Первинні механізми мембраномодулюючої дії біорегуляторів природного і синтетичного походження

Ключові слова: Регуляторні пептиди, ліпідний матрикс, мембранотропність, безрецепторні ефекти, модельні мембрани, плазматичні мембрани, похідні амінокислот, фітопрепарати, ксенобіотики.

Островская Г.В. Первичные механизмы мембраномодулирующего действия биорегуляторов природного и синтетического происхождения. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.02 - биофизика. - Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, Киев, 2004.

Диссертация посвящена выяснению первичных механизмов мембраномодулирующего действия биорегуляторов и активной роли липидного матрикса мембран в этих процессах. Изучены особенности взаимодействия ряда регуляторных пептидов (киоторфин и его оптические изомеры, тиролиберин, меланостатин, пентагастрин, Мет- і Лей-енкефалины, их синтетический аналог S-77, нейротензин), производных аминокислот (гамма-аминомасляная кислота и дикалиевая соль N-сукцинил-триптофана - суфан), ксенобиотиков (2,4-дихлорфеноксиуксусная кислота и N-оксид диметил-пиридина) и фитопрепаратов с модельными мембранами. Показано, что исследованные вещества в различной степени способны взаимодействовать с липидным матриксом мембран без вовлечения специфических белковых рецепторов. Мембранотропные регуляторные пептиды (РП) характеризуются сниженным содержанием гидрофильных аминокислотных остатков, за исключением Gly, Arg и Gln, и повышеннием суммарного содержания гидрофобных остатков по сравнениею со средними значениями в белках эукаритов. В спектре гидрофобных аминокислотных остатков в РП отмечаются противоположные тенденции по сравнению с мембраноактивными антибактериальными пептидами, что может лежать в основе мембраноселективности и разного действия двух классов пептидов. Связывание эндогенных биорегуляторов с мембранами зависит как от электростатических, так и от гидрофобных взаимодействий с липидным матриксом и модулируется ионным составом и ионной силой субфазы. Более эффективно РП встраиваются в нейтрально заряженные мембраны. Однако, при взаимодействии с кислыми липидами значительно снижается минимальная действующая концентрация биорегуляторов. Эффективность пептид-мембранного взаимодействия зависит от гидрофильно-гидрофобного баланса пептидной молекулы. Высокие показатели общей гидрофобности при наличии полярных аминокислотных остатков способствуют активной инкорпорации пептидов в липидный матрикс. Однако, такие же или высшие показатели гидрофобности при отсутствии полярных остатков ведут к снижению активности или полной инактивации пептид-мембранного взаимодействия. Наличие холестерола и белков в составе мембран снижают эффективность взаимодействия биорегуляторов с мембранным матриксом. На примере энкефалинов показана возможная роль липидной фазы в выборе подтипа рецептора этими биорегуляторами. Пептид-липидные взаимодействия модулируются содержанием оптических изомеров аминокислот в их молекулах. Установлено достоверное различие во взаимодействиях изомерных форм дипептида киоторфина с фосфолипидным матриксом, соответствующее различию в их анальгетической активности. Суфан также проявляет мембранотропную активность по отношению к липидным монослойным мембранам, при этом L-форма суфана более активна по сравнению с D,L-формой. Ведущая роль в проявлении мембранотропных свойств суфана принадлежит фосфолипидам, тогда как белки и холестерол снижают интенсивность его инкорпорации, в первую очередь, D,L-формы, что совпадает с результатами клинических исследований. Гидрофильная гамма-аминомасляная кислота, не проникая в матрикс мембраны, интенсивно адсорбируется в зоне полярных липидных головок, с максимальным эффектом при микромолярных концентрациях. Роль взаимодействия ГАМК с липидным матриксом ограничивается концентрированием препарата на поверхности мембраны, что является важным условием дальнейшего эффективного лиганд-рецепторного взаимодействия. Исследованы мембранотропные свойства гербицида 2,4-дихлорфеноксиуксусной кислоты и регулятора роста растений ивина (N-оксид 2,6-диметилпиридина). Показано, что взаимодействие ивина с фосфолипидными мембранами характеризуется его быстрым проникновением в гидрофобный матрикс. Процесс активируется с увеличением плотности упаковки в мембране и имеет тенденцию к двуфазности. 2,4-Д взаимодействует преимущественно с полярными группами мембранных липидов. Оба препарата оказывают двухфазное влияние на АТФазные активности ПМ клеток печени. Установлена высокая мембранотропная активность и охарактеризованы ее параметры для ряда фитопрепаратов с гепатопротективным действием. Показана ее зависимость от особенностей получения фитопрепарата, что может применяться при дальнейшем поиске природных мембраностабилизаторов. Предложена схема механизма реализации эффектов пептидных и других биорегуляторов при участии липидного матрикса мембраны. На первом этапе биорегуляторы адсорбируются на мембране за счет электростатических взаимодействий. Следующим этапом является инкорпорация молекулы биорегулятора в гидрофобную зону липидного матрикса. Приобретая единую конформацию в гидрофобном окружении, молекулы биорегуляторов эффективно взаимодействуют с мембранными рецепторами и другими мембранными белками, образуют ион-проводящие структуры, возможно, служат субстратами для образования внутримембранних и внутриклеточных мессенджеров (например, пептидной природы), локально изменяют физико-химическое состояние липидного матрикса, что ведет к изменению активности мембранных ферментов и переходу мембраны как системы к другому стационарному состоянию.

Ключевые слова: Регуляторные пептиды, липидный матрикс, мембранотропность, безрецепторные эффекты, модельные мембраны, плазматические мембраны, производные аминокислот, фитопрепараты, ксенобиотики.

Ostrovska G.V. Primary mechanisms of membrane modulating action of bioregulators of nature and synthetic origine. - Manuscript.

Dissertation for scientific degree of doctor the biological sciences 03.00.02 - biophysics. - Taras Shevchenko Kyiv National University, Kyiv, 2004.

The thesis is devoted to finding-out of primary mechanisms of membrane modulating action of natural and synthetic bioregulators and to active role of a membrane lipide matrix in these processes. The features of interaction of bioregulators with model lipide and lipoprotein membranes of different composition are investigated. It was displaied, that the studied substances are capable to interact with a lipide matrix of membranes with different efficiency without precursor involving of specific protein receptors. The efficiency of these processes depends on electrostatic and hydrophobic interpaсtions. The peptide-lipide interactions are modulated by the contents of optical isomers of aminoacidic residues in their moleculas, by ionic composition and ionic strength of a subphase. It is not revealed direct relation of membrane-tropic properties of the regulator peptides from length of their molecula. The role of a lipide phase in selection of a subtype of a receptor at peptide-membrane interaction is explained. The leading role in a display of membrane tropic properties of investigated bioregulators belongs to the phospholipids, whereas the proteins and cholesterol reduce intensity of their incorporation. The high membrane-tropic activity for a series of hepatoprotective phytomedicine is established and its parameters are described. The relation of changes of this activity to features of phytomedicine obtaining is displayed. It can be applied by further search of natural membrane stabilizers. It is offered the scheme of the mechanism of realization of bioregulators effects with assistance of membrane lipide matrix.

Keywords: Regulator peptides, lipide matrix, membrane tropic activity, unreceptor effects, model membrane, plasma membrane, amino acid derivates, phytomedicine, xenobiotics.

Размещено на Allbest.ru