ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ГЕМОГЛОБИНА ЧЕЛОВЕКА, МОДИФИЦИРОВАННОГО МИНОЦИКЛИНОМ

STUDY OF SPECTRAL PROPERTIES OF HUMAN HEMOGLOBIN MODIFIED WITH MINOCYCLINE

Marina Belskikh

Student, department of Biophysics and Biotechnology, Voronezh State University,

Russia, Voronezh

Valery Artyukhov,

Scientific supervisor, PhD., Prof. Department of Biophysics and Biotechnology, Voronezh State University,

Russia, Voronezh

Elena Baeva,

Scientific supervisor, PhD, Associate Professor Department of Normal Physiology, Voronezh State Medical University named after N.N. Burdenko,

Russia, Voronezh

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрены особенности структурно-функциональных свойств молекул гемоглобина человека в присутствии антибиотика тетрациклиновой группы миноциклина. Показано, что степень изменения пространственной структуры гемопротеида определяется временем взаимодействия с модификатором. Суточная инкубация гемоглобина с миноциклином в терапевтической концентрации характеризуются максимальным изменением его пространственной конформации. Не выявлено статистически достоверных отличий в содержании лигандных форм гемопротеида в присутствии антибиотика.

ABSTRACT

The features of structural and functional properties of human hemoglobin molecules in the presence of the tetracycline group antibiotic minocycline are under consideration. It is shown that the degree of change in the spatial structure of the hemoprotein is determined by the time of interaction with the modifier. Daily incubation of hemoglobin with minocycline in therapeutic concentration is characterized by a maximum change in its spatial conformation. There were no statistically significant differences in the content of ligand forms of hemoprotein in the presence of antibiotic.

Ключевые слова: антибиотик, миноциклин, гемоглобин, спектрофотометрия, лигандные формы

Keywords: antibiotic, minocycline, hemoglobin, spectrophotometry, ligand forms

Одним из важнейших направлений биомедицины является исследование эффектов лекарственных препаратов на клетки человека. Миноциклин (МЦ) — полусинтетический бактериостатический антибиотик, относящийся ко второму поколению тетрациклинов. Несколько последних десятилетий ученых волнует вопрос неантибактериальных эффектов данного класса лекарственных средств. Известно, что МЦ обладает противовоспалительным, противоопухолевым и антиапоптотическим свойствами. Для него характерна более высокая липофильность по сравнению с предшественниками (в 10 раз больше, чем у тетрациклина), а также способность активно связываться с белками плазмы крови (МЦ — 55 — 75%). Ввиду указанной особенности антибиотик способен проникать через клеточные мембраны и связываться с внутриклеточными белками.

Цель. Изучить спектральные свойства гемоглобина эритроцитов с МЦ.

Материал и методы исследования. Объектом исследования стали суспензии эритроцитов, полученных в день взятия пробы из периферической крови доноров. Клетки инкубировали с МЦ гидрохлоридом в концентрации 8.1×10^-5моль/л при t=4 ⁰С в течение часа и 24 ч. Выделенный гемоглобин доводили до оптической плотности раствора D=0.8. Регистрацию электронных спектров поглощения растворов нативного и модифицированного гемопротеида проводили в диапазоне длин волн от 200 до 700 нм. Обработка данных осуществлялась с помощью пакета прикладных статистических программ Stadia 8.0. и t-критерия Стьюдента.

Результаты исследования. Анализ электронных спектров поглощения гемоглобина, зарегистрированных после 1 часа инкубации, не выявлено статистически значимых отличий значений оптической плотности относительно контроля. Однако после суточной инкубации снизились величины оптической плотности в трех полосах видимой части спектра, что является признаком взаимодействия гембелка как с простетическими, так и гемовыми компонентами молекул (рис. 1).

Статистически достоверные отличия в исследуемых областях спектра были зарегистрированы после суточной инкубации антибиотика с гембелком. Следовательно, для наиболее глубоких конформационных изменений в молекулах гемопротеида требуется больше времени, чем часовая инкубация. По-видимому, это достигается путем снятия барьера стерических ограничений для функциональных групп антибиотика. Снижение величины оптической плотности на протяжении гемовой и глобиновой компонент белка свидетельствует о компактизации его молекул, что затрудняет проникновение окислителей «внутрь» белковой глобулы. Изменение положения полосы Соре и иных пиков при длительной инкубации с антибиотиком указывает на тенденцию к перераспределению количества лигандных форм гембелка в сторону дезоксигемоглобина.

Рисунок 1. Спектральные характеристики водных растворов гемоглобина человека в присутствии миноциклина (р≤0,05)

На электронных спектрах поглощения гемоглобина, модифицированного МЦ, было зарегистрировано снижение интенсивности полосы ароматических аминокислот: после 1 часа инкубации — на 2,3% относительно контрольных проб, после 24 часов инкубации — на 10,4% относительно контроля и на 7,2% относительно нативного инкубированного гемоглобина. Отмечено и снижение интенсивности полос поглощения, характеризующих особенности железопорфирина, после суточной модификации препаратом по сравнению с контрольными образцами. Однако точный механизм этого процесса еще не известен.

Исследование количественных характеристик соотношения лигандных форм гемопротеида в растворе в присутствии модификатора не выявило статистически достоверного изменения относительно контроля. По-видимому, антибиотик стабилизирует белковую глобулу, делая невозможным проникновения окисляющих компонентов к ее гемовой составляющей. Это подтверждается данными по незначительному изменению оптической плотности белка в его гемовой области при 542 и 576 нм (рис. 2).

Рисунок 2. Соотношение лигандных форм гемоглобина в присутствии миноциклина (р≤0,05)

Выводы. Таким образом, миноциклин при взаимодействии, в основном, с глобиновой компонентой молекулы гемоглобина (рис. 1, 242 нм и 342 нм) изменяет его пространственную конформацию. Установленный факт перераспределения электронной плотности гембелка в присутствии антибиотика требует продолжения исследований в данной области.

Список литературы:

1. Griffin M. O. et al. Tetracyclines: a pleitropic family of compounds with promising therapeutic properties. Review of the literature // American Journal of Physiology-Cell Physiology. – 2010. – Vol. 299. – №. 3. – P. 539-548.
2. Klein N. C., Cunha B. A. Tetracyclines // The Medical clinics of North America. – 1995. – Vol. 79. – №. 4. – P. 789-801.
3. Xie L. X. et al. The impact of serum protein binding on bacterial killing of minocycline // Journal of Global Antimicrobial Resistance. – 2020. – Vol. 21. – P. 252-254.