Вплив гамма-опромінення і температури на конформацію білків крові - Автореферат

У сучасній біофізиці проведення фундаментальних досліджень впливу таких фізичних факторів як іонізуюче випромінювання та температура на конформацію білків крові становить надзвичайно важливу і актуальну задачу у звязку з використанням гамма-опромінення, а також високих і низьких температур у різних галузях медицини і біології. Структурний стан макромолекул та ступінь їх гідратації в значній мірі обумовлюють функціональну активність білків і можуть змінюватися залежно від впливу опромінення, температури і концентрації білка. Робота виконувалась згідно з держбюджетними темами МОН України “Дослідження впливу гідратації і біологічно активних речовин на макромолекули й клітини в умовах дії іонізуючого опромінення” (№ 0100U003334) і “Фізичні механізми впливу іонізуючого випромінювання, температури і гідратації на макромолекули і біомембрани” (№ 0103U004236) на кафедрі біологічної і медичної фізики Харківського національного університету ім. Метою роботи було визначення впливу гамма-опромінення і температури на конформацію, гідратацію та діелектричні властивості сироваткового альбуміну (СА) та фібриногену, а також на властивості сироватки кордової крові (СКК). Отримати значення комплексної діелектричної проникності водних розчинів сироваткового альбуміну і фібриногену людини в залежності від дози гамма-опромінення в діапазоні від 5 до 200 Гр і температури в інтервалі 4-70 °С при різних концентраціях білків у розчині.Розглядаються фактори, що визначають конформаційну стабільність макромолекул і вплив на неї температури й гамма-опромінення. Виходячи з формули для діелектричної проникності двокомпонентної дисперсної системи та експериментально отриманих значень діелектричної проникності розчинів білків, обчислювали їх ступінь гідратації: де ??0 - статична діелектрична проникність води, ??s - статична діелектрична проникність розчину досліджуваної речовини, С - концентрація розчиненої речовини у грамах на 100 мл розчину, ???p? і????w??-високочастотні діелектричні проникності розчиненої речовини й води, v???парціальний питомий обєм розчиненої речовини, ????кількість звязаної води у грамах, що приходиться на 1 г розчиненої речовини, ????фактор форми молекул розчиненої речовини. Зі збільшенням дози опромінення до 100 Гр спостерігається тенденція до зростання ?різниці між діелектричною проникність води й розчину (???), що пропорційна кількості звязаної білком води. Концентрація макромолекул САБ у розчині істотно впливає на зміни діелектричних параметрів, а також ступеня гідратації білка в залежності від температури. Це визначається, очевидно, різним структурним станом води в розчинах: із збільшенням концентрації білка структура вільної води стає більш розвпорядкованою, що може бути обумовлено руйнуванням стійких асоціатів і водяних кластерів при розчиненні білка.Використання високочутливих експериментальних методів НВЧ-діелектрометрії і ЕПР-спектроскопії та теорії діелектричної проникності дисперсних систем і метода дискретного наближення дозволило зясувати залежність структурного стану білків крові від дози гамма-опромінення, температури, концентрації і режимів заморожування, що дозволяє використовувати отримані результати при розробці технологій стерилізації і кріоконсервування біопродуктів, які отримують з плазми крові, а також у радіаційній терапії. Встановлено, що характер термотропних конформаційних змін сироваткового альбуміну і фібриногену, а також час діелектричної релаксації молекул води у розчинах залежать від концентрації білків та дози гамма-опромінення.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. Використання високочутливих експериментальних методів НВЧ-діелектрометрії і ЕПР-спектроскопії та теорії діелектричної проникності дисперсних систем і метода дискретного наближення дозволило зясувати залежність структурного стану білків крові від дози гамма-опромінення, температури, концентрації і режимів заморожування, що дозволяє використовувати отримані результати при розробці технологій стерилізації і кріоконсервування біопродуктів, які отримують з плазми крові, а також у радіаційній терапії.

2. Встановлено, що характер термотропних конформаційних змін сироваткового альбуміну і фібриногену, а також час діелектричної релаксації молекул води у розчинах залежать від концентрації білків та дози гамма-опромінення.

3. Визначено, що при температурах 30-34 °С і 44-47 °С для сироваткового альбуміну та при температурах 25-33, 45-53 і 63 °C для фібриногену відбуваються зміни ступеня гідратації білків, що може бути викликано конформаційними переходами макромолекул.

4. Виявлено, що гамма?опромінення сироваткового альбуміну у розчині призводить до розпушення поверхні макромолекул білка та збільшенню ступеня його гідратації, а також до подальшої агрегації макромолекул.

5. Вперше визначені діелектричні властивості СКК у широкому інтервалі температур при гамма-опроміненні та різних режимах заморожування. Виявлено зниження величини дійсної частини діелектричної проникності ?" СКК після повільного заморожування у порівнянні з нативною та швидко замороженою сироваткою, а також при гамма-опроміненні дозами 50 і 100 Гр, що свідчить про збільшення ступеня гідратації макромолекул СКК.

6. За допомогою розробленого алгоритму розрахунку коефіцієнтів деполяризації частинок складної форми отримані теоретичні значення коефіцієнтів деполяризації для моделі молекули сироваткового альбуміну, наближеної до реальної форми. Розраховані величини ефективної діелектричної проникності дисперсної системи вода-альбумін більш близькі до експериментальних даних, ніж у випадку апроксимації макромолекули альбуміну еліпсоїдом обертання.

