Введение к работе
Актуальность темы.
/ Асимметрия ионного состава клетки и регуляция транспорта
ионов через мембраны являются одним из наиболее характерных особенностей живых организмов. Исследования последних лет по-
..казьтают, что ионные каналы принимают непосредственное участие в регуляции трансмембранного транспорта ионов, передаче межклеточных сигналов, нервного импульса и др. Исходно представления о транспорте ионов через специфические поры в биологических мембранах сложились на основе электрофизиологических
_ исследований электро- и хемовозбудимых клеток и тканей. В дальнейшем было установлено, что водные поры, хотя и.с. существенно иными свойства».<н, присутствуют и а мембранах невозбудимых клеток (анионный транспортёр эритроцитов, натриевый канал эпителиоцитов, калиевые каналы в лимфоцитах, поры щелевого контакта и др.), а также в мембранах внутриклеточных органелл (поры внешней и внутренней мембраны митохондрий, ядерная пора). Более того, было обнаружено, что межклеточные взаимодействия, а также взаимоотношения между какро- и микроорганиз-
мом такхе осуществляются при непосредственном, участии канало-образуюших веществ (киллерные,.факторы, компоненты комплемента, бактериальные' токсины, факторы патегенности грз:0оз и др.).
Разнообразие биологических функций обуславливает огромное число вариаций параметров ионных каналов, -таких, как проводимость, избирательность, электрическая "и фармакологическая регуляция. Естественно предположить, что ь основе такого разнообразия функций лежит разнообразие молекулярных структур, формирующих поры; Поэтому проблема установления структурно-функциональных взаимосвязей в ионных каналах является одной ;е наиболее актуальных в современной мембранологи».
Неотъемлемым свойством каждого' ионного . канала является наличие транспортного пути, по которому перекосятся проникающие ионы. Сам по себе этот факт не вызывает сомнений, однако даже для одного а того же канала информация'о размерах и архитектуре этого участка поры часто весьма разнообразна и противоречива, хотя. и совергенно необходима для построения адекватной молекулярной модели канала.
3 свяаи с этим, основной целью работа явилесь разработка подходов к оценке размера ионных каналов в модельных и природ-
-.4 -' ных мембранах и определение этого параметра для широкого класса ионных каналов разнообразного происхождения, а также изучение связи структуры и функции в индуцированных водных порах.
Основные задачи заключались в следующем:
-
Детально исследовать физико-химические свойства электролит-неэлектролитных растворов. /
-
Изучить влияние неэлектролитов разного размера на ионный ток через одиночные ионные каналы и выявить параметр, применимый для оценки размера водной поры. '
-
Определить размер водной поры для каналов различной природы и происхождения.
-
Исследовать влияние неэлектролитов на гемолитическое действие каналоформеров с целью определения размеров индуцированных ими водных пор в эритроцитарной мембране. Изучить за-
. виеижюгь размера пор от различных факторов.
-
Изучить взаимодействие канаюобразующих веществ с плаз-магической мембраной лимфоцитов. Исследовать влияние неэлектролитов на эти процессы и определить размер индуцированных водных пор в лимфоцитарной мембране;
-
Исследовать структурно-функциональные взаимосвязи в индуцированных ионных каналах. '
Научная новизна работы
На основе систематического изучения физико-химических сеойств электролит-незлектролитных ' растворов и соотношений между проводимостью, ионного канала и электропроводностью и вязкостью водной фазы впервые детально обоснован оригинальный подход .к определению размера'водной поры ионного канала. Метод реализован для ионных каналов с различными ион-транспортирую- * щими свойствами. Применение метода позволило исходя из только электрических измерений адекватно определить размер водных пор, фор>ируемых в мембранах широким набором физиологически, активных порообразующих веществ.
Исследование влияния неэлектролитов на процесс гемолиза позволило определить размер индуцированных водных пор в мембране эритроцитов для широкого круга гемолитиков разнообразной химической природы и происхождения.
Впервые обнаружено явление формирования одним каналофор-мгрэм водных пор различного размера: три типа для стафило-
токсина и два типа для мелиттина и граиицкд-ша 3. Обнаружено явление температурной регуляции эффективного разора индуцированных пор в мембране эритроцитов Установлена крайняя консервативность размера водных пор для пслиен-индудирогат.:;: каналов.
Исследовано взаимодействие трех кзналоформеров: омфотери-цина В, леворика и альфа-етафилотоксина с лимфоцитами. Разработан адекватный подход к оценке проницаемости гидрофильны/ неэлектролитов через индуцированные поры в мембране лимфоцитов.. Впервые определен размер водных вор, индуцированных ь мембране лимфоцитов этими веществами.
Предложены структурные юдоли подлых КсіЬсьіов. сбра&овак-ных альфа-стафилотокеином и мелиттиком.
Детально исследоЕан' механизм гєї/оліз*, индущрогакного
каналообразующиті веществами; Показано, что параметром, опре
деляющим гемолитические свойства канала является размер его
. водной лоры. '
Научно-практическая ценность. Разработанные в работе подходы и методы к оценке размеров родных пор ионных каналов ь искусственных и природных мембранах достаточно просты и удс'Зчы и могут найти иг/юкос- ппимеьенда в мембранологии. Результат;.; определения размера пор являются необходимым условном д.?:? рь:-яснения архитектуры ионных каналов и построения адекгатик:-. :-.о-лекулярных ' и математичес;шх моделей ионного транепог'.'а. ?'.-зультаты исследовании механизма гемолиза позволяют прогнозировать цитолитические свойства новых порообраяующих Физиолг^'ч-чески активних веществ по параметрами сбрэгуемь.у ими -ана-поч. Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедре биофизика ТашГУ.
ДпроОаШіЯ райот По результатам исследования ояуоликоЕа-но 35 работ. Материалы диссертации были долояены на- 37 Конгрессе Международного Электрохимического Общества (Вильнюс, 1986); 1- Всесоюзной конференции по бактериальным токсинам (Москва, 1C85V, 2-й Всесоюзной конференции, по бачте;,дальним токсинам (Немала і ЯЗЯ); 4-м съезде фиэиологоь Уабекиста.-а (Ташкент. 1S88); Беееокшом симпозиуме "Одиночные ионные каналы в биологических мембранах" (Кара-ДЬг, 1989); Бсесоил-ном симпозиуме "йскные кькаш в биоготических ме^.б^зиах" '.:Сч-
- б -pa-Дат, 1990)-, 1-м Международном совещании по порообразуюшим токсинам (Кастед-Ивано, Италия, 1991); заседании Ученого Совета Института физиологии и биофизики АН Узбекистана (1993); заседании кафедры биофизики ТашГУ; межлабораторном семинаре Института бисорганической химии АН РУз.
Структура,и объем работы. Диссертация ^изложена на 326 страницах машинописи, содержит 93 рисунка и 15 таблиц. Библиография 'содержит 366 источника. Работа состоит из введения, обора литературы (б глаз), главы с описанием материалов и методов' исследования, пяти глав с изложением собственных реауль-татов и их обсуждением, а также краткого заключения и выводов.