell membranes for some
cryoprotectants within the temperature range 35...5°C
[13]. The aim of this research is to determine permea-
bility coefficients of cell membranes of SPEV finite
cell culture under the same experimental conditions
(35...5°C).
47 problems
of cryobiology
Vol. 21, 2011, №1
проблемы
криобиологии
Т. 21, 2011, №1
ран клеток перевиваемой клеточной культуры
СПЭВ в тех же экспериментальных условиях
(35...5°C).
Материалы и методы
Объектом исследования служили клетки пере-
виваемой клеточной культуры СПЭВ (эмбрио-
нальная почка свиньи). Перевиваемая клеточная
линия СПЭВ была выращена при 37°С в культу-
ральных матрасах в среде 199 с добавлением 10%
эмбриональной телячьей сыворотки и 100 ед/мл
канамицина [5]. В работе использовали 1М раст-
воры 1,2-бутандиола (1,2-БД), глицерина, этиленгли-
коля (ЭГ), диметилсульфоксида (ДМСО) и диме-
тилформамида (ДМФА), приготовленные на 0,15 М
NaCl из очищенных криопротекторов.
Все указанные вещества применяются в прак-
тике криоконсервирования. Глицерин, испытанный
в различных схемах криозащиты, практически
используется в низкотемпературных банках крови
[7], ЭГ входит в состав криозащитных сред эмб-
рионов и яйцеклеток млекопитающих [10], ДМСО
широко применяется при консервировании стволо-
вых и стероидпродуцирующих клеток, клеточных
культур и эмбрионов [1, 9, 14, 15]. ДМФА проявляет
высокую эффективность при криоконсервировании
спермы птиц [6].
Микроскопические исследования проводили на
микроскопе Axio Obzerver Z1 (Carl Zeiss, Германия)
с термостатируемым столиком при температурах
35, 20 и 5°С.
Осмотические реакции клеток СПЭВ изучали,
фотографируя их с регистрацией времени контакта
с исследуемыми растворами. Для определения
геометрических параметров клеток использовали
данные морфометрии. Полученные данные пред-
ставляли в виде зависимостей относительных
объемов (V/V0, V0 – начальный объем) отдельных
клеток от времени экспозиции в исследуемых раст-
ворах.
Коэффициенты проницаемости плазматических
мембран клеток СПЭВ для молекул криопротек-
торов (K1) определяли, сопоставляя эксперимен-
тальные зависимости относительных объемов кле-
ток от времени y(t) с решениями уравнений теоре-
тической модели для заданных экспериментальных
условий [2]. Энергию активации (ЕА) процесса
переноса веществ через мембраны клеток СПЭВ
рассчитывали из зависимостей lnK1(1/T), наклон
которых согласно уравнению Аррениуса равен ЕА/R,
где R – универсальная газовая постоянная.
Статистическую обработку результатов экспе-
риментов проводили по методу Стьюдента-Фишера.
Результаты и обсуждение
На рисунке приведены характерные экспери-
ментальные зависимости объемов клеток СПЭВ
Materials and methods
The research objects were the cells of finite SPEV
cell culture (porcine embryonic kidney cells). Finite
SPEV cell line was grown at 37°C in cultural flasks in
medium 199 supplemented with 10% fetal calf serum
and 100 units/ml of kanamycine [5]. The solutions of
0.15 M NaCl supplemented with 1 M of purified
cryoprotectants 1,2-butane diol (1,2-BD), ethylene
glycol (EG), dimethyl sulfoxide (DMSO) and dimethyl
formamide (DMFA) were used in the study.
All mentioned substances are applied in cryopreser-
vation practice. Glycerol was thorougly tested in
various protocols of cryoprotection and now is used in
practice of low-temperature blood banks [7], EG is
applied as a part of cryoprotective media for mammal
embryos and oocytes [10], DMSO is widely used du-
ring cryopreservation of stem cells, steroid-producing
cells, cell cultures and embryos [1, 9, 14, 15]. DMFA
is reported to be highly efficient during cryopreserva-
tion of avian sperm [6].
