Механізми впливу електронів і акустичних полів на біологічні мембрани

Залюбовский И.И., Авилов А.М., Внук М.П., Попов Г.Ф., Рудычев В.Г., Товстяк В.В. Использование ускорителей электронов в технологии получения композиционных материалов // Труды VIII Совещания по применению ускорителей заряженных частиц в промышленности и медицине. - Санкт-Петербург.- 1995.- С. 111-112.

Товстяк В.В. Вплив радіації на структурно-функціональні властивості клітинних мембран // Труди II з'їзду Українського біофізичного товариства. - Харків. - 1998. - С. 230.

Ткаченко В.М., Товстяк В.В. Вплив іонізуючого опромінення на структурно-функціональний стан оксидоредуктазних систем // Труди II з'їзду Українського біофізичного товариства. - Харків. - 1998. - С. 236.

Товстяк В.В., Курілко С.О., Крупін В.Д. Особливості впливу пучка електронів на поверхневий заряд природних та модельних мембран // Труди II з'їзду Українського біофізичного товариства. - Харків. - 1998. - С. 237.

Фінашин О.В., Крупін В.Д., Товстяк В.В. Модифікація радіаційного впливу на Са2+- Мg2+-АТФазну систему мембран еритроцитів // Труди II з'їзду Українського біофізичного товариства. - Харків. - 1998. - С. 238.

Анотація

Товстяк В.В. Механізми впливу електронів і акустичних полів на біологічні мембрани.

Дисертаційна робота (рукопис) на здобуття наукового ступеню доктора фізико-математичних наук за фахом 03.00.02 - біофізика, Харківський державний університет, Харків, 1999.

Досліджено роль фізичних механізмів у модифікації біологічних мембран під впливом високоенергетичних електронів і акустичних полів. Виявлено зменшення електрофоретичної рухливості еритроцитів і тимоцитів і запропонована фізична модель перерозподілу об'ємного заряду примембранних прошарків при опроміненні, яка дозволяє узгодити дані про зміну електрофізичних властивостей мембран, що отримані методом мікроелектрофорезу і методом флуоресцентних зондів. Визначено радіочутливий об'єм клітин. Досліджено індуктивно-резонансне перенесення енергії між зондами та пасивний транспорт іонів і виявлено зменшення мікров'язкості ліпідної фази мембран. Показано, що в основі зниження власної флуоресценції структурних білків, що спостерігається, та інактивації АТФаз лежить зміна білок-ліпідних і внутрішньомолекулярних взаємодій білкової глобули. Виявлено зменшення швидкості дифузії гасників власної флуоресценції, пов'язане з обмеженням внутрішньомолекулярної рухливості мембранних білків. Теоретично досліджено механізм локальної радіаційно-акустичної дії швидких електронів на біологічне середовище і показано, що характерні розміри області локального впливу порівняні з розмірами мембранних структур.

Ключові слова: електрофоретична рухливість, поверхневий потенціал, радіочутливий об'єм, іонний транспорт, мікров'язкість, іонний канал, білок-ліпідні взаємодії, флуоресценція, термоакустичний ефект.

Аннотация

Товстяк В.В. Механизмы воздействия электронов и акустических полей на биологические мембраны.

Диссертационная работа (рукопись) на соискание ученой степени доктора физико-математических наук по специальности 03.00.02 - биофизика, Харьковский государственный университет, Харьков, 1999.

Исследована роль физических механизмов в модификации биологических мембран при воздействии высокоэнергетических электронов и акустических полей. Обнаружено уменьшение электрофоретической (ЭФП) подвижности эритроцитов и тимоцитов и предложена физическая модель перераспределения объемного заряда примембранных слоев при облучении, позволяющая согласовать данные об изменении электрофизических свойств мембран, полученные методом микроэлектрофореза и методом флуоресцентных зондов. Установлено, что изменение электрокинетических свойств клеток в значительной степени определяется нарушением молекулярных взаимодействий, уменьшением микровязкости липидной фазы мембран и увеличением подвижности белковых молекул. По изменению ЭФП в рамках теории мишени оценен радиочувствительный объем клеток и показана важная роль продуктов радиолиза воды. На основе данных о флуоресценции зондов АНС и ДСМ выявлено увеличение поверхностного отрицательного заряда и потенциала изолированных мембран эритроцитов при электронном облучении. Исследовано влияние высокоэнергетических электронов на пассивный транспорт ионов, спектры флуоресценции пирена и индуктивно-резонансный перенос энергии между зондами и выявлено уменьшение микровязкости липидной фазы мембран. Дополнительным фактором повышения проницаемости клеточных мембран является изменение диффузионного режима в примембранных слоях электролита. Показано, что в основе наблюдаемого снижения собственной флуоресценции структурных белков, инактивации АТФаз и оксидоредуктаз микросомальных мембран лежит изменение белок-липидных и внутримолекулярных взаимодействий белковой глобулы. Обнаружено уменьшение скорости диффузии тушителей собственной флуоресценции, связанное с ограничением внутримолекулярной подвижности мембранных белков. Проведен теоретический анализ термоакустического механизма воздействия быстрых электронов и показано, что усредненные акустические поля мегагерцового диапазона, сопровождающие облучение, биологического действия не оказывают. В то же время характерные размеры области локального динамического воздействия быстрого электрона сопоставимы с характерными размерами мембранных структур и могут быть одним из физических факторов воздействия.

Ключевые слова: электрофоретическая подвижность, поверхностный потенциал, радиочувствительный объем, ионный транспорт, микровязкость, ионный канал, белок-липидные взаимодействия, флуоресценция, термоакустический эффект.

Summary

Tovstiak V.V. Mechanisms of influence of electrons and acoustic fields on biological membranes.

The manuscript for the Doctor's Degree (Physics and Mathematics) on speciality 03.00.02 - Biophysics, Kharkiv State University, Kharkiv, 1999.

The role of physical mechanisms in the modification of biological membranes under the influence of highly energetic electrons and acoustic fields has been investigated. The decrease of electrophoretic mobility (EPM) of RBC and thymocytes has been found and the physical model of the redistribution of the volume charge of the nearmembrane layers under irradiation has been proposed which makes it possible to agree the data on the changes of electrophysical properties of membranes obtained by using the microelectrophoresis and fluorescence probes methods. The radiosensitive space of cells has been determined. The resonant energy transfer between fluorescent probes and passive ion transport has been studied, as well as the decrease of microviscosity of the lipid bilayer has been found. It has been shown that the basis of decreasing intrinsic fluorescence of structural proteins observed and ATPase inactivation is the changing of protein-lipid and intramolecular interaction of protein globule. The decrease of diffusion rate of quenchers of intrinsic fluorescence connected with the limitation of intramolecular mobility of membrane proteins has been observed. The mechanism of local radiation-acoustic effect of fast electrons on the biological environment has been theoretically investigated and the typical sizes of the area of local influence have been shown to be comparable with the sizes of membrane structures.

Key words: electrophoretic mobility, surface charge, radiosensitive space, ionic transport, microfluidity, ion channel, lipid-protein interactions, fluorescence, thermoacoustic effect.

Размещено на Allbest.ru