toxreviewТоксикологический вестникToxicological Review0869-79223034-4611Federal Scientific Center of Hygiene named after F.F. Erisman10.36946/0869-7922-2019-3-33-45toxreview-196Research ArticleСтатьиМОДЕЛЬНЫЕ БИОМЕМБРАНЫ, КАК ТЕСТ-ОБЪЕКТЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ДИАПАЗОНОВ ВРЕДНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДАХ И ОБЪЕКТАХ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫMODEL BIOMEMBRANES AS TEST OBJECTS FOR THE DETERMINATION OF CONCENTRATION RANGES OF HARMFUL CHEMICAL SUBSTANCES IN BIOLOGICAL MEDIUMS AND OBJECTS OF EXTERNAL ENVIRONMENTАлексееваО. М.AlekseevaO. M.

Алексеева Ольга Михайловна, старший научный сотрудник 

119334, г. Москва

Alekseeva Olga Michailovna

119334, Moscow

olgavek@yandex.ruКременцоваА. В.KrementsovaA. V.

Кременцова Анна Владимировна, кандидат физико - математических наук, старший научный сотрудник

119334, г. Москва

Krementsova Anna Vladimirovna

119334, Moscow

akrementsova@mail.ruКривандинА. В.KrivandinA. V.

Кривандин Алексей Владимирович, кандидат физико - математических наук, ведущий научный сотрудник, руководитель Центра рентгенодифракционного анализа

119334, г. Москва

Krivandin Aleksey Vladimirovich

119334, Moscow

krivandin@sky.chph.ras.ruШаталоваО. В.ShatalovaO. V.

Шаталова Ольга Владимировна, научный сотрудник Центра рентгенодифракционного анализа

119334, г. Москва

Shatalova Olga Vladimirovna

Pushchino Scientific Center for Biological Research of the Russian Academy of Sciences

119334, Moscow

Shatalova@sky.chph.ras.ruКимЮ. А.KimYu. A.

Ким Юрий Александрович, доктор физико - математических наук, ведущий научный сотрудник Института биофизики клетки РАН, ФГБУН «Федеральный исследовательский центр «Пущинский научный центр биологических исследований Российской академии наук»  

142290, г. Пущино

Kim Yuri Alexandrovich

142290, Pushchino

ФГБУН Институт биохимической физики РАН им. Н.М. ЭммануэляРоссияN.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of SciencesRussian FederationФГБУН Институт биофизики клетки Российской академии наукРоссияInstitute of Cell BiophysicsRussian Federation201928062019033345Copyright © Алексеева О.М., Кременцова А.В., Кривандин А.В., Шаталова О.В., Ким Ю.А., 20192019Алексеева О.М., Кременцова А.В., Кривандин А.В., Шаталова О.В., Ким Ю.А.Alekseeva O.M., Krementsova A.V., Krivandin A.V., Shatalova O.V., Kim Y.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.toxreview.ru/jour/article/view/196

В работе представлены данные по изменениям модельных биомембран (липосомы, тени эритроцитов, эритроциты), используемых, как тест-объекты, для определения тех областей концентраций биологически активных веществ, в которых не происходит нарушения структуры или функции экспериментальных объектов. В качестве биологически активных веществ отобрали синтетические: регулятор роста растений мелафен, применяемый в малых дозах в предпосевной обработке семян и производные антиоксиданта – фенозана, феноксан и ИХФАНы. Показали методом ДСК, что производные фенозана в концентрациях равных 10-5 М и более, разрушают микродоменную организацию в бислоях фосфолипидных мультиламеллярных липосом и переформировывают белковые микродомены в тенях эритроцитов. Мелафен в малых и больших концентрациях полимодально изменяет микродоменную организацию в бислоях фосфолипидных мультиламеллярных липосом, не разрушая структуру, не влияет на белковые микродомены в тенях. Спектральным анализом выявили увеличение проницаемости мембран в изолированных целых эритроцитах при действии мелафена в больших и малых концентрациях. Методом малоуглового дифракционного рассеяния показали отсутствие влияния мелафена в широком диапазоне концентраций на толщину фосфолипидных бислоев и порядок их упаковки в мультиламеллярных липосомах.

