CC BY
96
Методы гигиенических исследований
О КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2013 УДК 614.72:546.172.6-31]-074
С.В. Васильева, Д.А. Стрельцова
использование достижений фундаментальной науки в разработке методов биологической дозиметрии оксида азота (обзор)
Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН, 119334, Москва
Представлен обзор результатов фундаментальных физико-химических и биологических исследований, которые предполагается использовать в программе разработки методов биологической дозиметрии оксида азота (NO). Особое место уделено структурам динитрозильных комплексов железа (ДНКЖ). Обзор включает подразделы: мишени NO в клетке; функции ДНКЖ в биологии и медицине; ДНКЖ - крупнейший пул внутриклеточного железа; ЭПР-сигнал g = 2,03 - индикатор ДНКЖ; значение О2 в биологической активности ДНКЖ; количественное определение оксида азота. Приводятся экспериментальные доказательства преимуществ использования ЭПР-спектроскопии клеток E. coli с выявлением величины и структуры сигналов ДНКЖ (сигнал g = 2,03) в качестве прямого метода биологической дозиметрии NO. Особый акцент сделан на приоритете российской школы проф. А.Ф. Ванина (открытие и изучение ДНКЖ) и акад. С.М. Алдошина (синтез и изучение кристаллических доноров NO).
Ключевые слова: оксид азота; биологическая дозиметрия; динитрозильные комплексы железа; ЭПР спектроскопия
S. V Vasileva, D. A. Streltsova - USE OF ADVANCES IN FUNDAMENTAL SCIENCE IN THE DEVELOPMENT OF METHODS OF BIOLOGICAL DOSIMETRY OF NITRIC OXIDE (NO) (LITERATURE REVIEW)
Federal State Budgetary Institution of Science "N. M. Emanuel Institute of Biochemical Physics" of the Russian Academy of Sciences, 119334, Moscow, Russian Federation
The review of the results offundamental physical, chemical and biological studies proposed to be used in the program for elaboration methods of biological nitric oxide (NO) dosimetry is presented. Particular attention was paid to the structures of dinitrosyl iron complexes (DNIC). The review includes subsection: target of NO in the cell; DNIC function in biology and medicine; DNIC - the largest pool of intracellular iron; EPR signal g = 2,03 - DNIC indicator, and the value of O2 in the biological activity of DNIC, quantification of nitric oxide. Experimental evidences of the advantages of using EPR spectroscopy of E. coli cells - with identification of the value and structure of DNIC signals (signal g = 2,03) as a direct method of biological NO dosimetry are presented. The strong emphasis was made on the priority of the Russian School - Professor Vanin A. F. (the discovery and study of DNIC) and Academician Aldoshin
S. M. (synthesis and study of crystalline donor NO).
Key words: nitric oxide, biological dosimetry; dinitrosyl iron complexes, EPR spectroscopy.
Оксид азота (NO), эндогенно продуцируемый во всех биосистемах - двухатомный свободный радикал и древнейшая универсальная сигнальная молекула с плейо-тропными функциями, необходимая для метаболизма и патологических процессов [16]. NO играет фундаментальную роль уже в самом начале жизни, когда NO-синтазы мужских гаметоцитов активируют яйцеклетки непосредственно после инсеминации. NO регулирует экспрессию генов, является медиатором иммунного ответа, действует как антипролиферативный фактор в процессах клеточной дифференцировки и органогенеза, контролирует метаболизм, клеточный цикл, транскрипцию, ответ на стрессы, апоптоз и др., используя независимые сигнальные пути.
Главный источник NO в организмах животных и человека - нитриты; NO генерируется после восстановления протонированных форм нитратов эндогенными восстанавливающими агентами. Другим источником эндогенного NO является L-аргинин, окисление которого осуществляется специальными ферментами - NO-
Васильева Светлана Васильевна (Vasilieva Svetlana Vasilievna), e-mail: svasilieva@polymer.chph.ras.ru
синтазами. В физиологических условиях концентрация NO в клетках человека составляет 100-800 нМ; при патологии она возрастает до 800-2500 нМ.
NO избирательно накапливается в анаэробно растущих клетках энтеробактерий, и этот процесс облигатно зависит от белка анаэробиоза Fnr [4Fe-4S]2+, регулирующего экспрессию более 200 генов.
