Некоторые компоненты белков и липидов мембран субклеточных фракций мозга крыс при гипероксии Сулейманов Альфред Кимович

Содержание к диссертации

стр.
Введение. б

Глава I, Обзор литературы II

I.I.'Биохимические механизмы кислородной интокси
кации II

1,2. Особенности химического состава и структуры

мембран субклеточных фракций головного мозга 22 Глава 2. Постановка эксперимента и метода исследования 44

1. Постановка эксперимента 44

2. Методы исследования. 45

3. Выделение субклеточных фракций больших полушарий головного мозга крыс 45

4. Электронная микроскопия субклеточных фракций больших полушарий головного мозга крыс 48

5. Исследование включения ^І4С-лейциНа в белки мембран субклеточных фракций больших полушарий головного мозга крыс 49

6. Диск-электрофорез мембранных белков субклеточных фракций больших полушарий головного мозга крыс . 52

7. Определение аминокислотного состава белков мембран субклеточных фракций больших полушарий головного мозга крыс ........ 53

8. Выделение неочищенных протеолипидов мембран субклеточных фракций больших полушарий головного мозга крыс и измерение их флуоресценции 55

9. Анализ жирных кислот липидов мембран субклеточных фракций больших полушарий головного

мозга крыс методом газожидкостной хромато
графии 57

8. Выделение и фракционирование ганглиозидов больших полушарий и среднего мозга крыс. . . 58

9. Количественное определение содержания ганглиозидов . 60

2.2.10. Статистическая обработка результатов. ... 60
Глава 3. Результаты исследования белкового и липидного

компонентов мембран субклеточных фракций больших полушарий мозга крыс при действии гипероксии . 61

3.1. Исследование белкового и липидного компонентов
миелина больших полушарий мозга крыс при дейст
вии разных режимов гипероксии . . . 61

ЗЛЛї Включение ^С-лейцина в белки миелина при ги
пероксии ....... 61

2. Аминокислотный состав белков миелина при гипероксии . . . 63

3. Диск-электрофоретическое разделение белков и исследование интенсивности флуоресценции про-теолипидов миелина при гипероксии. 68

4. Высшие жирные кислоты липидов миелина при гипероксии (0,3 МПа кислорода, 2 часа) ... 73

3.2. Исследование белкового и липидного компонентов
мембран синаптосом больших полушарий мозга крыс

при действии разных режимов гипероксии .... 77

1. Включение ^І4С-іЛейцина в белки мембран синапто-оом при пшєїкжсш ........; 77

2. Аминокислотный состав белков мембран синаптосом при гипероксии 80

- 4x -

3.2.3. Диск-электрофоретическое разделение белков и

исследование интенсивности флуоресценции про-теолипидов мембран синаптосом при гипероксии 84

3.2.4. Высшие жирные кислоты липидов мембран синапто
сом при гипероксии (0,3 Ша кислорода, 2 часа) 89

3.3. Исследование белкового и липидного компонентов
мембран митохондрий больших полушарий мозга крыс
при действии разных режимов гипероксии 92

3. Включение ¹⁴С-лейцина в белки мембран митохондрий при гипероксии 92

4. Аминокислотный состав белков мембран митохондрий при гипероксии . 94

5. Диск-электрофоретическое разделение белков и исследование интенсивности флуоресценции про-теолипидов мембран митохондрий при гипероксии 98

6. Высшие жирные кислоты липидов мембран митохондрий при гипероксии (0,3 Ша кислорода,2 часа) 101

3.4. Исследование белкового и липидного компонентов
мембран микросом больших полушарий мозга крыс

при действии разных режимов гипероксии ..... 104

7. Включение ^І4С-лейцина в белки мембран микросом при гипероксии 104

8. Аминокислотный состав белков мембран микросом

при гипероксии . . 106

3. Диск-электрофоретическое разделение белков и исследование интенсивности флуоресценции про-теолипидов мембран микросом при гипероксии . . 109

4. Высшие жирные кислоты липидов мембран микросом при гипероксии (0,3 МПа кислорода, 2 часа) . . ИЗ

3,5, Ганглиозиды больших полушарий и среднего мозга .

