CC BY
13
УДК 577.121:616-006.4 ТАКАНАЕВ А. А.
доктор биологических наук, профессор, кафедра общей, биологической, фармацевтической химии и фармакогнозии, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева E-mail: [email protected] ЯРОВАТАЯ М.А.
кандидат биологический наук, доцент, кафедра общей, биологической, фармацевтической химии и фармакогнозии, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева E-mail: [email protected]
UDC 577.121:616-006.4 TAKANAEV A.A.
Dосtor of Biological sciences, Professor, Department of General, Biological, Farmaceutical Chemistry and Farmacognosy, Orel State University E-mail: [email protected] YAROVATAYA M.A. Candidate of Biological sciences, Associate Professor, Department of General, Biological, Farmaceutical Chemistry and Farmacognosy, Orel State University E-mail: [email protected]
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ БИОДЕГРАДАЦИИ ПОЛИМЕРНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ДЛЯ БОЛЕЕ ЭФФЕКТИВНОГО УСВОЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ БИОХИМИИ БИОМАКРОМОЛЕКУЛ СТУДЕНТАМИ МЕДИЦИНСКИХ ВУЗОВ
THE ШЕОЕ BIODEGRADABLE POLYMER DERIVATIVES FEATURES FOR MORE EFFECTIVE LEARNING OF DYNAMIC CHEMISTRY BIOMACROMOLECULESBY MEDICAL STUDENTS
Настоящее методическое указание позволяет студентам лечебного и фармацевтического факультета более углубленно изучить лекционный материал, выделить существенное и систематизировать теоретические знания по взаимодействию физиологически активных полимеров с биополимерами организма и клетки с образованием полиэлектролитных и межполимерных комплексов, позволяющих достигнуть высокой селективности в выборе партнера в организме.
Ключевые слова: биодеструкция, биодеградация, биосовместимость, кооперативность.
The present methodical instruction allows students of the medical and pharmaceutical facultiesto study lecture material deeply, to highlight significant and systematize theoretical knowledge of the interaction of physiologically active polymers with biopolymers of the body and cells with the formation ofpolyelectrolyte complexes and megolamania allow-ingachieving high selectivity in choosing a partner in the body.
Keywords: biodegradability, biodegradation, biocompatibility, cooperativity.
По своей физико-химической природе полимерные соединения можно подразделить на водорастворимые полимеры и не растворимые в воде. Макромолекулы растворимых полимеров могут быть биоразлагаемые и не бионеразлагаемые в организме. Они могут быть не модифицированными (поливинилпирролидон, природные полимеры - плазмозаменители и т.п.) и модифицированными с помощью физиологически активных соединений «привитых» к макромолекуле. И, наконец, водорастворимые полимеры могут быть созданы путем полимеризации, сополимеризации функциональных мономеров, полученных на основе физиологически активных соединений.
После проникновения макромолекул через эпителиальный барьер слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта или легких, либо после введения макромолекулярных соединений внутримышечно, подкожно или внутривенно, они вступают во взаимодействие со структурами внутренней среды организма, в первую очередь, с системами крови и рыхлой соедини-
тельной тканью [2].
Введенные в организм полмеры ведут себя по-разному. Во-первых, они могут довольно быстро, быстрее чем за сутки, покинуть организм через почки без каких-либо изменений. Во-вторых, они могут отложиться во внутренних органах и тканях и затем постепенно выделяться в течение недель и месяцев, а иногда оставаться там на годы. В третьих, некоторые полимеры могут достаточно быстро метаболизироваться в организме с образованием фрагментов невысокой массы, которые выводятся через почки.
Исследование макромолекулярного транспорта ш-у1уо показало, что существуют определенные различия в способности полимеров проникать из кровяного потока в ткани [7]. Капилляры печени, селезенки и костного мозга имеют незавершенные базальные мембраны и ограничены дискретно сгруппированными эндотели-альными клетками. Поэтому макромолекулы достаточно легко проникают в эти органы.