Мишени NO в клетке
In vitro в аэробной среде NO очень нестабилен, и при взаимодействии с кислородом образует целое семейство (не менее 9) высокоактивных ионов и радикалов. В реакциях нитрозилирования нейтральная молекула NO отдает электрон и образует нитрозоний NO+ и нитрозо-нийподобные структуры. Потенциальные электронные акцепторы NO в клетках включают негемовое железо и кислород, и если уровень кислорода неизменен, то главным фактором, который будет модулировать уровень S-нитрозилирования белков - сенсоров и регуляторов экспрессии генов, является негемовое (свободное) железо.
Уникальные физические и химические свойства NO обеспечивают его избирательные реакции с большим количеством химических структур, однако хелатируемое железо - главная клеточная мишень NO. Пул
79
[гиена и санитария 2/2013
хелатируемого железа количественно превращается в парамагнитные динитрозильные комплексы с тиолсо-держащими лигандами (динитрозильные комплексы железа - ДНКЖ), которые были обнаружены в живых системах в 1964-1965 гг., задолго до открытия эндогенного синтеза NO у человека и млекопитающих [1, 18].
ДНКЖ количественно представляют собой самый крупный внутриклеточный пул NO-содержащих аддуктов, и физиологически они значительно более важны, чем ранее предполагалось.
Функции ДНКЖ в биологии и медицине
ДНКЖ с тиоловыми лигандами являются уникальными и универсальными регуляторами биологических процессов во всех живых биосистемах [7, 9, 14, 19]. Включение NO в состав структуры ДНКЖ оптимально для осуществления комплекса функций этой малой молекулы.
Во-первых, интеграция NO в ДНКЖ защищает его от действия супероксид-аниона, стимулируя транспорт NO и его взаимодействие с различными мишенями. Во-вторых, ДНКЖ сами являются сигнальными молекулами, регуляторами экспрессии разнообразных генов, механизма апоптоза и метаболизма железа [11, 12, 17]. В-третьих, включение NO-молекул в ДНКЖ способствует его окислению до нитрозиниум-иона NO+, который сохраняется в комплексе и принимает участие в S-нитрозилировании тиолов (RSNO), которые также выполняют роль эндогенных сигнальных молекул [3]. И, наконец, и это особенно важно для медицинской науки, - именно ДНКЖ, по-видимому, являются NO-содержащими гипотензивными агентами и обладают ва-зорелаксирующей активностью, супрессируют агрегацию тромбоцитов, усиливают заживление ран. На этом основании ДНКЖ с лигандами рассматриваются как основа для разработки инновационных медицинских препаратов нового поколения с направленной доставкой к клеточным мишеням, в том числе в кардиологии и онкологии [4, 20].
ДНКЖ - крупнейший пул внутриклеточного железа
В физиологических условиях ДНКЖ образуются из относительно низких концентраций эндогенно синтезируемого NO (около 50 нМ) и являются самыми значительными внутриклеточными NO-производными продуктами.
В стимулированных макрофагах млекопитающих RAW-264,7 формирование ДНКЖ происходит синхронно с регуляцией активности индуцибельной NO-синтазы (iNOS) и является показателем продукции NO. Хелаторы железа полностью ингибируют формирование ДНКЖ как при эндогенной продукции NO, так и при предобработке клеток NO. Связывание хелатируемого клеточного железа неизменно приводит к ингибированию генетической активности NO и его доноров - регуляторов экспрессии генов ДНК-репарационных процессов в бактериальной клетке [5, 10].
Процесс формирования ДНКЖ в клетках является очень быстрым, что позволяет избежать диффузии NO из клетки. Эти структуры определяются уже в течение нескольких минут после воздействия NO, однако точный химический механизм формирования ДНКЖ неизвестен. Как минимум, 7-8% всего NO, «взаимодействующего с клеткой», в конце концов, будет использовано для построения ДНКЖ (рис. 1).
ЭПР-сигнал g = 2,03 - индикатор ДНКЖ
Рис. 1. А. Структура ДНКЖ (а) и 3nPg = 2,03 спектр клеток E.coli, инкубированных с NO-донором (б).
