Биологический каталог




Фотобиология

Автор С.В.Конев, И.Д.Волотовский

ом. Белки повреждаются различными красителями по одноквантовому, одноударному механизму, что следует из экспоненциального характера дозной зависимости фотосенсибилизированной инактивации и взаимозаменяемости интенсивности и времени облучения. Квантовый выход фотоинактивации, как правило, низок (например, б« 10~3 для системы лизоцим +рибофлавин и 5-Ю-4 для системы пепсин + эозин или метиленовый синий) и обнаруживает выраженную зависимость от парциального давления кислорода, рН среды и концентрации красителя. Как показано Л. X. Эйдусом с сотр., при увеличении концентрации белка квантовый выход возрастает до какого-то предела (кривая с насыщением). На первый взгляд это трудно объяснимо. Обратим, однако, внимание на то важное обстоятельство, что квантовый выход фотодинамического действия рассчитывается с учетом всех поглощенных молекулами красителя квантов и при этом часть возбужденных молекул красителя дезактивируется раньше, чем произойдет их активное столкновение с белком. Отсюда понятно, что при увеличении концентрации белка возрастает частота столкновений и все большее число молекул красителя может реализовать свое действие (в момент насыщения практически все).

Эффективность фотодинамического действия резко уменьшается при дефиците воды, например, в пленках белка, что может быть связано с ухудшением диффузии или прямым участием воды в механизмах фотодинамического действия.

Квантовый выход фотосенсибилизированной инактивации понижается в присутствии многих веществ: аминокислот, восстановителей, других белков, ионов некоторых металлов, йодидов. В некоторых случаях описана защита белка одним фотодинамически активным красителем от действия другого (явление антагонизма).

Квантовый выход фотодинамического действия слабо зависит от температуры (энергия активации 3— 5 ккал/моль), что свидетельствует об определяющей роли фотохимической реакции в суммарном процессе, не отягченном температурно-активируемыми темновыми химическими стадиями.

Фотодинамическое действие реализуется не через разрывы пептидных связей, а прежде всего через окисление остатков таких аминокислот, как гистидин, триптофан, тирозин, метионин, цистеин, причем наиболее легко окисляется гистидин и триптофан. Варьируя красители и характеристики среды, можно достичь более или менее избирательной деструкции определенных аминокислот. Например, гистидин разрушается при рН~6 (азот ими* дазола ионизирован), тирозин — при рН>10 (ионизирована гидроксильная группа фенольного кольца). Как правило, экспонированные иа поверхности белковой глобулы аминокислоты разрушаются более эффективно, чем расположенные в ее сердцевине. При измерении методом флеш-фотолиза переходных спектров поглощения тирозина и триптофана Гросвейнером было показано, что, как и УФ-облучение, видимый свет в присутствии эозина (фотодинамический эффект) приводит к образованию одних и тех же лабильных промежуточных продуктов — аланин-феноксильных и 3-индольных свободных радикалов соответственно. Конечными стабильными продуктами фотоокисления триптофана являются кинуренины и меланины, цистина—цистеиновая кислота; гистидин и тирозин дают большой набор продуктов.

Обычно вслед за образованием стабильных фотохимических продуктов происходят конформационные перестройки белковой макромолекулы, на что указывают изменения ряда конформационно-чувствительных параметров: дисперсии оптического вращения, электрофоре-тической подвижности, вязкости, седиментационных характеристик, растворимости, ион- и коэнзимсвязываю-щих свойств, количества титруемых SH-групп, чувствительности к температуре и протеолитическим ферментам.

Результатом структурных перестроек являются изменения функциональной активности белков (каталитическая, иммунологическая, гормональная активность). Потеря функциональных свойств белков может быть вызвана и прямым разрушением аминокислотных остатков, входящих в активный центр фермента.

4. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Фотосенсибилизированной инактивации нуклеиновых кислот свойственны такие же физические закономерности, как и инактивации белков. Из пуриновых и пиримидиновых оснований наиболее чувствителен к сенсибилизирующему действию красителей гуанин. В опытах с гуанозином показано, что при его фотосенсибилизирован-ном разрушении происходит разрыв обоих колец основания с образованием рибозы, мочевины, рибозил-мочеви-ны и гуанидина. В фотоокислении гуанозина' принимают участие как синглетный кислород, так и свободноради-кальные продукты. Флавины вызывают быстрое фотоокисление аденина и его нуклеотидов.

При изучении фотодинамического действия на системах ДНК (или РНК) + краситель обнаружена специфическая деструкция гуаниновых остатков при сравнительно меньшем повреждении тиминовых.

Имеются данные, что при фотосенсибилизированной инактивации разрывов рибозо-фосфатного остова нуклеиновых кислот не происходит. Как и в случае белков, реакция фотоокисления нуклеиновых кислот приводит к глубоким структурным перестройкам, о чем свидетельствуют изменения вязкости, температуры плавления ДНК, полярографического поведения, иммунологических свойств, чувствительности к гидролитическим ферментам. При фотодинамическом действии образуются также поперечные сшивки между ДНК и белком, что уменьшает экстрагируемость нуклеиновой кислоты из клетки.

