CC BY
10
DOI - 10.32 743/UniChem.2021.88.10.12343
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ПРОЦЕССЫ ПЕРИКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ ЛИПИДОВ И АКТИВНОСТЬ МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВ КЛЕТОК СЕРДЕЧНОЙ МЫШЦЫ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ МИОКАРДИТЕ
Юнусова Муслима Холматовна
преподаватель,
кафедры биохимии Национального Университета, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: muslima8390@gmail.com
Позилов Маъмуржон Комилжонович
преподаватель,
кафедры биофизика Национального Университета, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: mamurjon2281@mail.ru
Далимова Сурайё Нугмановна
д-р биол. наук,
проф. кафедры биохимии Национального Университета, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: s_dalimova@mail.ru
Кузиев Шерали Насруллоевич
ст. преподаватель, PhD кафедры биохимии Национального Университета, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: kuziev. sherali@gmail.com
Умарова Гулбахор Базарбаневна
канд. биол. наук,
доц. кафедры биохимии Национального Университета, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: gulbakhorumarova@gmail.com
Мухамаджонова Гузал Мухаммаджановна
канд. биол. наук, доц. кафедры биохимии Национального Университета, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: muhammadjonovagozal@gmail.com
Гафуров Махмуджан Бакиевич
д-р хим. наук, вед. науч. сотр. лаборатории низкомолекулярных биологически активных соединений,
ИБОХ АН РУз., Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: mahmudgafurov@mail.ru
Хамраев Собир Хусенович
преподаватель,
кафедры биохимии Национального Университета, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: sobirjonhamroyev@bk. ru
Библиографическое описание: ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ПРОЦЕССЫ ПЕРИКИСНОГО ОКИСЛЕНИЯ ЛИПИДОВ И АКТИВНОСТЬ МИТОХОНДРИАЛЬНЫХ ФЕРМЕНТОВ КЛЕТОК СЕРДЕЧНОЙ МЫШЦЫ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ МИОКАРДИТЕ // Universum: химия и биология: электрон. научн. журн. Юнусова М.Х. [и др.]. 2021. 10(88). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/12343
Хамдамова Нигора Азамжон кизи
преподаватель,
кафедры биохимии Национального Университета, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: nisorahamdamova@smail.com
Дадахонова Мухлиса Баромовна
магистр,
кафедра биохимии Национального Университета, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: muhlisaturayeva4@smail.com
Мухамедова Мукамбар Джураевна
преподаватель, лицей ТошПМИ, Республика Узбекистан, г. Ташкент Е-mail: mmukambarbio@smail.com
STUDY OF THE EFFECT OF SUPRAMOLECULAR COMPLEXES ON LIPID PEROXIDATION AND THE ACTIVITY OF MITOCHONDRIAL ENZYMES IN CARDIAC MUSCLE CELLS
IN EXPERIMENTAL MYOCARDITIS
Muslima Yunusova
Lecturer,
Department of Biochemistry National University,
Uzbekistan, Tashkent
Mamurjon Pozilov
Lecturer,
Department of Biophysics National University, Uzbekistan, Tashkent
Surayo Dalimova Doctor of Biological Sciences, Professor of the Department of Biochemistry National University,
Uzbekistan, Tashkent
Sherali Kuziev
Senior Lecturer,
PhD Department of Biochemistry National University,
Uzbekistan, Tashkent
Gulbahor Umarova
Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Biochemistry National University,
Uzbekistan, Tashkent
Guzal Mukhamadzhonova
Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Biochemistry National University,
Uzbekistan, Tashkent
Mahmudzhan Gafurov
Dr. chem. sciences, led. scientific. sotr. laboratories of low molecular weight biologically active compounds, 1BOCHANRUz.,
Republic of Uzbekistan, Tashkent
Sobir Khamraev
Lecturer,
Department of Biochemistry National University,
Uzbekistan, Tashkent
Nigora Azamjonkizi Khamdamova
Lecturer,
Department of Biochemistry National University,
Uzbekistan, Tashkent
Mukhlisa Dadakhonova
Master,
Department of Biochemistry National University,
Uzbekistan, Tashkent
Mukambar Mukhamedova
Teacher, Lyceum ToshPMI, Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
В статье исследовано влияние супрамолекулярных комплексов, состоящих из глицирризиновой и ацетилсалициловой кислот (ГЛАС) и глицирризиновой кислоты и флавоноида рутин (ГК+Р) на процесс перикисного окисления липидов (ПОЛ) в гомогенате и мембранах митохондрий и на активность дыхательных ферментов- сукцинатоксидазы и ротенон чувствительной НАДН дегидрогеназы кардиомиоцитов крыс на модели экспериментального миокардита. Установлено, что при экспериментальном миокардите наблюдалась интенсификация ПОЛ в гомогенате и мембранах митохондрий, при этом наблюдается снижение активности изученных ферментов дыхательной цепи митохондрий. Семидневное введение миокардитным животным супрамолекулярных комплексов ГЛАС и ГК+Р приводило к нормализации процесса ПОЛ сердечной мышцы, а также восстановлению активности сукцинатоксидазы и НАДН дегидрогеназы. ГЛАС оказывал на изученные показатели более выраженное стимулирующее влияние.