Условия записи спектра: 77 К, микроволновая мощность 5 мВ, амплитуда 0,5 мТ, усиление 0,5 • 104.
Характеристикой ДНКЖ, их индикатором и пререквизитом функциональной активности является формирование анизотропного ЭПР-сигнала gav = 2,03 (2,03 сигнал). Форма и другие параметры сигнала 2,03 в биообъектах (см. рис. 1) полностью идентичны ЭПР-сигналам растворов низкомолекулярных ДНКЖ с цистеиновыми лигандами в замороженном водном растворе [2].
Гипотеза о биологической роли ДНКЖ с g = 2,03 была подтверждена экспериментами, в которых эти сигналы регистрировались в ответ на обработку животных, бактериальных и дрожжевых клеток газообразным NO. Особенно многочисленны ДНКЖ, связанные с тиоло-выми группами белков, - «белковые ДНКЖ». Форма и ширина ЭПР-сигналов определяются анизотропными g-факторами g± = 2,04 и g^ = 2,014 и супертонкой структурой (high finest structure), которые не изменяются с ростом температуры от 77 К (-1960С) до комнатной.Экс-периментально установлено, что ДНКЖ с тиоловыми лигандами присутствуют в клетках и тканях преимущественно в связанной форме в комплексе с белками -{(RS-)2Fe+(NO+)2}+.
Значение о2 в биологической активности днКж
NO метаболизируется клеткой в процессах, зависящих от О2: чем выше концентрация О2, тем больше ме-таболизируется NO. При низких концентрациях О2 продолжительность биологической жизни NO возрастает. Это является следствием удлинения времени возможного взаимодействия NO с клеточными мишенями, такими как железо. Снижение концентрации О2 не только влияет на скорость NO-метаболизма, но и приводит к снижению скорости энзиматического синтеза NO. Хотя О2 не является субстратом при «химическом»» образовании ДНКЖ, в биологических условиях кислород влияет на количество ДНКЖ.
Количественное определение оксида азота
Для количественного определения NO in vitro используются как прямые, так и непрямые методы. К прямым методам относятся электронный парамагнитный резонанс (ЭПР) и применение NO-анализаторов. Непрямые методы, в основном, связаны с восстановлением нитрата до нитрита и измерением последнего с помощью реакции Грисса; они отличаются высокой воспроизводимостью, однако достаточно трудоемки, растянуты во времени, требуют серьезной предварительной техниче-
80
0 12 3
[NO-донор], мМ
Рис. 2. Экспрессия гена E.coli soxS в конструкции генома [soxS::lacZ], индуцированная оксидом азота (1), и ее ингибирование хелатором железа о-фенантролином (2). Типичные кривые.Условия записи спектра: 77 К, микроволновая мощность 5 мВ, амплитуда 0,5 мТ, усиление 0,5 • 104.
ской и специализированной подготовки и дорогостоящей аппаратуры. Методы количественного определения NO в биологических субстратах с использованием гранулированного кадмия детально описаны в монографии П.П. Голикова [13].
Учитывая успешный мировой опыт применения бактериальных клеток S. typhimurium (Тесты Эймса) и E.coli (SOS-Хромотест и др.) в экспресс-методах определения генотоксикантов, мы развернули работы по разработке соответствующей программы для биологической экспресс-дозиметрии NO. Ее основой является количественное и структурное изучение сигналов ДНКЖ (g = 2,03), полученных с помощью метода ЭПР-спектроскопии, и формирующихся в клетках E. coli после обработки растворами, содержащими NO [8]. Величина и форма сигналов ЭПР будут свидетельствовать о наличии ДНКЖ как на клеточной стенке, так и внутри нее, их количестве, а также молекулярной структуре клеточных мишеней в белках (SH", [Fe-S]+ или обеих), использованных ДНКЖ для связывания.
Пример NO-дозиметрии в E. coli на основе учета уровня экспрессии генов репарации ДНК в E. coli
Главные сигнальные события, связанные с резистентностью бактериальной клетки к NO, сопряжены с окислением, нитрозилированием SH-групп цистеина либо с нитрозилированием железо-серных [Fe-S]n кластеров в структуре регуляторных белков у соответствующих ДНК-репарационных систем. В частности, кластеры [4Fe-4S]2+ присутствуют в белках-регуляторах анаэробиоза Fnr и Endo III, а кластер [2Fe-2S]2+ - в белке-регуляторе репарации оксидативных повреждений ДНК SoxR и др. (рис. 2).