Структурно-химические повреждения нуклеиновых кислот ведут к значительным нарушениям их биологической активности. Так, ДНК вируса табачной мозаики теряет инфекционную, а ДНК пневмококка — трансформирующую активность. Синтетическая полиуридил-гуаниловая кислота утрачивает матричную активность при синтезе полипептидов в опытах in vitro, а транспортная РНК кишечной палочки — способность связывать аминокислоты. При облучении ДНК, полиаденилгуаниловой и полицитидиловой кислот в присутствии фотодинамических красителей снижается их матричная активность.

5, ВИРУСЫ И КЛЕТКИ

Рассматривая фотодинамическое действие различных красителей на вирусы и клетки, необходимо прежде всего акцентировать внимание на том, по какому пути — «нуклеиновому» или «белковому» — осуществляются повреждения. Удобными объектами для этого являются вирусы, состоящие, по существу, только из двух компонентов — нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК) и белка. Фотосенсибилизированная инактивация вирусов протекает по одноударному механизму, что говорит о преимущественной роли нуклеиновых кислот. Наиболее эффективными оказались красители, которые обладают высоким сродством к нуклеиновым кислотам и активно ком-плексируют с ними в растворе.

С другой стороны, фотодинамическая активность красителей зависит от степени их проникновения через белковый чехол к нуклеиновой кислоте фага. Действительно, по данным Ямомото, изучавшего фотодинамическое действие многих красителей на бактериофагах Т-серии, наибольшей резистентностью обладали фаги (ТЗ, Т5, Т7), у которых проникновение красителей через белковый чехол было затруднено. Предынкубация фага Т2 с красителем при различных температурах сенсибилизировала его к действию света, причем величина температурного коэффициента была такой же, как и для процессов диффузии через мембрану (Qio = 4). К тому же эффекту приводила обработка фагов мочевиной, разрыхляющей белковую оболочку и облегчающей проникновение красителя к ДНК. Приведенные факты не оставляют сомнений в том, что первичное повреждение вирусов преимущественно локализовано в нуклеиновой кислоте. Это тем более справедливо для мутаций вирусов, обусловленных фотодинамическим действием. При фотодинамическом повреждения бактериофагов наблюдаются разрывы полинуклеотидной цепи. Фотосенсибилизированные повреждения ДНК фагов могут элиминироваться системой темновой репарации, но не фотореактивации.

Менее ясен вопрос о путях реализации фотодинамического действия на уровне более сложноорганизованной системы — клетки, где, по-видимому, могут повреждаться как белки, так и нуклеиновые кислоты.

Для бактерий описаны как одно-, так и многоударные кривые летального действия. Мишени для фотодинамического удара в значительной мере определяются избирательностью накопления и сорбции красителей в различных структурах клетки. Например, акридиновые красители преимущественно концентрируются на хромосомах и вызывают их разрывы. Порфирины эффективно накапливаются в лизосомах и также повреждают их. Существенный вклад в фотосенсибилизированное повреждение клеток вносят и биологические мембраны. Еще в 1908 г. Спайксом был описан сенсибилизированный гематопор-фирином или хлорофиллом гемолиз эритроцитов. К настоящему времени фотодинамическое повреждение мембран, проявляющееся в нарушении их структуры и функции (проницаемость, активность ферментов), продемонстрировано в большом числе опытов. В частности, показана фотодинамическая деполяризация нервных и мышечных волокон, нарушение барьеров проницаемости мембран лизосом с их разрывом и выходом гидролитических ферментов, выход ионов К+ через плазматические мембраны клеток, разобщение дыхания и фосфорилирования в изолированных митохондриях.

По-видимому, по крайней мере некоторая часть мембранных эффектов связана с сенсибилизированным окислением липидов.

6. МНОГОКЛЕТОЧНЫЕ ОРГАНИЗМЫ

В данном параграфе рассматриваются некоторые проявления фотодинамического действия у многоклеточных животных и растительных организмов. Описано летальное действие света на личинки москитов и даже некоторые виды взрослых насекомых.

Остановимся лишь на отдельных фотосенсибилизи-рованных реакциях, возникающих естественным путем, без специального «прокрашивания» тканей за счет эндогенных пигментов. Таким образом летально повреждается светом морская анелида Tubifex, простейшие Bleph-aristna (пигмент — зоопурпурин), некоторые растения и водоросли (пигмент — хлорофилл).

Гиперчувствительность к видимому свету, обусловленная повышенным содержанием порфиринов вследствие нарушения их метаболизма, характерна для млекопитающих животных и человека. Она может быть вызвана накоплением в коже и -открытых для солнца местах тела животных фотодинамических веществ растительного происхождения, например гиперицина, который содержится в н

страница 62
< 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
(09.12.2019)