Microscopic investigations were performed using
microscope Axio Obzerver Z1 (Carl Zeiss, Germany)
with thermostated table at 35, 20 and 5°C.
Osmotic reactions of SPEV cells were studied
using the image recording and controlling the time of
contact of cells with the investigated solutions. For
determination of cell geometrical parameters the mor-
phometrical data were used. The findings were presen-
ted as the dependencies of normalized volumes (V/V0,
V0 is an initial volume) of single cells vs. time of expo-
sure in the investigated solutions.
Permeability coefficients of SPEV cell plasma
membranes for cryoprotectant molecules (K1) were
determined fitting the experimental dependencies of
cell normalized volumes vs. time y(t) and the curve
resulted from data of solved theoretical model equations
in given experimental conditions [2]. Activation energy
(EA) of the transfer of substances through SPEV cell
membranes were calculated using 1nK1(1/T) depen-
dencies, which slope according to Arrhenius equation
is equal to EA/R, where R is universal gas constant.
Statistical processing of experiment results was
made by Student-Fisher method..
Results and discussion
The Figure represents the characteristic experimen-
tal dependencies of SPEV cell volumes vs. time of con-
tact with 1 M solutions of EG, 1,2-BD, DMSO, DMFA
and glycerol at 35, 20, and 5°C as well as theoretical
curves extrapolating the osmotic behavior of cells.
Experimental dependencies of normalized cell
volume vs. time of exposure in the solutions of investi-
gated cryoprotectants are well approximated by the
curves resulted from utilized theoretical model [2] after
performing the proper selection of permeability coef-
ficients of cell membranes for water and cryoprotectant
molecules.
48 problems
of cryobiology
Vol. 21, 2011, №1
проблемы
криобиологии
Т. 21, 2011, №1
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 200 400 600 800 1000
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 200 400 600 800 1000
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 200 400 600 800 1000
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 200 400 600 800 1000
О
тн
ос
ит
ел
ьн
ы
й
об
ъе
м
к
ле
тк
и,
V
/V
0
N
or
m
al
iz
ed
c
el
l v
ol
um
e,
V
/V
0
О
тн
ос
ит
ел
ьн
ы
й
об
ъе
м
к
ле
тк
и,
V
/V
0
N
or
m
al
iz
ed
c
el
l v
ol
um
e,
V
/V
0
О
тн
ос
ит
ел
ьн
ы
й
об
ъе
м
к
ле
тк
и,
V
/V
0
N
or
m
al
iz
ed
c
el
l v
ol
um
e,
V
/V
0
О
тн
ос
ит
ел
ьн
ы
й
об
ъе
м
к
ле
тк
и,
V
/V
0
N
or
m
al
iz
ed
c
el
l v
ol
um
e,
V
/V
0
а a б bВремя, с
Time, sec
в c г dВремя, с
Time, sec
Время, с
Time, sec
0,6
0,65
0,7
0,75
0,8
0,85
0,9
0,95
1
0 200 400 600 800 1000
О
тн
ос
ит
ел
ьн
ы
й
об
ъе
м
к
ле
тк
и,
V
/V
0
N
or
m
al
iz
ed
c
el
l v
ol
um
e,
V
/V
0
д eВремя, с
Time, sec
Время, с
Time, sec
ЭГ
EG
1,2-БД
1,2-BD
ДМСО
DMSO
Глицерин
Glycerol
ДМФА
DMFA
Экспериментальные зависимости относительных объе-
мов клеток СПЭВ от времени контакта с 1М раствором
ЭГ (a), 1,2-БД (б), ДМСО (в) глицерина (г), ДМФА (д) и
теоретические кривые (линии), экстраполирующие
осмотическое поведение клеток при температурах 35
( ); 20 (▲) и 5°С ( ).
Experimental dependencies of SPEV cell normalized volumes
vs. time of contact with 1 M EG (a), 1,2-BD (b), DMSO (c),
glycerol (d), DMFA (e) solutions and theoretical curves
(solid lines), extrapolating osmotic behavior of cells at tem-
peratures 35 ( ); 20 (▲) and 5°С ( ).
