Механізми проникання гліцерину крізь мембрани еритроцитів людини
Одержано коефіцієнти проникності мембран еритроцитів людини для гліцерину в широкому температурному діапазоні (37 - 4° С) з інтервалом 2 - 3 градуси. За ареніусовими залежностями розраховано величини енергії активації проникання молекул гліцерину в еритроцити. Показано, що в діапазоні температур 12...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы криобиологии |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68678 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Механізми проникання гліцерину крізь мембрани еритроцитів людини / О.І. Гордієнко, С.Є. Коваленко, І.Ф. Коваленко // Проблемы криобиологии. — 2012. — Т. 22, № 4. — С. 389-397. — Бібліогр.: 26 назв. — рос., англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859588786103517184 |
|---|---|
| author | Гордієнко, О.І. Коваленко, С.Є. Коваленко, І.Ф. |
| author_facet | Гордієнко, О.І. Коваленко, С.Є. Коваленко, І.Ф. |
| citation_txt | Механізми проникання гліцерину крізь мембрани еритроцитів людини / О.І. Гордієнко, С.Є. Коваленко, І.Ф. Коваленко // Проблемы криобиологии. — 2012. — Т. 22, № 4. — С. 389-397. — Бібліогр.: 26 назв. — рос., англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы криобиологии |
| description | Одержано коефіцієнти проникності мембран еритроцитів людини для гліцерину в широкому температурному діапазоні (37 - 4° С) з інтервалом 2 - 3 градуси. За ареніусовими залежностями розраховано величини енергії активації проникання молекул гліцерину в еритроцити. Показано, що в діапазоні температур 12 - 15° С спостерігається розрив графіка Ареніуса з вірогідним збільшенням енергії активації в зоні низьких температур. Одержані величини енергії активації 76 ±13> (37 - 15° С) та 159 ±1 15,6кДж×моль⁻¹ (12 - 4° С) свідчать про, принаймні, часткове проникання молекул гліцерину крізь ліпідний бішар. Обговорено дані літератури щодо коефіцієнтів проникності мембран еритроцитів людини для молекул гліцерину, визначені за допомогою різних методів.
Получены коэффициенты проницаемости мембран эритроцитов человека для глицерина в широком температурном диапазоне (37...4° С) с интервалом 2–3 градуса. По аррениусовым зависимостям рассчитаны величины энергии активации проникновения молекул глицерина в эритроциты. Показано, что в диапазоне температур 12...15°С наблюдается разрыв графика Аррениуса с достоверным увеличением энергии активации в области низких температур. Полученные величины энергии активации 76 ± 13 (37...15°С) и 159 ± 15,6 кДж×моль⁻¹ (12...4°С) свидетельствуют, по крайней мере, о частичном проникновении молекул глицерина через липидный бислой. Обсуждаются данные литературы о коэффициентах проницаемости мембран эритроцитов человека для молекул глицерина, определенные различными методами.
The performed study provided the permeability coefficients of human erythrocyte membranes for glycerol in wide temperature interval (37...4°C) with step of 2–3 degrees. Using the Arrhenius dependencies the activation energies of glycerol molecules penetration into erythrocytes were calculated. The temperature range of 12...15°C was characterized with a break in Arrhenius dependence with a significant rise in activation energy in low temperature area. The obtained values of activation energy, 76 ± 13 (37...15°C) and 159 ± 15.6 kJ×mol⁻¹ (12...4°C) testify to at least partial penetration of glycerol molecules through lipid bilayer. The paper discusses the literature data on coefficients of permeability for glycerol molecules, assessed with various methods.
|
| first_indexed | 2025-11-27T12:28:58Z |
| format | Article |
| fulltext |
389
Енергія активації є важливою характеристикою
транспортних процесів. Одним з аргументів на ко-
ристь проникання молекул крізь плазматичні мем-
брани за тим чи іншим механізмом є величина
видимої енергії активації цього процесу. Проникання
молекул води і розчинених речовин крізь штучні
та природні мембрани певними структурно обумов-
леними шляхами характеризуються відповідними
значеннями видимої енергії активації. Прониканню
речовин за канальним механізмом відповідають,
як правило, значення енергії активації в діапазоні
15–25 кДж/моль, які узгоджуються зі значеннями
енергії активації дифузії в об’ємному розчині. При
прониканні молекул шляхом розчинення і дифузії в
ліпідному матриксі значення енергії активації
становлять 30–85 кДж/моль і більше [14, 17, 22].
Так, для дифузії молекул води в еритроцити людини
The activation energy is an important characteristic
of transport processes. One of arguments in favor of
penetration of molecules through the plasma membrane
by one or another mechanism is the value of the
apparent activation energy of this process. Penetration
of molecules of water and solutes through artificial
and natural membranes of certain structure-conditioned
ways is characterized by the corresponding values of
the apparent activation energy. Penetration of sub-
stances under the the channel mechanism is charac-
terized usually by the activation energies in the range
of 15–25 kJ/mol, consistent with the values of the ac-
tivation energy of diffusion in the bulk solution. If the
molecules penetrate through dissolution and diffusion
in the lipid matrix the activation energies make30–85
kJ/mol and more [14, 17, 22]. For example in the case
of diffusion of water molecules in human erythrocytes
problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №4
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №4
УДК 577.352.4:611.018.51
О.І. ГОРДІЄНКО*, С.Є. КОВАЛЕНКО, І.Ф. КОВАЛЕНКО
Механізми проникання гліцерину крізь мембрани
еритроцитів людини
UDC577.352.4:611.018.51
O.I. GORDIYENKO*, S.YE. KOVALENKO, I.F. KOVALENKO
Mechanisms of Glycerol Permeability
through the Membrane of Human Erythrocytes
Отримано коефіцієнти проникності мембран еритроцитів людини для гліцерину в широкому температурному діапазоні
(37...4°С) з інтервалом 2–3 градуси. За ареніусовими залежностями розраховані величини енергії активації проникання молекул
гліцерину в еритроцити. Показано, що в діапазоні температур 12...15°С спостерігається розрив графіка Ареніуса з вірогідним
збільшенням енергії активації в зоні низьких температур. Отримані величини енергії активації 76 ± 13 (37...15°С) та 159 ± 15,6
кДж×моль–1 (12...4°С) свідчать про, принаймні, часткове проникання молекул гліцерину крізь ліпідний бішар. Обговорюються
дані літератури щодо коефіцієнтів проникності мембран еритроцитів людини для молекул гліцерину, визначені різними методами.
Ключевые слова: еритроцити, гліцерин, проникність, енергія активації, методи визначення коефіцієнтів проникності.
Получены коэффициенты проницаемости мембран эритроцитов человека для глицерина в широком температурном диапазоне
(37...4°С) с интервалом 2–3 градуса. По аррениусовым зависимостям рассчитаны величины энергии активации проникновения
молекул глицерина в эритроциты. Показано, что в диапазоне температур 12...15°С наблюдается разрыв графика Аррениуса с
достоверным увеличением энергии активации в области низких температур. Полученные величины энергии активации 76 ± 13
(37...15°С) и 159 ± 15,6 кДж×моль–1 (12...4°С) свидетельствуют, по крайней мере, о частичном проникновении молекул глицерина
через липидный бислой. Обсуждаются данные литературы о коэффициентах проницаемости мембран эритроцитов человека
для молекул глицерина, определенные различными методами.