The paper presents data on changes in model biomembranes (liposomes, erythrocyte shadows, erythrocytes) used as test objects to determine those ranges of concentrations of biologically active substances in which there is no violation of the structure or function of experimental objects. Melaphene, plant growth regulator used in small doses in seed pre-treatment, and antioxidant phenosan derivatives, phenoxane and IHFANs, have been used as biologically active substances. It was shown by DSC that phenosan derivatives at concentrations equal to 10-5 M and higher destroy the microdomain organization in the bilayers of phospholipid multilamellar liposomes and reshape protein microdomains in the shadows of red blood cells. Melaphene in small and large concentrations changes polymodal the microdomain organization in the bilayers of phospholipid multilamellar liposomes without destroying the structure and does not affect the protein microdomains in the shadows. An increase in the membrane permeability in isolated intact erythrocytes in the presence of melaphene in large and small concentrations has been revealed by means of spectral anaslysis. The method of small-angle diffraction scattering showed the absence of the effect of melaphene in a wide range of concentrations on the thickness of phospholipid bilayers and the order of their packaging in multilamellar liposomes.

фосфолипидымультиламеллярные липосомыбиологически активные веществатени эритроцитовэритроцитыДСКмалоугловое дифракционное рассеяниеphospholipidsmultilamellar liposomesbiologically active substanceserythrocyte shadowserythrocytesDSCsmall-angle diffraction scatteringReferencesФаттахов С-Г.Г., Резник В.С., Коновалов А.И. Меламиновая соль бис гидроксиметил) фосфиновой кислоты (Мелафен), как новый сильный регулятор роста растений. В кн. Материалы 13 интернациональной конференции химии фосфорных соединений. С-Пб. 20S. 80.Fattakhov S.G., Reznik V.S., Konovalov A.I. Melamine Salt of Bis (hydroxymethyl) Phosphinic Acid (Melaphene) as a New Generation Regulator of Plant Growth Regulator. Proceedings of the 13th International Conference on Chemistry of Phosphorus Compounds. St. Petersburg.. 202 (in Russian).Ершов В.В., Никифоров Г.А., Володькин A.A. Пространственнозатруднённые фенолы. М. Химия. 1972.Ershov V.V., Nikiforov G.A., Volodkin A.A. Spatially hampered phenols. M. Khimia. 19(in Russian).Никифоров, Г.А. Белостоцкая И.С., Вольева В.Б., Комиссарова Н.Л., Горбунов Д.Б. Биоантиоксиданты «поплавкового» типа на основе производных 2,6 дитретбутил-фенола. В сб.: Биоантиоксидант. Научный вестник мед акад.2003; 50–51.Nikiforov G.A., Belostotskaya I.S., Vol’eva V.B., Komissarova N.L., Gorbunov D.B. Bioantioxidants “float types” at base of derivatives 2,6 ditret butyl fenyl. Scientific Bulletin of the Tyumen Academy of Medicine: «Bioantioxidants”. 2003; 1: 50-51 (in Russian).Тараховский Ю.С., Кузнецова С.М., Васильева Н.А., Егорочкин М.А., Ким.Ю.А. Взаимодействие таксифолина (дигидрокверцитина) с мультиламеллярными липосомами из димиристоилфосфатидилхолина. Биофизика. 2008; 53:78Tarachovsky Yu.S., Kusnetsova S.M., Vasilieva N.A., Egorochkin M.A., Kim Yu.A. Relationships of taxifolin (dihydroquercitine) with multilamellar liposomes from dimyristoilphosphatidylcholine. Biopysics. 2008; 5: 279–84 (in Russian).Антонов В.Ф., Смирнова Е.Ю., Шевченко Е.В. Липидные мембраны при фазовых превращениях. М: Наука. 19Antonov V.F., Smirnova E.Yu., Shevchenko E.V. Lipid membranes under the phase transitions M. Nauka. 19(in Russian).Тараховский Ю.С. Интеллектуальные липидные наноконтейнеры в адресной доставке лекарственных веществ. М.: Издательство ЛКИ. 2011.Tarachovsky Yu.S. Intellectual lipid’s nana containers at address transport of medical substances. M. LKI. 20(in Russian).Харакоз Д.П. О возможной физиологической роли фазового перехода «жидкое-твердое» в биологических мембранах. Успехи Биологических Наук. 20264-3Charakoz D.P. About the possible physiological role of phase transition “liquidsolid“ at biological membranes. 