49 problems
of cryobiology
Vol. 21, 2011, №1
проблемы
криобиологии
Т. 21, 2011, №1
от времени контакта с 1 М растворами ЭГ, 1,2-БД,
ДМСО, ДМФА и глицерина при температурах 35,
20 и 5°С, а также экстраполирующие осмоти-
ческое поведение клеток теоретические кривые.
Экспериментальные зависимости относитель-
ного объема клеток от времени экспозиции в раст-
ворах исследуемых криопротекторов хорошо ап-
проксимируются решениями используемой нами
теоретической модели [2] при соответствующем
подборе коэффициентов проницаемости клеточных
мембран для молекул воды и криопротектора.
Как видно из рисунка, после помещения клеток
в 1М растворы исследуемых веществ объём кле-
ток уменьшается за счёт их обезвоживания. После
этого регистрируется увеличение объёма клеток –
регидратация, которая приводит к полному восста-
новлению исходных значений объёмов, причем
этот процесс протекает тем быстрее, чем выше
температура исследуемого раствора. Скорость
восстановления объема клеток лимитируется ско-
ростью поступления криопротектора в клетку.
В результате проведенных исследований опре-
делены коэффициенты проницаемости плазма-
тических мембран клеток СПЭВ для криопро-
текторов при температурах 35, 20 и 5°С. Резуль-
таты экспериментов, рассчитанная энергия актива-
ции переноса молекул криопротекторов через мемб-
рану клеток СПЭВ, а также соответствующие коэф-
фициенты распределения исследуемых веществ в
системе “вода-октанол” приведены в таблице.
Из представленных в таблице данных следует,
что при температуре 5°С осмотическое поведение
клеток СПЭВ в растворах 1,2-БД и глицерина
отличается незначительно. ЭГ и ДМСО проникают
в клетки СПЭВ быстрее, коэффициенты их прони-
цаемости примерно в 3 раза выше. Проникающая
способность молекул ДМФА оказалась чрезвы-
чайно высокой, коэффициент проницаемости
плазматических мембран для этого криопротек-
тора при 5°С на четыре порядка превышал коэффи-
циент проницаемости для ДМСО. В 1М растворе
ДМФА при температуре 5°С обезвоженные клетки
восстанавливают исходный объем на 95% менее
чем за 1 мин. При температурах 20 и 35°С значи-
мых изменений объема клеток не зафиксировано,
что может свидетельствовать о том, что при этих
температурах проницаемость мембран клеток
СПЭВ для молекул ДМФА сравнима с прони-
цаемостью молекул воды.
При 5°С криопротекторы по проникающей спо-
собности через мембраны клеток СПЭВ образуют
ряд: ДМФА >> ЭГ > ДМСО > глицерин ≈ 1,2-БД.
При 35°С коэффициент проницаемости для 1,2-БД
на порядок выше, чем для глицерина. Наименьшим
значением энергии активации (если исключить
ДМФА, значение энергии активации переноса мо-
лекул которое нам определить не удалось) ха-
As Figure shows, after placing the cells in 1 M so-
lutions of investigated substances a cell volume decrea-
ses due to cell dehydration. Then an increase of cell
volume is recorded and it leads to a complete res-
toration of initial volume values, moreover, the higher
is temperature of investigated solution the more rapid
is this process. The rate of cell volume restoration is
limited by the rate of entering of the cryoprotectant
molecules into the cell.
As a result of carried-out investigations the perme-
ability coefficients of SPEV cell plasma membranes
for cryoprotectants at 35, 20 and 5°C are determined.
The results of experiments, calculated activation energy
of cryoprotectant molecules’ transfer through SPEV
cell membrane as well as corresponding distribution
coefficients of investigated substances in “water-
octanol” system are presented in the Table.
