Биологический каталог




Фотобиология

Автор С.В.Конев, И.Д.Волотовский

итуду спайка и скорость проведения нервного импульса. С помощью микроэлектродной техники на одиночном аксоне лягушки было показано, что проницаемость мембран для ионов К+ увеличивается (падение потенциала покоя) с ростом дозы УФ-облучения. Более того, с помощью УФ-облучения можно вызвать генерацию потенциала действия механорецепторов у рака и потенциал действия у водоросли Nitella, что указывает на резкое увеличение проницаемости мембраны для ионов Na+ (известно, что потенциал действия имеет в основном «натриевую» природу).

Спектры действия изменения клеточной проницаемости в зависимости от типа биологических мембран имеют различную форму. Так, спектры действия увеличения реобазы и блокирования натриевых каналов нервных волокон имеют отчетливый максимум около 280 нм. В то же время спектры действия инактивации калиевых каналов нервных волокон1 гемолиза( накоп

ления в дрожжевых клетках ионов Na+ и выхода из них ионов К+ не обнаруживают ни белкового, ни нуклеинового максимума и характеризуются вначале медленным, а затем резким повышением эффективности света по мере укорочения его длины волны (рис. 68).

Двойственный характер спектров действия наводит на мысль, что в мембране акцептором биологически

активного света являются хромофорные группировки белков и липидов. Как известно, в белках в области 280 нм наибольший вклад в поглощение света вносят остатки ароматической аминокислоты триптофана; в области спектра короче 250 нм фотохимически активный свет поглощается цистином и в области 220 им — сульф-гидрильными группами, пептидными связями, имидазо-лом гистидина. Основным хромофором в липидном компоненте являются ненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав фосфолипидов (область поглощения короче 225 нм), холестерин (250—300 нм) и а-токоферол (максимум спектра поглощения 292 нм). Все это позволяет полагать, что первичные фотохимические реакции в биологических мембранах могут быть сведены к первичным фотохимическим реакциям белков и липидов (см. гл. XIII, XIV).

Рассмотрим сначала участие липидной фотохимии в УФ-повреждении биологических мембран. Хорошо известно, что в мембранах при УФ-облучении имеет место накопление перекисных соединений и стабильных продуктов, реагирующих с тиобарбитуровой кислотой. Первые данные такого рода получены в 1955 г. Отто-ленги, Бернхаймом и Уилбуром на митохондриях. Позднее Эречинска обнаружила корреляцию между концентрацией продуктов окисления липидов в мембране

2. УФ-свет и проницаемость, мембран

335

и степенью набухания митохондрий, свидетельствующую о нарушении барьеров проницаемости. Аналогичные данные получены и в модельных опытах: продукты фотоокисления ненасыщенных жирных кислот, их эфиров и фосфолипидов in vitro способны нарушать проницаемость мембран. В опытах с искусственными бимолекулярными фосфолипидными мембранами показано, что УФ-свет вызывает резкое необратимое падение их электрического сопротивления — возрастание проницаемости для протонов, ионов Na+ и К+, причем в атмосфере аргона эффект был выражен в значительно меньшей степени.

В последние годы в работах Ю. А. Владимирова и Д. И. Рощупкина приведены дополнительные доказательства, указывающие на важную роль свободноради-кальиого перекисного фотоокисления ненасыщенных жирных кислот в УФ-индуцированной модификации ионной проницаемости биологических мембран. По их данным, глубина УФ-индуцированных мембранных эффектов сильно зависит от концентрации кислорода и антиоксидантов в среде. Так, в бескислородной среде заметно снижается УФ-чувствительность эритроцитар-ных и митохондриальных мембран, тестируемая по увеличению катионной лроницаемости и разобщению окислительного фосфорилирования соответственно. Ингибитор перекисного окисления а-токоферол замедляет УФ-индуцированный гемолиз. Такие факторы внешней среды, как температура и рН, контролирующие процессы перекисного окисления липидов, по-видимому, за счет прежде всего структурной реорганизации белкового матрикса, модифицируют эффективность гемолитического действия УФ-света. При этом отмечается корреляция между изменениями биологической эффективности УФ-света и накоплением продуктов перекисного окисления.

По мнению Ю. А. Владимирова с сотр., перекисное окисление липидов оказывает повреждающее действие на биологические мембраны не только через изменение свойств липидных зон, но и опосредованно — через деструкцию сульфгидрильных групп мембранных белков. Вывод о преобладающей роли альдегидов и кето-нов в повреждении мембран был сделан на основании

опытов, в которых облучение проводилось светом различных длин волн, что меняло соотношение между накопленными в мембранах гидроперекисями и конечными продуктами.

По всей видимости, важную роль в нарушении ионной проницаемости биологических мембран играют и белковые УФ-повреждения. Кроме «белковых» спектров действия на это указывают и следующие факты.

1. Фотоокисление липидов в мембранах идет с заметно меньшей эффективностью, чем в растворе. Для обнаружения продуктов окисления нужно использовать высокочувствительные методы анализа.

2. Эвакуация кислорода, полностью предотвращающая фотоокисление липидов in vitro, лишь частично устраняет действие света на проницаемость клеток.

