Tag Archives: плазматична мембрана

Математичне моделювання кальцієвого гомеостазу в гладеньком’язових клітинах в умовах модуляції активності кальцієвої помпи плазматичної мембрани

С. О. Карахім, В. Ф. Горчев, П. Ф. Жук, С. О. Костерін

Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: laserlab@biochem.kiev.ua; kinet@biochem.kiev.ua

Методом комп’ютерного моделювання досліджено математичну модель внутрішньоклітинного кальцієвого гомеостазу в гладеньком’язових клітинах. Показано, що збільшення граничної швидкості (VmPM) або зменшення константи Міхаеліса (KmPM) кальцієвої помпи плазматичної мембрани (PMCA) призводить до зниження концентрації Ca2+ в цитозолі і саркоплазматичному ретикулумі (SR); незначне зменшення VmPM або збільшення KmPM спричинює поступове підвищення концентрації Ca2+ в цитозолі за рахунок повільного базального потоку (ПБП), оскільки не відбувається масованого викиду Ca2+ з SR; у разі подальшого зменшення VmPM або збільшення KmPM починається процес Ca2+-індукованого викиду Ca2+ з SR і система переходить в коливальний режим; у разі досягнення певного низького рівня VmPM чи високого рівня KmPM, періодичні коливання концентрації Ca2+ в цитозолі припиняються, залишається тільки одне перше коливання, після якого поступово встановлюється новий рівень концентрації цитозольного Ca2+, набагато вищий, ніж у вихідному базальному стані (ВБС); чутливість міоцитів зі зниженою VmPM чи збільшеною KmPM до дії агоніста підвищується, а міоцитів зі збільшеною VmPM чи зі зменшеною KmPM – знижується. У випадку зміни параметрів PMCA (VmPM чи KmPM) пасивний потік Ca2+ в цитозоль із позаклітинного простору залишається практично незмінним (і рівним за величиною ПБП) впродовж всього процесу, а початкова швидкість роботи РМCA в новому рівноважному стані (НРС) практично дорівнює початковій швидкості у ВБС: це дозволяє розраховувати нове значення VmPM  або KmPM за величиною концентрації Ca2+ в цитозолі в НРС.

Кінетичні закономірності дії калікс[4]арену С-90 на Са(2+),Mg(2+)-АТРазну активність плазматичної мембрани та на концентрацію Са(2+) в незбуджених клітинах міометрія

Т. О. Векліч1, О. А. Шкрабак1, Ю. Ю. Мазур1, Р. В. Родік2,
В. І. Бойко2, В. І. Кальченко2, С. О. Костерін1

1Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
2Інститут органічної хімії НАН України, Київ;
e-mail: kinet@biochem.kiev.ua; vik@ioch.kiev.ua

Са2+,Mg2+-АТРаза плазматичної мембрани є важливим елементом загального механізму контролю базального тонусу міометрія, яка також частково забезпечує релаксацію м’язової напруги після скорочення м’язу. В експериментах, виконаних на суспензії плазматичних мембран клітин міометрія, обробленій 0,1%-им розчином дигітоніну, досліджували інгібуючу дію калікс[4]арену С-90 (5,11,17,23-тетра(трифтор)метил(фенілсульфоніліміно)-метиламіно-25,26,27,28-тетрапропокси-калікс[4]арен) на Са2+,Mg2+-АТРазну активність ензиму. Калікс[4]арен С-90 ефективно пригнічує Са2+,Mg2+-АТРазну активність ензиму (значення І0,5 для С-90 становить 20,2 ± 0,5 мкМ). Інгібувальна дія калікс[4]арену С-90 на роботу Са2+-помпи передусім пов’язана саме з кооперативним впливом чотирьох просторово орієнтованих на калікс[4]ареновій платформі фенілсульфоніліміно-трифторометилацетамідних груп, а не з дією суто тетрафенольного макроциклу чи з дією окремих фармакофорних сульфоніламідинових груп. Із урахуванням встановлених кінетичних закономірностей інгібувальної дії калікс[4]арену С-90 на Са2+,Mg2+-АТРазну активність плазматичної мембрани розбудовано стаціонарну кінетичну модель контролю рівня базальної концентрації Са2+ в незбуджених міоцитах матки. Припускається, що одержані результати можуть бути перспективними для створення на основі калікс[4]арену С-90, фармакологічного препарату нового («супрамолекулярного») покоління – стимулятора базального тонусу матки.