It proceeds from the data of the presented Table
that at 5°C the osmotic behavior of SPEV cells in 1,2-
BD solutions and glycerol differs insignificantly. EG
and DMSO penetrate into SPEV cells more quickly,
their permeability coefficients are approximately 3
times higher. Permeability of DMFA molecules occured
to be extremely high, and permeability coefficient of
plasma membranes for this cryoprotectant at 5°C is 4
orders higher than the permeability coefficient for
DMSO. In 1 M solution of DMFA at 5°C the dehydra-
ted cells restore the 95% initial volume less than in
1 min. At 20 and 35°C no significant changes of cell
volume were recorded, testifying to the fact that at
these temperatures the permeability of SPEV cell
membranes for DMFA molecules is comparable with
permeability for water molecules.
At 5°C the cryoprotectants form the following
series in accordance with their parameters of permea-
bility through SPEV cell membranes: DMFA >> EG >
DMSO > glycerol ≈ 1.2-BD. At 35°C permeability
coefficient for 1.2-BD is higher than for glycerol. The
lowest value of activation energy (without considering
DMFA, which activation energy of molecule transfer
we did not succeded to determine) has glycerol, and
activation energy values for transfering the molecules
of EG, 1,2-BD and DMSO are almost equal to each
other. The low value of glycerol molecule transfer
activation energy allows the suggestion that the
decrease of temperature insignificantly influences the
conductivity of glycerol transport “channel”. Stated
differently, the penetration of other cryoprotectants is
occured through a lipid bilayer, aggregate state of
which significantly depends on temperature, or through
the channels changing their conductivity due to
temperature variations, whereas the channels of SPEV
cell through which the glycerol penetrates are cha-
racterized by low conductivity for glycerol, but their
structure is not changed significantly within the studied
temperature range. Nowadays the presence of this
type of channels is shown for the variety of cells [11].
роткеторпоирК
tnatcetorpoyrC
,итсомеацинорптнеициффэоК
× 01 7, с/м
ffeocytilibaemreP i ,tneic × 01 7 s/m,
яигренЭ
,иицавитка
ьлом/жДк
,ygrenenoitavitcA
lom/Jk
тнеициффэоК
яинеледерпсар *
noitubirtsiD
ffeoc i tneic *
5оС 02 оС 53 оС
нирецилГ
lorecylG 10,0±70,0 10,0±11,0 50,0±91,0 13,32 500,0
ГЭ
GE 90,0±42,0 11,0±33,0 02,1±30,4 41,76 40,0
АФМД
AFMD 9,12±5,691 - - - 332,0
ОСМД
OSMD 80,0±91,0 61,0±05,0 03,1±04,3 44,86 342,0
2,1 - ДБ
2,1 - DB 10,0±70,0 30,0±43,0 53,0±71,1 99,66 803,0
50 problems
of cryobiology
Vol. 21, 2011, №1
проблемы
криобиологии
Т. 21, 2011, №1
рактеризуется глицерин,
значения энергии активации
переноса молекул ЭГ, 1,2-БД
и ДМСО близки. Низкая
энергия активации транс-
порта молекул глицерина
позволяет предположить, что
понижение температуры сла-
бо влияет на проводимость
“канала” его переноса. Ины-
ми словами, если проникно-
вение других криопротек-
торов осуществляется через
липидный бислой, агрегатное
состояние которого сущест-
венно зависит от темпера-
туры, или каналы, изменяю-
щие свою проводимость при
изменении температуры, то
каналы клеток СПЭВ, через
которые преимущественно
проникает глицерин, отли-
Коэффициенты проницаемости мембран клеток СПЭВ для криопротекторов
и энергия активации процесса переноса в интервале температур 35...5°С
Permeability coefficients of SPEV cell membranes for cryoprotectants and
activation energy of transfer within temperature interval of 35...5°C
Примечание: * – коэффициент распределения в системе “октанол-вода”, использованы
данные работы [6].
Note: * – coefficient of distribution in “water-octanol” system, data of the report [6] are used.
