научная статья по теме МОНО- И БИЯДЕРНЫЕ ДИНИТР ОЗИЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ЖЕЛЕЗА С ТИОЛСОДЕРЖАЩИМИ ЛИГАНДАМИ В РАЗЛИЧНЫХ БИОСИСТЕМАХ Биология

Текст научной статьи на тему «МОНО- И БИЯДЕРНЫЕ ДИНИТР ОЗИЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ЖЕЛЕЗА С ТИОЛСОДЕРЖАЩИМИ ЛИГАНДАМИ В РАЗЛИЧНЫХ БИОСИСТЕМАХ»

БИОФИЗИКА, 2015, том 60, вып. 4, с. 735-747

БИОФИЗИКА СЛОЖНЫХ СИСТЕМ

УДК 577.3

МОНО- И БИЯДЕРНЫЕ ДИНИТР ОЗИЛЬНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ЖЕЛЕЗА С ТИОЛСОДЕРЖАЩИМИ ЛИГАНДАМИ В РАЗЛИЧНЫХ БИОСИ СТЕМАХ

© 2015 г. А.Ф. Ванин, В.Д. Микоян, Л.Н. Кубрина, P.P. Бородулин, Е.Н. Бургова

Институт xимической физики им. Н.Н. Семенова РАН, 11991, Москва, ул. Косыгина, 4

E-mail: уапт@ро1утег.скрН.ras.ru Поступила в p едакцию 29.04.15 г.

Показано, что динитрозильные комплексы железа с тиолсодержащими лигандами, возникающие в сывороточном альбумине быка с высоким содержанием тиоловых групп, в пекарских дрожжах или в тканях животных, обработанных монооксидом азота соответственно экзогенного или эндогенного происхождения, представлены в подавляющей своей части ЭПР-неактивной биядерной формой. Эта форма может переходить в ЭПР-активную моноядерную форму при подщелачивании окружающей среды, в ЭПР-активную форму моноядерных нитрозильных комплексов железа при двухэлектронном восстановлении биядерной формы динитрозильных комплексов железа или при воздействии на них производных дитиокарбаматов, приводящем к образованию соответствующих ЭПР-активных мононитрозильных комплексов железа с дитиокарбаматами. Значительное содержание биядерной формы динитрозильных комплексов железа в живых системах и идентичность биологического действия этих комплексов и системы эндогенного монооксида азота позволяют предполагать, что эндогенные биядерные динитро-зильные комплексы железа представляют собой «рабочую форму» эндогенного монооксида азота как универсального регулятора биологических процессов.

Ключевые слова: монооксид азота, моно- и биядерные динитрозильные комплексы железа с тиолсодержащими лигандами.

В этом году исполняется 50 лет со времени публикации в журнале «Биофизика» статьи А.Ф. Ванина и Р.М. Налбандяна о регистрации в пекарских дрожжевых клетках Saccharomyces cerevisiae ненаблюдавшегося ранее в живых объектах сигнала ЭПР с #ср = 2,03 (сигнал 2,03) [1], обусловленного, как было показано последующими исследованиями, моноядерными белок-связанными динитрозильными комплексами железа (М-ДНКЖ) с тиолсодержащими (И Б-) лигандами (формула - [(И8-)2Ре(1ЧО)2]) [2-4]. Через два года в журнале «Биофизика» была опубликована статья А .Ф. Ванина с соавтора -ми, в которой было показано, что сигнал 2,03 можно зарегистрировать и в тканях животных [5].

Описание ^-тензора сигнала 2,03 только двумя разными значениями - = 2,04, = 2,014 (рис. 1а,в) - свидетельствует о сравнительно

Сокращения: М-ДНКЖ - моноядерные динитрозильные комплексы железа, N0 - монооксид азота, Б-ДНКЖ -биядерные динитрозильные комплексы железа, МНКЖ -мононитрозильные моноядерные комплексы железа, ДТТ -дитиотреитол, САБ - сывороточный альбумин быка, ДЭТК - диэтилдитиокарбамат натрия, МГД - ^метил-Б-глутамин- дитио кар бамат.

