Анотація до роботи:

Бичко А.В. Молекулярні механізми мембранотропної активності 2,6-диметилпіридин-N-оксиду (івіну).- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук за спеціальністю 03.00.02 - біофізика.- Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2004.

Досліджено механізми взаємодії з ліпідними мембранами 2,6-диметилпіридин-N-оксиду (івіну). Показано, що характер мембранотропних ефектів і тип молекулярної динаміки івіну в ліпідному оточенні залежить від повноти його дегідратації при контакті з поверхнею ліпідного матриксу. Негідратовані форми івіну призводять до кристалізації й впорядкування мембранних ліпідів, у той час як гідратовані форми дестабілізують їх. Вміст в мембрані тієї чи іншої форм залежить від його початкової концентрації івіну і щільності самої мембрани. Найбільший мембрано-стабілізуючий ефект івін виявляє в діапазоні концентрацій 10^-9-10^-8 М, коли в мембрані домінуючою є негідратована форма препарату. У всіх інших випадках величина дестабілізації мембранних ліпідів івіном зростає по мірі збільшення його концентрації. Дестабілізація має тимчасовий характер, що свідчить про поступове домінування в мембрані впливу негідратованого івіну - продукту розщеплення інкорпорованих в мембрану гідратованих форм. Показано, що модифікація структури мембрани івіном впливає на її проникність до гербіциду 2,4-дихлорфеноксиоцтової кислоти (2,4-Д) та швидкість перекисного окислення ліпідів активними формами кисню. Отримані експериментальні дані і теоретичні розрахунки з урахуванням даних літератури свідчать, що в реалізації первинних механізмів трансформації енергії хімічного сигналу івіну (як і 2,4-Д) основна роль належить ліпідному матриксу мембрани.

1. Встановлено, що 2,6-диметилпіридин-N-оксид (івін) у водному середовищі існує у вигляді гідратних комплексів, які зазнають руйнування при контакті з поверхнею ліпідної мембрани. При концентрації івіну 10^-8 М руйнування комплексів завершується повністю і в гідрофобну зону мембрани проникає лише негідратований івін. За вищих концентрацій в мембрані створюється динамічна рівновага між гідратованою і негідратованою формами препарату. Остання інтенсифікує дисперсійні міжланцюгові взаємодії і призводить до ущільнення ліпідів в мембрані. Інерціальна динаміка молекулярного обертання негідратованого івіну сприяє цьому процесу, на противагу від його гідратних комплексів, газоподібна динаміка обертання яких зберігається при переході з розчину до ліпідної фази мембрани.

2. Івін в концентрації 10^-9 М зменшує полярність ліпідного оточення пірену в фосфатидилхолінових ліпосомах шляхом ініціації переходу ліпідів до гелеподібного стану. При модифікації ліпосом івіном в концентрації 10^-5 М зміни полярності оточення пірену мають нерегулярний характер із загальною тенденцією до зменшення, що свідчить про тимчасову дестабілізацію структури мембрани.

3. Ефектом 10^-9-10^-8 М івіну, незалежно від шляхів модифікації мембрани, є зменшення електричної провідності (на 14,5 нСм/см²) та ємності (на 0,06 мкФ/см²) фосфатидилхолінових бімолекулярних мембран. За вищих концентрацій ефекти івіну залежать від шляхів модифікації мембран: при одноразовому введенні зростає електрична провідність та ємність бімолекулярних мембран (БЛМ); при поступовому збільшенні концентрації провідність та ємність мембрани лінійно зменшуються.

4. Показано, що поступове збільшення концентрації 2,4-дихлорфеноксиоцтової кислоти (2,4-Д) від 10^-9 до 10^-5 М не призводить до зміни електричних характеристик БЛМ. Попередня модифікація БЛМ івіном в концентрації 10^-9, 10^-8 М також не впливає на характер взаємодії 2,4-Д із мембраною при поступовому збільшенні його концентрації від 10^-9 до 10^-5 М.

