Эффект окислительно восстановительного потенциала водного раствора на полисахариды Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Эффект окислительно - восстановительного потенциала водного раствора на полисахариды

А. Погорелов1, А. Панаит1, А. Гулин2, В. Балашов1, М. Погорелова1

1- ФГБУН Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН 2- ФГБУН ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семенова РАН 142292, Московская обл., г. Пущино, ул. Институтская 3, ИТЭБРАН

В цитоплазме и в области мембраны клетки происходят локальные изменения окислительно-восстановительного потенциала (ОВП). Нарушение редокс-статуса обусловлено окислительным стрессом и активацией каскада механизмов, направленных на его компенсацию. Накопление пероксида водорода, в зависимости от его концентрации, запускает цепную реакцию перекисного окисления липидов или включает сигнальные каскады, модифицируя дисульфидную связь остатка цистеина, например, в тирозинкиназном или Цис-петлевом рецепторе. Однако не известно, какой эффект оказывает изменение ОВП на эндогенные полисахариды, которые являются источником глюкозы - основного субстрата гликолиза и окислительного фосфорилирования. Изучению данного взаимодействия посвящена настоящая работа.

Исследование проводили in vitro, когда все параметры оставались постоянными, но варьировали только значение ОВП, используя электрохимическую активацию водного раствора (ЭХАР). Метастабильные фракции ЭХАР получали с помощью диафрагменного электролизера промышленного производства, где в области катода накапливается щелочная фракция (католит) с отрицательным значением ОВП (-800мВ, рН 8.2), а в области анода кислотная фракция (анолит) с аномально высокой величиной ОВП (+800мВ, рН 2.2). В сравнительном эксперименте изучали изменение содержания олигосахаров в воде и ее фракциях ЭХАР, для чего применили UV-vis спектрометрию и масс-спектрометрию вторичных ионов (ToF-SIMS). Для демонстрации амилолитической активности, использовали сканирующую электронную микроскопию поверхности зерен крахмала, обработанных фракциями ЭХАР.

Полученные результаты позволяют сделать следующее заключение. Полисахариды подвержены действию фракций ЭХАР. Методом ToF-SIMS показано статистически значимое различие молекулярного состава растворов модифицированного крахмала в зависимости от используемой фракции. С помощью иодитного метода обнаружено амилолитическое действие католита, чему соответствует уменьшение содержания олигосахаров и, следовательно, интенсивности цветной окраски раствора модифицированного крахмала (с пиком поглощения в области 520 нм).

Дополнительно изучали действие ЭХАР на нерастворимый крахмал. После окраски йодом супернатанта, полученного в результате обработки католитом суспензии зерен крахмала, в нем регистрируется относительно низкое содержание олигосахаров. Причиной чего может быть слабая экстрагирующая способность данной фракции ЭХАР. Однако взвешивание сухого остатка методом баланса кварцевого кристалла (кварцевый измеритель массовой толщины) показало увеличение общего содержания вещества, экстрагированного католитом. По-видимому, снижение оптической плотности (А=520 нм) раствора обусловлено более быстрым расщеплением католитом олигосахаров до мелких фрагментов, не окрашиваемых йодом. Данный факт свидетельствует о наличии у католита псевдо ферментативной активности по типу одновременно а- и р-амилазы. Полученный результат согласуется с ультраструктурными наблюдениями, которые визуально демонстрирует травление католитом поверхности зерен крахмала. Таким образом, локальное изменение ОВП в отдельном компартменте цитоплазмы может индуцировать временное повышение уровня глюкозы в клетке за счет высвобождения из гранулы гликогена олигосахаров и их гидролиза до моносахара.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда в рамках выполнения проекта № 20-16-00019.