Капилляры в эндокринных железах и мышцах,
© Таканаев А. А., Яроватая М.А. © Takanaev A.A., Yarovataya M.A.
13.00.00 - ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ 13.00.00 - PEDAGOGICAL SCIENCES
благодаря более строгой организации, образуют более жесткий барьер, отделяющий центральную нервную систему от циркулирующей крови. Однако и такие барьеры могут быть временами проницаемы для макромолекул. Основной механизм, ответственный за перенос макромолекул в клетку - это эндоцитоз, причем, растворимые полимеры проникают внутрь клетки посредством пиноцитоза, адсорбируясь на мембранной поверхности, или захватываясь с капельками межклеточной жидкости. Было показано, что большинство макромолекул, поступающих в клетку, деградирует или инкапсулирует в течение одного дня, взаимодействуя с ферментами в цитоплазме или лизосомах. Попав в ли-зосомы, они биодеградируют до более легких и даже низкомолекулярных фрагментов, после чего выбрасываются из клеток в результате экзоцитоза или утилизируются в клетках. Таким образом, даже макромолекулы с достаточно большой молекулярной массой, но способные к биодеградации ферментами лизосом и плазмы крови элиминируют из организма.
Надо отметить, что лишь немногие синтетические полимеры способны к биодеструкции. В основном, это аналоги белков - поли-а-аминокислоты, а также некоторые фосфорсодержащие полимеры[1].
Биодеградация водорастворимых полимеров зависит от специфичности ферментов, с которыми они контактируют, химической структуры и формы полимерной цепи в растворе. Например, известно, что денатурированные белки деградируются ферментами более быстро, чем нативные, так как денатурированные белки в растворе принимают форму статистической петли, которая может легко образовать фермент-субстратный комплекс.
Деструкция, т.е. разрыв связей в главной цепи, может происходить по механизму последовательного отщепления по одному мономерному звену с конца цепи. Другой механизм заключается в расщеплении полимерной цепи на фрагменты по случайной закономерности или по связям, специфичными для данного фермента. Так гидролизуются белки, причем для успешного гидролиза необходимо взаимодействие с активным
центром фермента нескольких соседних звеньев. Чем больше их строение комплиментарно структуре активного центра данного фермента, тем быстрее происходит деструкция[4].
Анализ исследований по биодеградации полимерных форм лекарственных препаратов показывает, что наиболее перспективными в этом направлении следует считать работы по созданию количественных методов оценки биодеструкции и биосовместимости полимерных материалов, а также по подбору модельных сред для экспериментов шуйго с целью выяснения активирующих компонентов при взаимодействии с конкретным полимерным материалом[9]. Решение проблемы, контролируемой биодеструкции, позволило бы синтезировать физиологически активные полимеры, необходимые медицине, сельскому хозяйству и безопасные для экологии. Для успешного управления биодегради-руемостью полимерной структуры необходимо проведение систематических исследований всех факторов, влияющих, на этот процесс, например, эффектов конфигурации, конформации, молекулярных масс, кристалличности, разветвленности полимеров. Следует отметить фундаментальное значение изучения взаимодействия активных полимеров, обладающих физиологически «собственной активностью» (кровозаменители, антигепаринаты и др.) с биополимерами организма и клетки. Большинство из них протекает с образованием полиэлектролитных и иных межполимерных комплексов, которые интенсивно исследуются в последние годы. Кооперативный и обратимый характер образования таких комплексов позволяет достигнуть высокой селективности в выборе партнера в организме. Подобные эффекты не возможны для низкомолекулярных биологически активных соединений. Образование комплексов следует ожидать не только для полимеров с «собственной» активностью, но и для большинства «прививочных» полимеров. Перспектива кластериро-вания полимерами также обещает интересные результаты, так как позволяет совершенно новым, недоступным для низкомолекулярных физиологически активных веществ, способом вмешиваться в процесс рецепции.