Вплив адаптогенних препаратів на функціонування Na(+)/Н(+)-антипортера плазматичної мембрани в клітинах коренів кукурудзи за умов засоленого середовища

Н. О. Koваленко, Ж. І. Білик, Т. О. Палладіна

Інститут ботаніки ім. М. Г. Холодного НАН України, Київ;
e-mail: tatiana_palladina@ukr.net

Негативний вплив засоленого середовища на рослини передусім зумовлений присутністю Na+ в солях як їхнього головного катіона. На клітинному рівні захист рослин від токсичного Na+ полягає в підтриманні його низького рівня в цитоплазмі шляхом видалення назовні та до вакуолярного простору за допомогою вторинноактивних Na+/H+-антипортерів. Солестійкості рослин вдається досягти, активуючи функціонування цих антипортерів за допомогою методів генної інженерії, а також запропонованого нами застосування біоактивних препаратів.
Досліджено вплив двох дешевих і нетоксичних синтетичних препаратів: Метіуру, який виявляє сильну солепротекторну властивість та Івіну, в якого вона є незначною, на функціонування Na+/H+-антипортера плазматичної мембрани в клітинах коренів проростків кукурудзи, експонованих на 0,1 М NaCl. В умовах безсольового контролю активність Na+/H+-антипортера в клітинах коренів 8-добових проростків виявилась дуже низькою, але дещо зростала з їхнім віком, тоді як слабка експресія гена його протеїну не змінювалась. Застосування препаратів Метіур та Івін в концентрації 10-7 М шляхом передобробки насіння не впливала на активність антипортера проростків вирощених за нормальних умов. Однодобова експозиція на 0,1 М NaCl значно посилювала активність Na+/H+-антипортера та експресію його гена, хоча за 10-добової експозиції обидва ефекти зникали. У разі однодобової сольової експозиції Метіур спричинював подальше посилення активності Na+/H+-антипортера, яке зберігалось за подовження експозиції до 10 днів, не змінюючи експресію його гена. При цьому ефект Івіну на молекулярну активність Na+/H+-антипортера був незначним, а на експресію його гена відсутнім.
Одержані результати свідчають, що механізм солепротекторної дії Метіуру на рослини в умовах сольового стресу, зумовленого присутністю Na+, полягає в його здатності посилювати функціонування Na+/H+-антипортера плазматичної мембрани в клітинах коренів, що відбувається на молекулярному рівні.

Кінетика інгібіторної дії калікс[4]арену С-90 на активність транспортної Ca(2+),Mg(2+)-АТРази плазматичної мембрани гладеньком’язових клітин

Т. О. Векліч1, О. А. Шкрабак1, Ю. Ю. Мазур1,
Р. В. Родік2, В. І. Кальченко2, С. О. Костерін1

1Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
2Інститут органічної хімії НАН України, Київ;
e-mail: kinet@biochem.kiev.ua; vik@ioch.kiev.ua

В експериментах, виконаних на суспензії плазматичних мембран клітин міометрія, яку було оброблено 0,1%-им розчином дигітоніну, досліджували кінетичні закономірності інгібуючої дії калікс[4]арену С-90 (5,11,17,23-тетра(трифтор)метил(фенілсульфоніліміно)метиламіно-25,26,27,28-тетрапропокси-калікс[4]арен) на Са2+,Mg2+-АТРазну активність. Перевіряли спорідненість зазначеного ензиму до АТР, іонів Mg та Са в залежності від концентрації каліксарену С-90, а також його вплив на кооперативний ефект і на максимальну швидкість гідролізу АТР. Встановлено, що на спорідненість Са2+,Mg2+-АТРази до АТР каліксарен С-90 практично не впливає, що свідчить про відсутність конкуренції між центрами зв’язування АТР та С-90. Також відзначено відсутність впливу на спорідненість та кооперативний ефект іонів Са у разі застосування каліксарену С-90 в концентрації до 50 мкМ. Під впливом калікс[4]арену С-90 відмічено незначне зростання коефіцієнта активації Са2+,Mg2+-АТРази хлоридом магнію. У всіх трьох випадках спостерігається істотне зменшення максимальної швидкості гідролізу АТР, що в поєднанні з відсутнім впливом на константу спорідненості свідчить про неконкурентний механізм інгібування каліксареном С-90 Са2+,Mg2+-АТРазної активності.

