Дослідження впливу магнітних полів на оптичні та структурні зміни гемоглобіну, метгемоглобіну, цитохрому і альбуміну в умовах взаємодії з хлороформом і бензолом. Залежність флуоресцентних властивостей сироваткового альбуміну від частотних характеристик.
Аннотация к работе
Результати досліджень первинних механізмів впливу ЗМП ННЧ на біологічні обєкти призвели до формування цілого ряду незалежних гіпотез, які намагаються пояснити окремі квазірезонансні ефекти впливу ЗМП на молекулярному і клітинному рівнях (Аксенов С.И., 2004; Бинги В.Н., 1995; Lednev V.V., 1991; Liboff Дослідження ефектів ЗМП НЧ малої інтенсивності, використовуючи підхід, у рамках якого динамічна структура води є головною первинною мішенню дії ЗМП, що опосередковує великий спектр біологічних ефектів, наблизить нас до розуміння первинних механізмів дії МП і дозволить отримати нову інформацію про зміни біологічної активності таких важливих макромолекул, як білки. Вивчити вплив ЗМП ННЧ на структурні зміни гемоглобіну, метгемоглобіну, цитохрому с і сироваткового альбуміну в умовах їх взаємодії з неспецифічними гідрофобними лігандами - хлороформом і бензолом; Обєктом дослідження були глобулярні білки з різними особливостями просторової структури: гемоглобін - олігомірний б-спіральний гемопротеїд (М=64.5 КДА); метгемоглобін - гемоглобін зі ступенем окиснення заліза у гемі Fe3 , якій відрізняється від гемоглобіну певними змінами у просторовій структурі (М=64.5 КДА); цитохром с - невеликий за розміром (М=13.3 КДА) переважно б-спіральний гемопротеїд з невеликою кількістю в-складчастої структури; сироватковий альбумін - простий білок (М=67 КДА) з 48% б-спіралей, 15% в-складок і 37% неупорядкованих рухливих петель. Наукова новизна отриманих результатів полягає в тому, що вперше на прикладі гемоглобіну, метгемоглобіну, цитохрому с і сироватковому альбуміну в умовах їх взаємодії з гідрофобними сполуками (бензолом і хлороформом) досліджено вплив МП частотою 8 Гц на спектральні характеристики білків.Одразу після додавання кислоти експериментальні зразки насичували хлороформом і бензолом протягом 1, 2, 4 і 24 годин, після чого розчини піддавали ренатурації додаванням 0.2 М фосфатного буферу РН=7.0, який нейтралізував кислоту. Процес ренатурації реєстрували за зростанням оптичної густини метгемоглобіну з моменту початку нейтралізації РН розчинів через кожні 20 хвилин протягом 2-х годин до виходу кінетичних кривих на плато і досягнення кінцевого результату ренатурації метгемоглобіну при довжині хвилі л=408 нм, яка відповідає піку Соре (максимуму поглинання гему) і є чутливою ділянкою адсорбційного спектру цього білку до змін оточення цього хромофору. Дослідження впливу МП частотою 8 Гц здійснювалось на водних розчинах чотирьох глобулярних білків, що належать до різних структурних класів: гемоглобін - олігомірний б-спіральний гемопротеїд (М=64.5 КДА); метгемоглобін - гемоглобін зі ступеню окиснення заліза у гемі Fe3 , якій відрізняється від гемоглобіну певними змінами у просторовій структурі і магнітними властивостями атому заліза (М=64.5 КДА); цитохром с - невеликий (М=13.3 КДА) переважно б-спіральний гемопротеїд з невеликою кількістю в-складчастої структури, який у гемовій структурі містить залізо зі змінним ступенем окиснення; сироватковий альбумін - простий білок (М=67 КДА) з 48% б-спиралей, 15% в-структури і 37% неупорядкованих рухливих петель. Як видно з рисунка 1. інтенсивність власної флуоресценції білка підвищувалась під дією МП в окремих частотних діапазонах, максимальні зміни інтенсивності флуоресценції білка спостерігали при дії МП частою 48-68 Гц, що ще раз підтверджує ефективність впливу промислових частот на живі системи саме на молекулярному рівні і свідчить про необхідність подальшого дослідження такого впливу з метою вдосконалення гігієнічних норм МП ННЧ і його використання у медицині. Таким чином, дослідження залежності інтенсивності флуоресценції сироваткового альбуміну від частоти МП свідчать про те, що 40-хвилиний вплив МП з частотами 46 Гц, 56-68 Гц, 72-74 Гц і 85 Гц в цілому підвищує інтенсивність флуоресценції, тоді як дія МП на частотах 2 Гц, 14-26 Гц, 36 Гц, 52-56 Гц, 76-80 Гц, 88-92 Гц призводить до зниження інтенсивності власної флуоресценції.