Ключові слова: эритроциты, глицерин, проницаемость, энергия активации, методы определения коэффициентов прони-
цаемости.
The performed study provided the permeability coefficients of human erythrocyte membranes for glycerol in wide temperature
interval (37...4°C) with step of 2–3 degrees. Using the Arrhenius dependencies the activation energies of glycerol molecules penetration
into erythrocytes were calculated. The temperature range of 12...15°C was characterized with a break in Arrhenius dependence with
a significant rise in activation energy in low temperature area. The obtained values of activation energy, 76 ± 13 (37...15°C) and 159
± 15.6 kJ×mol–1 (12...4°C) testify to at least partial penetration of glycerol molecules through lipid bilayer. The paper discusses the
literature data on coefficients of permeability for glycerol molecules, assessed with various methods.
Key words: erythrocytes, glycerol, permeability, activation energy, methods for assessment of permeability coefficients.
* Автор, якому необхідно надсилати кореспонденцію:
вул. Переяславська, 23, м. Харків, Україна 61015; тел.: (+38
057) 373-38-71, факс: (+38 057) 373-30-84, електронна пошта:
go_olga1787@yandex.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: go_olga1787@yandex.ua
Institute for Problems of Cryobiology and Cryomedicine of the Na-
tional Academy of Sciences of Ukraine, Kharkov, Ukraine
Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України,
м. Харків
390 problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №4
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №4
енергія активації виявилась рівною 25 кДж/моль.
Ця величина є трохи більшою, ніж для дифузії
молекул води в об’ємному розчині (19 кДж/моль),
але меншою за таку для ліпідних бішарів (45–
60 кДж/моль) [26]. Раніше [5] було показано, що
енергія активації проникання таких кріопротекторів,
як 1,2-пропандіол (1,2-ПД) і диметилсульфоксид
(ДМСО) в еритроцити людини знаходиться в межах
(в залежності від температурного діапазону) 40-
97 та 34–90 кДж/моль відповідно. Було зроблено
висновок, що проникання цих речовин відбувається
двома паралельними шляхами – білковим і ліпід-
ним. Співвідношення потоків цими шляхами для
різних речовин залежить як від розмірів молекул,
так і від їх гідрофільно-гідрофобних властивостей
[11].
Гліцерин є найбільш гідрофільним з відомих кріо-
протекторів. Коефіцієнт його розподілу між гідрофоб-
ною фазою (n-октанол) і водою становить 0,005,
що на порядок менше, ніж для етиленгліколю (ЕГ)
(К = 0,04) і 1,2-ПД (К = 0,076) [11]. Тому його про-
никання крізь ліпідний бішар вкрай утруднено. Про-
те, було показано [3], що обробка еритроцитів сульф-
гідрильним реагентом pCMBS, що є блокатором
білкових каналів еритроцитів людини [19], не впли-
ває на їх проникність для гліцерину при 20°С. При
цьому коефіцієнт проникності для гліцерину (0,038×
10–6 м×с–1) на 2 порядки менше таких для швидко
проникаючих гідрофільних неелектролітів – ЕГ
(1,98×10–6 м×с–1) або 1,2-ПД (1,6×10–6 м×с–1), і на по-
рядок менше, ніж коефіцієнти проникності для них
pCMBS-оброблених еритроцитів (0,526×10–6 м×с–1
і 0,664×10–6 м×с–1 відповідно) [11]. Таке співвідно-
шення коефіцієнтів проникності корелює зі співвідно-
шенням коефіцієнтів розподілу цих речовин між
гідрофобною фазою і водою. Було зроблено висно-
вок, що гліцерин проникає в ці клітини ліпідним
шляхом [3]. Цей висновок також узгоджується з
даними щодо розмірів молекули гліцерину і білкових
каналів еритроцитів. Діаметр молекули гліцерину
становить 4,7 D (для порівняння, діаметр молекули
ЕГ становить 2,6 D, 1,2-ПД – 3,7 D). До того ж ви-
ключно висока гідрофільність молекул гліцерину
означає достатньо сильний зв’язок з гідратною
оболонкою, що може збільшити їх ефективний
розмір, який і без того перевищує критичний для
проходження через гідрофільні канали мембран
еритроцитів людини [3, 11]. Є цікавим також той
факт, що на відміну від еритроцитів людини гліцерин
набагато повільніше проникає в еритроцити вівці
та бика і набагато швидше – в еритроцити щурів
[12, 15]. Як відомо, пасивна проникність ліпідних
бішарів тісно пов’язана з їх текучістю, а отже із
вмістом ненасичених жирних кислот. Індекс
подвійних зв'язків для ліпідів еритроцитів вівці, бика,
людини і щура становить 0,7; 0,8; 1,4 і 1,7 відповідно.
the activation energy was found to be 25 kJ/mol. This
value was a little higher than the diffusion of water
molecules in the bulk solution (19 kJ/mol), but less than
the value for the lipid bilayer (45–60 kJ/mol) [26]. It
was shown previously [5], that the activation energy
of penetrating cryoprotectants such as 1,2-propanediol
(1,2-PD) and dimethyl sulfoxide (DMSO) in human
erythrocytes was within (depending on the temperature
range) 40–97 and 34–90 kJ/mol, respectively. It was
concluded that the penetration of these substances
occured through two parallel pathways of protein and
lipid nature. Proportions of the flows through these
pathways for different substances depends on the size
of molecules and their hydrophilic-hydrophobic proper-
ties [11].
Glycerol is the most hydrophilic substance among
the known cryoprotectants. The coefficient of its distri-
bution between the hydrophobic phase (n-octanol) and
water is 0.005, which is by one order less than for
ethylene glycol (EG) (Cd = 0.04) and 1,2-PD (Cd = 0.076)
[11]. Therefore, its penetration through the lipid bilayer
is extremely impeded. However, it was shown [3] that
treatment of erythrocytes with sulfhydryl reagent
pCMBS, which is a blocker of protein channels of hu-
man erythrocytes [19], does not affect their perme-
ability for glycerol at 20°C. The coefficient of permea-
bility for glycerol (0.038×10–6 m×s–1) is 2 orders of
magnitude less than those for fast penetrating hydro-
philic non-electrolytes: EG (1.98×10–6 m×s–1) or 1,2-
PD (1.6×10–6 m×s–1), and an order of magnitude less
than the permeability coefficients for these substances
of pCMBS-treated erythrocytes (0.526×10–6 m×s–1
and 0.664×10–6 m×s–1, respectively) [11]. Such a pro-
portion between permeability coefficients correlates
with the ratio between the distribution coefficients for
these substances between the hydrophobic phase and
water. It was concluded that glycerol penetrates in
these cells through the lipids [3]. This conclusion is
also consistent with data on the size of the molecule of
glycerol and protein channels of erythrocytes. The
diameter of glycerol molecule is 4.7 D (for comparison,
the diameter of the molecule of EG is 2.6 D, and of
1,2-PD is 3,7 D). In addition, the extremely high hydro-
philicity of glycerol molecules means a strong enough
relationship with hydrate shell, that may increase their
effective size, which already exceeds the critical value
to pass through the hydrophilic channels of human
erythrocyte membranes [3, 11]. There is also an inte-
resting fact that in contrast to human erythrocytes the
glycerol penetrates more slowly into sheep and bovine
erythrocytes and much faster into rat erythrocytes [12,
15]. Passive permeability of the lipid bilayer is known
to be closely related to their fluidity, and therefore to
their content of unsaturated fatty acids. Index of double
bonds for sheep, bovine, human and rat erythrocyte
lipids equals 0.7, 0.8, 1.4 and 1.7, respectively. This
391 problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №4
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №4
Це визначається ліпідним складом мембран ерит-
роцитів. Так, мембрани еритроцитів бика містять
набагато більший відсоток (46,2%) сфінгомієліну
(індекс подвійних зв’язків 0,33) у порівнянні з
еритроцитами людини (25,8%) за рахунок фосфа-
тидилхоліну (індекс подвійних зв’язків 0,96) [7].