Калікс[4]арен С-107 як високоафінний супрамолекулярний інгібітор Nа(+),K(+)-ATPази плазматичної мембрани

О. В. Бевза1, Т. О. Векліч1, О. А. Шкрабак1, Р. В. Родік2,
В. І. Кальченко2, С. О. Костерін1

1Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: kinet@biochem.kiev.ua;
2Інститут органічної хімії НАН України, Київ;
e-mail: vik@ioch.kiev.ua

В експериментах, виконаних на суспензії плазматичних мембран клітин міометрія, досліджували інгібувальну дію 5,17-ди(фосфоно-2-піридилметил)аміно-11,23-ди-трет-бутил-26,28-дигідрокси-25,27-дипропоксикалікс[4]арену (калікс[4]арен С-107, наведено шифр) на Na+,K+-АТРазну активність. Показано, що калікс[4]арен С-107 (10-8–10-4 М) ефективніше, ніж уабаїн, пригнічує активність Na+,K+-АТРази, практично не впливаючи на активність базальної Mg2+-АТРази. Величина коефіцієнта інгібування І0,5 дорівнює 33 ± 4 нМ, а значення коефіцієнта Хілла nH – 0,38 ± 0,06. Модельні сполуки: незаміщений за верхнім вінцем 25,27-дипропоксикаліксарен (каліксарен С-150, суто каліксаренова «платформа») (10-8–10-4 М) та N-(4-гідроксифеніл)-2-піридил-амінофосфонова кислота (сполука М-3 – залишок, що модифікує верхній вінець каліксарену С-107 разом із фенольним фрагментом) (10-7–4·10-3 М) практично не впливають на досліджувані ензиматичні системи. Проведено комп’ютерне моделювання взаємодії калікс[4]арену С-107 і його модельних сполук з лігандзв’язувальними ділянками Na+,K+-АТРази плазматичної мембрани. З’ясовано структурні основи міжмолекулярної взаємодії калікс[4]арену С-107 з лігандзв’язувальними ділянками ензиму. Обговорюється участь водневих, гідрофобних, електростатичних і π-π (стекінг)-взаємодій між калікс[4]ареном і амінокислотними залишками Na+,K+-АТРази, і розташовані поруч з активним центром АТРази.

Mg(2+),ATP-залежна кальцієва помпа плазматичної мембрани гладеньком’язових клітин. ІІ. Регуляція активності

Т. О. Векліч, Ю. Ю. Мазур, С. О. Костерін

Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: veklich@biochem.kiev.ua, yuliya.vorona@gmail.com

Са2+-помпа плазматичної мембрани є одним із ключових протеїнів, які беруть участь у процесах обміну іонів Са в гладеньком’язових клітинах. Її функції є досить різноманітними: від контролю базальної цитоплазматичної концентрації Са2+ – до регуляції протеїнів, що залучені у Са2+-залежні сигнальні каскади, і часто залежать від ізоформи або навіть від форми альтернативного сплайсингу вказаного вище протеїну. Зважаючи на досить різноматні функції та властивості Са2+-помпи плазматичної мембрани, які детально було розглянуто в першій частині нашого огляду (Ukr. Biochem. J., 2015, 87, № 1), важливим, з точки зору функціонування клітини, є прецизійна регуляція її активності. Тому друга частина огляду присвячена саме висвітленню різноматніх факторів регуляції активності Са2+-помпи плазматичної мембрани гладеньком’язових клітин: як ендогенних, так і екзогенних, біотичних та абіотичних чинників. Особлива увага приділяється даним літератури та власним результатам, пов’язаним із розробкою та пошуком селективного інгібітора Са2+-помпи плазматичної мембрани, який дозволив би прискіпливіше вивчати її функціональні особливості в гладеньком’язових клітинах.

Mg(2+),ATP-залежна кальцієва помпа плазматичної мембрани гладеньком’язових клітин. І. Структурна організація та властивості

Т. О. Векліч, Ю. Ю. Мазур, С. О. Костерін

Інститут біохімії ім. О. В. Палладіна НАН України, Київ;
e-mail: veklich@biochem.kiev.ua, yuliya.vorona@gmail.com

Регуляція концентрації Са2+ у цитоплазмі має вирішальне значення у функціонуванні клітин. Зміна концентрації Са2+ відіграє фундаментальну роль й у гладеньком’язових клітинах, оскільки це обумовлює процеси скорочення/розслаблення. Одним із ключових протеїнів, який бере участь у регуляції концентрації Са2+ в цитоплазмі, є Mg2+,АТР-залежна Са2+-помпа плазматичної мембрани. Тому питання регуляції активності та пошук препаратів, які дозволяли б цілеспрямовано змінювати активність Са2+-помпи плазматичної мембрани, є актуальним у контексті сучасних біохімічних досліджень механізмів енерго- та фармакомеханічного спряження збудження і скорочення м’язів. В огляді узагальнено дані літератури і результати власних досліджень щодо властивостей Са2+-помпи плазматичної мембрани клітин гладеньких м’язів. Розглянуто структурну організацію, кінетичні властивості та молекулярну біологію цієї транспортної системи.