крыс при разных режимах пшероксни 117

Глава 4. Обсуждение результатов 125

Выводы, . 151

Литература . 155

Список сокращений:

ГБО - гипербарооксигенация

ЦНС - центральная нервная система

ІІААГ - полиакриламидный гель

ПОЛ - перекисное окисление липидов

цАМФ - циклический аденозинмонофосфат

ЭФ зоны - электрофоретические зоны

ДДС Na - додецилсульфат натрия

МДА. - малоновый диальдегид

Введение к работе

Актуальность исследования. Широкое использование кислорода под повышенным давлением в практической деятельности человека - водолазное дело, кессонные работы, различные области медицины - сделало необходимым проведение глубоких исследований его лечебного и токсического эффектов (Петровский, Ефуни, 1976; Зальцман и др., 1979). Токсичность избыточных концентраций кислорода для всех живых организмов была показана еще в прошлом веке П.Бэром (Bert, 1878), она в известной мере ограничивает его использование человеком.

Терапевтический и физиологический эффекты можно наблюдать при вдыхании чистого кислорода уже при обычном давлении, однако, при продолжительном пребывании в гипероксичес-ких условиях может проявляться токсическое действие кислорода. Токсическое действие кислорода под давлением до 0,3 МПа проявляется главным образом в виде легочной патологии (Bean, 1945; Бокерия и др., 1975), более высокие давления вызывают остро протекающую патологию, сопровождающуюся приступом судорог, что указывает на поражение центральной нервной системы (Зальцман, 1968; Жиронкин, 1972; Кричевская и др., 1980).

Имеющиеся в литературе данные указывают на повреждающее действие ГБО на мембраны ЩС. В условиях острой кислородной интоксикации были обнаружены изменения в свойствах водоне-растворимых белков мозга, их электрофоретичеокой подвижности и аминокислотном составе, сдвиги в содержании фосфолипидов мозга, изменение активности мембраносвязанных ферментов, нарушение проницаемости мембран лизосом (Лукаш и др., 1975; Броновицкая, Горошинская, 1976; Кричевская и др., 1976; Шер- стнева, Броновицкая, 1976). В то же время обстоятельных исследований по изучению влияния ГБО на химические структурные компоненты и свойства мембран мозга мы не встретили. Это определило необходимость выявления характера и степени изменения основных компонентов мембран ЦНС в условиях ГБО с целью поиска путей, обеспечивающих нормализацию их функций и снижающих токсичность кислорода.

Мембраны мозга особенно разнообразны по своей структуре, химическому составу и функциональной роли. Помимо мембран органоидов, общих для всех тканей, в ЦНС имеются специализированные мембраны - миелина и синаптосом, эволюционно приспособленные к проведению и передаче нервного импульса. Это определило интерес к изучению реакции на ГБО как универсальных (микросомы, митохондрии), так и специализированных (миелин, синаптосомы) мембран мозга.

Цель исследования. Изучение белкового и липидного компонентов мембран миелина, синаптосом, микросом и митохондрий мозга при действии на животных разных режимов ГБО явилось целью данной работы. Один из исследованных режимов ГБО - 0,3 МПа кислорода, действие в течение 2-х часов - близок к тем условиям, в которых находится человек при работе в гиперокси-ческой среде. Другой - 0,7 МПа кислорода, до появления судорог - стимулирует развитие остропротекающей кислородной патологии.

Для выполнения намеченной цели были поставлены следующие задачи:

I. Изучение интенсивности обновления белков мембран субклеточных фракций больших полушарий мозга крыс с помощью ¹⁴С-члейцина при действии на животных 0,3 МПа кислорода в те- - " 8 - чеше 2-х часов, 0,7 МПа кислорода до наступления судорог, а также спустя 2 часа после судорожного приступа.

Определение аминокислотного состава белков мембран субклеточных фракций больших полушарий мозга крыс при использовании тех же режимов гипероксии.

Изучение фракционного состава белков мембран субклеточных фракций больших полушарий мозга крыс методом диск-электрофореза в ЇЇААГ в тех же условиях,

Исследование интенсивности флуоресценции (длина волны возбуждения - 350 нм, длина волны испускания - 435 нм) протеолипидов в мембранах при острой кислородной интоксикации.

Изучение жирнокислотного состава липидов мембран субклеточных фракций больших полушарий мозга крыс при действии на животных 0,3 МПа кислорода в течение 2-х часов.

Изучение общего содержания и фракционного состава ганглиозидов больших полушарий и среднего мозга крыс при разных режимах гипероксии.