2001; 41: 54 7 (in Russian).Филиппов А.В., Рудакова М.А., Гиматдинов Р.С., Семина И.Г. Диффузия липидов в биологических мембранах. Учебное пособие для студентов третьего и четвертого курсов специализации. Медицинская физика физического факультета. Казань 20Filippov A.V., Rudakova M.A., Gimatdinov R.S., Semina I.G. Lipids diffusion at biological membranes. Educational material for students of third and fourth courses specialization. Medical physics of physics department. Kazan. 20(in Russian).Lindblom G., Oradd G., Filippov A. Lipid lateral diffusion in bilayers with phosphatidylcholine, sphingomyelin and cholesterol. An NMR study of dynamics and lateral phase separation. Chem Phys Lipids. 2006; 141: 179-184.Lindblom G., Oradd G., Filippov A. Lipid lateral diffusion in bilayers with phosphatidylcholine, sphingomyelin and cholesterol. An NMR study of dynamics and lateral phase separation. Chem Phys Lipids. 2006; 141: 179-184.Свергун Д.И., Фейгин Л.А. Рентгеновское и нейтронное малоугловое рассеяние. М. Изд. Наука. 19Svergun D.I., Feigin L.A. Rentgen and neutron small angle scattering. M. Nauka.19(in Russian).Dodge J.T., Mitchell C., Hanahan D.J. The preparation and chemical characteristics of hemoglobin-free ghost of human erythrocytes. Arch. Biochem. Biophys. 1963; 100: 199-130.Dodge J.T., Mitchell C., Hanahan D.J. The preparation and chemical characteristics of hemoglobin-free ghost of human erythrocytes. Arch. Biochem. Biophys. 1963; 100: 199-130.Sato Y., Yamakose H. Suzuki Ya. Mechanism of hypotonic hemolysis of human erythrocytes. Biol. Pharm. Bull. 1993; 16: 506-512.Sato Y., Yamakose H. Suzuki Ya. Mechanism of hypotonic hemolysis of human erythrocytes. Biol. Pharm. Bull. 1993; 16: 506-512.Акоев В.Р., Щербинина, С.П. Матвеев А.В., Тараховский Ю.С., Деев А.А., Шныров В.Л. Исследование стpуктуpных переходов в мембранах эритроцитов при наследственном гемохроматозе. Бюллетень Экспериментальной Биологии и Медицины. 1997; 123: 279-2Akoev V.R., Sherbinina S.P., Matveev A.V., Tarachovsky Yu.S., Deev A.A., Shnirov V.L. Investigations of structural transitions at erythrocytes’ membrane when hereditary hemochromatosis. Bulletin Experimental biology and medicine. 1997; 123: 279–84 (in Russian).Akoev V.R., Matveev A.V., Belyaeva T.V., Kim Y.A. The effect of oxidative stress on structural transitions of human erythrocyte ghost membranes. Biochim Biophys Acta. 1998; 1371: 284-2Akoev V.R., Matveev A.V., Belyaeva T.V., Kim Y.A. The effect of oxidative stress on structural transitions of human erythrocyte ghost membranes. Biochim Biophys Acta. 1998; 1371: 284-294.Гендель Л.Я., Ким Л.В., Лунёва О.Г., Федин В.А., Круглякова К.Е. Изменения поверхностной архитектоники эритроцитов под влиянием синтетического антиоксиданта фенозана-Известия РАН. Серия Биология. 1996; 4: 508-5Gendel L.J., Kim L.V., Luneva O.G., Fedin V.A., Kruglakova K.E. Changes of cursory architectonics of erythrocytes under the impact of synthetic antioxidant Fenosan-Reports of Russian Academy of Science. Series. Biol. 1996; 4: 508-512 (in Russian).Бурлакова Е.Б., Голощапов А.Н., Трещенкова Ю.А. Действие малых доз фенозана на биохимические свойства лактатдегидрогеназы и микровязкость мембран микросом мозга мышей. Радиационная биология. Радиоэкология. 2003; 3: 320-3Burlakova E.B., Goloshchapov A.N., Treschenkova U.A. The low doses actions to the biochemical properties of lactatdehydrohenase and microviscosity brain microsomes membranes of mice. Radiation biology. Radioecology. 2003; 3: 320-323 (in Russian).Ким Ю.А., Елемесов Р.Е., Акоев В.Р. Гиперосмотический гемолиз эритроцитов и антигемолитическая активность фракции сапонинов и тритерпеновых гликозидов из Panax Ginseng C.A.Meyer. Биологические мембраны. 2000; 17: 15Kim Yu.A., Elemesov R.E., Akoev V.R. Hyper osmotic hemolysis of erythrocytes and antihemolytic activity of saponins faction and triterpens glycosides from Panax Ginseng C. A. Meyer. Biological Membrane. 