Ukr.Biochem.J. 2018; Том 90, № 4, липень-серпень, c. 64-73
doi: https://doi.org/10.15407/ubj90.04.064
Оцінка впливу одноатомних спиртів, ненасичених жирних кислот, фосфорорганічних сполук на ензиматичний гідроліз АТР у клітинних мембранах гладенького м’яза ободової кишки щура
О. А. Капля*, С. В. Мідик1, С. В. Хижняк1
1Національний університет біоресурсів та природокористування України, Київ;
*e-mail: kaplyaalex@gmail.com
*e-mail: kaplyaalex@gmail.com
Відмінності структурно-функціональної стійкості АТР-гідролаз до дії коротколанцюгових аліфатичних одноатомних спиртів і довголанцюгових ненасичених жирних кислот (НЖК) із широким діапазоном за ефективністю мембранотропної дії було оцінено в клітинних мембранах гладких м’язів ободової кишки (ГМОК) щура. Показано, що Mg2+,АТP-гідролаза є більш стійкою до дії досліджуваних аліфатичних сполук, ніж Na+,K+-АТPаза. Спостерігався чіткий зв’язок між збільшенням ефективності інгібування з довжиною ланцюга (кількістю атомів вуглецю) і зменшенням відносної полярності в ряду первинних спиртів. Вторинний спирт 2-пропанол виявився слабшим інгібітором, ніж первинний спирт 1-пропанол. Величина I50 (мМ) зменшувалася в такій послідовності для АТРаз: етанол > 2-пропанол > 1-пропанол > 1-бутанол. НЖК були значно сильнішими інгібіторами (мкМ діапазон I50), ніж спирти (мМ діапазон). Олеїнова кислота інгібувала Na+,K+-АТРазу з більш низькою ефективністю, ніж було виявлено для арахідонової кислоти відповідно до відмінностей в числі подвійних зв’язків; I50 для Mg2+,ATP-гідролазної активності була однаковою для досліджених НЖК. Крім того, фосфорорганічний пестицид фенаміфос виявився слабким інгібітором АТРаз. Порівняння в ензимній парі ATP-гідролаз ГМОК може бути застосовано для оцінки ефективності мембранотропної дії біологічно активних сполук на активність Na+,K+-АТPази з точки зору її опосередкованої участі в модуляції електромеханічного спряження в гладеньких м’язах кишечника.
Ключові слова: ATP-гідролази, Na(+)-K(+)-АТPаза, аліфатичні одноатомні спирти, гладенький м’яз ободової кишки, ненасичені жирні кислоти, фенаміфос, фосфорорганічні сполуки
Посилання:
- Clausen MV, Hilbers F, Poulsen H. The Structure and Function of the Na,K-ATPase Isoforms in Health and Disease. Front Physiol. 2017 Jun 6;8:371. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Floyd RV, Mobasheri A, Wray S. Gestation changes sodium pump isoform expression, leading to changes in ouabain sensitivity, contractility, and intracellular calcium in rat uterus. Physiol Rep. 2017 Dec;5(23): e13527. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Kosterin SA. Calcium transport in smooth muscle. Kiev: Naukova Dumka, 1990. 216 p. (In Russian).
- Huang X, Lee SH, Lu H, Sanders KM, Koh SD. Molecular and functional characterization of inwardly rectifying K+ currents in murine proximal colon. J Physiol. 2018 Feb 1;596(3):379-391. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Hill-Eubanks DC, Werner ME, Heppner TJ, Nelson MT. Calcium signaling in smooth muscle. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2011 Sep 1;3(9):a004549.
PubMed, PubMedCentral, CrossRef - 6. Burke EP, Sanders KM. Effects of ouabain on background and voltage-dependent currents in canine colonic myocytes. Am J Physiol. 1990 Sep;259(3 Pt 1):C402-8. PubMed, CrossRef
- Burke EP, Sanders KM, Horowitz B. Sodium pump isozymes are differentially expressed in electrically dissimilar regions of colonic circular smooth muscle. Proc Natl Acad Sci USA. 1991 Mar 15;88(6):2370-4. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Horner MJ, Ward SM, Gerthoffer WT, Sanders KM, Horowitz B. Maintenance of morphology and function of canine proximal colon smooth muscle in organ culture. Am J Physiol. 1997 Mar;272(3 Pt 1):G669-80. PubMed, CrossRef
- 9. Allgayer H, Kruis W, Paumgartner G, Wiebecke B, Brown L, Erdmann E. Inverse relationship between colonic (Na+ + K+)-ATPase activity and degree of mucosal inflammation in inflammatory bowel disease. Dig Dis Sci. 1988 Apr;33(4):417-22. PubMed, CrossRef
- 10. Ohama T, Hori M, Ozaki H. Mechanism of abnormal intestinal motility in inflammatory bowel disease: how smooth muscle contraction is reduced? J Smooth Muscle Res. 2007 Apr;43(2):43-54. PubMed, CrossRef
- Kaplia AA. The heterogeneity of the Na+,K+-ATPase ouabain sensitivity in microsomal membranes of rat colon smooth muscles. Ukr Biokhim Zhurn. 2011 Sep-Oct;83(5):89-93. (In Russian). PubMed
- Nyholm TK. Lipid-protein interplay and lateral organization in biomembranes. Chem Phys Lipids. 2015 Jul;189:48-55. PubMed, CrossRef
- Kaplya A, Kravtsova VV, Kravtsov AV. Inactivation of brain Na+,K(+)-ATPase catalytic subunit isoforms by sodium dodecyl sulfate. Membr Cell Biol. 1997;11(1):87-99. PubMed
- Habeck M, Haviv H, Katz A, Kapri-Pardes E, Ayciriex S, Shevchenko A, Ogawa H, Toyoshima C, Karlish SJ. Stimulation, inhibition, or stabilization of Na,K-ATPase caused by specific lipid interactions at distinct sites. J Biol Chem. 2015 Feb 20;290(8):4829-42. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Kaplia AA. Different sensitivity of Na+,K+-ATPase and Mg2+-АТРase to ethanol and arachidonic acid in rat colon smooth muscle under pretreatment of cellular membranes with Ds-Na. Ukr Biochem J. 2017; 89(2): 70-77. CrossRef
- Sudji IR, Subburaj Y, Frenkel N, García-Sáez AJ, Wink M. Membrane Disintegration Caused by the Steroid Saponin Digitonin Is Related to the Presence of Cholesterol. Molecules. 2015 Nov 9;20(11):20146-60. PubMed, CrossRef
- Reichardt C. Solvents and Solvent Effects in Organic Chemistry. Wiley-VCH Publishers, 3rd ed., 2003; 653 p.