Таким чином, версія проникання гліцерину саме
через ліпідний бішар узгоджується з даними про
ліпідний склад мембран еритроцитів різних ссавців.
З іншого боку, N. Roudier та співавтори [21] вва-
жають, що в мембранах еритроцитів людини є глі-
церинові канали і гліцерин проникає в ці клітини спе-
цифічними каналами, утвореними канальним
білком. Методом Вестерн-блотінгу автори засвід-
чили існування в мембранах еритроцитів людини
аквагліцеропорину AQP3. Також було показано, що
AQP3 визначається в мембранах еритроцитів лю-
дини, тоді як в мембранах еритроцитів бика імуно-
флуоресцентний аналіз підтвердив відсутність екс-
пресії AQP3 [8].
З метою встановлення можливих механізмів
проникання гліцерину в еритроцити людини нами
були отримані величини енергії активації цього
процесу в діапазоні температур 37...4°С. Для цього
були визначені коефіцієнти проникності мембран
еритроцитів у вказаному температурному діапазоні.
Матеріали і методи
Дослідження проведені на еритроцитах донор-
ської крові людини, яку отримували на консерванті
«Глюгіцир».
Коефіцієнти проникності визначали шляхом
вимірювання швидкості лізису еритроцитів у вод-
ному розчині проникаючої речовини, у даному
випадку гліцерину. Теоретичне підґрунтя методу
подано раніше [10]. Часові залежності гемолізу фік-
сували методом малокутового розсіяння світла [4].
Отриману експериментальну криву суміщали з
теоретичною, розрахованою на підставі фізико-ма-
тематичної моделі гіпотонічного гемолізу у водно-
му розчині проникаючої речовини за відповідних
значень коефіцієнта проникності [10].
Вимірювання були проведені на еритроцитах
п’яти дорослих донорів в діапазоні температур
37...4°С з інтервалом 2–3 градуси (по 3 вимірюван-
ня в кожній температурній точці для кожного
донора). Величину енергії активації (Еа) визначали
з нахилу графіка ln k від 1/T згідно з рівнянням
Ареніуса ln k = Eа/RT, де k – константа швидкості
процесу; R – газова константа; T – абсолютна тем-
пература.
Статистичну обробку результатів здійснювали
у програмі Microsoft Excel 2010. Дані подані у
вигляді M ± SE, вірогідність різниці оцінювали за
критерієм Стьюдента.
value is determined by lipid composition of erythrocyte
membranes. More specifically, bovine erythrocyte
membranes contain much more (46.2%), sphingomye-
lin (double bond index 0.33) than human erythrocytes
(25.8%) at the expense of phosphatidylcholine (index
of double bonds of 0.96) [7]. Thus, the hypothesed pe-
netration of glycerol through lipid bilayer is consistent
with data on the lipid composition of erythrocyte mem-
branes of various mammals.
On the other hand, Roudier N. et al. [21] believed
that human erythrocyte membranes possess glycerol
channels and glycerol penetrates into these cells by
specific channels formed by a channel protein. Using
Western blotting the authors confirmed the existence
in human erythrocyte membranes of aquaglycero-
porine AQP3. It was also shown that though the AQP3
was found in the membranes of human erythrocytes,
the immunofluorescence analysis confirmed the absen-
ce of AQP3 expression in bovine erythrocyte membra-
nes [8].
In order to establish the possible mechanisms of
glycerol penetration into human erythrocytes we would
find the values of activation energy of this process in
the temperature range of 37...4°C. Thereto we would
determine the permeability coefficients of erythrocyte
membranes in the specified temperature range.
Materials and methods
The experiments were conducted in erythrocytes
of human blood supplemented with preservative
solution Glugitsir.
Permeability coefficients were determined by mea-
suring the rate of erythrocytes lysis in aqueous solution
of penetrating substances, glycerol in our case. The theo-
retical basis of the method was desribed earlier [10].
Time dependences of hemolysis were recorded using
small-angle light scattering [4]. The resulting experi-
mental curve was fitted by matching the permeability
values with the theoretical dependence, calculated on
the basis of physical and mathematical models of hy-
potonic hemolysis in aqueous solution of penetrating
substance [10].
Measurements were performed in erythrocytes of
five adult donors in the temperature range of 37...4°C
with step of 2–3 degrees (3 measurements at each
temperature point for each donor). The value of activa-
tion energy (Ea) was determined from the slope of the
plot in the coordinates ln k vs. 1/T according to the
Arrhenius’ equation ln k = ED/RT, where k was the
constant of the process rate, R denoted the universal
gas constant, and T was the absolute temperature.
Statistical processing of the results was performed
with Microsoft Excel 2010. Data were presented as
M ± SE, the probability of the differences was esti-
mated by Student’s test.
С°,арутарепмеТ
C°,erutarepmeT
iцiфеоK є ,с/м,Kiтсонкинорптн
01× 8
ffeocytilibaemreP i ,s/m,Ktneic
01× 8
4 1000,0±1,0
6 900,0±32,0
01 640,0±5,0
21 670,0±27,0
51 11,0±48,0
81 51,0±89,0
02 72,0±21,1
22 23,0±4,1
42 53,0±30,2
62 13,0±34,2
82 82,0±98,2
03 85,0±59,3
33 12,0±88,4
73 65,1±36,7
392 problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №4
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №4
Результати та обговорення
Отримані значення коефіцієнтів проникності
мембран еритроцитів людини до молекул гліцерину
для низки температур подані в табл. 1. Для розра-
хунку енергії активації процесу проникання молекул
гліцерину крізь мембрани еритроцитів одержані
температурні залежності подані в координатах
Ареніуса (рис. 1, A–E). Тангенс кута нахилу графіка
Ареніуса становить Ea/R, де Ea – енергія активації
процесу (у даному випадку процесу проникання
гліцерину крізь мембрани еритроцитів); R – газова
постійна, що становить 8,3144 кДж/моль×К. У
результаті апроксимації експериментальних точок
в ареніусових координатах були отримані величини
енергії активації проникання гліцерину крізь мем-
брани еритроцитів людини для окремих донорів і
для усереднених по всім донорам значеннях про-
никності (табл. 2), які відповідають величинам, ха-
рактерним для проникання речовин ліпідним
шляхом.
З поданих графіків і табл. 2 видно, що в діапазоні
температур 12...15°С спостерігається розрив гра-
фіка Ареніуса з вірогідною зміною енергії активації,
Results and discussion
The obtained coefficients of membrane permeability
of human erythrocytes for glycerol molecules under
several temperatures are given in Table 1. To calculate
the activation energy of glycerol molecules penetration
through erythrocyte membranes the obtained tem-
perature dependences were plotted in Arrhenius’ coor-
dinates (Fig. 1A–E). The slope of Arrhenius’ graph
equals to Ea/R, where Ea is activation energy of the
process (in this case of the process of penetration of
glycerol through the membrane of red blood cells), R
is universal gas constant, equal to 8.3144 kJ/mol×K.