Библиографический список
1. Таканаев А.А., Халилов М.А., Юшкова Е.И., Яроватая М.А. Некоторые аспекты биотрансформацииЫ-нитрозосоединений// Ученые записки Орловского государственного университета. № 4 (67) 2015.C.405-406.
2. Яроватая М.А., Таканаев А.А., Юшкова Е.И. Метаболизм гетероциклическихЫ-нитрозаминов// Ученые записки Орловского государственного университета. № 4 (67) 2015. С.424-425.
3. Таканаев А.А., Юшкова Е.И., Яроватая М.А. Изучение биотрансформацииЫ-нитрозаминов как интерактивное приложение к лекционному курсу по биохимии// Ученые записки Орловского государственного университета. № 6 (69) 2015. С. 355-358.
4. Таканаев А.А., Юшкова Е.И., Яроватая М.А.Получение меченых униформ физиологически активных аминов и их производных как приложение к лабораторному практикуму по биохимии// Ученые записки Орловского государственного университета. № 1(70) 2016. С. 237-239.
5. Яроватая М.А., Таканаев А.А., Юшкова Е.И. Получение аминов, меченных по водороду - Н3, в качестве элективного курса «Практические методы биохимии»// Ученые записки Орловского государственного университета.№ 1(70) 2016. С. 257-259.
6. Таканаев А.А, Яроватая М.А.Введение в электив «Композитные материалы в медицине»// Ученые записки Орловского государственного университета. № 1(74) 2017. С. 233-235.
7. Таканаев А.А, Яроватая М.А. Повышение эффективности процесса преподавания биохимии высокомолекулярных соединений в вузах медицинского профиля (на примерах биотрансформации полимерных производных некоторых гетероциклов)// Ученые записки Орловского государственного университета. № 2(75) 2017. С. 344-346.
8. http://www.oncolog.su/carcinogen/nitrate/
9. http://www.medfrance.ru/onco/nitrate/nitrozamines/
References
1. Takanaev A.A., Khalilov M.A., Yushkova E.I., YarovatayaM.A. Some aspects of N-nitrosocompounds biotransformation //Scientific notes of Orel State University.№ 4 (67) 2015. Pp. 405-406.
2. Yarovataya M.A., Takanaev A.A., Yushkova E.I. Metabolism of geterocyclicN-nitrosamines //Scientific notes of Orel State University. № 4 (67) 2015. Pр. 424-425.
3. TakanaevA.A., YushkovaE.I., YarovatayaM.A. The study of N-nitrosamines biotransformation as an interactive part of the lecture course in biochemistry//Scientific notes of Orel State University. № 6(69) 2015. Pp. 355-358.
4. Takanaev A.A., Yushkova E.I., Yarovataya M.A. The preparation of labeled forms of physiologically active amines and their derivatives as additional material for the laboratory practicum in biochemistry//Scientific notes of Orel State University. № 1(70) 2016. Pp. 237-239.
5. Yarovataya M.A., Takanaev A.A., Yushkova E.I. The preparation of hydrogen-3 (H-3) labelled amines as a part of the optionalcourse "Practical methods in biochemistry"//Scientific notes of Orel State University. № 1(70) 2016.Pp. 257-259.
6. 6.Takanaev A.A., Yarovataya M.A. Introduction to the elective course "Composite materials in medicine"//Scientific notes of Orel State University. № 1(74) 2017.Pp. 233-235.
7. Takanaev A.A., Yarovataya M.A. Improving the process of teachingbiochemistry of high molecular-weight compounds at medical institute and universities (using the example of biotransformation for some geterocycles polymeric derivatives)//Scientific notes of Orel State University. № 2(75) 2017.Pp. 344-346.
8. http://www.oncolog.su/carcinogen/nitrate/
9. http://www.medfrance.ru/onco/nitrate/nitrozamines/