чаются низкой проводимостью для глицерина, но
существенно не изменяют своей структуры при
изученных температурах. В настоящее время на-
личие такого типа каналов показано для целого
ряда клеток [11]. Эти каналы формируют белковые
структуры – акваглицеропорины. Обращает на
себя внимание отсутствие корреляции в выбранном
ряду криопротекторов между коэффициентами
проницаемости для их мембран и коэффициентами
распределения криопротекторов в системе “окта-
нол-вода”. В частности, корреляцию нарушает
ДМФА, что позволяет предположить особый путь
его прохождения через клеточную мембрану. В
отношении возможности проникновения ЭГ через
мембранные поры предположения уже высказыва-
лись [3], остается только неясным, почему прово-
димость этих пор с понижением температуры сни-
жается.
Таким образом, в результате проведенных экспе-
риментов нам удалось не только оценить значения
проницаемости исследуемых веществ через мемб-
раны клеток СПЭВ, но и сделать предположение
о путях их проникновения.
Выводы
1. Проницаемость мембран клеток СПЭВ для
молекул исследованного ряда криопротекторов
снижается в диапазоне температур 35–5°С. При
этом значения энергии активации процесса пере-
носа через мембрану молекул ЭГ, 1,2-БД и ДМСО
примерно в 3 раза выше, чем значение энергии
активации транспорта глицерина.
2. При 5°С коэффициенты проницаемости гли-
церина и 1,2-БД практически одинаковы, коэффи-
These channels are formed by protein structures, the
aquaglyceroporines. Of attention is the fact about the
absence of correlation in the chosen range of cryopro-
tectants between permeability coefficients of their
membranes and distribution coefficients for cryoprotec-
tants in “octanol-water” system. In particular, DMFA
breacks this correlation that allows the suggesting of
specific way of its penetration through cell membrane.
There is a notion concerning the possible penetration
of EG through membrane pores [3], but it remains
unclear, why the the conductivity of these pores de-
creases together with the temperature reduction.
Thus, as a result of carried-out experiments we
managed both to evaluate the permeability through
SPEV cell membranes for investigated substances and
hypothese the ways of their penetration.
Conclusions
1. Permeability of SPEV cell membranes for mole-
cules of investigated cryoprotectant range decreases
within 35–5°C temperature range. Moreover, the
values of activation energy of transfer through SPEV
cell membrane for molecules of EG, 1,2-BD and
DMSO are approximately 3 times higher than the value
of activation energy for transport of glycerol.
2. The permeability coefficients of glycerol and 1,2-
BD are almost equal at 5°C, and the permeability coef-
ficients of DMSO and EG are approximately 3 times
higher and permeability coefficient of DMFA 4 orders
higher.
3. The DMFA permeability at 35°C is almost the
same as for water, and permeability coefficient of
glycerol is lower than the permeability coefficients of
EG, 1,2-BD and DMSO.
циенты проницаемости ДМСО и ЭГ примерно в 3
раза больше, а коэффициент проницаемости ДМФА
выше на четыре порядка.
3. При 35°С проницаемость ДМФА сравнима с
проницаемостью воды, а коэффициент проницае-
мости глицерина на порядок меньше, чем коэффи-
циенты проницаемости ЭГ, 1,2-БД и ДМСО.
References
Bondarenko T.P., Legach E.I. Cryopreservation of adreno-
cortical tissue and its application in clinics // Klinichna Farmat-
siya.– 1998.– Vol. 3, N2.– P. 112–115.
Gordienko E.A., Pushkar N.S. Physical grounds of cell sus-
pension low-temperature preservation.– Kiev: Naukova Dum-
ka, 1994.– 143 p.
Gordienko O.I., Linnik T.P. Penetration mechanisms of non-
electrolytes of diol chain through erythrocyte membranes //
Biophysical Bulletin.– 2002.– Issue 2(11).– P. 43–47.
Kovalenko G.V., Kovalenko I.F., Linnik T.P. Permeability of
rat and rabbit erythrocyte membranes for cryoprotectants of
amides and diols row // Problems of Cryobiology.– 2007.–
Vol. 17, N4.– P. 365–373.
