Вплив етанолу на властивості Na ,K -АТР-ази кори головного мозку щурів - Автореферат

Відомо, що функціонування та активність Na ,K -ATP-ази, як і інших інтегральних білків, забезпечується при тісній взаємодії з ліпідним оточенням в мембрані [Дергунов А.Д. и др., 1984; Кравцов А.В., Алексеенко И.Р., 1990; Болдырев А.А., 2001]. Так, структурні перебудови в мембрані обумовлюють функціональні зміни цієї ферментної системи, а ізоформи каталітичної субодиниці Na ,K -ATP-ази мозку відрізняються за структурно-функціональними властивостями та відносною стійкістю до мембранотропних впливів in vitro [Капля А.А. и др., 1996; Капля А.А., 1998 (а)]. Причиною цього може бути або пряма дія на фермент, або структурні зміни в мембрані (наприклад, внаслідок вільнорадикальних процесів при церебральній ішемії, сублетальному іонізуючому опроміненні), або багаторівневі порушення тканиноспецифічних клітинних механізмів регуляції активності та експресії ізоферментів Na ,K -ATP-ази при різних хронічних патологічних станах [Болдырев А.А., Куклей М.Л., 1996; Капля А.А., 1998 (б); Капля А.А., Мищук Д.О., 2001]. В той же час тривала алкоголізація зумовлює адаптивні гомеостатичні зміни у функціонуванні організму, зокрема на рівні клітинних мембран різних типів тканин, які забезпечують розвиток толерантності до дії спирту на фоні формування залежності від алкоголю [Chin J.H., Goldstein D.B., 1985; Яровая Г.А., 1986; Шабанов П.Д., Калишевич С.Ю., 1998; Сторожок С.А. и др., 2001]. Такі дослідження могли б поглибити розуміння закономірностей взаємозвязку структури та функціонування Na ,K -ATP-ази в умовах модифікації етанолом структурних властивостей мембрани.Зважаючи на суперечливість поглядів стосовно закономірностей прямої мембранотропної та опосередкованої дії етанолу на Na ,K -АТР-азу, в роботі проведено дослідження впливу етилового спирту на активність цього ферменту кори головного мозку щурів за умов in vitro та in vivo. Показано, що чутливість Na ,K -АТР-ази до дії етанолу in vitro залежить від цілісності білок-ліпідного комплексу ферменту в мембрані. В експериментах in vivo вперше виявлено зниження Na ,K -АТР-азної активності на кінець першої декади ранньої постнатальної алкоголізації щурят та через 15 місяців довготривалої алкоголізації дорослих щурів. Показано, що за присутності етанолу в середовищі попередньої обробки мікросомної фракції DS-Na відбувається підсилення інактивації Na ,K -АТР-ази при дестабілізації мембранного оточення ферменту в умовах дії детергенту та підвищення температури (200®370С) на тлі [DS-Na]opt. Виявлено, що за присутності етанолу та бутанолу в середовищі АТР-азної реакції більш чутливою до інгібування є Na ,K -АТР-аза плазматичних мембран клітин кори головного мозку щурів (для етанолу I50=0,69±0,01М, для бутанолу I50=0,08±0,001М), ніж Mg2 -АТР-аза (для етанолу I50>2М, для бутанолу I50=0,23±0,01М) та уабаїнчутливі ізоформи каталітичної субодиниці Na ,K -АТР-ази, ніж а1-ізоформа.

Основний зміст роботи

1. Зважаючи на суперечливість поглядів стосовно закономірностей прямої мембранотропної та опосередкованої дії етанолу на Na ,K -АТР-азу, в роботі проведено дослідження впливу етилового спирту на активність цього ферменту кори головного мозку щурів за умов in vitro та in vivo. Показано, що чутливість Na ,K -АТР-ази до дії етанолу in vitro залежить від цілісності білок-ліпідного комплексу ферменту в мембрані. В експериментах in vivo вперше виявлено зниження Na ,K -АТР-азної активності на кінець першої декади ранньої постнатальної алкоголізації щурят та через 15 місяців довготривалої алкоголізації дорослих щурів.

2. Показано, що за присутності етанолу в середовищі попередньої обробки мікросомної фракції DS-Na відбувається підсилення інактивації Na ,K -АТР-ази при дестабілізації мембранного оточення ферменту в умовах дії детергенту та підвищення температури (200®370С) на тлі [DS-Na]opt. Встановлено, що чутливість Na ,K -АТР-ази до інгібування етиловим спиртом за його присутності в середовищі АТР-азної реакції підвищується в умовах попередньої дезорганізації мембранного оточення ферменту DS-Na та фосфоліпазою А2.