Approximation of experimental points in Arrhenius’
coordinates gave the values of activation energy for
glycerol penetration through the membrane of human
erythrocytes for individual donors as well as for per-
meability values averaged across all donors (Table 2),
which corresponded to the characteristic values for
the penetration of substances through the lipid pathway.
The presented Figure and Table 2 allow to see that
in the temperature range of 12...15°C the break in Ar-
rhenius’ dependence with statistically significant chan-
ges in the activation energy is similar to those obtained
for permeability of erythrocyte membranes for water
molecules [2]. In this temperature range we observed
not only the break in Arrhenius’ dependence but signi-
ficant instability of measured values too. In our case
there was also considerable dispersion in the results
obtained at temperatures of 12...15°C, that indicated
the instability of the membrane in this temperature
range. The results were also consistent with the data
of our previous investigation [5], where the sharp in-
crease in the activation energy of penetration of 1,2-
PD and DMSO molecules was revealed at the same
temperatures. It has been suggested that the sharp
increase in the activation energy of penetration of water
and cryoprotectants molecules at the temperatures
below 12°C might be caused by blocked protein path-
way of these substances diffusion as a result of confor-
mational transition in erythrocyte cytoskeleton actin-
spectrin complex and the associated anion exchange
band 3 protein [1, 2]. Role of band 3 protein in eryth-
rocyte membrane permeability for molecules of water
and small non-electrolytes was reported by many
authors [9, 22, 24, 25]. However, our recent study [5]
of the temperature dependence of permeability in
pCMBS-treated erythrocytes showed that treatment
of erythrocytes by sulfhydryl reagent did not eliminate
the break in Arrhenius dependence in the temperature
range of 15...12°C both in case of 1,2-PD and DMSO.
It was concluded that the increase in the activation
energy under cooling below 12°C was associated with
the state of the lipid matrix (viscosity, presence of hyd-
rophilic pore defects). Obviously, the structural transition
of cytoskeletal proteins contribute significantly to the
disturbing of membrane ensemble in this temperature
range, however, the increase in the activation energy
Таблиця 1. Коефіцієнти проникності мембран
еритроцитів людини для гліцерину
(усереднені дані, n = 15)
Table 1. Permeability coefficients of human erythrocyte
membranes for glycerol (average data, n = 15)
393 problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №4
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №4
аналогічний отриманому для проникності еритро-
цитів до молекул води [2]. У цьому діапазоні темпе-
ратур наявний не тільки розрив графіка Ареніуса,
але й суттєва нестабільність вимірюваних величин.
У нашому випадку також спостерігається значний
розкид результатів, отриманих за температур
12...15°С, що свідчить про нестабільність стану
мембрани в цьому температурному діапазоні.
Одержані результати також узгоджуються з наши-
ми попередніми даними [5] про різке збільшення
енергії активації проникання молекул 1,2-ПД і
ДМСО за тих же температур. Було висунуто при-
пущення, що різке збільшення енергії активації про-
никання молекул води і кріопротекторів за темпе-
ратур нижче 12°С може бути спричинене блокуван-
ням білкового шляху дифузії молекул цих речовин
внаслідок конформаційного переходу в актин-
спектриновому комплексі цитоскелета еритроцитів
і пов’язаному з ним аніонообмінному білку смуги
3 [1, 2]. Роль білка смуги 3 в проникності мембран
еритроцитів для молекул води і малих неелект-
ролітів була відзначена багатьма авторами [9, 22,
24, 25]. Проте проведене дослідження темпера-
турної залежності проникності pCMBS-оброблених
еритроцитів показало [5], що обробка еритроцитів
сульфгідрильним реагентом не усуває зламу аре-
ніусової залежності в діапазоні температур 15..12°С
як для 1,2-ПД, так і для ДМСО. Було зроблено
висновок, що збільшення енергії активації при охо-
лодженні нижче 12°С пов’язано зі станом ліпідного
матриксу (в’язкістю, наявністю дефектних гідро-
фільних пор). Очевидно, структурний перехід білків
цитоскелета відіграє суттєву роль у порушенні
мембранного ансамблю в цьому діапазоні темпе-
ратур, проте збільшення енергії активації обумов-
лено станом ліпідного бішару, а не закриттям
білкових каналів.
Одержані нами значення коефіцієнтів проник-
ності для гліцерину не узгоджуються з даними, от-
риманими методом розсіяння світла суспензією
еритроцитів у зупиненому потоці [24]. Наведена в
цій роботі величина 0,35×10–6 м×с–1 на порядок пе-
ревищує наші дані. При визначенні проникності для
гліцерину методом 50%-го гемолізу одержано кое-
фіцієнт проникності при 20°С, що дорівнює 0,015×
10–6 м×с–1 [16]. Ця величина узгоджується з нашими
значеннями за тієї ж температури (0,011×10–6 м×с–1).
N. Roudier та співавт. [21] методом, аналогічним
застосованому M.R. Toon та A.K. Solomon [24],
отримали видиму часову константу проникнення
гліцерину при 26°С – 0,12 с–1. Однак автори не
уточнюють, якому коефіцієнту проникності відпо-
відають ці часові характеристики (очевидно, через
неузгодженість з величинами коефіцієнтів, одер-
жаними іншим методом). У цій же роботі [21] кое-
фіцієнт проникності мембран еритроцитів людини
was due to the state of the lipid bilayer, rather than
blocked protein channels.
The obtained by us coefficients of permeability for
glycerol are not consistent with data obtained by light
scattering by erythrocyte suspension in the stopped
flow [24]. The reported by the authors value of 0.35×
10–6 m×s–1 are by order of magnitude higher than our
data. When determining the permeability to glycerol
by method of 50% of hemolysis the obtained perme-
ability coefficient at 20°C was equal to 0.015×10–6
m×s–1 [16]. This value is consistent with our values at
the same temperature (0.011×10–6 m×s–1). N. Roudier
et al. [21] used the method, similar to the one used by
M.R. Toon та A.K. Solomon [24], and obtained the
apparent time constant of glycerol penetration at 26°C
equal to 0.12 s–1. However, the authors do not specify
which permeability coefficients corresponded to these
time characteristics (apparently due to inconsistency
with the values of the coefficients obtained by another
method). In the same report [21] the coefficient of
permeability of human erythrocyte membranes to
glycerol was also measured using radiolabeled glycerol
нозапаiД
С°,рутарепмет
erutarepmeT
C°,egnar
роноД
.rNronoD
яiгренЕ
iцавитка ї,
ьлом/жДк
noitavitcA
lom/Jk,ygrene
ндереС є яннечанз
iгрене ї iцавитка ї,
ьлом/жДк
noitavitcaegarevA
lom/Jk,ygrene
21...4
1 86,371
*6,51±951
**551
4 9,861
5 761
6 51,841
7 71,731
73...51
1 6,87
*31±67
**7,87
4 89,86
5 47,79
6 6,76
7 20,76
Таблиця 2. Розраховані значення енергії активації
проникання молекул гліцерину крізь мембрани
еритроцитів людини
Table 2. Calculated values of activation energy
for penetration of glycerol molecules through
human erythrocyte membranes
Примітки: * – величини, отримані усередненням величин
енергії активації окремих донорів (рис. 1), P > 0,99; ** –
величини, отримані за усередненими по всім донорам кое-
фіцієнтам проникності (рис. 2).