Змінні магнітні поля наднизьких частот, як правило, не призводять до змін спектральних характеристик глобулярних білків. Зміни структурно-функціональних властивостей білкових макромолекул відбуваються внаслідок спільної дії магнітних полів і низькомолекулярних речовин гідрофобної природи, причому вплив поля в цілому прискорює і посилює структурні зміни, індуковані неспецифічним звязуванням білків з гідрофобними лігандами. При дії змінного магнітного поля наднизької частоти на водні розчини гемоглобіну, метгемоглобіну і сироваткового альбуміну достовірні зміни в їх спектральних характеристиках не спостерігаються; при довготривалому добовому впливі поля на водні розчини цитохрому с в адсорбційних спектрах білку спостерігаються 20%-ий гіперхромний ефект і довгохвильовий “червоний” зсув смуги Соре. При спільній дії магнітного поля наднизької частоти і бензолу на метгемоглобін спостерігається уповільнення формування гіпохромного ефекту, викликаного впливом ліганду, але через 24 години експозиції він зростає на 15% відносно спектру неопроміненого біополімеру.
План
Основний зміст роботи
Вывод
Змінні магнітні поля наднизьких частот, як правило, не призводять до змін спектральних характеристик глобулярних білків. Зміни структурно-функціональних властивостей білкових макромолекул відбуваються внаслідок спільної дії магнітних полів і низькомолекулярних речовин гідрофобної природи, причому вплив поля в цілому прискорює і посилює структурні зміни, індуковані неспецифічним звязуванням білків з гідрофобними лігандами.
При дії змінного магнітного поля наднизької частоти на водні розчини гемоглобіну, метгемоглобіну і сироваткового альбуміну достовірні зміни в їх спектральних характеристиках не спостерігаються; при довготривалому добовому впливі поля на водні розчини цитохрому с в адсорбційних спектрах білку спостерігаються 20%-ий гіперхромний ефект і довгохвильовий “червоний” зсув смуги Соре.
Насичення метгемоглобіну і сироваткового альбуміну хлороформом викликає до формування достовірного “червоного” зсуву на диференціальних спектрах, що обумовлено зміною полярності оточення хромофорів. Слабке магнітне поле наднизької частоти збільшує величину цього зсуву, що свідчить про підсилення звязування ліганду з білками.
При спільній дії магнітного поля наднизької частоти і бензолу на метгемоглобін спостерігається уповільнення формування гіпохромного ефекту, викликаного впливом ліганду, але через 24 години експозиції він зростає на 15% відносно спектру неопроміненого біополімеру. Це є доказом того, що магнітне поле підсилює конформаційні перебудови білку, індуковані гідрофобними лігандами.
Спільний вплив магнітного поля і хлороформу призводить до зниження окиснювальної здатності цитохрому с в першу годину експозиції на 18%. Даний факт свідчить про те, що магнітне поле наднизької частоти сприяє звязуванню ліганду цитохромом с і посилює дестабілізуючу дію неполярного ліганду на структуру біополімеру.
Вплив слабкого магнітного поля наднизької частоти інгібує процес ренатурації метгемоглобіну, викликане хлороформом та бензолом, протягом перших чотирьох годин впливу і не призводить до достовірних змін при довготривалій експозиції.