2000; 17: 15–26 (in Russian).Прокопов А.А., Шукиль Л.В., Берлянд А.С. Изучение метаболизма фенозан-кислоты в организме кроликов. Химико-фармацевтический журнал. 2006; 40: 3Prokopov A.A., Berland A.C., Shukil L.V. Investigation of Phenosan-acid acid metabolism at rabbit body. Pharmaceutical Chemistry Journal. 2006; 2: 3-4 (in Russian).Бурлакова Е.Б. Эффект сверхмалых доз. Вестник российской Академии наук. 1994; 64: 425 – 431.Burlakova E.B. Effect of super low doses. Herald of Russian Academy of science. 1994; 64: 425 431(in Russian).McMullen T.P.W., Lewis R.N.A.H., Mc Elhaney R.N. Differential scanning calorimetry study.of the effect of cholesterol on the thermo tropic phase behavior of a homologous series of linear saturated phosphatidylcholines. Biochemistry. 1993; 32: 516-552.McMullen T.P.W., Lewis R.N.A.H., Mc Elhaney R.N. Differential scanning calorimetry study.of the effect of cholesterol on the thermo tropic phase behavior of a homologous series of linear saturated phosphatidylcholines. Biochemistry. 1993; 32: 516-552.Jager F.C. Determination of vitamin E requirement in rats by means of spontaneous haemolysis in vitro. Nutr. et Diets. 1968; 10: 215−223.Jager F.C. Determination of vitamin E requirement in rats by means of spontaneous haemolysis in vitro. Nutr. et Diets. 1968; 10: 215−223.Privalov P.L., Plotnikov V.V. Three generations of scanning microcalorimeters for liquids. Therm. Acta. 1989; 139: 257-277.Privalov P.L., Plotnikov V.V. Three generations of scanning microcalorimeters for liquids. Therm. Acta. 1989; 139: 257-277.Архипова Г.В., Бурлакова Е.Б., Кривандин А.В., Погорецкая И.Л. Влияние фенозана на структуру фосфолипидных мембран. Нейрохимия. 1996; 13:128-1Archipova G.V., Burlakova E.B., Krivandin A.V., Pogoretskaya I.L. Phenosan-acid influence to phospholipid membrane. Neurochemistry. 1996; 13: 128-132 (in Russian).Фаттахов С.Г. Мелафен – перспективный препарат для сельского хозяйства, биотехнологий и экобиотехнологии. В кн.: Мелафен: механизм действия и области применения. ред. Фаттахова С.Г., Кузнецова В.В., Загоскиной Н.В. Казань: Печать – Сервис XXI век; 2014: 9Fattahov S.G. Melafenperspective preparation for agricultural, biotechnology and ecobiotechnology..At Book: Melafen: mechanism of action and regions of using. Eds: Fattachov S.G., Kuznetsov V.V., Zagoskina N.V., Kazan: Print-Servis-XXI century; 2014: 9–14 (in Russian).Кривандин А.В. Фаткуллина Л.Д. Исследование встраивания антиоксиданта ИХФАН в липосомы методом малоуглового рентгеновского рассеяния. Химическая физика. 2013; 32: 91Krivandin A.V., Fatkullina L.D. Investigation of antioxidant IHFAN incorporation to liposomes by method small angle Rentgen scattering. Chemical Physics. 2013; 32: 91-(in Russian).Fatkullina L.D., Vekshina O.M. (Alekseeva O.M.), Burlakova E.B., Goloshchapov A.N., Kim Yu.A. Stabilization of cell membranes by hybrid antioxidants in therapy of neurodegenerative diseases. In book “In Biotechnology: State of the Art and Prospects for Development” Ed. by P.E. Stott and G.E. Zaikov. New York. Nova Science Publishers; 2008: Chapter 115-123.Fatkullina L.D., Vekshina O.M. (Alekseeva O.M.), Burlakova E.B., Goloshchapov A.N., Kim Yu.A. Stabilization of cell membranes by hybrid antioxidants in therapy of neurodegenerative diseases. In book “In Biotechnology: State of the Art and Prospects for Development” Ed. by P.E. Stott and G.E. Zaikov. New York. Nova Science Publishers; 2008: Chapter 115-123.Ким Ю.А., Елемесов Р.Е., Акоев В.Р. Гиперосмотический гемолиз эритроцитов и антигемолитическая активность фракции сапонинов и тритерпеновых гликозидов из Panax Ginseng C.A.Meyer Биологические мембраны. 2000; 17: 15Kim Yu. A. Elemesov R. E. Akoev V. R. Hyper osmotic hemolysis of erythrocytes and antihemolytic activity of saponins faction and triterpens glycosides from Panax Ginseng C. A. Meyer. Biological Membrane. 2000; 17: 15–26 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.