В клетках факультативного анаэроба E.coli NO является регулятором генетических процессов не только в аэробных, но и в анаэробных условиях. В контрольных клетках при анаэробном 3-часовом культивировании уровень активности гена aidB, контролируемого белком анаэробиоза Fnr[4Fe-4S]2+, селективно возрастает в 4-5 раз [11]. При обработке клеток NO происходит обратимая деструкция кластера белка Fnr и снижение уровня экспрессии гена aidB.
На рис. 3 приведены ЭПР-спектры E.coli [aidB::lacZ] со слитым опероном в геноме. В контрольных клетках в анаэробной среде избирательно экспрессируется ген аidB, при этом уровень его экспрессии находится в об-
Рис. 3. ЭПР спектры клеток E. coli, инкубированных с ДНКЖ1щ1 без отмывания (1) и после отмывания клеток водой (2), а также обработанных по схеме: предобработка хелатором железа о-фенантролином (ОФ)—— последующая обработка ДНКЖ^ (спектры 3, 4) после отмывания клеток (4) и без отмывания (3) от ОФ.
ратной зависимости от количества сигнальных молекул ДНКЖ (down-regulation). Форма и интенсивность сигналов ЭПР-спектров g = 2,03 свидетельствуют о корреляции этих показателей с уровнем экспрессии гена аidB и концентрацией NO.
Пример NO-дозиметрии in vivo, в организме мышей
NO - мощный фактор иммунной защиты. При инвазии патогенов синтез NO в организме млекопитающих многократно возрастает вследствие стимуляции системы iNOS.Учитывая это, мы впервые задались целью сопоставить развитие симптомов иммунодефицита у мышей изогенных линий с уровнем индуцибельного NO, используя метод биологической дозиметрии NO- по интенсивности сигнала ЭПР g = 2,03 [6]. Была проведена ЭПР-спектроскопия клеток иммунокомпетентных органов - печени и кишечника мышей изогенных линий, различающихся активностью единственного гена hr (hairless), - В10 (дикого типа) и Rhino (hr), с дефектами иммунной системы и специфическим фенотипом - отсутствием шерсти, эритролейкемией и гибелью в возрасте 6-8 мес.Использованы животные изогенных линий В10 и Rhino (hr) - после их иммунизации инъекцией липополисахарида (ЛПС) из E.coli для развития «ложного» иммунного ответа и индукции iNOS. В органах мышей линии В10 к 5-месячному возрасту уровень NO превысил контроль в 8 раз (печень) и 50 раз (кишечник), чего не наблюдалось у мышей линии Rhino этого же воз-
81
[гиена и санитария 2/2013
раста (2-кратное превышение в печени и 4-кратное - в кишечнике). Таким образом, уровень индуцибельного синтеза NO у мышей линии Rhino был резко снижен в сравнении с контролем В10, и этот результат выразился в развитии симптомов иммунодефицита у животных мутантной линии, т. е. уровень индуцированного синтеза NO генетически детерминирован и является одной из характеристик наследственного дефекта в иммунной системе мышей [6].
Итак, собственные экспериментальные исследования и анализ данных литературы позволяют заключить, что ДНКЖ с тиоловыми лигандами (ЭПР g = 2,03) являются универсальной стабильной структурой для проведения биологической дозиметрии NO in vivo и in vitro; ЭПР-спектроскопия является основным экспресс-методом анализа этой структуры в NO-биологической дозиметрии; пул негемового железа, который количественно превращается в парамагнитные ДНКЖ, определяет степень NO-нитрозилирования белков-сенсоров и регуляторов и модулирует показатели биологической дозиметрии NO.
Выражаем благодарность д-ру хим. наук Н.А. Саниной и канд. хим. наук Т.Н. Рудневой за предоставление препаратов NO-доноров; канд. биол. наук В.Д. Микояну за проведение ЭПР-исследований.
Литер атур а
1. Ванин А.Ф., Налбандян Р.М. Свободные радикалы нового типа в дрожжевых клетках. Биофизика. 1965; 10 (1): 167-8.
