Введение к работе
Актуальность проблемы. Синтетические полиэлектролиты широко исследуются в настоящее время как потенциальные эффекторы целого ряда биологических процессов и носители для доставки лекарственных веществ. Детальное изучение механизмов их влияния на клеточные | мембраны позволяет объяснять, а в ряде случаев - и предсказывать последствия взаимодействия полиэлектролитов с биологическими объектами. Использование модельных моноламеллярных везикул -липосом, состоящих из нейтральных и отрицательно заряженных липидных компонентов, позволило изучить структурные перестройки, вызываемые адсорбцией поликатионов на их поверхности. В частности, было обнаружено, что адсорбция поликатионов на отрицательно заряженных жидких липосомах вызывает образование липидных кластеров, обогащенных отрицательно заряженными липидами, и трансбислойную миграцию анионных липидов с внутренней стороны оислоя на внешнюю. Плазматические мембраны реальных клеток содержат существенное количество нелипидных компонентов, среди которых наибольшая доля принадлежит белкам. Однако, данные о закономерностях взаимодействия поликатионов с мембранными белками в имеющейся литературе весьма отрывочны. Мало изучены проблемы обратимости такого взаимодействия, механизмов возникновения структурных изменений белок-липидной мембраны и влияния поликатиона на функциональную активность белка. Кроме того, практически неосвещенным остается вопрос о том, какие именно мембранные компоненты являются мишенью действия поликатионов при их адсорбции на мембранах реальных клеток. В связи с этим, следующим шагом в изучении взаимодействия поликатионов с модельными мембранами является встраивание в бислой липосом модельного мембранного белка и исследование закономерностей связывания поликатионов с такими белок-липидными везикулами.
Цель работы состояла в создании модельной белково-липидной системы на основе моноламеллярных липосом из фосфатидилхолина и искусственно гидрофобизованного белка - сс-химотрипсина и изучения взаимодействия синтетических поликатионов с такими протеолипосомами. В работе исследовали:
изменения каталитических свойств и конформации а-химотрипсина, вызванные модификацией белка остатками стеариновой кислоты и последующем встраивании гидрофобизованных молекул в липидный бислой;
закономерности адсорбции поликатиона поли-М-этил-4-винилпиридиний бромида на поверхности белково-липидных везикул;
конкуренцию между встроенными в липосомальную мембрану отрицательно заряженным липидом - кардиолипином и гидрофобизованным а-химотрипсином за связывание с поликатионом;
влияние адсорбции поликатиона на проницаемость отрицательно заряженных липидных и белок-липидных мембран по отношению к низкомолекулярному электролиту и незаряженным молекулам противоракового антибиотика - доксорубицина.
Научная новизна. В работе впервые показано, что связывание гидрофобизованного белка с липосомами резко ускоряется при обработке белково-липидной суспензии ультразвуком. На основании полученных данных можно полагать, что при встраивании модифицированных белков в липидную мембрану важную роль играют количество и взаимное расположение остатков жирной кислоты на их поверхности. Обнаружено, что активность модифицированного а-химотрипсина, сниженная в результате гидрофобизации, после его встраивания в липосомальную мембрану восстанавливается до уровня нативного белка. Показано, что поликатион - поли-Ы-зтил-4-винилпиридиний бромид адсорбируется на поверхности белково-липидных везикул за счет электростатического взаимодействия с карбоксильными группами белка. Обратимость взаимодействия и вызываемая поликатионом латеральная агрегация белковых молекул определяются белок-липидным соотношением в мембране. Впервые обнаружено, что в случае, если в мембране присутствуют отрицательно заряженные липиды и белки, более предпочтительным оказывается связывание поликатиона с липидами. Показано, что адсорбция поликатионов на отрицательно заряженных липидных и белок-липидных мембранах приводит к изменению пассивной проницаемости бислоя по отношению к незаряженным молекулам доксорубицина. Этот эффект, по всей видимости, обусловлен структурными перестройками в мембране липосом и протеолипосом под действием поликатиона.
Практическая значимость. Полученные результаты имеют принципиальное значение для понимания механизма взаимодействия синтетических поликатионов и био-активных веществ на их основе с клеточной мембраной.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на Международной конференции студентов и аспирантов "Ломоносов-98" (Москва, Россия, 1998), Int. Seminar "'Liposomes and related structures" (Szklarska Poreba, Poland, 1999), Int. Conference "Lipid and surfactant dispersed systems" (Москва, Россия, 1999), tnt Bunsen Discussion Meeting "Interactions of biopolymers with model membranes" (Halle. Germany, 2000)/
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методической части, результатов и их обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы из ^/^/ссылок. Диссертация изложена на /^страницах машинописного текста, содержит Л рисунка и ^таблицы.