ABSTRACT
The article investigates the effect of supramolecular complexes consisting of glycyrrhizic and acetylsalicylic acids (GLAS) and glycyrrhizic acid and the flavonoid rutin (GA + R) on the process of lipid peroxidation (LPO) in the homog-enate and membranes of mitochondria and on the activity of respiratory oxidase enzymes - succinon-sensitive NADH dehydrogenase of rat cardiomyocytes in a model of experimental myocarditis. It was found that in experimental myocarditis, an intensification of lipid peroxidation was observed in the homogenate and mitochondrial membranes, while a decrease in the activity of the studied enzymes of the mitochondrial respiratory chain was observed. A seven-day administration of supramolecular complexes GLAS and + R to myocarditis animals led to the normalization of the LPO process of the heart muscle, as well as the restoration of the activity of succinate oxidase and NADH dehydrogenase. GlAs had a more pronounced stimulating effect on the studied indicators.
Ключевые слова: гомогенат, митохондрии, миокардит, ПОЛ, МДА, сукцинатоксидаза, НАДН дегидрогеназа, ГЛАС, ГК+Р
Keywords: homogenate, mitochondria, myocarditis, LPO, MDA, succinate oxidase, NADH dehydrogenase, GLAS, GA + R.
В настоящее время согласно сведениям ВОЗ болезни сердечно-сосудистой системы занимают в мире одно из ведущих мест.Сердечно -сосудистые заболевания возникают в результате нарушения обмена веществ и способствуют биохмическим изменениям в кардиомиоцитах [1]. В условиях диабетической кардиомиопатии, миокардитах, а также при стрептозотоциновом диабете обнаружено усиление оксидативного стресса и нарушение функционального состояния митохондрий скелетных и сердечных мускулов [2]. В большинстве экспериментальных моделей дисфункции миокарда показано, что окисление свободных жирных кислот, активация фосфолипаз инарушение энергообмена миокарда представляют собой взаимосвязанные процессы, осуществляемые на уровне митохондрий [1, 3].
Вместе с тем известно, что в основе развития многих патологий сердечной мышцы лежат процессы нарушения проницаемости ионных каналов, стимуляция перекисного окисления липидов, окисления тиоловых групп, и образования реактивных форм кислорода (ROS) [4, 5]. При инфаркте миокарда
увеличение количества жирных кислот стимулирует в митохондриях кардиомиоцитов ацетилкоэнзим А и служит причиной возрастания активных форм кислорода в дыхательной цепи. Увеличение свободных радикалов влияет на Н+-проводимость и изменяет митохондриальный мембранный потенциал Дут, , в результате работа FoFl-АТФазы снижается [6].
В условиях сахарной ишемии регуляция малонил КоА карнитинпальмитоилтрансферазы и изменения в транспорте жирных кислот имеет важное значение [7]. При этом в группе экспериментальных животных на модели ишемии наблюдается возрастание активности миокардиодистрофии. В настоящее время возможность коррекции митохондриальных нарушений при экспериментальном миокардите исследуется в большинстве научных лабораторий мира. С этой точки зрения поиск растительных веществ, обладающих антиоксидантной активностью и влияющих на функциональное состояние митохондрий при различных заболеваниях сердечно сосудистой системы представляется важным и необходимым [8, 9].