- Snyder LR. Classification of the solvent properties of common liquids. J Chromatography A. 1974; 92(2):223-230. CrossRef
- Smallwood IM. Handbook of organic solvent properties. UK, 2012; 306 p.
- McKarns SC, Hansch C, Caldwell WS, Morgan WT, Moore SK, Doolittle DJ. Correlation between hydrophobicity of short-chain aliphatic alcohols and their ability to alter plasma membrane integrity. Fundam Appl Toxicol. 1997 Mar;36(1):62-70. PubMed, CrossRef
- Valentine WM. Toxicology of selected pesticides, drugs, and chemicals. Short-chain alcohols. Vet Clin North Am Small Anim Pract. 1990 Mar;20(2):515-23. PubMed
- Nhamburo PT, Salafsky BP, Hoffman PL, Tabakoff B. Effects of short-chain alcohols and norepinephrine on brain (Na+,K+)ATPase activity. Biochem Pharmacol. 1986 Jun 15;35(12):1987-92. PubMed, CrossRef
- Mishchuk DO, Kaplia AA. Effect of ethanol on structural and functional characteristics of rat brain cortical membranes in vitro. Ukr Biokhim Zhurn. 2003 Mar-Apr;75(2):55-61. (In Russian). PubMed
- Ly HV, Longo ML. The influence of short-chain alcohols on interfacial tension, mechanical properties, area/molecule, and permeability of fluid lipid bilayers. Biophys J. 2004 Aug;87(2):1013-33. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Löbbecke L, Cevc G. Effects of short-chain alcohols on the phase behavior and interdigitation of phosphatidylcholine bilayer membranes. Biochim Biophys Acta. 1995 Jul 6;1237(1):59-69. PubMed, CrossRef
- Goldstein DB. The effects of drugs on membrane fluidity. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 1984;24:43-64. PubMed, CrossRef
- Ballal D, Chapman WG. Hydrophobic and hydrophilic interactions in aqueous mixtures of alcohols at a hydrophobic surface. J Chem Phys. 2013 Sep 21;139(11):114706. PubMed, CrossRef
- Swarts HG, Schuurmans Stekhoven FM, De Pont JJ. Binding of unsaturated fatty acids to Na+, K(+)-ATPase leading to inhibition and inactivation. Biochim Biophys Acta. 1990 May 9;1024(1):32-40. PubMed, CrossRef
- Mahmmoud YA, Christensen SB. Oleic and linoleic acids are active principles in Nigella sativa and stabilize an E(2)P conformation of the Na,K-ATPase. Fatty acids differentially regulate cardiac glycoside interaction with the pump. Biochim Biophys Acta. 2011 Oct;1808(10):2413-20. PubMed, CrossRef
- Swann AC. Free fatty acids and (Na+,K+)-ATPase: effects on cation regulation, enzyme conformation, and interactions with ethanol. Arch Biochem Biophys. 1984 Sep;233(2):354-61. PubMed, CrossRef
- Jorgensen PL, Hakansson KO, Karlish SJ. Structure and mechanism of Na,K-ATPase: functional sites and their interactions. Annu Rev Physiol. 2003;65:817-49. PubMed, CrossRef
- Kubala M, Čechová P, Geletičová J, Biler M, Štenclová T, Trouillas P, Biedermann D. Flavonolignans as a novel class of sodium pump inhibitors. Front Physiol. 2016 Mar 30;7:115. PubMed, PubMedCentral, CrossRef
- Kaplia AA. The influence of heavy metal ions, spermine and sodium nitroprusside on ATP-hydrolases of cell membranes of rat colon smooth muscle. Ukr Biochem J. 2016 Jul-Aug;88(4):20-8. PubMed, CrossRef
- Nordmeyer D, Dickson DW. Biological activity and acetylcholinesterase inhibition by nonfumigant nematicides and their degradation products on Meloidogyne incognit. Revue Nématol. 1990; 13(2): 229-232.
- Sánchez-Bayo F. Insecticides mode of action in relation to their toxicity to non-target organisms. J Environ Anal Toxicol. 2012; S4:002. CrossRef
- Kharchenko OA, Balan GM, Bubalo NM. Acute Organophosphate Poisoning: the Main Clinical Syndromes and the Mechanisms of their Formation (Literature Review and the Data of Own Research). Modern Probl Toxicol. 2013;(1-2): 17-31.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.