Научная новизна. Впервые установлено увеличение интенсивности включения ¹⁴С-лейцина в белки мембран всех исследованных субклеточных фракций больших полушарий мозга крыс при действии 0,3 МПа кислорода в течение 2-х часов, что указывает на усиление обновления белков мембран в этих условиях. Показано ингибирование включения радиоактивного лейцина в белки мембран синаптосом при острой кислородной интоксикации и в постгипероксический период, что свидетельствует о нарушении метаболизма белков нервных окончаний. При действии разных режимов ИЗО обнаружено снижение содержания гидрофобных аминокислот и относительной гидрофобности в белках миелина, синаптосом и микросом. При действии разных режимов ІБ0 установле- ны изменения в содержании белков с различной молекулярной массой в мембранах миелина, синаптосом, микросом. При острой кислородной интоксикации наряду с увеличением содержания высокомолекулярных белков, в мембранах синаптосом методом возбужденной флуоресценции впервые установлено усиление взаимодействия протеолипидов с продуктами перекисного окисления липидов с образованием межмолекулярных сшивок типа шиффовых оснований. Впервые показано, что при продолжительном действии относительно невысокого давления кислорода (0,3 Ша) резко снижается содержание полиеновнх жирных кислот в липидах всех изученных мембран и, одновременно, возрастает количество насыщенных жирных кислот с короткой углеродной цепью. Отношение насыщенные/ненасыщенные жирные кислоты возрастает. Впервые исследован состав ганглиозвдов в ЩС при действии на животных разных режимов ГБО и обнаружено, что в среднем мозге, в котором по электрофизиологическим данным формируется судорожный приступ при ГБО, уменьшается содержание g^ и возрастает количество <*щ_а» Вследствие различной локализации данных ганглиозидов на наружной поверхности мембран при ги-пероксии имеет место перераспределение отрицательно заряженных сиаловых кислот в мембранах среднего мозга.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные в настоящей работе данные представляют существенный интерес для понимания механизмов воздействия кислорода под давлением на функционально и структурно различные мембраны ЦНС. Изменения в обновлении белков, в их аминокислотном составе и диск-злектрофоретическом спектре, усиление образования межмолекулярных сшивок в протеолипидах, а также модификация жирнокислотного состава липидов указывают, что специа- лизированные мембраны миелина и синаптосом в большей степени повреждаются при действии на животных ГБО. В то же время экспериментальный материал свидетельствует о том, что мембраны митохондрий относительно устойчивы в этих условиях. В работе показаны черты сходства и различия в действии разных режимов гипероксии на химические компоненты мембран субклеточных фракций, выявлены процессы, направленные на поддержание го-меостаза мембраны в условиях ГБО. Практическую значимость имеют полученные данные о состоянии химических компонентов мембран мозга при действии на животных 0,3 Ша 0 в течение 2 часов, которые указывают на необходимость строго дозированного применения на практике этого режима гипербарооксигена-ции. Обнаруженные сдвиги в мембранах миелина, синаптосом, микросом мозга при разных режимах ГБО позволяют уточнить способы защиты организма человека от кислородной интоксикации, что можно достичь уменьшением нерегулируемого перекисного окисления липидов мембран мозга, стабилизацией белок-липид-ных взаимодействий,и предполагают необходимость усиления исследования этих мембран в условиях ГБО.

Материалы работы используются в лекционном курсе по общей биохимии, в спецкурсах "Биохимия мозга" и "Сравнительная биохимия животных" в Ростовском государственном университете им. М.А.Суслова. -" II -

Похожие диссертации на Некоторые компоненты белков и липидов мембран субклеточных фракций мозга крыс при гипероксии

Количественное содержание липидов и белков клеточных мембран эритроцитов и их корреляционные взаимосвязи у человекаБобынцева Оксана Викторовна

Состав и метаболизм липидов мембранных фракций серого вещества головного мозга крыс в условиях острого лучевого поражения Гринчуг Дмитрий Васильевич

Конструирование и функционирование рекомбинантных белков, составленных из компонентов холестеринмонооксигеназной/лиазной системыНазаров Павел Александрович

Участие цитоплазматических компонентов секреторного аппарата E. coli - белков SecB и SecA, в секреции щелочной фосфатазыХохлова Ольга Владимировна

Белки хроматина бобовых. Антигенные свойства и гетерогенность по составу электрофоретических компонентов Жебентяева Татьяна Николаевна

Свободнорадикальное окисление белков и липидов в коллоидных узлах щитовидной железы человекаБаврина Анна Петровна

Анализ биологических наноструктур в системах метаболизма белков и липидов : Строение, дисперсный состав и механизмы равновесных взаимодействий макромолекулТузиков Федор Васильевич

Интенсивность свободно-радикального окисления липидов и белков и состояние антиоксидантной системы у больных с тяжелой черепно-мозговой травмойДержинский Николай Владимирович

Роль липидов и белков в становлении биохимических адаптаций у эктотермных организмовСмирнов Лев Павлович

Биомасса гриба Aspergillus oryzne 3-9-15 - источник белков, аминокислот, липидов и углеводовТкешелашвили, Майя Яшовна