3. В составе липидов многих бактериальных мембран представлены обычно лишь насыщенные и мононенасыщенные жирные кислоты, которые практически не вовлекаются в процессы перекисного окисления.

Следует иметь также в виду, что в интактных мембранах способностью окисляться обладают не все липиды, а лишь некоторая часть липидного пула, и уровень фотоокисляемости липидов контролируется стери-ческим фактором — пространственным взаиморасположением мембранных компонент, т. е. структурной лабильностью мембраны. Известно, что вещества, стабилизирующие мембрану, уменьшают, а вещества, лаби-лизирующие ее, наоборот, увеличивают фоточувствительность клеточных мембран.

В заключение коротко остановимся на соотносительной чувствительности систем активного и пассивного транспорта в мембранах к УФ-свету.

По-видимому, фотохимическое повреждение в мембране клетки оказывает основное влияние не на активный, а на пассивный транспорт веществ. Так, ингибиро-вание синтеза макроэргов, необходимых для активного транспорта, не влияет на УФ-чувствительность проницаемости мембран дрожжевых клеток для катионов калия и натрия. С другой стороны, Кук, количественно оценив соотношения между скоростями ионных потоков Na+, К+ и С1_, набуханием эритроцита и дозой УФ-об-лучения, на основании коллоидно-осмотической теории связал процесс нарушения проницаемости (гемолиз) с простой диффузией (пассивный транспорт). При этом скорость гемолиза оказалась прямо пропорциональной коэффициентам проницаемости эритроцитарных мембран для ионов К4" и Na+. Можно предположить, что диффузия усиливается под действием УФ-света вследствие конформационных перестроек мембраны с изменением микромозаики зарядов в ней. В пользу этого свидетельствует как образование ковалентных сшивок в облученных мембранах, так и уменьшение скорости растворения таких мембран в детергентах.

Рекомендуемая литература

Владимиров Ю. А., Арчаков А. И. Перекисное окисление липидов в биологических мембранах. М., 1972.

Потапенко А. Я., Р о щуп кии Д. И., Когон Е. А., Владимиров Ю. А. Исследование действия УФ-света на биологические мембраны. Измерение электропроводности бимолекулярных фосфоли-пидных мембран.—Докл. АН СССР, 1972, 202, 882.

Рощупкин Д. И., Пеленицын А. Б., Талицкий В. В. Действие ультрафиолетового излучения на мембранные структуры животных клеток.— В сб.: Роль изменений структуры мембран в кле< точной патологии. М., 1977, с. 53.

Самойлова К. А. Действие УФ-радиации на клетку. Л., 1967,

Cook J. Some characteristics of hemolysis by UV-light.—J. Cell. Сотр. Physiol., 1965, 47, 55.

Cook J. The quantitative interrelationship between ion fluxes, cell swelling and radiation dose in UV-hemolysis.— J. Gen. Physiol., 1965, 48, 719.

Ottolenghi A., BernheimF., Wilbur K- The inhibition of certain mithochondrial enzymes by fatty acids oxidized by UV-light or ascorbic acid —Arch. Biochem. Biopliys., 1955, 56, 157.

Pathology of cell membranes. N. Y„ 1975.

Sanders R., Giese A. The effect of UV-light on the sodium and potassium composition of resting yeast cells.— J. Cell Physiol., 1959, 42, 589.

Глава ХХП. ФОТОДИНАМИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Фотодинамическое действие—это необратимое по-вреждение светом биологических структур (или функций) в присутствии кислорода, сенсибилизированное введенными в клетки или организмы хромофорами (например, красителями). Комбинация краситель-f-свет+ +кислород является, как правило, необходимым признаком этой реакции. Сочетания краситель+свет и свет+ +кислород чаще всего неэффективны, хотя в литературе и описаны отдельные примеры сенсибилизированных красителем фотобиологических реакций в анаэробных условиях: летальное действие фурокумаринов на бактерии, инактивация ДНК вирусов, инактивация ферментов in vivo и in vitro.

Фотодинамически активные красители можно подразделить на три класса: 1) обладающие большим сродством к кислороду и малым сродством к восстановителям (ксантины, акридины, тиазины, некоторые пор-фирины, рибофлавин); 2) являющиеся хорошими акцепторами водорода в возбужденном состоянии (антра-хиноны, производные индантрена — флавантрен, пиран-трен); 3) сходные по структуре с веществами предыдущей группы, но обладающие умеренным сродством к кислороду.

Общей особенностью всех фотодинамических красителей является их способность к флуоресценции, т. е. к удержанию поглощенной энергии в течение достаточно длительного времени (не менее 10~9 с).

Фотосенсибилизирующей активностью обладает также ряд фармакологических (анестетики, антибиотики, барбитураты и др.) и канцерогенных веществ.

Квантовый выход фотодинамического действия может колебаться в широких пределах, превышая в отдельных случаях единицу. Причиной подобного явления могут быть фотохимические цепные реакции или темновые процессы с участием первичного фотопродукта. Например, Г. П. Гури

страница 60
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Фотобиология" (3.60Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(22.10.2019)