Cryobiology and cryotechnology / Ed. by A.A. Tsutsayeva.–
Kiev.: Naukova Dumka, 1987.– 216 p.
Linnik T.P. Physical-chemical factors of cryodamages and
cryoprotection of fowl spermatozoa in low-temperature pre-
servation cycle: Author’s abstract of thesis ... of doctor of
biological sciences.– Kharkov, 2003.– 36 p.
Orlik V.V. Some laboratory-clinical aspects of comparative
study of erythrocyte cryopreservation at moderately low tem-
peratures –40 and –20°C // Gematologiya i Transfuziologiya.–
1999.– N6.– P. 17–19.
Piruzyan L.A. Influence of physiological active compounds
on biological membranes.– Moscow: Nauka, 1974.– 387 p.
Rozanov L.F., Vysekantsev I.P., Petrenko T.F. et al. Cell sen-
sitivity of recultured cellular SPEV line and Candida albicans
fungi to extra- and intracellular crystallization processes //Prob-
lems of Cryobiology.– 2004.– N3.– P. 18–25.
Smolyaninova E.I., Pogorelov A.G., Lisina E.G.et al. Influence
of freezing medium on viability and cationic composition of
early mice embryos // Problems of Cryobiology. – 2005. – Vol. 15,
N3.– P. 310.
Titovets E.P. Human and mammal aquaporines: Fundamental
and clinical aspects.– Minsk: Belorusskaya Nauka, 2007.– 239 p.
Chernitsky E.A., Vorobey A.V. Structure and functions of eryth-
rocytic membranes.– Nauka i tekhnika, 1981.– 216 p.
Chernobay N.A., Pahomov A.V., Kovalenko I.F. et al. Tempera-
ture dependence of testes intersticium cell membrane per-
meability for cryoprotectant molecules // Problems of Cryobio-
logy.– 2010.– Vol. 20, N2.– P. 153–158.
Skorobogatova N.G., Novikov A.N., Gryschuk V.P. et al. Cryo-
preservation of freshly isolated and expanded mesenchymal
stem/progenitor cells derived from human fetal liver // Cryobio-
logy.– 2009.– Vol. 59, N3.– P. 417.
Trounson A., Peura A., Freemann L., Kirby C. Ultrarapid
freezing of early cleavage stage human embryos and eight-
cell mouse embryos // Fertil. Steril.– 1988.– Vol. 49, N3.–
Р. 822–826.
Accepted in 13.12.2010
Литература
Бондаренко Т.П., Легач Е.И. Криоконсервирование
адренокортикальной ткани и ее использование в клинике//
Клінічна фармація.– 1998.–Т. 3, №2.– С. 112–115.
Гордиенко Е.А., Пушкарь Н.С. Физические основы низко-
температурного консервирования клеточных суспен-
зий.– Киев: Наук. думка, 1994.– 143 с.
Гордієнко О.І., Ліннік Т.П. Механізми проникання неелект-
ролітів низки діолів крізь мембрани еритроцитів// Вісник
ХНУ ім. В.Н. Каразіна. Біофізичний вісник.– 2002.–
Вип. 2(11).– С. 43–47.
Коваленко Г.В., Коваленко И.Ф., Линник Т.П. Проница-
емость мембран эритроцитов крысы и кролика для крио-
протекторов ряда амидов и диолов // Проблемы криобио-
логии.– 2007.– Т. 17, №4.– C. 365–373.
Криобиология и криотехнология / Под общ. ред. А.А. Цуца-
евой.– Киев: Наук. думка, 1987.– 216 с.
Ліннік Т.П. Фізико-хімічні фактори кріопошкоджень і кріо-
захисту сперматозоїдів півнів у циклі низькотемператур-
ного консервування: Автореф. дис. ... доктора біол. наук.–
Харків, 2003.–36 с.
Орлик В.В. Некоторые лабораторно-клинические аспекты
сравнительного изучения криоконсервирования эритро-
цитов при умеренно низких температурах –40 и –20°°°°°С//
Гематология и трансфузиология.– 1999.– №6.– С. 17–19.