Дія змінного магнітного поля наднизької частоти на особливості власної флуоресценції сироваткового альбуміну залежить від його частоти. На ділянці від 0 до 100 Гц відокремлюються частоти 46 Гц, 56-68 Гц, 72-74 Гц і 85 Гц, які підвищують інтенсивність флуоресценції, тоді як дія магнітного поля на частотах 2 Гц, 12-26 Гц, 36 Гц, 52-56 Гц, 76, Гц, 80 Гц, 88-92 Гц призводить до зниження інтенсивності власної флуоресценції сироваткового альбуміну.
Список литературы
Статті
1. Мартынюк В.С., Калиновский П.С., Цейслер Ю.В. Влияние слабого магнитного поля крайне низкой частоты на спектральные характеристики цитохрома с в присутствии хлороформа // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И.Вернадского. Серия “Биология, химия”. - 2001. - Т.14 (53), № 3 - С. 121-128. (здобувачем здійснено вивчення літератури з проблеми дослідження, проведення експериментальної частини досліджень і статистична обробка одержаних результатів).
2. Цейслер Ю.В., Калиновський П.С., Мартинюк В.С. Влияние переменного магнитного поля на спектральне характеристики альбумина при его взаимодействии с гидрофобными лігандами // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И.Вернадского. Серия “Биология, химия”. - 2003. - Т.16 (55), № 3. - С. 8 - 12. (здобувачем здійснено визначення наукової проблеми, проведення експериментальних досліджень. Разом з співавторами зроблено статистичну обробку результатів дослідження, їх узагальнення та висновки).
3. Емельянова Н.С., Калиновский П.С., Цейслер Ю.В., Мартинюк В.С. Влияние переменного магнитного поля на связывание тамоксифена с сывороточным альбумином // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И.Вернадского. Серия “Биология, химия”. - 2003. - Т.16 (55), № 3. - С. 65 - 68. (здобувачем здійснено вивчення проблематики, аналіз літературних даних. Разом з співавторами проведено узагальнення результатів та висновки).
4. Мартынюк В.С., Цейслер Ю.В. Влияние некоторых гидрофобных лигандов на спектральне характеристики гемоглобина // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И.Вернадского. Серия “Биология, химия”. - 2004. - Т.17 (56), № 1. - С. 150-155. (здобувачем здійснено вивчення літературних даних з вказаної проблематики, проведено експериментальну частину дослідження і статистичну обробку одержаних результатів. Спільно з співавтором здійснено узагальнення отриманих результатів та формулювання висновків).
5. Мартынюк В.С., Цейслер Ю.В., Калиновский П.С. Влияние электромагнитного поля крайне низкой частоты на конформационное состояние сывороточного альбумина при его насыщении хлороформом // Таврический медикобиологический вестник. - 2004. - Т.7, № 1. - С. 86-90. (здобувачем здійснено вивчення літератури з проблеми дослідження, проведення експериментальної частини досліджень, статистична обробка одержаних результатів. Разом з співавторами зроблено узагальнення результатів та формулювання висновків дослідження).
6. Martynyuk V.S., Kalinovsky P.S., Tseisler Yu.V. Influence of 8 Hz Magnetic Fiseld on The Binding of Chloroform With Proteins // Biophysics. - 2004. - V. 49. - N. 1. - P.17-22. (здобувачем здійснено вивчення проблеми на основі літературних даних. Спільно з співавторами було проведено експериментальне дослідження і статистична обробка одержаних результатів, а також узагальнення результатів та формулювання висновків).
7. Мартынюк В.С., Цейслер Ю.В. Изменение спектральних характеристик метгемоглобина в условиях его взаимодействия с хлороформом под действием магнитного поля крайне низкой частоты // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И.Вернадского. Серия “Биология, химия”. - 2005. - Т.18 (57), № 1. - С. 52-58. (здобувачем здійснено визначення наукової проблематики, аналіз літератури з цього питання, проведено експериментального дослідження і статистичного аналізу отриманого матеріалу).