3. Виявлено, що за присутності етанолу та бутанолу в середовищі АТР-азної реакції більш чутливою до інгібування є Na ,K -АТР-аза плазматичних мембран клітин кори головного мозку щурів (для етанолу I50=0,69±0,01М, для бутанолу I50=0,08±0,001М), ніж Mg2 -АТР-аза (для етанолу I50>2М, для бутанолу I50=0,23±0,01М) та уабаїнчутливі ізоформи каталітичної субодиниці Na ,K -АТР-ази, ніж а1-ізоформа. Переважна інактивація етанолом а1-ізоформи Na ,K -АТР-ази виявляється лише за умов її більшої попередньої інактивації детергентом.

4. Показано, що зміни поверхневих властивостей мембран клітин кори головного мозку в умовах дії етанолу та бутанолу є різнонаправленими. В діапазоні концентрацій етанолу, що інгібують Na ,K -АТР-азу, відбувається розрідження поверхні мембрани, відповідно до гасіння флуоресценції АНС. Бутанол в концентраціях ?0,3М не змінює, а при вищих концентраціях викликає зростання інтенсивності флуоресценції АНС, імовірно, внаслідок підвищення ригідності поверхні мембран. Виявлено більш виразне зниження інтенсивності власної триптофанової флуоресценції мембранних білків у присутності бутанолу, порівняно з етанолом.

5. Пренатальна алкоголізація 20% етанолом протягом останнього триместру вагітності не супроводжується зменшенням загальної Na ,K -АТР-азної активності кори головного мозку життєздатного потомства (через 1 день після пологів). Проте на 10-й день постнатальної алкоголізації (час найбільшої затримки розвитку кори) виявлено вірогідне зниження (на ~30%) Na ,K -ATP-азної активності (однакове для ізоформ) у порівнянні з контрольними тваринами. Після 20-го постнатального дня відмінності між величинами ферментативної активності не виявляються. Mg2 -АТР-азна активність мікросомної фракції підвищується в онтогенезі незалежно від Na ,K -ATP-азної активності і нечутлива до постнатальної алкоголізації.

6. Довготривале споживання щурами 15% етанолу протягом 15 місяців призводило до помірного (на 13%) зниження Na ,K -АТР-азної активності плазматичних мембран кори головного мозку за рахунок зниження, головним чином, уабаїнчутливого компонента ферментативної активності (на 15%). Структурні характеристики мембран (за параметрами флуоресценції білкових триптофанових залишків та АНС), вміст SH-груп у постмітохондріальному супернатанті та інтенсивність пероксидації ліпідів (МДА) не змінюються. У вихідному гомогенаті зменшується відносний до білків вміст SH-груп, підвищується чутливість кори мозку до індукованої пероксидації.

1. Мищук Д.О., Зимина В.П., Капля А.А. Чувствительность Na ,K -АТР-азы коры головного мозга крыс к этанолу при нарушении структуры плазматической мембраны додецилсульфатом натрия // Укр. біохім. журн. - 2002. - Т. 74, №5. - С. 55-61.

2. Мищук Д.О., Капля А.А. Состояние Na ,K -АТР-азной системы коры головного мозга крыс в постнатальный период в условиях потребления этанола самками при беременности и лактации // Укр. біохім. журн. - 2002. - Т. 74, №6. - С. 58-64.

3. Мищук Д.О., Капля А.А. Влияние этанола на структурно-функциональные характеристики мембран коры головного мозга крыс in vitro // Укр. біохім. журн. - 2003. - Т. 75, №2. - С. 55-61.

4. Мищук Д.О., Капля А.А. Структурно-функциональное состояние мембран в микросомной фракции коры головного мозга крыс в условиях длительного потребления этанола // Укр. біохім. журн. - 2003. - Т. 75, №4. - С. 97-100.

5. Kaplya O., Mishchuk D. Effect of maternal ethanol consumption by pregnant and lactating rats on Na ,K -АТР-ase activity in the postnatal brain // Annales universitatis Mariae Curie-Sclodowska. - Lublin, Polonia. - 2002. - Vol. XV, №39. - P. 435-437.

6. Мищук Д.О. Влияние этанола на Na ,K -АТФАЗНУЮ активность коры головного мозга в постнатальном онтогенезе крыс // Биология - наука 21-го века: Сборник тезисов. - Том. 1. - Пущино. - 2002. - С. 283-284.

7. Капля О.А., Мищук Д.О., Зиміна В.П. Особливості Na ,K -ATP-азної системи кори головного мозку в постнатальному онтогенезі щурів за умов хронічного споживання етанолу самками під час вагітності та в період лактації // Укр. біохім. журн. - 2002. - Т. 74, №4а (додаток 1). - С. 136-137.

8. Міщук Д.О., Капля О.А., Зиміна В.П. Мембранотропна дія етанолу на Na ,K -АТФАЗУ кори головного мозку щурів // Тези доповідей ІІІ зїзду біофізичного товариства. - Львів. - 2002. - С. 79.