Notes: * – values, resulted from averaging the values of activation
energy of individual donors (Fig. 1), P > 0.99; ** – values, obtained
from permeability coefficients, averaged through all donors (Fig. 2).
y = -20085x + 72,706
y = -11864x + 42,811
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0,0032 0,0033 0,0034 0,0035 0,0036 0,0037
394 problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №4
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №4
для гліцерину був виміряний також з використанням
радіоактивно мічених молекул гліцерину (14С-
гліцерин) 0,014×10–6 м×с–1, що цілком відповідає
нашим даним. E. Campos та співавт. [8] для ерит-
роцитів людини з використанням метода зупи-
неного потоку (як і в двох роботах, згаданих вище
[21, 24]) одержали значення проникності для глі-
церину при 23°С –0,137×10–6 м×с–1, тоді як для
еритроцитів бика методом лізису у водному розчині
гліцерину – на три порядки менше значення 0,0582×
10–8 м×с–1. Величини енергії активації для прони-
кання гліцерину в еритроцити людини та бика в діа-
пазоні температур 10(15)...37°С за даними E. Cam-
pos та співавт. [8] становлять 35,7 і 80,1 кДж×моль–1
відповідно. За думкою авторів, ці відмінності узго-
джуються зі знайденими відмінностями в проник-
ності еритроцитів людини та бика і свідчать про
те, що проникання відбувається різними шляхами:
якщо в еритроцитах людини AQP3 відіграє важливу
роль, проникання гліцерину в еритроцити бика від-
бувається крізь ліпідний бішар без внеску білкових
каналів. Проте слід зазначити, що навіть занижені
у порівнянні з нашими даними значення енергії
активації (35,7 кДж×моль–1) перевищують величи-
ни, характерні для канального механізму проникан-
ня, і не дають підстав для твердження про виключ-
но канальний механізм проникання гліцерину в
еритроцити людини. Крім того, необхідно відмітити
важливість вибору температурних точок для
molecules (14C-glycerol) and was equal to 0.014×10–6
m×s–1, which is consistent with our data. E. Campos
et al. [8] used stopped flow method for human erythro-
cytes (as in two above mentioned reports [21, 24])
and obtained the values for glycerol permeability at
23°C of 137×10–6 m×s–1, whereas in the case of bo-
vine erythrocytes the method of lysis in glycerol aque-
ous solution gave the value by three orders of magni-
tude less, 0.0582×10–8 m×s–1. The values of the activa-
tion energy for glycerol permeability in human and bovi-
ne erythrocytes in the temperature range of 10(15)...
37°C according to E. Campos et al. [8] were 35.7 and
80.1 kJ×mol–1, respectively. The authors believed these
differences as consistent with found differences bet-
ween the permeabilities of human and bovine eryth-
rocytes and suggested that penetration occurs by diffe-
rent pathways: in human erythrocytes AQP3 plays an
important role in the penetration of glycerol and in
bovine erythrocytes this occurs through the lipid bilayer
without the contribution of protein channels . However,
it should be noted that the values of activation energy
(35.7 kJ×mol–1) which are lower comparing to our data,
exceed the values characteristic for the channel pe-
netration mechanism and do not allow to claim only
channel mechanism for glycerol permeability in human
erythrocytes. In addition, it should be noted the impor-
tance of the choice of temperature points for assessing
the activation energy. If the activation energy is deter-
mined only by two points, as by E. Campos et al. [8],
Рис. 1. Ареніусова залежність коефі-
цієнтів проникності мембран ерит-
роцитів людини для гліцерину: A –
донор 1; B – 2; C – 3; D – 4; E – 5.
Fig. 1. Arrhenius dependence of per-
meability coefficients of human eryth-
rocyte membrane for glycerol: A –
donor 1; B – 2; C – 3; D – 4; E – 5.
y = -20889x + 75,52
y = -9457,4x + 34,938
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0,0032 0,0033 0,0034 0,0035 0,0036 0,0037
y = -17819x + 64,461
y = -8132,5x + 30,386
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0,0032 0,0033 0,0034 0,0035 0,0036 0,0037
y = -20314x + 73,531
y = -8296,6x + 30,611
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0,0032 0,0033 0,0034 0,0035 0,0036 0,0037
y = -16498x + 59,67
y = -8061,3x + 29,556
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0,0032 0,0033 0,0034 0,0035 0,0036 0,0037
1/T
ln
K
1/T
ln
K
1/T
ln
K
1/T
ln
K
1/T
ln
K
A B C
D E
395 problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №4
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №4
визначення енергії активації. Якщо енергія активації
визначається лише за двома точками, як в роботі
E. Campos та співавт. [8], важливо, щоб ці точки
не попали в область розриву (або зламу) ареніусо-
вої залежності, а також щоб вони знаходились в
діапазоні температур з однаковою енергією акти-
вації (саме ці вимоги порушені в роботі E. Campos
та спіавт. [8]). У протилежному випадку одержане
значення енергії активації може не відображати
реального стану речей.
На відміну від еритроцитів, величина енергії ак-
тивації проникання гліцерину, наприклад у дріжджові
клітини Sacchаromyces cerevisiae (26,2 кДж/моль)
[6], характерна для канального механізму прони-
кання, хоча б часткового. Відомо, що гліцерин є
суб’єктом метаболізму дріжджових клітин і їх мем-
брани мають спеціалізовані канали транспорту глі-
церину. Клітини S.cerevisiae містять чотири гени,
що кодують членів MIP-сім’ї [20]: осморегулюючо-
го переносника гліцерину Fps1 та його гомолога
Yfl054c [13,23], генетично близьких до аквагліце-
ропоринів, як передбачається з функцією транспор-
ту гліцерину, і двох аквапоринів – водних каналів
Aqp1 і Aqp2 [18]. Незважаючи на те, що гідрофіль-
но-гідрофобні властивості та геометричні розміри
молекул досліджених кріопротекторів (гліцерин,
1,2-ПД і ДМСО) суттєво різняться, виявилось, що
на відміну від еритроцитів коефіцієнти проникності
дріжджових клітин S. cerevisiae для них вірогідно
не відрізняються [6]. Геометричні параметри моле-
кули гліцерину перевищують такі для молекул
1,2-ПД та ДМСО. Менші розміри молекул останніх
у порівнянні з розмірами молекул гліцерину, а також
більша їх гідрофобність, особливо молекул ДМСО
(Кр = 0,25), очевидно, дозволяють їм проникати як
крізь гліцеринові канали, так і крізь ліпідний бішар.
При цьому енергія активації проникання крізь плаз-
матичні мембрани дріжджових клітин S. cerevisiae
для більш гідрофільних молекул гліцерину і 1,2-ПД
практично збігаються (26,2 и 25,75 кДж/моль відпо-
відно). Для більш гідрофобних молекул ДМСО
енергія активації є трохи більшою (37,7 кДж/моль),
що найімовірніше пов’язано з більшою часткою по-
току цієї речовини крізь ліпідний бішар. Ці дані ще
раз підтверджують, що при наявності канального
механізму проникання гліцерину крізь плазматичні
мембрани клітин енергія активації знаходиться в
межах, указаних в багатьох класичних роботах з
цього питання.