8. Мартинюк В.С., Цейслєр Ю.В., Мірошниченко М.С. Ренатурация метгемоглобина под влиянием гидрофобних лигандов // Ученые записки Таврического национального университета им. В.И.Вернадского. Серия “Биология, химия”. - 2005. - Т.18 (57), № 2. - С. 65-69. (здобувачем здійснено самостійне вивчення і узагальнення літературних даних з проблеми, виконано експериментальну частину дослідження і статистичну обробку даних. Разом з співавторами здійснено узагальнення результатів та формулювання висновків).
9. Martynyuk V.S., Tseysler Yu. V. The Hydrophobic-Hydrophilic Balance in Water Solution of Proteins as The Possible Target for Extremely Low Frequency Magnetic Fields // In: Biophotonics and Coherent Systems in Biology - Berlin-Heidelberg-New York: Springer, 2006. - Р. 105 - 122. (здобувачем здійснено аналіз літературних даних з проблематики, проведено частину експериментальних досліджень і статистична обробка одержаних результатів. Спільно з співавтором зроблено узагальнення результатів та формулювання висновків).
10. Мартинюк В.С., Цейслєр Ю.В., Мірошниченко М.С. Дія електромагнітного поля на процес ренатурації метгемоглобіну, насиченого неполярними лігандами // Вісник Київського національного університету імені Тараса Шевченка, серія “біологія”. - 2006. - Т. 46-47. - С. 20 - 23. (здобувачем проведено експериментальну частину дослідження і статистичний аналіз отриманих результатів. Спільно з співавторами здійснено узагальнення результатів та формулювання висновків).
Матеріали наукових конференцій, тези
11. Цейслер Ю.В., Калиновский П.С., Мартынюк В.С. Влияние переменного магнитного поля на спектральные характеристики альбумина при его взаимодействии с гидрофобными лигандами // Тезисы докладов Всеукраинской конференции молодых учених “Актуальные вопросы современного естествознания - 2003”, 11-13 апреля 2003, Сімферополь. - Сімферополь, 2003. - С. 92. (здобувачем здійснено визначення наукової проблеми, проведення експериментальних досліджень. Разом з співавторами зроблено статистичну обробку результатів дослідження, їх узагальнення та висновки).
12. Мартынюк В.С., Калиновский П.С, Цейслер Ю.В. Влияние переменного магнитного поля на спектральне характеристики сывороточного альбумина и цитохрома С при их взаимодействии с хлороформом // Тезисы докладов III Международного конгресса “Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине”, 01-04 июля 2003, Санкт-Петербург, Россия. - СПБ, 2003. - С. 51. (здобувачем проведено експериментальну частину дослідження і статистичний аналіз отриманих результатів. Спільно з співавторами здійснено узагальнення результатів та висновків).
13. Мартынюк В.С., Калиновский П.С., Цейслер Ю.В. Влияние переменного магнитного поля частотой 8 Гц на спектральне характеристики сывороточного альбумина при его взаимодействии с хлороформом // Тезисы докладов Международной крымская конференция “Космос и биосфера”, 28 сентября - 4 октября 2003, Партенит, Украина. - С. 169. (здобувачем здійснено визначення наукової проблематики, аналіз літератури з цього питання, проведено експериментального дослідження і статистичного аналізу отриманого матеріалу).
14. Мартынюк В.С., Абу Хада Р.Х., Цейслер Ю.В., Калиновский П.С. Модуляция биологической активности веществ низкочастотними магнитними полями // Тези доповідей XX Української конференції з органічної хімії, 20-24 вересня 2004, Одеса, України. - Одеса: Вид-во “Астропринт”, 2004. - С. 66. (здобувачем проведено експериментальну частину дослідження і статистичний аналіз отриманих результатів. Спільно з співавторами здійснено узагальнення результатів та формулювання висновків).