Пирузян Л.А. Действие физиологических активных сое-
динений на биологические мембраны.– М.: Наука, 1974.–
387 с.
Розанов Л.Ф., Высеканцев И.П., Петренко Т.Ф. и др.
Чувствительность клеток перевиваемой клеточной ли-
нии СПЭВ и грибов Candida albicans к процессам вне- и
внутриклеточной кристаллизации // Проблемы криобиоло-
гии.– 2004.– №3.– С. 18–25.
Смольянинова Е.И., Погорелов А.Г., Лисина Е.Г. и др.
Влияние среды замораживания на жизнеспособность и ка-
тионный состав ранних эмбрионов мыши // Проблемы
криобиологии.– 2005.– Т. 15, №3.– С. 310.
Титовец Э.П. Аквапорины человека и животных: Фунда-
ментальные и клинические аспекты.– Минск: Белорусская
наука, 2007.– 239 с.
Черницкий Е.А., Воробей А.В. Структура и функции эритро-
цитарных мембран.– Минск: Наука и техника, 1981.– 216 с.
Чернобай Н.А., Пахомов А.В., Коваленко И.Ф. и др. Зави-
симость проницаемости мембран клеток интерстиция
тестисов для молекул ряда криопротекторов от темпера-
туры // Проблемы криобиологии.– 2010.– Т. 20, №2.–
С. 153–158.
Skorobogatova N.G., Novikov A.N., Gryschuk V.P. et al. Cryo-
preservation of freshly isolated and expanded mesenchymal
stem/progenitor cells derived from human fetal liver // Cryobio-
logy.– 2009.– Vol. 59, N3.– P. 417.
Trounson A., Peura A., Freemann L., Kirby C. Ultrarapid
freezing of early cleavage stage human embryos and eight-
cell mouse embryos // Fertil. Steril.– 1988.– Vol. 49, N3.–
Р. 822–826.
Поступила 13.12.2010
Рецензент Т.П. Линник
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
51 problems
of cryobiology
Vol. 21, 2011, №1
проблемы
криобиологии
Т. 21, 2011, №1
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-44872 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7673 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-30T20:19:55Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Чернобай, Н.А. Коваленко, И.Ф. Кощий, С.В. Коваленко, С.Е. Розанов, Л.Ф. 2013-06-06T15:20:50Z 2013-06-06T15:20:50Z 2011 Зависимость проницаемости мембран клеток СПЭВ для молекул криопротекторов от температуры / Н.А. Чернобай, И.Ф. Коваленко, С.В. Кощий, С.Е. Коваленко, Л.Ф. Розанов // Пробл. криобиологии. — 2011. — Т. 21, № 1. — С. 46-51. — Бібліогр.: 15 назв. — рос., англ. 0233-7673 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44872 57.043:579.2:57.086.8 Методом волюмометрии определены коэффициенты проницаемости мембран клеток СПЭВ для молекул этиленгликоля (ЭГ), 1,2-бутандиола (1,2-БД), глицерина, диметилсульфоксида (ДМСО) и диметилформамида (ДМФА) при температурах 35, 20 и 5°С. Значения энергии активации процесса переноса молекул ЭГ, 1,2-БД и ДМСО через плазматическую мембрану в диапазоне температур 35...5°С близки и примерно в 3 раза выше, чем энергия активации транспорта глицерина. При 5°С коэффициенты проницаемости глицерина и 1,2-БД практически одинаковы, ДМСО и ЭГ примерно в 3 раза больше, а ДМФА выше на четыре порядка. При 35°С проницаемость ДМФА сравнима с проницаемостью воды, а коэффициент проницаемости глицерина на порядок меньше, чем коэффициенты проницаемости ЭГ, 1,2-БД и ДМСО. Методом волюмометрії визначені коефіцієнти проникності мембран клітин СПЕВ для молекул етиленгліколю (ЕГ), 1,2- бутандіолу (1,2-БД), гліцерину, диметилсульфоксиду (ДМСО) та диметилформаміду (ДМФА) при температурах 35, 20 та 5°С. Значення енергії активації процесу переносу молекул ЕГ, 1,2-БД та ДМСО крізь плазматичну мембрану в діапазоні температур 35...5°С близькі та приблизно у три рази вище, ніж енергія активації транспорту гліцерину. При 5°С коефіцієнти проникності гліцерину та 1,2-БД практично не відрізняються, ДМСО