Висновки
Коефіцієнти проникності еритроцитів людини для
гліцерину, визначені методом розсіяння світла сус-
пензією еритроцитів у зупиненому потоці [8, 21, 24],
суттєво (на порядок величини) відрізняються від
таких, отриманих методом лізису у водному розчині
гліцерину [3, 16, дана робота] та методом швидкої
it is important for these points not to get into the break
(or kink) in Arrhenius’ dependence and be in the tempe-
rature range with the same activation energy (namely
these requirements were violated by E. Campos et al.
[8]). Otherwise, the obtained value of the activation
energy may not reflect the real situation.
Unlike red blood cells, the value of the activation
energy for glycerol penetration into e. g. Saccharomy-
ces cerevisiae yeast cells (26.2 kJ/mol) [6] is typical
for channel penetration mechanism, at least partial.
Glycerol is known to be a part of yeast cells metabolism
and their membranes possess specialized channels for
glycerol transport. S.cerevisiae cells contain four genes
encoding the members of the MIP family [20]:
osmoregulating transporter of glycerol Fps1 and its ho-
mologue Yfl054c [13, 23], genetically close to aquagly-
ceroporines, supposed to conduct the glycerol trans-
port and two aquaporines, water channels Aqp1 and
Aqp2 [18]. Despite the fact that the hydrophilic-hydro-
phobic properties and geometrical dimensions of the
molecules of studied cryoprotectants (glycerol, 1,2-PD
and DMSO) were significantly different, it appeared
that unlike erythrocytes the permeability coefficients
of S. cerevisiae yeast cells for the mentioned substan-
ces did not differ significantly [6]. Geometric parame-
ters of glycerol molecule excess those of 1,2-PD and
DMSO. Smaller size of the molecules of the latter if
compared with glycerol molecules, as well as their
higher hydrophobicity, especially of DMSO molecules
(Cd = 0.25) obviously allow them to penetrate through
both glycerol channels and the lipid bilayer. Moreover,
the activation energy of penetration through the plasma
membrane of S.cerevisiae yeast cells for more
Рис. 2. Ареніусова залежність коефіцієнтів проникності
мембран еритроцитів людини для гліцерину (усереднені
дані).
Fig. 2. Arrhenius dependence of permeability coefficients
of human erythrocyte membrane for glycerol (average data).
y = -18669x + 67,551
y = -9465,1x + 34,838
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0,0032 0,0033 0,0034 0,0035 0,0036 0,0037
1/T
ln
K
396 problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №4
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №4
hydrophilic molecules of glycerol and 1,2-PD are almost
the same (26.2 and 25.75 kJ/mol, respectively). For
more hydrophobic molecules of DMSO the activation
energy is slightly higher (37.7 kJ/mol), that is most likely
caused by the greater proportion of the flow of this
substance through the lipid bilayer. These data again
confirm that in the case of channel mechanism of gly-
cerol penetration through the cell plasma mem-branes
the activation energy is in the ranges mentioned in many
classic reports on the issue.
Conclusions
The coefficients of permeability of human erythro-
cytes to glycerol determined by light scattering by
erythrocyte suspension in the stopped flow [8, 21, 24]
significantly (by an order of magnitude) differ from
those obtained by method of lysis in glycerol aqueous
solution [3, 16, and this report] and by the method of
rapid filtration using 14C-labeled glycerol [21]. Perme-
ability coefficients obtained by the latter two methods
are quite consistent, which suggests that these results
are more reliable, because these methods are based
on entirely different approaches and, if they even give
any systematic errors during the application, these
errors can not be unidirectional.
The obtained in this paper value of the activation
energy of glycerol penetration through the membrane
of human erythrocytes and its dramatic increase in
the range of temperatures below 12°C, indicates the
penetration of glycerol molecules through the lipid
bilayer. At the same time, this value is quite equal to
those for 1,2-PD in the case of erythrocyte protein
channels treated with a blocker (i. e. 1,2-PD penet-
ration through the lipid bilayer), although for extremely
hydrophilic glycerol one would expect greater values
of activation energy. Thus, the question about the me-
chanisms of glycerol penetration in human erythrocytes
requires further investigation.
фільтрації із застосуванням 14С-міченого гліцерину
[21]. Значення коефіцієнтів проникності, одержані
останніми двома методами, цілком узгоджуються,
що дає підстави вважати саме ці результати більш
надійними, оскільки вказані методи засновані на
зовсім різних підходах і, якщо і дають якісь сис-
темні помилки при їх використанні, ці помилки не
можуть бути односпрямованими.
Отримана у даній роботі величина енергії акти-
вації проникання гліцерину крізь мембрани ерит-
роцитів людини, а також її різке збільшення в діапа-
зоні температур, нижчих за 12°С, свідчить про про-
никання молекул гліцерину крізь ліпідний бішар. В
той же час ця величина практично співпадає з та-
кою для 1,2-ПД для оброблених блокатором
білкових каналів еритроцитів (тобто для проникання
1,2-ПД крізь ліпідний бішар), хоча для надзвичайно
гідрофільного гліцерину можна було б очікувати ще
більших значень енергії активації. Таким чином, пи-
тання про механізми проникання гліцерину в ерит-
роцити людини потребує подальшого вивчення.
Литература
1. Гордієнко О.І. Вплив температури на проникність мембран
еритроцитів людини для 1,2-пропандіолу та диметилсуль-
фоксиду // Проблемы криобиологии. – 2003 .– №1. – С. 38–
45.
2. Гордиенко О.И., Емец Б.Г., Жилякова Т.А., Шейкин В.И.
Температурная зависимость водной диффузионной про-
ницаемости мембран эритроцитов в средах с различной
ионной силой // Биол. мембраны. – 1985. – Т. 2, №3. – С.
310–314.
3. Гордієнко О.І., Кощій С.В., Ліннік Т.П. Проникність мембран
еритроцитів людини для гліцерину та його ефірних похід-
них // Фізика живого. – 2003. – Т.11, №2. – С. 29–37.
4. Гордиенко О.И., Панина Ю.Е., Коваленко И.Ф. Определение
коэффициентов проницаемости мембран эритроцитов
для криопротекторов // Біофіз. вісник. – 1998. – Вип. 2. –
С. 59–63.
5. Давыдова Е.В., Гордиенко О.И. Влияние температуры на
проницаемость мембран эритроцитов для криопротек-
торов с различной степенью гидрофобности // Проблемы
криобиологии. – 2009. – Т. 19, №3. – С. 164–172.
6. Давыдова Е.В., Коваленко И.Ф., Гордиенко О.И. Влияние
температуры и блокатора белковых каналов на коэффи-
циенты проницаемости дрожжей S. cerevisiae для воды и
криопротекторов // Вісн. ХНУ. Серія: Біологія. – 2009. –
Вип. 878. – С. 82–90.
7. Черницкий Е.А., Воробей А.В. Структура и функции эритро-
цитарных мембран. – Минск: Наука и техника, 1981.– 216 с.
8. Campos E., Moura T.F., Oliva A. et al. Lack of aquaporin 3 in
bovine erythrocyte membranes correlates with low glycerol
permeation // Bioch. Bioph. Res. Com. – 2011. – Vol. 408. –
P. 477–481.
9. Garrick R.A., Patel B.C., Chinard F.P. Effects of sulfhydryl
and other reagents on the diffusional permeability of dog eryth-
rocytes to small solutes // BBA. – 1983. – Vol. 734. – P. 105–
113.