высокой аксиальной симметрии М-ДНКЖ с тиолсодер жащими лигандами [6-9]. Есть о снование полагать, что такая симметрия определяется наличием в лигандной сфере М-ДНКЖ пары нитрозильных и пары тиоловых лигандов, взаимодействие которых в ^^-положении с центральным атомом пр иводит к аксиальной симметрии р аспределения электронной плотности [6], что и определяет наличие лишь двух р азных главных значений тензора ^-фактора сигнала 2,03 [7-9]. Поскольку форма сигнала 2,03 не изменялась при повышении температуры его регистрации от 77 К до комнатной температуры, был сделан вывод о белковой природе М-ДНКЖ в биосистемах, т.е. о включении в эти комплексы тиолсодержащих остатков белков (рис. 1б,г). Что касается наличия низкомолекулярных аналогов этих комплексов в био-стистемах, то при регистрации при комнатной температуре они обнаруживались бы по узкому симметр ичному сигналу с полушириной 0,7 мТл с центром пр и g = 2,03 [3,10]. Такого р ода слабый сигнал присутствует в спектре ЭПР, приведенным на р ис. 1б. В спектре, приведенном на рис. 1г, он отсутствует. Отсюда следует, что в биообъектах М-ДНКЖ с тиолсодержа-

Рис. 1. Сигналы 2,03, зарегистрированные в дрожжах (а,в) и печени кролика (б,г) при 77 К (а,в) или при комнатной темпер атур е (б ,г). На фоне анизотр опного шир окого сигнала 2,03, обусловленного белок-связанным М-ДНКЖ (р ис. 1б), наблюдается слабый узкий сигнал 2,03, обусловленный низкомолекуляр ными М-ДНКЖ [10].

щими лигандами пр едставлены в подавляющей своей части белок-связанными комплексами.

Через три десятилетия после наблюдения сигнала 2,03 в др ожжах и тканях животных, когда было установлено, что в микр оор ганиз-мах и в организме животных может постоянно продуцироваться монооксид азота (N0), причем в качестве одного из универсальных р егу-лятор ов разнообр азных метаболических пр оцес-сов [11-14], стало ясно, что обнар ужение методом ЭП Р обр азования в биообъектах М-ДНКЖ явилось пер вым шагом в становлении нового раздела биологии - биологии монооксида азота. Было показано, что обр азование ЭП Р-активно-го М-ДНКЖ с тиолсодержащими лигандами пр оисходит пр и уча стии эндогенно синтезир уе-мого N0, связывание которого с негемовым железом при участии тиолов и приводит к появлению указанных комплексов [15-24].

Начавшиеся в 80-90-е годы пр ошлого столетия интенсивные исследования биологической р оли N О показали, что эта пр о стейшая молекула пр и микр омоляр ной стационар ной концентр ации функционирует в организме всех пр едставителей живого мир а (бактер ии, р астения, животные, человек) в качестве одного из универсальных р егулято р ов разнообр азных метаболических процессов. При более высокой стационар ной концентр ации - 100 мкМ и более -N0 п р оявляет цитотоксические свойства, обеспечивающие его функционир ование в о р ганиз-ме животных и человека в качестве одного из о сновных эффекто р ов системы клеточного им-

мунитета, уничтожающего раковые клетки и чужер одные ор ганизму бактер ии [14].

Вместе с тем было установлено, что молекулы N0 неспо собны в свободном со стоянии эффективно достигать биологические мишени их действия, по скольку как свободнор адикаль-ные агенты они быстр о окисляются до пер ок-синитр ита другими внутр иклеточными свобод-нор адикальными агентами - ионами супер оксида [14]. Защита N0 от губительного действия супероксида может обеспечиваться его включением в эндогенные соединения, способные пер ено сить молекулы N0 в клетках и тканях на значительные расстояния с последующей пер е-дачей N0 на соответствующие мишени его действия. В качестве таких пер ено счиков N0 в клетках и тканях животных и человека и могут выступать упомянутые выше ДНКЖ с тиолсо -дер жащими лигандами, а также Б-нитр озотио-лы (фо р мула - Я8-№0), возникающие в р еакции окисленной фор мы N0 - ионов нитр озония (N0+) с тиоловой сер ой [25].