та ЕГ приблизно у три рази більші, а ДМФА вищі на чотири порядки. При 35°С проникність ДМФА може бути порівняна з проникністю води, а коефіцієнт проникності гліцерину на порядок менший, ніж коефіцієнти проникності ЕГ, 1,2-БД та ДМСО. Using the method of volumometry the permeability coefficients of SPEV cell membranes for molecules of ethylene glycol (EG), 1,2-butane diol (1,2-BD), glycerol, dimethyl sulfoxide (DMSO) and dimethyl formamide (DMFA) at 35, 20 and 5°С have been determined. The activation energy values of transport for molecules of EG, 1,2-BD and DMSO through the plasma membrane in temperature range of 35...5°C are close and approximately three times as higher than the activation energy of glycerol transport. The permeability coefficients at 5°C for glycerol and 1,2-BD are almost the same, for DMSO and EG are approximately three times as higher, and the permeability coefficient for DMFA is four orders higher. The permeability for DMFA molecules at 35°C is comparable with permeability of molecules of water, and the permeability coefficients for glycerol are one order lower, than the ones for EG, 1,2- BD and DMSO. ru Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України Проблемы криобиологии Теоретическая и экспериментальная криобиология Зависимость проницаемости мембран клеток СПЭВ для молекул криопротекторов от температуры Temperature Dependence of SPEV Cell Membranes Permeability for Molecules of Cryoprotectants Article published earlier |
| spellingShingle | Зависимость проницаемости мембран клеток СПЭВ для молекул криопротекторов от температуры Чернобай, Н.А. Коваленко, И.Ф. Кощий, С.В. Коваленко, С.Е. Розанов, Л.Ф. Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| title | Зависимость проницаемости мембран клеток СПЭВ для молекул криопротекторов от температуры |
| title_alt | Temperature Dependence of SPEV Cell Membranes Permeability for Molecules of Cryoprotectants |
| title_full | Зависимость проницаемости мембран клеток СПЭВ для молекул криопротекторов от температуры |
| title_fullStr | Зависимость проницаемости мембран клеток СПЭВ для молекул криопротекторов от температуры |
| title_full_unstemmed | Зависимость проницаемости мембран клеток СПЭВ для молекул криопротекторов от температуры |
| title_short | Зависимость проницаемости мембран клеток СПЭВ для молекул криопротекторов от температуры |
| title_sort | зависимость проницаемости мембран клеток спэв для молекул криопротекторов от температуры |
| topic | Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| topic_facet | Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/44872 |
| work_keys_str_mv | AT černobaina zavisimostʹpronicaemostimembrankletokspévdlâmolekulkrioprotektorovottemperatury AT kovalenkoif zavisimostʹpronicaemostimembrankletokspévdlâmolekulkrioprotektorovottemperatury AT koŝiisv zavisimostʹpronicaemostimembrankletokspévdlâmolekulkrioprotektorovottemperatury AT kovalenkose zavisimostʹpronicaemostimembrankletokspévdlâmolekulkrioprotektorovottemperatury AT rozanovlf zavisimostʹpronicaemostimembrankletokspévdlâmolekulkrioprotektorovottemperatury AT černobaina temperaturedependenceofspevcellmembranespermeabilityformoleculesofcryoprotectants AT kovalenkoif temperaturedependenceofspevcellmembranespermeabilityformoleculesofcryoprotectants AT koŝiisv temperaturedependenceofspevcellmembranespermeabilityformoleculesofcryoprotectants AT kovalenkose temperaturedependenceofspevcellmembranespermeabilityformoleculesofcryoprotectants AT rozanovlf temperaturedependenceofspevcellmembranespermeabilityformoleculesofcryoprotectants |