В последние годы в клинической практике применяются различные медицинские препараты, содержащие производные глицирризиновой кислоты, получаемой из корня солодки. В результате комп-лексообразования наблюдается стабильное снижение побочного токсического действия основного препарата и усиление его фармакологических свойств. Глицирризиновая кислота является растительным селективным ингибитором тромбина; снижает повышение сывороточного уровня маркерных ферментов (креатинфосфаткиназы, лактатдегидрогеназы, аспар-татаминотрансферазы) в сыворотке крови; препятствует снижению содержания в миокарде гликогена и повышения содержания общих липидов, активации перекисного окисления липидов и снижению анти-оксидантной активности сыворотки крови; улучшает электрокардиографические показатели, перспективна для применения при патологических процессах в сердце, сопровождающихся воспалительными и некротическими изменениями миокарда, в частности, при миокардитах и инфаркте миокарда [10].
В институте Биоорганической химии АН РУзбыл создан новый нестероидный противовоспалительный препарат ГЛАС, представляющий собой супрамоле-кулярный комплекс глицирризиновой кислоты с ацетилсалициловой кислотой. Предварительно показано, что этот препарат в малых дозах обладает выраженной антиагрегационной активностью. Синтезирован новый супрамолекулярный комплекс глицирризиновой кислоты и флавоноида рутина (ГК+Р).
Целью настоящего исследования явилось изучение кардиопротекторных свойств супрамолекулярных комплексов ГЛАС и ГК+Р на модели экспериментального миокардита.
Материал и методы исследования
Опыты проводили на беспородных крысах-самцах весом 180-200г. Модель экспериментального миокардита воспроизводили путем подкожного введения 0,1% адреналина гидрохлорида в дозе 0,3 мг/100 г. веса тела крысы в течении 3х дней [11]. Все животные были распределены на 4 группы: 1-интактная; 2-
контрольная, животные с экспериментальным миокардитом (ЭМ); 3-миокардит+ГЛАС в концентрации (2,5 мг/кг); 4-миокардит+ГК+Р (30 мг/кг). Митохондрии из клеток сердечной мышцы выделяли методом дифференциального центрифугирования в среде, содержащей (в млмолях: 250-сахарозу; 10-трис-НС1; ЭДТА-10 мМ, рН 7,4[12]. Перекисное окисление липидов (ПОЛ) определяли по методу [13]. При определении содержания малонового диальдегида МДА использовали коэффициент молярной экстинции (е=1,56х105 М-1 см): нмоль МДА/мг белка=1.56х30.
Кроме того, для изучения процесса ПОЛ в мембране митохондрий использовали Fe2+/аскорбат систему. В результате действия этой системы митохондриальная мембрана теряет барьерную функцию, что приводит к увеличению объема органеллы и набуханию митохондрий. Изменение объема митохондрий определяется фотометрически. Состав инкубационной смеси (в мМ): КС1-125, трис-НС1-10, рН 7,4; Концентрации в мкмолях [ мкМ]: FeSO4 -10 аскорбат-600 ; количество митохондрий-0,5 мг/мл. Активность НАД.Н-оксидаз определяли полярографическим методом [14]. Содержание белка определяли по методу Лоури в модификации Петерсона[ 15].
Результаты и их обсуждение
Известно, что многие биологически активные соединения растительной природы обладают высокой антиоксидантной активностью. В первой серии исследований мы определяли содержание вторичного продукта ПОЛ-МДА в гомогенатах клеток миокарда интактных и модельных крыс, а также при введении в организм миокардитных животных супрамолеку-лярных комплексов ГЛАС и ГК+Р. Данные представлены на рисунке 1. Было установлено, что содержание МДА в гомогенате миокарда интактных крыс составляет 2,75±0,25 мкмоль/г. При экспериментальном миокардите содержание вторичного продукта ПОЛ увеличивается на 95,3±8,30% и достигает 5,37±0,45 мкмоль/г, что свидетельствует об интенсификации процесса перикисного окисления в кардиомиоцитах миокардитных крыс.
Рисунок 1. Влияние супрамолекулярных комплексов ГЛАС и ГК+Р на содержание МДА гомогената интактных и миокардитных крыс. (содержание МДА определяли при 540 нм оптической плотности, *Р<0,05; **Р<0,01; п=4)
Семидневное введение ГЛАС и комплекса ГК+Р миокардитным животным снижало содержание МДА до3,5±0,24 мкмоль/г и 4,2±0,37 мкмоль/г соответственно, что в процентном соотношении составляет 68,0±5,4% и 42,6±3,4%. Полученные в этих экспериментах результаты совпадают с известными в литературе данными по определению антиокси-дантной активности в кардиомиоцитах веществ растительной природы [16].
