Разработка метода оценки быстрых изменений уровня подвижных и прочносвязанных фосфолипидов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ
|
Лопина, Надежда Петровна
АВТОР
|
||||
|
кандидата химических наук
УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ
|
||||
|
Тверь
МЕСТО ЗАЩИТЫ
|
||||
|
1996
ГОД ЗАЩИТЫ
|
|
02.00.04
КОД ВАК РФ
|
||
|
|
||||
'3 М 9 2'
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РСФСР ПО ДЕЛАМ НАУКИ И ЬМЖЙ ШКОЛЫ
Тверской государственный университет
На правах рукописи
Л ШИНА НДДЕВДА ПЕГРОША
РАЗРАБОТКА МЕТОДА СЦЕНКИ БКСТРКХ ИЗМЕНЕНИЙ УРОШЯ ПОДЪШНЫХ И ПРОЧНХШЗАННЬ'Х ФОСФОЛЖЩОВ.
Специальность 02.00.04 - физическая химия
■ 02. 00.10-- биоорганическая тсимия,"
химия природных и фиэио- . логически активных веществ.
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук
Тверь - 1992
Работа выполнена на кафедре общей и биоорганической химии Тверского Ордена Дружбы Народов государственного медицинского
института.
Научные руководители: доктор биологических наук,профессор
A.В.Каргаполов
доктор медицинских наук,профессор
B.В.Аникин
»
Официальные оппоненты: доктор химических наук,профессор
Э.М.Сульман кандидат биологических наук,доцент
C.В.Карцова
Ведущая организация: Московский государственный университет
Защита диссертации состоится ЛМХЭи 1992 г.в "/^часов на заседании специализированного совета К 063.97,05 в Тверском государственном университете по адресу: 170002,г.Тверь,Садовый . пер.,35.
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ТГУ.
Отзывы направлять ло адресу: 170002,г.Тверь,Садовый пер.,35, университет,специализированный совет по защитам,ученому секретарю.
Автореферат разослан
Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математических наук, доцен Ю.Г.Паетушенков
ОЩАН ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблем;. Фосфолипидн,являясь необходимым структурным компонентом биологических: меибран, играют важную роль в реализации фундаментальных функций клетки:транспортной, рецепторной,энергетической,пролифератишой. Однако, приводимые в литературе сведения о количественном содержании данных соединений в биологических мембранах, отличаются противоречивостью (<0сшт G , 1985; Швец В.И. и coaвт.,198?;Крепе Е.М., 1931 ). Это,вероятно,связано с тем,что фосфосодержащие липиды одновременно участвуют в большом количестве биохимических процессов,причем уровень их контролируется рядом ферментативных систем и существенно меняется в короткие промежутки времени в Процессе функционирования ( Дин Р., 1981; Мацуль В.М., 1У88 ). При этом следует отметить также,что фосфолипиды находятся в мембранах в ввде белково-липидных комплексов,из которых часть проч-носрязанных фосфоллпвдов (ФЛ) не извлекается традиционными методами экстракции (Кейтс М., 1У75; Олифсон JI.E. с соавт., I9ÖI),
Цель работы состояла в разработке метода выделения подвижных и прочноевязанных ФЛ и определении параметров динамики быстрых изменений этих липидов в биологических системах.
Научная новизна работы. Предложен метод,позволяющий оценить динамику быстрых изменений подвижны* и прочноевязанных ФЛ биологических мембран под действием внешних факторов. Выявлены различия в характере быстрых изменений фосфатидилхолинов (ФХ) и фосфатидилинозитов (ФИ) биологических систем в норме и при патологии, Впервые обнаружено в митохондриальных мембранах существование значительного количества прочносвяэанннх ФЛ, уровень которых зависит от физико-химических параметров среды инкубация и состава экстрагирующей смеси. Высказано предположение о существовании тесной взаимосвязи просносвяэанного и подвижного пулов липидов митохондрий.