2. Ванин А.Ф. Идентификация комплексов двухвалетного железа с цистеином в биологических системах. Биохимия. 1967; 32: 228-32.
3. Ванин А.Ф. Динитрозильные комплексы железа - эндогенные сигнальные агенты в клетках и тканях животных и человека. Биофизика. 2004. 49 (4): 581-6.
4. Ванин А.Ф., Чазов Е.И. Перспективы создания на основе динитрозильных комплексов железа с тиолсодержащими лигандами лекарственных средств различного действия. Биофизика. 2011; 56 (2): 304-15.
5. Васильева С.В., Ступакова М.В., Лобышева И.И. и др. Активация SoxRS-регулона в Escherichia coli оксидом азота и его физиологическими донорами. Биохимия. 2001; 66 (9): 1209-14.
6. Васильева С.В., Малашенко А.М., Кубрина Л.Н. и др. Сниженный уровень индуцированного синтеза оксида азота в иммунокомпетентных органах - одна из характеристик наследственного дефекта в иммунной системе мышей. Доклады РАН. 2002; 386 (5): 690-2.
7. Васильева С.В., Мошковская Е.Ю., Санина Н.А. и др. Транс-дукция генетического сигнала нитрозильными комплексами железа. Биохимия. 2004; 69: 1089-95.
8. Васильева С.В., Мошковская Е.Ю. Новое явление квазиадаптивного ответа к алкилирующим агентам в Escherichia coli. Генетика. 2005; 41 (5): 607-13.
9. Васильева С.В., Мошковская Е.Ю., Санина Н.А. и др. Исследование SOS и SoxRS-индуцирующей активности тиосульфатного нитрозильного комплекса железа как медиатора защиты клеточной ДНК от окислительных повреждений. Доклады РАН. 2005; 402 (5): 1-4.
10. Васильева С.В., Мошковская Е.Ю., Терехов А.С. и др. Генетическая активность NO-содержащих соединений определяется комплексообразованием NO с клеточным железом. Генетика. 2006; 42 (7): 904-11.
11. Васильева С.В., Стрельцова Д.А., Мошковская Е.Ю. и др. Белок Fnr[4Fe-4S]2+ - регулятор экспрессии гена aidB E.coli при анаэробном культивировании. Доклады РАН. 2010; 433 (1): 410-3.
12. Васильева С.В., Стрельцова Д.А., Мошковская Е.Ю. и др. Обратимая NO катализируемая деструкция железосерного кластера фактора транскрипции белка Fnr[4Fe-4S]2+ - один
из путей регуляции активности гена aidB при анаэробном культивировании E. coli. Доклады РАН. 2010; 435 (1): 112-6.
13. Голиков П.П. Оксид азота в клинике неотложных заболеваний. М.: Медпрактика-М.; 2004.
14. Тарчевский И.А. Сигнальные системы клеток растений. М.: Наука; 2002.
15. Hickok J.K., Sahni S., Shen H. et al. Dinitrosyle complexes are the most abundant nitric oxide-derived cellular adduct: biological parameters of assembly and disappearance. Free Radical Biology and Medicine. 2011; 51: 1558-66.
16. Ignarro L.J. Nitric oxide as a unique signaling molecule in the vascular system: a historical overview. J. Physiol. Pharmacol. 2002; 53: 503-14.
17. Lobysheva I.I., Stupakova M.V., Mikoyan V.D. et al. Induction of the SOS DNA repair response in Escherichia coli by nitric oxide donating agents: dinitrosyl iron complexes with thiol-containing ligans and S-nitrosothiols. FEBS Lett. 1999; 454 (3): 177-80.
18. Mallard J.R., Kent M. Differences observed between electron spin resonance signals from surviving tumor tissues and from their corresponding normal tissues. Nature. 1964; 204: P.1192.
19. Vanin A.F. Dinitrosyl iron complexes with thiolate ligands: physico-chemistry, biochemistry and physiology. Nitric 0xide. 2009; 21: 1-13.
20. Vasilieva S.V., Sanina N.A., Zhukova O.S. E. coli DNA repair proteins as perspective models for NO target delivery into tumor cells: Abstracts of the European environmental mutagen society ( EEMS). 4-7 July 2011. Barcelona, Spain; 106.