1. Горобченко О.А., Николов О.Т., Берест В.П., Гаташ С.В. Зависимость гидратации фибриногена от дозы гамма-облучения по данным СВЧ-диэлектрометрии. // Вісн. Харк. ун-ту. - 2000. - № 488. - Біофізичний вісник. - Вип. 1(6). - C. 108-111.

2. Горобченко О.А., Николов О.Т., Нардид О.А. Исследование влияния гамма-облучения на структуру бычьего сывороточного альбумина методом спиновых меток. // Прикладная радиоэлектроника. - 2004. - Т.3, №3. - C. 102-104.

3. Горобченко О.А. Метод вычисления коэффициентов деполяризации геометрических объектов и биологических структур произвольной формы. // Вісн. Харк. ун-ту. - 2003. - № 606. - Біофізичний вісник. - Вип. 2. - С. 92-96.

4. Горобченко О.А., Мошко Ю.А., Николов О.Т., Нардид О.А., Липина О.В., Гаташ С.В. Влияние режимов замораживания на диэлектрические свойства сыворотки кордовой крови. // Проблемы криобиологии. - 2004. - № 2. - C. 4-10.

5. Горобченко О.А., Николов О.Т., Гаташ С.В. Влияние гамма-облучения на температурные переходы фибриногена. // Вісн. Харк. ун-ту. - 2004. - № 637. Біофізичний вісник. - Вип. 1-2(14). - С. 102-104.

6. Gorobchenko O.A., Nikolov O.T., Berest V.P., Gatash S.V. The effect of gamma-irradiation on fibrinogen structure in solution // 6th International Conference “Dielectric and Related Phenomena”(DRP 2000). - Spala (Poland). - 2000. - P. 128.

7. Горобченко О.О., Ніколов О.Т., Нардід О.А., Гаташ С.В. Вплив температури й гамма-опромінення на сироватку кордової та венозної крові за даними НВЧ-діелектрометрії. // Тези доповідей ІІІ Зїзду українського біофізичного товариства. - Львів (Україна). - 2002. - C. 299.

8. Горобченко О.А., Николов О.Т., Гаташ С.В. Динамика молекул воды в сыворотке и плазме крови под действием температуры и гамма-облучения. // 6-я Пущинская школа-конференция молодых ученых “Биология - наука XXI века”. - Пущино (Россия). - 2002. - C. 9.

9. Горобченко О.А., Мошко Ю.А., Николов О.Т., Нардид О.А., Гаташ С.В. Влияние режима криоконсервирования на сыворотку кордовой крови по данным СВЧ-диэлектрометрии. // Труды конференции “От современной фундаментальной биологии к новым наукоемким технологиям”. - Пущино (Россия). - 2002. - C. 63.

10. Горобченко О.А., Николов О.Т., Берест В.П. Диэлектрические свойства гамма-облученных растворов фибриногена // Тезисы докладов IV съезда Белорусского общественного объединения фотобиологов и биофизиков. - Минск (Беларусь). - 2000. - C. 173.

11. Gorobchenko O.A., Nikolov O.T., Berest V.P., Gatash S.V. Influence of gamma-irradiation and temperature on blood proteins on microwave dielectric method // First International Young Scientists Conference on Applied Physics. - Kyiv (Ukraine). - 2001. - P. 138-139.

12. Gorobchenko О.O, Nikolov O.T., Gatash S.V. Dynamics of water molecules in protein solutions // 2nd International Conference “Broadband Dielectric Spectroscopy and its Applications”(IDS & DRP 2002). - Leipzig (Germany). - 2002. - P. 52.

13. Горобченко О.А., Николов О.Т., Гаташ С.В. Диэлектрическая проницаемость и гидратация бычьего сывороточного альбумина в растворе. // 7-я Пущинская школа-конференция молодых ученых “Биология - наука XXI века”. - Пущино (Россия). - 2003. - C. 58.

14. Gorobchenko O.A., Nikolov O.T., Gatash S.V. Water sate in protein solutions under radiation. // Eur. Biophys. J. - V.32, № 3. - Abstracts of IV European Biophysics Congress. - Alicante (Spain). - 2003. - P. 248.

15. Gatash S.V., Gorobchenko O.A., Nikolov O.T., Tovstyak V.V. Protein conformation, hydration and water molecules dynamics. Influence of physical factors. // Eur. Biophys. J. - V.32, № 3. - Abstracts of IV European Biophysics Congress. - Alicante (Spain). - 2003. - P. 258.

16. Дуркало Н.Т., Горобченко О.А., Николов О.Т., Гаташ С.В. Влияние гамма-излучения на бычий сывороточный альбумин. // Конференция молодых ученых “Физика низких температур-2004”. - Харьков (Украина). - 2004. - C. 25.

17. Дуркало Н.Т., Горобченко О.А., Ніколов О.Т., Гаташ С.В. Вплив гамма- випромінювання на структуру фібриногену. // Матеріали міжнародної наукової конференції “Каразінські природознавчі студії”. - Харків (Україна). - 2004. - C. 274-275.

18. Горобченко О.А., Николов О.Т., Нардид О.А. Структура и гидратация гамма-облученного САБ по данным ЭПР-спектроскопии и СВЧ-диэлектрометрии. // I Українська наукова конференція “Проблеми біологічної і медичної фізики”. - Харків. - 2004. - C. 67.

19. Горобченко О.А., Гаташ С.В. Диэлектрическая проницаемость растворов белков. Теоретическое рассмотрение. // I Українська наукова конференція “Проблеми біологічної і медичної фізики”. - Харків. - 2004. - C. 66.