Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА І. СПЕКТРОСКОПИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛИПИДНЫХ СИСТЕМ ( ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ) 12
I. I. Перекисное окисление молекул фосфолипидов 12
1.2. Спектроскопические свойства липидных систем 20
ГЛАВА II. ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДІ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 28
2.1. Характеристика исследуемых объектов 28
2.2. Методы исследования спектроскопических свойств хромофорных систем 30
2.3. Определение степени окисления липидных систем...33
2.4. Методы изучения структурного состояния и инициирования перекисного окисления липидов 35
ГЛАВА III. СПЕКТРЫ И СТРУКТУРА ХРОМОФОРОВ В ЛИПИДНЫХ СИСТЕМАХ 38
3.1. Спектроскопические характеристики фосфолипидов и их изменение в процессе окисления 38
3.1.1. Колебательные спектры 38
3.1.2. Спектры электронного поглощения 51
3.1.3. Люминесцентные свойства липидных хромофоров..56
3.2. Влияние межмолекулярных взаимодействий и изомеризации на спектроскопические свойства хромофоров..67
3.2.1. Межмолекулярные взаимодействия и люминесцентные свойства липидных хромофоров 67
3.2.2. Изомеризация и спектры колебательного и электронного поглощения сопряженных полиеновых систем
ГЛАВА ІV. СПЕКГРОСЮПИЧЕСКОЕ ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЗМОВ ОБРА
ЗОВАНИЯ И ДЕСТРУЩИ ЛЙПИДОХ ХРОМОФОРОВ 81
4.1. Спектроскопическое изучение образования хромофоров при автоокислении липидов 81
4.2. Влияние внешних физико-химических факторов на образование липидных хромофоров 90
4.2.1. Ультрафиолетовое излучение 91
4.2.2. Ультразвук 97
4.2.3. Озон 102
4.3. Спектрофотометрическое изучение деструкции полиеновых хромофоров 109
ГЛАВА У. ПВ1МЕНЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОННЫХ И КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ СПЕКТРОВ ЛИІВДЖ СТРУКТУР ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ШОМЕМЕРАН 119
5.1. Изучение фазовых переходов в мембранах с использованием спектроскопических характеристик липидных структур 119
5.2. Использование спектроскопии электронного поглощения для изучения свободно-радикальных процессов в биомембранах и их моделях 131
5.3. Применение флуоресцентных характеристик липидных систем для изучения некоторых патологических состояний организма 137
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 141
ЛИТЕРАТУРА 1
Введение к работе
Изучение структурной организации и функций биологических мембран является одним из наиболее важных направлений в исследовании живых организмов. Мембраны определяют протекание большого числа метаболических процессов в клетке. Нарушение мембранных функций приводит к различным патологическим состояниям организма. Формирование мембран определяется уникальной способностью мембранных липидов спонтанно образовывать в водной среде бимолекулярные слои. Систематическое исследование и сопоставление параметров бислойных липидных структур (толщины, вязкости, температуры фазовых переходов и т.д.) в природных и модельных мембранах позволяет установить упаковку, кон-формацию и движение липидных молекул, изучить межмолекулярные взаимодействия, которые отвечают за образование бислойной структуры.
Постановка задачи об изучении структурных и функциональных особенностей биологических мембран требует привлечения современных высокочувствительных и высокоинформативных методов. Такими являются методы спектрального анализа, которые позволяют исследовать биоструктуры и физико-химические процессы, протекающие в биосистемах. Сложность биологических систем вынуждает при их исследовании применять одновременно широкий набор дополняющих друг друга методов, что, в свою очередь, обогащает молекулярную спектроскопию сведениями о взаимосвязи спектроскопических и физико-химических характеристик вещества. Применение спектральных методов позволяет адекватно определить наличие функциональных группировок и структуру биологически важных молекул, установить их конфигурацию и лока - 6 лизацию в мембране.
Исследование взаимосвязи между структурой, спектральными характеристиками и функциональными свойствами биомембран является одним из необходимых условий для выработки критериев целенаправленного воздействия на биологическую систему. Кроме того, комплексный характер исследования биологических систем позволяет в ряде случаев выяснить как механизмы действия физиологически активных соединений, так и механизмы функционирования биосистем.
Молекулы фосфолипидов, содержащие ненасыщенные двойные связи, подвержены перекисному окислению. В процессе окисления происходит изменение структуры молекул фосфолипидов, что приводит к модификации свойств биомембраны. В результате пере-кисного окисления липидов образуется целый ряд промежуточных продуктов, влияющих на процессы метаболизма. Среди продуктов окисления находится большое количество соединений, обладающих не только абсорбционными, но и эмиссионными свойствами. Многостадийность и разветвленность процесса перекисного окисления липидов определяет многообразие образующихся соединений, в том числе и содержащих хромофорные группировки. Подобие физико-химических свойств молекул, содержащих различные хромофорные группы, не позволяет провести разделение образующихся хромофоров и получить их индивидуально в чистом виде в количествах достаточных для анализа. Несмотря на относительно простое строение молекул фосфолипидов, до настоящего времени практически отсутствуют сведения об их хромофорных структурах, в том числе в лецитиновых системах, хотя лецитин является основным мембранообразующим фосфолипидом. Механизмы образования и деструкции липидных хромофорных систем изучены также недостаточно.
Основная цель диссертации заключается в следующем:
1. Изучение спектрально-люминесцентных свойств хромофоров, образующихся при перекисном окислении липидов.
2. Исследование влияния межмолекулярных взаимодействий и кон-формационных превращений молекул в жидкокристаллической матрице на спектроскопические характеристики липидных хромофоров.