• Практическая значимость работы. Разработанный метод впервые позволил исследовать динамику быстрых изменений уровня содержания ФХ и ФИ, что даёт возможность получить принципиально новую информации о функциональном состоянии биомембран. Предложенный метод может быть использован для аналитического выделения проч-носвязанных ФЛ. Новый методический приём особенно интересен
/
для исследования быстрых изменений крови при ишемической болезни сердца, так как позволяет получать новую информацию о специфике реакции этого липида на наличие инфаркта миокарда. Показано, что стадия заболевания отражается на характере быстрых изменений что имеет важное диагностическое и прогностическое значение.
Внедрение результатов в практику. В Меж^акультетской ПНИЛ биоорганической химии им. А.Н.Белозерского Московского государственного университета используются результаты совместной работы по теме: "Лилидный обмен и окислительное ("[-осформирование митохондрий при ишемической болезни сердца" и внедрена методика определения одновременно с измерением других функциональных параметров митохондрий.
В терапевтическом отделении городской больниш № I г. Твери с 1990 года используется метод оценки состояния больных инфарктом миокарда по динамике быстрых изменений ФИ цельной крови, предложенный в диссертационной работе.
На каФедре общей и биоорганической химии Тверского государственного медицинского института используются результаты дис- : сертационной работы в лабораторной практике научных исследований кафедры, а также в теоретическом плане лекционного курса студентов.
В диссертации выносятся на защиту следующие положения:
1. Результаты влияния Физико-химических параметров среды инкубации и экстрагирующей смеси на эффективность выделения прочносвязанных ФосФюлипидов.
2. Существование в биомембранах быстрых, специфических колебаний уровня подвижных и прочносвязанных ^Х, возникающих под действием гипотонии, АТЛ, ионов калымя, ФгасФата.
3. Возможные механизмы, обеспечивающие динамику быстрых изменений уроькл содержания подвижных в биологических системах.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации докладывались на Объединенной научной конференции молодых ученых и специалистов "Медицинская наука - практическому здравоохранению" (Махачкала, 1990), I научно-практической конференции молодых медиков Нечерноземья ( Тверь, 19ЭС). Диссертация апр<">- " бирована на межкаФедральном заседании с участием сотрудников ке^едр Физической химии, биохимии и биотехнологии Тверского
государственного университета, общей и биоорганической химии Тверского государственного медицинского института (Í992). По теме диссертации опубликованы: 5 научных статей, 2 тезиса докладов, получено положительное решение на изобретение ( 4851949/14 (079229) от 18.Сб.90 г), получены удостоверения на 7 раиионализаторских предложений.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и выводов. Первая глава представляет собой обзор литературы. Во второй главе дано описание проведенных экспериментов. Третья глава содержит основные результаты собственных исследований и их обсуждение. Диссертация изложена на 132 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 28 рисунков. Список литературы вклэчает 197 наименований.
СОДЕРЖАНИЕ PABOTH Материалы и метода исследований.
Аналитическое выделение различных Фракций ФосФолипидов из многокомпонентных смесей природных липидов осуществлялось с помощью усовершенствованного метода проточной тонкослойной хроматографии. В качестве адсорбента использовалась Фракция частиц (32-45 мгс), получаемая из силинагеля ¿/40 ("Chemapol ЧСТ ), способом седиментации. Количественное определение исследуемых ^Л проводилось денситометрическим способом по степени обугливания пятен после проявления хроматограмм хромовой смесьп и построения калибровочных кривых зависимости площади пиков денсито-гремм от количества Фосфора стандартных препаратов: ФосФатидил-инозитов (из растений, Фирма " Servo ", ^РГ), лизоФосФатидил-этаноламинов (Л'Т'ЭА), ФэсФатидилхолинов, фосфатидилсеринов (^С), кардиольлинов (Ю1), ФосФатидной кислоты (^К) (из яичного желтка, Фирма "Cocfi - Ligkt ", Англия), сФингомиелинов (СЭД) (из мозга быка, Фирла " Sigma "» ДНА). Содержание ФосФора в анализируемых пробах определялось по методу Багинскогэ. Быстрка изменения уровня содержания подвижных и прочносвязанных ФХ анализировались предложенным нами для этих цэлеК методом, отличающимся от известных тем, что количество этих ^Л контролировалось многократно - через 30 секунд в течении 3-х минут после воздействия на исследуемый обьект Физшсп-хкмичееких агентов. Митохондрии выделялись из печени белых крке по стандартной мето-