После установления антиоксидантной активности изучаемых комплексов в следующей серии, в опытах in vivo исследовали перекисное окисление липидов, вызванное Fe2++аскорбатом в мембране митохондрий
кардиомиоцитов. Данные представлены на рисунке 2. Из рисунка видно, в присутствии в инкубационной среде митохондрий Fe2++аскорбата наблюдается резкая интенсификация процесса ПОЛ, что приводит к нарушению барьерных функций мембраны митохондрий и увеличению объема этих органелл. Согласно полученным данным при адреналиновом миокардите по сравнению с интактными животными набухание митохондрий возрастает в 7,2 раза. Использованные в качестве корригирующих средств ГЛАС и комплекс ГК+Р снижали набухание митохондрий, при этом действие ГЛАС оказалось более эффективным.
Рисунок 2. Влияние ГЛАС и комплекса ГК+Р на перикисное окисление липидов мембран митохондрий кардиомиоцитов во всех случаях Р<0,05; п=4)
Состав инкубационной среды в : КС1-125 мМ, трис-НС1-10мМ, рН 7,4; Концентрации в мкмоль : FeSO -10 аскорбат-600; количество митохондрий 0,5мг/мл; (* - Р < 0,05, ** - Р < 0,01, ***- Р< 0,001; п=5)
Основные механизмы появления активных форм кислорода (АФК) в организме связаны обычно с нарушениями функционирования электроннотранс-портных цепей митохондрий, а также изменениями свойств дегидрогеназ. Обычно, примерно 98 % всего кислорода, поступающего в клетки, используется для
окисления субстратов с образованием АТФ и выделением тепла, и лишь 2% используется в реакциях образования активных форм кислорода, которое значительно возрастает при усиленном поступлении кислорода в клетки или нарушении работы элек-троннотранспортной цепи митохондрий.
Рисунок 3. Влияние ГЛАС и комплекса [ГК+Р]а активность митохондриальной сукцинатоксидазы иротенон чувствительной НАД.Ноксидазы(*Р<0,05;**Р<0,01; n=4)
Известно, что процессы ПОЛ и ферментативного липолиза играют ключевую роль в регуляции структурного состояния митохондриальных мембран, влияя на степень их сопряженности, мембранный потенциал и проницаемость для катионов [17]. Определяющее значение вышеназванные процессы имеют в повреждении митохондрий при патологии. Имеются сообщения о том, что при различных формах сердечной патологии, происходит переход цикло -спорин А-чувствительной поры внутренних мембран митохондрий в открытое состояние и это, по мнению авторов, является существенной стадией повреждения митохондрий, ведущих к некрозу и/или апоптозу кардиомиоцитов [18].В связи с этим в последующих исследованиях мы определяли активности митохон-дриальных ферментов-сукцинатоксидазы и ротенон чувствительной НАД.Н - оксидазы при миокардите и лечении комплекспми ГЛАС и ГК+Р. Данные, представленные на рисунке 3 (А и Б) свидетельствуют о том, что при экспериментальном миокардите наблюдается существенное ингибирование активности изученных ферментов на 47,6±3,5 и
39,5±2,7% соответственно. Введение в организм миокардитных крыс комплексов ГЛАС и ГК+Р восстанавливало сниженную активность ферментов на 17,7±1,3%, 35±2,2% (рис.3 А) и 25±2,1%, 29,2±2,4% (рис.3 Б) соответственно. Из двух исследованных супрамолекулярных комплексов и в этом случае наиболее эффективным оказался ГЛАС.
Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что при эсперименталь-ном миокардите происходит усиление процесса ПОЛ как в гомогенате, так и в мембранах митохондрий кардиомиоцитов и сопровождается ингибированием активности ферментов дыхательной цепи митохондрий. Введение в организм таких животных супрамолекулярных комплексов ГЛАС и ГК+Р восстанавливало в различной степени нарушенные процессы ПОЛ и активность ферментов митохондрий. Более выраженным действием на изученные показатели обладал ГЛАС. Несмотря на то, что ГЛАС и ГК+Р обладают различной химической природой их действие на исследованные процессы оказалось положительным.
Список литературы:
1. Lopaschuk G.D., Ussher J.R., Folmes C.D.L. et al. Myocardial fatty acid metabolism in health and disease // Physiol. Rev. - 2010. - V.90. - P. 207-258.