5. Модифікація БЛМ івіном у вищих концентраціях призводить до збільшення електричної провідності та ємності БЛМ при дії 2,4-Д. Це свідчить, що вищі концентрації івіну сприяють проникненню у ліпідний матрикс молекул 2,4-Д, що може бути наслідком утворення в структурі БЛМ дефектів.

6. При дії івіну в концентрації 10^-9 М швидкість накопичення продуктів перекисного окислення ліпідів, ініційованого іонами Fe²⁺, в фосфатидилхолінових ліпосомах зростає. Це може бути результатом ущільнення мембранних ліпідів, оскільки дестабілізація мембрани івіном в концентрації 10^-5 М вірогідно не впливає на швидкість ПОЛ.

7. Отримані експериментальні дані і теоретичні розрахунки з урахуванням даних літератури свідчать, що в реалізації первинних механізмів трансформації енергії хімічного сигналу - івіну і 2,4-Д - основна роль належить ліпідному матриксу мембрани.

Публікації автора:

1. Бичко А.В., Рибальченко В.К. Обгрунтування активної ролі ліпідного матриксу в структурі та функціях мембрани // Вісник Київського нац.унів.ім.Тараса Шевченка. Пробл.рег.фізіол.функ.- 2001.- Вип.7.- С.37-40 (Основний зміст належить дисертантові; Рибальченко В.К. - загальна ідея роботи, редагування висновків);

2. Бичко А.В., Рибальченко В.К. Модифікація рідинно-кристалічної структури бімолекулярних мембран N-оксид-2,6-лутидином (івіном) // Фізика живого.- 2002.- Т.10, №1.- С.31-40 (Експериментальні дані та основний зміст належить дисертантові; Рибальченко В.К. - загальна ідея, редагування висновків);

3. Бичко А.В., Семенов Ю.В., Рибальченко В.К., Сютікова О.В. Івін-індуковані фазові перетворення фосфатидилхолінових ліпосом // Фізика живого.- 2002.- Т, №2.- С.47-55 (Експериментальні дані та основний зміст належить дисертантові; Семенов Ю.В. - допомога в обробці результатів; Рибальченко В.К. - загальна ідея, редагування висновків);

4. Бичко А.В., Рибальченко В.К. Фазово-мозаїчна організація мембран - основа інформаційного обміну // Тез.доп. VI Міжн.конф. «Інфор-мотерапія: теорет.аспекти та практ. застосування», Київ.- 2000.- С.6-7;

5. Бичко А.В. Модифікація структури фосфатидилхолінових БЛМ івіном // Тез.доп. Всеукр.наук.конф. «Акт. пробл.гастероентерології», Київ.- 2001.- С.5;

6. Бичко А.В. Структурні перетворення ліпідного матриксу при дії 2,4-Д та івіну // Тез.доп. ІІІ з`їзду УБФТ, Львів.- 2002.- С.77;

7. Бичко А.В., Рибальченко В.К., Семенов Ю.В., Сютікова О.В. Флюоресцентне дослідження мембранотропних ефектів івіну // Тез.доп. Всеукр.наук.конф. «Психофізіологічні та вісцеральні функції в нормі та патології», Київ.- 2002.- С.21;

8. Бичко А.В., Рибальченко В.К., Сютікова О.В. Градієнт концентрації як ключовий елемент у визначенні мембранотропних механізмів дії івіну // Тез.доп.VII Міжн.конф. «Інформотерапія: теорет.аспекти та практ.застосування», Київ.- 2002.- С.8;

9. Островская Г.В., Бичко А.В., Карпезо Н.О., Мацюх О.В., Рыбальченко В.К., Сютикова О.В. Взаимодействие ивина с липидными мембранами и базисные механизмы реализации биологической активности препарата // Тез.доп.IX Міжнар.конф. "Інформотерапия: теоретичні аспекти та практичне застосування", Київ.- 2003 р.- С.81.