дяке (среда выделения: 0,3 М сахароза, 0,2 М трис-HCI, pH 7,4). функциональная-активность этих органелл оценивалась по степени набухания, которая определялась по изменению светорассеивания (спектрофотометр С?-26) каждые 30 секунд в течении 3 минут после внесения суспензии митохондрий в среду инкубации. Экстракция подвижных липидов из биологических структур проводилась по методу Блайя и Дайера. В отличие от имеющихся в литературе методов (Прохорова М.И., 1982; ОлиФсон Л.Е. с соавт., 1981), прочносвя-занные ,ТЛ извлекались поэтапно. При этом время экстракции и количество конц. HCl в экстрагирующей смеси было увеличено. Прочносвязанные липиды выделялись следующим образом: после первой обработки, оставшийся на Фильтрфатериал остатков фрагментов мембран митохондрий обрабатывала 2-3 мл смеси хлороформа и метанола (2:1) (смесь содержала U,5% конц. HCl по объему) в течение I часа (жесткая экстракция). После второй экстракции Фильтр с остатками мембран помещался в 2-3 мл смеси хлороформа и метанола 2:1, которая содержала 1% кони.HCl (по объему) , и оставлялась на сутки (ультражесткая экстракция). Полноту экстракции контролировали путем кипячения оставшегося биологического материала в метаноле, содержащем 1% H2SO4 в колбе с обрат- • ным холодильником в течение 4-6 часов, а также определением свободных жирных кислот после полного щелочного гидролиза. Полученные на каждом из этапов экстракты липидов фракционировались методом проточной горизонтальной хроматографии,. Концентрация. белка определялась биуретовым методом. Статистическая обработка полученных данных проводилась на персональной ЭШ "Робо-трон-СМ-19-IO" с применением стандартного пакета прикладных программ "Статан".
Результаты и их обсуждение.
I. Влияние Физико-химических факторов на эффективность экстракции подвижных и прочносвязанных фосАолипидов.
В первом разделе настоящей работы исследовано влияние Физико-химических параметров среды инкубации (присутствие ФосФата, pH и тоничности среды) и состава экстрагирующей смеси (содержание кони. HCl) на эффективность экстракции подвижных и прочносвязанных митохондриальных мембран.
Известно, что инкубация в различных средах и уменьшение тоничности среды влияют на осмотическое набухание митохондрий и их основные <*ункши - дыхание, окислительное (ТосгЬормированяе, транспорт ионов (Хиап Уи-Ппд et а?, 1989; гЬеН Веппс! А. е! а1, 1989). Показатель активности ионов водорода (рН) является одним из ключевых параметров среды инкубаши, который контролирует свойства митохондрий в различных Функциональных состояниях. С другой стороны э(Мективность экстракции >М1 в значительной степени зависит от химической природы лчпидного компонента и от вида комплексов, которые образуют эти соединения в биологических мембранах с белками. Прочносвяззнные липиды невозможно экстрагировать органическими растворителями, их можно выделить лишь разрушив комплекс кислотным или щелочным гидролизом. Однако при этом липидн подьергаются значительным химическим изменениям (Кейтс М., 1975; Оли^сон М.Е., с соавт., 1981; Блюгер А.Ф. с соавт., 1987 ).
В работе предлагается после извлечения липидов из митохондрий по методу Блайя и Дайера провести дальнейшую обработку биологического материала с помощью подкисленных смесей растворителей для выделения прочносвяэаньых с белками липидов. Кроме того, моделируя функциональное состояние митохондрий с помощью экзогенных добавок мы показали, что количество дополнительно экстрагируемых ^Л в значительной степени зависит от функционального состояния митохондрий.
1.1. Влияние степени подкисления растворителей на уровень подвижных и прочно связанных Аэс^чшшидов.
Для выделения прочносвязэнных <М1 из митохондриальных мембран нами были использованы растворители с разной степенью под-кисления (жесткая и ультражесткая экстракции после экстракции нейтральной смесью растворителей) (рис. I ). В отличие от используемых традиционных методом выделения прочносвязанных нами использовалась поэтапная экстракция липидов, при которой время экстракции и количество кони. 