2. Егорова М.В., Афанасьев С.А., Попов С.В. Состояние митохондрий и гипертрофия сердца при развитии стрептозотоцинивдуцированного диабета на фоне экспериментального инфаркта // Сиб. мед. журн. - 2011. -Т.26, №10. -С.122-128.
3. Егорова М.В., Афанасьев С.А. Регуляторная роль свободных жирных кислот в поддержании мембранного гомеостаза митохондрий сердца при экспериментальной ишемии миокарда // Бюллетень сибирской медицины. -2012. - № 3. - C. 31-38.
4. Barrera G., Gentile F., Pizzimenti S., Canuto R.A., Daga M., Arcaro A., Cetrangolo G.P., Lepore A., Ferretti C., Dianzani C., Muzio G. Mitochondrial dysfunction in cancer and neurodegenerative diseases: spotlight on fatty acid oxidation and lipoperoxidation products // Antioxidants. - 2016. - V.5(1). - P. 2-25.
5. Sada K., Nishikawa T., Kukidome D., Yoshinaga T., Kajihara N., Sonoda K., Senokuchi T., Motoshima H., Matsumura T., Araki E. Hyperglycemia induces cellular hypoxia through production of mitochondrial ros followed by suppression of aquaporin-1 // PLoS one. - 2016. - V. 11(7). - P. 1-16.
6. Zuurbier C.J., Bertrand L., Beauloye C.R., Andreadou I., Meana M.R., Jespersen N.R., Alwar D.K., Prag H.A., Botker H.E., Dambrova M., Montessuit C., Kaambre T., Liepinsh E., Brookes P.S., Krieg T. Cardiac metabolism as a driver and therapeutic target of myocardial infarction // J Cell Mol Med. - 2020. - V.24:- P. 5937-5954.
7. Dyck J., Lopaschuk G. Malonyl CoA control of fatty acid oxidation in the ischemic heart // Jour. Mol. Cell. Card. -2002. - V.34(9). - P. 1099-109.
8. Gibellini L., Bianchini E., De Biasi S., Nasi M., Cossarizza A., Pinti M. Natural compounds modulating mitochondrial functions // Evid Based Complement Alternat Med. - 2015. - V.2015. - P. 1-13.
9. Wood dos S.T., Cristina P.Q., Teixeira L.,Gambero A., Villena J.A., Ribeiro M.L. Effects of polyphenols on ther-mogenesis and mitochondrial biogenesis // Int J MolSci - 2018. - V.19(9). - P. 1-14
10. Толстиков Г.А., Балтина Л.А., Муринов Ю.И. Комплексы глицирризиновой кислоты с нестероидными противовоспалительными средствами как новые транспортные формы // Хим.-фарм. журн. - 1991. - № 2. -С. 29-32.
11. Андреев С.В. Моделирование заболеваний - М. Медицина , 1973.- 236с.
12. Schneider W.C., Hogeboom G.H. Cytochemical studies of mammalion tissues: the isolation of cell components by differential centrifugation// Cancer. Res. - 1951. - V. 11(1). - P. 1-22.
13. Андреева Л.И, Кожемякин Л.А.,Кишкун А.А. - Модификация метода определения перикисей липидов в тесте с биобарбитуровой кислотой//Лаб.дело,- 1988,-№5.-с.41-43.
14. Рахимов М.М., Алматов К.Т. Некоторые особенности деградации полиферментных систем митохондрий печени крыс, подвергшихся тепловым воздействием//Биохимия.- Москва, 1977.-T.42.-B.10-C. 1852- 1862.
15. Peterson G.L. A simplification of the protein assay method of Lowry et al. which is more generally applicable // Analytical biochemistry. - 1977. - 83(2). - P. 346-356.
16. El-MarasyS.A., El Awdan S.A., HassanA., Abdallah H.M. Cardioprotective effect of thymol against adrenaline-induced myocardial injury in rats // Heliyon. - 2020. - V.6.(7). - P. 1-8.
17. Чулиев И.Н., Камбурова B.C., Джураев А. 2(М-цитизин) этил-3-0-ацетил-18 3 Н-глицерретат как модификатор мегаканала митохондрий//ДАН РУз. - Ташкент, 2005.-№ 1.- С. 41-47.
18. Brokmeier K.M., Pfeiffer D.R. Inhibition of the mitochondrial permeability transition by cyclosporine a during long time frome experiments: relationships between pore opening and activity of mitochondrial phospholipases // Bio-chemistry-1995.-v.34.-p. 16440-16449.