Reference s
1. Vanin A.F., Nalbandian R.M. Free radicals of the new type in the yeast cells. Biofizika. 1965; 1: 167-8 (in Russian).
2. Vanin A.F. An identification of bivalent iron complexes with cysteine in the biological systems. Biokhimiya. 1967; 32: 228-32 (in Russian).
3. Vanin A.F. Dinitrosyl iron complexes - the endogen signal molecules in the cells and tissues of animals and human. Biofizika. 2004; 49: 581-6 (in Russian).
4. Vanin A.F., Chasov E.I. Perspectives in the development of new drugs on the base of dinitrosyl iron complexes with thiolate ligands. Biofizika. 2011; 56: 304-315 (in Russian).
5. Vasilieva S.V., Stupakova M.V., Lobysheva I.I., Mikoyan V.D., Vanin A.F. SoxRS regulon activation by nitric oxide and NO-donating agents in Escherichia coli. Biokhimiya. 2001; 66: 1209-14 (in Russian).
6. Vasilieva S.V., Malashenko A.M., Kubrina L.N., Vanin A.F., Serezhenkov V.A. A reduced level of nitric oxide inducible synthesis in imunocompetent organs - as a characteristic of the genetic defect of the immune system in mice. Doklady Akademii Nauk. 2002; 386: 690-2 (in Russian).
7. Vasilieva S.V., Moshkovskaya E.Yu., Sanina N.A., Aldoshin S.M., Vanin A.F. Genetic signal transduction by nitrosyl iron complexes. Biokhimiya. 2004; 69: 1089-95 (in Russian).
8. Vasilieva S.V, Moshkovskaya E.Yu. A new phenomenon of the quasi-Ada response to alkylating agents in Escherichia coli. Genetika. 2005; 41: 607-13 (in Russian).
9. Vasilieva S.V., Moshkovskaya E.Yu., Sanina N.A., Rudneva T. N., KulikovA.V., AldoshinS.M. Formation of dinitrosyl iron complex as indispensable step in realization of [Na2 [Fe2 (m-S2O3)2 (NO) 4] 4H2O genetic activity. Doklady Akademii Nauk. 2005; 402: 1-4 (in Russian).
10. Vasilieva S.V., Moshkovskaya E.Yu., Terekhov A.S., Sanina N.A., Aldoshin S.M. Genetic activity of NO-compounds are due to the complex formation with the cellular iron. Genetika. 2006; 42: 904-11 (in Russian).
11. Vasilieva S.V., Streltsova D.A., Moshkovskaya E.Yu., Sanina N.A., Aldoshin S.M. Fnr[4Fe-4S]2+ - a regulator of E. coli aidB gene expression in anaerobic growth conditions. Doklady Akademii Nauk. 2010; 433: 410-3 (in Russian).
82
12. Vasilieva S.V, Streltsova D.A., Moshkovskaya E.Yu., Vanin A.F., Mikoyan V.D., Sanina N.A., Aldoshin S.M. Reversible NO-catalyzed destruction of the Fe-S cluster of the FNR[4Fe-4S]2+ transcription factor: A way to regulate the aidB gene activity in Escherichia coli cells cultured under anaerobic conditions. Doklady Akademii Nauk. 2010; 435: 112-6 (in Russian).
13. Golikov P.P. Nitric oxide in clinic of urgent diseases. Moscow: Medpractica Publ.; 2004 (in Russian).
14. Tarchevskii I.A. Signaling systems in plants. Moscow: Nauka Publ.; 2002 (in Russian).
15. Hickok J.K., Sahni S., Shen H., Arvind A., Antoniou C., Fung L.W.M., Thomas D.D. Dinitrosyliron complexes are the most abundant nitric oxide-derived cellular adduct: biological parameters of assembly and disappearance. Free Radical Biology and Medicine. 2011; 51: 1558-66.
16. Ignarro L.J. Nitric oxide as a unique signaling molecule in the
vascular system: a historical overview. J. Physiol. Pharmacol. 2002; 53: 503-14.