3. Спектроскопическое исследование механизмов образования и деструкции хромофоров в липидных системах под действием температуры, ультрафиолетового излучения, ультразвука и озона.
4. Разработка методов изучения биосистем и их свойств с использованием спектроскопических характеристик липидных хромофоров.
Научная новизна полученных результатов. Впервые проведено изучение спектров колебательного и электронного поглощения, флуоресценции, возбуждения флуоресценции и фосфоресценции, а также поляризации флуоресценции хромофоров, образующихся при перекисном окислении фосфатидилхолина. Показано, что хромофорные системы, образующиеся при окислении фосфолипидов, представляют собой сопряженные полиеновые цепи различной длины. Установлено, что хромофоры в липидной мембране локализованы преимущественно в глицерольной области липидных молекул и ориентированы перпендикулярно поверхности бислоя. Показано, что в процессе перекисного окисления липидных молекул в мембране образуется жесткая пространственная сетка в гидрофобной области мембраны. С использованием спектроскопических характеристик липидных хромофоров изучены механизмы образования и деструкции хромофорных систем под действием внешних физико-химических факторов, таких как температура, ультрафиолетовое излучение, ультразвук, озон. На основании установленных спектроскопических свойств липидных хромофоров разработаны методы изучения фазовых переходов и свободно-радикальных процессов в биомембранах и их моделях, а также метод дифференциальной диагностики некоторых заболеваний крови.
Практическая значимость. Изученные в работе спектроскопические характеристики липидных хромофоров могут быть использованы для исследования структурной организации липидсодержащих систем, а также межмолекулярных взаимодействий и конфигурации молекул в липидных мембранах. Данные об изменении межмолекулярных взаимодействий и конформационных перестройках молекул липидов при фазовых превращениях в мембране позволяют установить влияние жидкокристаллической матрицы на спектроскопические свойства полиеновых хромофоров. Полученные результаты, свидетельствующие об ориентации и локализации полиеновых хромофоров в бислое, имеют важное значение для объяснения кинетических параметров процесса перекисного окисления липидов в биологических мембранах. Разработанные методы определения уровня свободнорадикальных процессов и дифференциальной диагностики некоторых заболеваний крови в настоящее время используются в БелНИИ эпидемиологии и микробиологии и Дорожной больнице БелВД. Изучение влияния внешних физико-химических факторов на перекисное окисление липидов позволило разработать метод получения стабильных липосом, используемых для транспорта лекарственных препаратов (положительное решение на заявку на изобретение №3542156/13 от 27.07.1984 г.).
Основные положения« выносимые на защиту,
1. Экспериментальные данные о взаимосвязи спектров и строения липидных хромофоров.
2. Зависимость спектроскопических свойств липидных хромофоров от межмолекулярных взаимодействий и изомеризации молекул фосфолипидов.
3. Связь поляризации флуоресценции с подвижностью липидных хромофоров в жидкокристаллической матрице.
4. Зависимость кинетических параметров образования липидных хромофоров от интенсивности и природы факторов, инициирующих окисление.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на ХХУІ Всесоюзном совещании по люминесценции (г.Самарканд, 1979 г.), I и II Всесоюзных совещаниях "Люминесцентный анализ в медицине и биологии и его аппаратурное обеспечение" (г.Рига, 1981 г., г.Рига, 1985 г.), I Всесоюзном биофизическом съезде (г.Москва, 1982 г.), ХХУ биофизическом съезде США (г.Денвер, 1981 г.), Всесоюзном симпозиуме "Окисление физиологически активных соединений в биологических мембранах" (г.Одесса, 1979 г.).
Основные результаты работы изложены в б статьях и б тезисах докладов.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, главы обзора литературных данных, методической главы, трех глав оригинальных данных, выводов, списка цитированной литературы; содержит 166 страниц машинописного текста, б таблиц, 41 рисунок и список литературы из 193 наименований.
В первой главе проанализированы имеющиеся в литературе данные по процессу перекисного окисления липидов и спектроскопии фосфолипидных систем. Рассмотрена природа хромофорных структур, образующихся в системах, содержащих фосфатидилэта-ноламин.
Вторая глава посвящена описанию исследуемых соединений, методик получения препаратов для исследований, спектроскопических методов изучения данных препаратов и методик инициирования перекисного окисления липидов. Введена характеристика, определяющая степень окисления липидного препарата.
В третьей главе изучены спектры колебательного и электронного поглощения, флуоресценции и возбуждения флуоресценции и фосфоресценции, а также поляризация и время жизни флуоресценции растворов фосфатидилхолина. Проанализированы изменения спектроскопических характеристик фосфатидилхолина в процессе перекисного окисления липидов. Проведено изучение влияния межмолекулярных взаимодействий и конформационных превращений липидных молекул на спектроскопические характеристики липидных хромофоров.
Четвертая глава посвящена спектроскопическому исследованию возможных механизмов образования и деструкции полиеновых хромофоров при автоокислении липидных молекул и при действии температуры, ультрафиолетового излучения, ультразвуковой радиации и озона.
В пятой главе рассмотрены разработанные с использованием спектроскопических характеристик липидных хромофоров методы изучения фазовых превращений и свободно-радикальных процессов в липидных мембранах, а также дифференциальной диагностики некоторых заболеваний крови.
![Получение и исследование фото- и электролюминесцентных свойств оксидных люминофоров в системе [(Ca,Mg)O(Al,Ga)2O3SiO2]:Eu](/i/i/4245/495299.png "Получение и исследование фото- и электролюминесцентных свойств оксидных люминофоров в системе [(Ca,Mg)O(Al,Ga)2O3SiO2]:Eu Терентьев, Михаил Александрович")