10.Gordienko E.A., Gordienko Yu.E, Gordienko O.I. The physico-
mathematical theory of human erythrocyte hypotonic hemolysis
phenomenon // Cryo-Letters. – 2003. – Vol. 24, №4. – Р. 229–244.
References
1. Gordiyenko O.I. Temperature effect on human erythrocyte
membrane permeability for 1,2-propane diol and dimethyl-
sulfoxide // Problems of Cryobiology. – 2003 .– N1. – P. 38–45.
2. Gordiyenko O.I., Yemets B.G., Zhilyakova T.A., Sheykin V.I.
Temperature dependence of aqueous diffusion permeability
of erythrocyte membranes in media with different ionic
strength // Biol. Membrany. – 1985. – Vol. 2, N3. – P. 310–314.
3. Gordiyenko O.I., Koshchiy S.V., Linnik T.P. Permeability of
human erythrocyte membrane for glycerol and its etherized
derivatives // Fizika Zhivogo. – 2003. – Vol. 11, N2. – P. 29–37.
4. Gordiyenko O.I., Panina Yu.Ye., Kovalenko I.F. Determining
the permeability coefficients of erythrocyte membranes for
cryoprotectants // Biophysical Bulletin. – 1998. – Issue 2. –
P. 59–63.
5. Davydova E.V., Gordiyenko O.I. Temperature effect on
erythrocyte membrane permeability for cryoprotectants with
different hydrophobicities // Problems of Cryobiology. – 2009. –
Vol. 19, N3. – P. 164–172.
397 problems
of cryobiology
Vol. 22, 2012, №4
проблемы
криобиологии
Т. 22, 2012, №4
11.Gordiyenko O.I., Linnik T.P., Gordiyenko E.O. Erythrocyte
membrane permeability for a series of diols // Bioelectroche-
mistry.–2004. – Vol. 62, №2. – P. 115–118.
12.Leibo S.P. Freezing damage of bovine erythrocytes: simulation
using glycerol concentration changes at subzero temperatu-
res // Cryobiology. – 1976. – Vol. 13, №5. – P. 587–598.
13.Luyten K., Albertyn J., Skibbe W. F. et al. Fps1, a yeast
member of the MIP family of channel proteins, is a facilitator
for glycerol uptake and efflux and is inactive under osmotic
stress // EMBO J. – 1995. – Vol. 14. – P. 1360–1371.
14.Macey R.I. Transport of water and urea in red blood cells //
Am. J. Physiol. – 1984. – Vol. 246. – P. 195–203.
15.Mazur P., Leibo S.P., Miller R.H. Permeability of the bovine
red cell to glycerol in hypertonic solutions at various tempera-
tures // J. Membr. Biol. – 1974. – Vol. 15. – P. 107–136.
16.Mazur P., Miller R.H. Permeability of the human erythrocytes
to glycerol in 1 and 2M solutions at 0 and 20°C // Cryobiology. –
1976. – Vol.13. – P. 507–522.
17.McElhaney R.N. The effect of membrane lipids on permeability
and transport in procariotes // Structure and properties of cell
membranes. VII. Molecular basis of selected transport sys-
tems / Ed. by G. Benga.– CRC Press, 1985. – P. 20–51.
18.Meyrial V., Laize V., Gobin R. et al. Existence of a tightly
regulated water channel in Saccharomyces cerevisiae // Eur.
J. Biochem. – 2001. – Vol. 268. – P. 334–343.
19.Ojcius D.M., Solomon A.K. Sites of p-chloromercuribenze-
nesulfonate inhibition of red cell urea and water transport //
BBA. – 1988. – Vol. 942. – P. 73–82.
20.Park J.H., Saier M.H. Phylogenetic characterization of the
MIP family of transmembrane channel proteins // J. Membr.
Biol. – 1996. – Vol. 153. – P. 171–180.
21.Roudier N., Verbavatz J.-M., Maurel C. et al. Evidence for
the presence of aquaporine-3 in human red blood cells // J.
Biol. Chem. – 1998. – Vol. 273, №14. – P. 8407–8412.
22.Solomon A.K., Chasan B., Dix J.A. et al. The aqueous pore in
the red blood cell membrane: Band 3 as a channel for anions,
cations, nonelectrolytes and water // Ann. NY. Acad. Sci. –
1983.– Vol. 414. – P. 97–124.
23.Tamas M. J., Luyten K., Sutherland F. C. W. et al. Fps1p
controls the accumulation and release of the compatible solute
glycerol in yeast osmoregulation // Mol. Microbiol. – 1999. –
Vol. 31. – P. 1087–1104.
24.Toon M.R., Solomon A.K. Transport parameters in the human
red cell membrane: solute-membrane interaction of hydrophilic
alcohols and their effect on permeation // BBA. – 1990. –
Vol. 1022. – P. 57–71.
25.Toon M.R., Solomon A.K. Permeability and reflection coeffi-
cients of urea and small amides in human red cell // J. Membr.
Biol. – 1996. – Vol. 153. – P. 137–146.
26.Viera F.L., Sha'afi R.I., Solomon A.K. The state of water in
human and dog red cell membranes // J. Gen. Physiol. – 1970. –
Vol. 55. – P. 451–466.
Надійшла 14.07.2012
6. Davydova E.V., Kovalenko I.F., Gordiyenko O.I. Effect of
temperature and blocker of protein channels on permeability
coefficients of S. cerevisiae yeasts for water and cryopro-
tectants // Visnyk KhNU. Series Biology. – 2009. – Issue
878. – P. 82–90.
7. Chernitskiy E.A., Vorobey A.V. Structure and function of eryth-
rocyte membranes. – Minsk: Nauka i Tekhnika, 1981.– 216 p.
8. Campos E., Moura T.F., Oliva A. et al. Lack of aquaporin 3 in
bovine erythrocyte membranes correlates with low glycerol
permeation // Bioch. Bioph. Res. Com. – 2011. – Vol. 408. –
P. 477–481.
9. Garrick R.A., Patel B.C., Chinard F.P. Effects of sulfhydryl and
other reagents on the diffusional permeability of dog erythrocy-
tes to small solutes // BBA. – 1983. – Vol. 734. – P. 105–113.
10.Gordienko E.A., Gordienko Yu.E, Gordienko O.I. The physico-
mathematical theory of human erythrocyte hypotonic hemolysis
phenomenon // Cryo-Letters. – 2003. – Vol. 24, N4. – Р. 229–244.
11.Gordiyenko O.I., Linnik T.P., Gordiyenko E.O. Erythrocyte
membrane permeability for a series of diols // Bioelectroche-
mistry.–2004. – Vol. 62, N2. – P. 115–118.
12.Leibo S.P. Freezing damage of bovine erythrocytes: simulation
using glycerol concentration changes at subzero temperatu-
res // Cryobiology. – 1976. – Vol. 13, N5. – P. 587–598.
13.Luyten K., Albertyn J., Skibbe W. F. et al. Fps1, a yeast
member of the MIP family of channel proteins, is a facilitator
for glycerol uptake and efflux and is inactive under osmotic
stress // EMBO J. – 1995. – Vol. 14. – P. 1360–1371.
14.Macey R.I. Transport of water and urea in red blood cells //
Am. J. Physiol. – 1984. – Vol. 246. – P. 195–203.