17. Lobysheva 1.1., Stupakova M.V., Mikoyan V.D., Vasilieva SV, Vanin AF. Induction of the SOS DNA repair response in Escherichia coli by nitric oxide donating agents: dinitrosyl iron complexes with thiol-containing ligands and S-nitrosothiols. FEBS Lett. 1999; 454: 177-80.
18. Mallard J.R., Kent M. Differences observed between electron spin resonance signals from surviving tumor tissues and from their corresponding normal tissues. Nature. 1964; 204: 1192.
19. Vanin A.F. Dinitrosyl iron complexes with thiolate ligands: phys-ico-chemistry, biochemistry and physiology. Nitric oxide. 2009; 21: 1-13.
20. Vasilieva S.V, Sanina N.A., Zhukova O.S. E. coli DNA repair proteins as perspective models for NO target delivery into tumor cells. In: Abstr. Euro Environ. Mut. Soc. (EEMS); 2011. Barcelona, Spain; 106.
Поступила 08.02.12
© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 2013 УДК 613.31-073.537.9
О.В. Зацепина, А.А. Стехин, Г.В. Яковлева
ИОН-РАДИКАЛЬНЫЕ ФОРМЫ КИСЛОРОДА - ОСНОВНОЙ ПОКАЗАТЕЛЬ,
отражающий электрон-донорную способность воды
ФГБУ НИИ экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина Минздрава РФ, 119992, Москва
Приводятся экспериментальные доказательства связи электрон-донорной способности питьевой воды с ион-молекулярными формами активного кислорода. Определены концентрационные пределы содержания в питьевой воде пероксид ион-радикалов (48 мкг/л) в отсутствие молекулярной перекиси водорода. Предложено использовать концентрацию пероксид ион-радикалов в питьевой воде в качестве показателя ее биокаталитической активности.
Ключевые слова: ион-радикалы; фазовая неустойчивость; качество питьевой воды; хемилюминесценция
O.V Zatsepina, A.A. Stekhin, G.V Yakovleva - ION-RADICAL OXYGEN SPECIES - THE MAIN INDICATOR REFLECTING OF THE ELECTRON-DONATING ABILITY OF WATER
Federal State Budgetary Institution "A. N. Sysin Research Institute of Human Ecology and Environmental Health" of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation, 119121, Moscow, Russian Federation
Experimental evidence of the electron - donor ability of drinking water with ion-molecular forms of active oxygen is reported. The concentration limits of the content ofperoxide ion - radicals (48 mkg /L) in the absence of molecular hydrogen peroxide in drinking water has been determined. The concentration of the peroxide ion - radical in drinking water has been proposed to be used as an index of the water biocatalytic activity
Key words: ion-radicals, phase instability, the quality of drinking water, chemiluminescence
Результаты выполненных ранее исследований по изменению электрофизических, термодинамических и структурно-энергетических состояний воды после воздействия на нее физических факторов (технологий обработки) [3] составляют экспериментальную базу для обоснования основных показателей качества физически обработанной питьевой воды.
Как показывают результаты исследований [2], физическая обработка воды приводит к появлению в ней активных форм кислорода (АФК), которые оказывают влияние практически на все процессы в живых организмах [1, 2, 4]. При этом АФК могут существовать в свободномолекулярной, свободнорадикальной и связанной ион-молекулярной формах. В связи с этим возникает необходимость гигиенического нормирования АФК в
Стехин Анатолий Александрович (Stekhin Anatoly), e-mail: Stekhin-aa@mail.ru
воде. В частности, нормированию подлежат не только концентрации таких вредных химических соединений, как свободные радикалы и химически активные молекулярные формы кислорода, но и ион-молекулярные формы кислорода, концентрация которых в воде отражает ее полезную электрон-донорную способность, поскольку они являются основными поставщиками электронов в организм.
Целью настоящего исследования стали изучение изменений состояния АФК в воде в процессах ее активации и доказательство связи электрон-донорной способности активированной воды с концентрацией ион-радикальных форм кислорода, входящих в состав ассоциированной фазы воды.
Способность к обменному электронному взаимодействию ассоциированной воды можно оценить по образованию активных ион-радикальных форм кислорода в воде, сопровождающему электронный транспорт. Более того, электронный транспорт в водных структурах, вклю-
83