15. Martynyuk V.S., Tseyslyer Yu.V., Kalinovsky P.S., Panov D.A. Hydrophobic interactions in biological structures as a possible target for extremely low frequency magnetic fields // Abstracts Book of 3rd Alexander Gurwitsch Conference “Biophotons and Coherent Systems in Biology, Biophysics and Biotechnology”, September 26 - October 2, 2004, Partenit, Ukraine. - 2004. - P.22. (здобувачем здійснено аналіз літературних даних з проблематики, проведено частину експериментальних досліджень і статистична обробка одержаних результатів. Спільно з співавтором зроблено узагальнення результатів та формулювання висновків).
16. Мартинюк В.С, Абу Хада Р.Х., Цейслер Ю.В., Калиновський П.С. Низкочастотные магнитные поля влияют на связывание веществ неполярной природы с белками // Тезисы докладов Украинской конференции “Прикладная физическая химия”, 14-18 сентября 2004, Алушта, Украина. - 2004. - С.74. (здобувачем проведено експериментальну частину дослідження і статистичний аналіз отриманих результатів).
17. Цейслер Ю.В. Сравнительный анализ изменений спектров поглощения метгемоглобина при его взаимодействии с хлороформом и бензолом в условиях воздействия переменного магнитного поля // 77-ая научно-практическая конференция Крымского государственного медицинского университета им. С.И. Георгиевского, Сімферополь. - 2005. - С. 22.
18. Цейслєр Ю.В., Мартинюк В.С, Мірошниченко М.С. Ренатурація метгемоглобіну та вплив гідрофобних лігандів на цей процес // Тези доповідей V Всеукраїнської конференції студентів та аспірантів, 15-16 вересня 2005, Київ-2005. - С. 111-113. (здобувачем здійснено визначення наукової проблеми, проведення експериментальних досліджень, зроблено статистичну обробку результатів дослідження).
19. Мартынюк В.С, Цейслер Ю.В., Мирошниченко Н.С. Действие слабого магнитного поля частотой 8 Гц на пространственную структуру и ренатурацию метгемоглобина в условиях его взаимодействия с гидрофобными лигандами // Тезисы докладов Международной крымской конференции “Космос и биосфера”, 26 сентября - 1 октября 2005, Партенит, Крым, Украина. - С. 103. (здобувачем проведено експериментальну частину дослідження і статистичний аналіз отриманих результатів).
20. Мартынюк В.С., Цейслер Ю.В., Мирошниченко М.С. Влияние магнитного поля крайне низкой частоты на спектры поглощения и ренатурацию метгемоглобина, насыщаемого неполярними лигандами/ Тезисы докладов IV Международного Конгресса “Слабые и сверхслабые поля и излучения в биолигии и медицине”, 3-7 июля, 2006, С.-Пб., Россия. - С.-Пб., 2006. - С. 60. (здобувачем здійснено вивчення літератури з проблеми дослідження, проведення експериментальної частини досліджень, статистична обробка одержаних результатів. Разом з співавторами зроблено узагальнення результатів та формулювання висновків дослідження).
21. Цейслєр Ю.В., Мартинюк В.С, Мірошниченко М.С. Вплив магнітних полів наднизької частоти на флуоресцентні властивості сироваткового альбуміну при його навантаженні гідрофобними сполуками // Тези доповідей VI Всеукраїнської наукової конференції студентів та аспірантів “Біологічні дослідження молодих вчених в Україні”, 21-22 вересня 2006, Київ-2006. - С.75-76. (здобувачем здійснено визначення наукової проблематики, аналіз літератури з цього питання, проведено експериментальне дослідження і статистичний аналіз отриманого матеріалу).
22. Цейслєр Ю.В., Мартинюк В.С, Мірошниченко М.С. Вплив магнітних полів наднизької частоти на спектри поглинання і ренатурацію метгемоглобіну при його взаємодії з неполярними лігандами // Тези доповідей IV зїзду Українського біофізичного товариства, 19 -21 грудня 2006, Донецьк. - 2006. - С. 326 - 327. (здобувачем здійснено визначення наукової проблематики, аналіз літератури з цього питання, проведено експериментального дослідження і статистичного аналізу отриманого матеріалу).