15.Mazur P., Leibo S.P., Miller R.H. Permeability of the bovine
red cell to glycerol in hypertonic solutions at various tempera-
tures // J. Membr. Biol. – 1974. – Vol. 15. – P. 107–136.
16.Mazur P., Miller R.H. Permeability of the human erythrocytes
to glycerol in 1 and 2M solutions at 0 and 20°C // Cryobiology. –
1976. – Vol.13. – P. 507–522.
17.McElhaney R.N. The effect of membrane lipids on permeability
and transport in procariotes // Structure and properties of cell
membranes. VII. Molecular basis of selected transport systems /
Ed. by G. Benga.– CRC Press, 1985. – P. 20–51.
18.Meyrial V., Laize V., Gobin R. et al. Existence of a tightly
regulated water channel in Saccharomyces cerevisiae // Eur.
J. Biochem. – 2001. – Vol. 268. – P. 334–343.
19.Ojcius D.M., Solomon A.K. Sites of p-chloromercuribenze-
nesulfonate inhibition of red cell urea and water transport //
BBA. – 1988. – Vol. 942. – P. 73–82.
20.Park J.H., Saier M.H. Phylogenetic characterization of the
MIP family of transmembrane channel proteins // J. Membr.
Biol. – 1996. – Vol. 153. – P. 171–180.
21.Roudier N., Verbavatz J.-M., Maurel C. et al. Evidence for
the presence of aquaporine-3 in human red blood cells // J.
Biol. Chem. – 1998. – Vol. 273, N14. – P. 8407–8412.
22.Solomon A.K., Chasan B., Dix J.A. et al. The aqueous pore in the
red blood cell membrane: Band 3 as a channel for anions, cations,
nonelectrolytes and water // // Ann. NY. Acad. Sci. – 1983.–
Vol. 414. – P. 97–124.
23.Tamas M. J., Luyten K., Sutherland F. C. W. et al. Fps1p
controls the accumulation and release of the compatible solute
glycerol in yeast osmoregulation // Mol. Microbiol. – 1999. –
Vol. 31. – P. 1087–1104.
24.Toon M.R., Solomon A.K. Transport parameters in the human
red cell membrane: solute-membrane interaction of hydrophilic
alcohols and their effect on permeation // BBA. – 1990. –
Vol. 1022. – P. 57–71.
25.Toon M.R., Solomon A.K. Permeability and reflection coeffi-
cients of urea and small amides in human red cell // J. Membr.
Biol. – 1996. – Vol. 153. – P. 137–146.
26.Viera F.L., Sha'afi R.I., Solomon A.K. The state of water in
human and dog red cell membranes // J. Gen. Physiol. – 1970. –
Vol. 55. – P. 451–466.
Accepted 14.07.2012
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-68678 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7673 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-11-27T12:28:58Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гордієнко, О.І. Коваленко, С.Є. Коваленко, І.Ф. 2014-09-27T07:30:15Z 2014-09-27T07:30:15Z 2012 Механізми проникання гліцерину крізь мембрани еритроцитів людини / О.І. Гордієнко, С.Є. Коваленко, І.Ф. Коваленко // Проблемы криобиологии. — 2012. — Т. 22, № 4. — С. 389-397. — Бібліогр.: 26 назв. — рос., англ. 0233-7673 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68678 577.352.4:611.018.51 Одержано коефіцієнти проникності мембран еритроцитів людини для гліцерину в широкому температурному діапазоні (37 - 4° С) з інтервалом 2 - 3 градуси. За ареніусовими залежностями розраховано величини енергії активації проникання молекул гліцерину в еритроцити. Показано, що в діапазоні температур 12 - 15° С спостерігається розрив графіка Ареніуса з вірогідним збільшенням енергії активації в зоні низьких температур. Одержані величини енергії активації 76 ±13> (37 - 15° С) та 159 ±1 15,6кДж×моль⁻¹ (12 - 4° С) свідчать про, принаймні, часткове проникання молекул гліцерину крізь ліпідний бішар. Обговорено дані літератури щодо коефіцієнтів проникності мембран еритроцитів людини для молекул гліцерину, визначені за допомогою різних методів. Получены коэффициенты проницаемости мембран эритроцитов человека для глицерина в широком температурном диапазоне (37...4° С) с интервалом 2–3 градуса. По аррениусовым зависимостям рассчитаны величины энергии активации проникновения молекул глицерина в эритроциты. Показано, что в диапазоне температур 12...15°С наблюдается разрыв графика Аррениуса с достоверным увеличением энергии активации в области низких температур. Полученные величины энергии активации 76 ± 13 (37...15°С) и 159 ± 15,6 кДж×моль⁻¹ (12...4°С) свидетельствуют, по крайней мере, о частичном проникновении молекул глицерина через липидный бислой. Обсуждаются данные литературы о коэффициентах проницаемости мембран эритроцитов человека для молекул глицерина, определенные различными методами. The performed study provided the permeability coefficients of human erythrocyte membranes for glycerol in wide temperature interval (37...4°C) with step of 2–3 degrees. Using the Arrhenius dependencies the activation energies of glycerol molecules penetration into erythrocytes were calculated. The temperature range of 12...15°C was characterized with a break in Arrhenius dependence with a significant rise in activation energy in low temperature area. The obtained values of activation energy, 76 ± 13 (37...15°C) and 159 ± 15.6 kJ×mol⁻¹ (12...4°C) testify to at least partial penetration of glycerol molecules through lipid bilayer. The paper discusses the literature data on coefficients of permeability for glycerol molecules, assessed with various methods. uk Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України Проблемы криобиологии Теоретическая и экспериментальная криобиология Механізми проникання гліцерину крізь мембрани еритроцитів людини Mechanisms of Glycerol Permeability through the Membrane of Human Erythrocytes Article published earlier |
| spellingShingle | Механізми проникання гліцерину крізь мембрани еритроцитів людини Гордієнко, О.І. Коваленко, С.Є. Коваленко, І.Ф. Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| title | Механізми проникання гліцерину крізь мембрани еритроцитів людини |
| title_alt | Mechanisms of Glycerol Permeability through the Membrane of Human Erythrocytes |
| title_full | Механізми проникання гліцерину крізь мембрани еритроцитів людини |
| title_fullStr | Механізми проникання гліцерину крізь мембрани еритроцитів людини |
| title_full_unstemmed | Механізми проникання гліцерину крізь мембрани еритроцитів людини |
| title_short | Механізми проникання гліцерину крізь мембрани еритроцитів людини |
| title_sort | механізми проникання гліцерину крізь мембрани еритроцитів людини |
| topic | Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| topic_facet | Теоретическая и экспериментальная криобиология |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/68678 |
| work_keys_str_mv | AT gordíênkooí mehanízmipronikannâglícerinukrízʹmembranieritrocitívlûdini AT kovalenkosê mehanízmipronikannâglícerinukrízʹmembranieritrocitívlûdini AT kovalenkoíf mehanízmipronikannâglícerinukrízʹmembranieritrocitívlûdini AT gordíênkooí mechanismsofglycerolpermeabilitythroughthemembraneofhumanerythrocytes AT kovalenkosê mechanismsofglycerolpermeabilitythroughthemembraneofhumanerythrocytes AT kovalenkoíf mechanismsofglycerolpermeabilitythroughthemembraneofhumanerythrocytes |