Проведенная проверка биологического действия ДНКЖ с пр ир одными тиолсодер жащими лигандами - глутатионом или цистеином - показала, что эти комплексы характеризуются тем же спектр ом биологической активности, что и монооксид азота [3,26]. Более того, в дозовом отношении они оказывают более эффективное биологическое действие, чем свободные молекулы N0, - факт, свидетельствующий о защитном действии ДНКЖ на включенные в них молекулы N0. Кр оме того, оказалось, что ДНКЖ могут выступать не только в качестве

доноров N0, но и ионов нитрозония [3,27,28]. Все это делает весьма вероятным функциони-р ование эндогенных ДНКЖ с тиолсодер жащи-ми лигандами в качестве одной из форм N0, обеспечивающей его функционир ование как одного из универсальных р егулято р ов метаболических процессов в живых системах.

В связи с этим встает вопрос, какая часть пр одуцируемого в клетках и тканях N0 может включаться в эти комплексы. Проведенная в р аботе [29] оценка концентр ации ДНКЖ с ти-олсодержащими лигандами, а именно их моноядер ной фор мы, возникающей в культур ах клеток животного происхождения при участии как экзогенного, так и эндогенного N0 (по интенсивности ха р актер ного для М-ДНКЖ сигнала 2,03), показала, что эта концентрация не менее чем на порядок превосходит уровень другой эндогенной фо р мы N0 - внутр иклеточных Я8-№0, достигая значения 900 пикомолей М-ДНКЖ /мг белка, т .е. пр имер но 130 наномолей М-ДНКЖ/г влажных клеток. Если же учесть, что в М -ДНКЖ представлены по две молекулы N0, то это различие становится существенно большим. Таким обр азом, если N0 и функционир ует в клетках и тканях в связанном со стоянии, то преимущественно в форме М-ДНКЖ, а не Я8-№0.

Следует отметить, что в последние годы было показано, что при р аспаде активных центр ов железо сер ных белков под действием N0 возникающие пр и этом ДНКЖ с тиолсодержащими лигандами представлены в основном не в форме пар амагнитных М-ДНКЖ, а в форме диамагнитных биядерных ДНКЖ (Б-ДНКЖ), представляющих собой тиоэфиры соответствующих тиолов и красной соли Руссена (формула последней [(8)2Ре2(№0)4], где Б - неорганический сульфид, формула соответствующего тиоэфира [(Я8)2Ре2(№0)4], где ЯБ- - тиолсо -держащее соединение) [30-36]. Б-ДНКЖ нахо-дятся в химическом равновесии с М-ДНКЖ, опр еделяемом наличием ионизованных по тио-ловой сер е тиолов (пЯБ-): пр и их избытке в этой системе ДНКЖ пр едставлены в о сновном М-ДНКЖ, п р и их недостатке - Б-ДНКЖ (схема) [4]:

Я I

N0 8" N0 \ / \ /

Бе Бе / \ / \ N0 Б- N0 I

Я

В связи с этим не исключено, что в различных биосистемах (и не только в железо сер-

ных белках) кpоме М-ДНКЖ c тиолсодержа-щими лигандами могут возникать их биядер ные аналоги. И х учет может существенно повысить содер жание ДНКЖ в биообъектах, что может быть важным аргументом в пользу нашего пр едположения о том, что эти комплексы могут в значительной степени обеспечивать функционир ование NO в качестве универсального регулятора биологических процессов.

Цель на стоящего и сследования со стояла в пр овер ке возможности обр азования такого ро -да ЭП P-неактивных фо р м ДНКЖ с тиолсодержащими лигандами в микр оор ганизмах и тканях животных. Для обнар ужения этих комплексов и оценки их содержания в биообъектах была использована способность Б-ДНКЖ с тиолсодер жащими лигандами пер еходить в ЭП P-активные М -ДНКЖ пр и повышении рН ср еды (схема), а также пр евр ащаться в ЭП P-активные моноя

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком