Влияние динамики осмотического давления на механические свойства плазматической мембраны гемоцитов некоторых представителей аннелид Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК 591.111.7:595.142.39

ВЛИЯНИЕ ДИНАМИКИ ОСМОТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПЛАЗМАТИЧЕСКОЙ МЕМБРАНЫ ГЕМОЦИТОВ НЕКОТОРЫХ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ АННЕЛИД

© А.А. Присный, Т.А. Пигалева

Ключевые слова: осмотическое давление; упругость; адгезия; плазматическая мембрана.

Исследованы свойства упругости и адгезии плазматической мембраны различных типов гемоцитов некоторых представителей аннелид при изменении осмотического давления. Осуществлен сравнительный анализ изученных показателей у гемоцитов, принадлежащих различным видам.

Поддержание постоянства внутренней среды является важной функцией организма. Особое значение этот процесс имеет для нормальной жизнедеятельности водных животных. Сохранение стабильности происходит за счет сбалансированной работы нескольких систем организма - это изменение проницаемости покровов, выделение излишних солей, потребление воды животным при недостатке жидкости.

Детального исследования влияния изменения осмотического давления на механические свойства плазматической мембраны, цитоскелет и структуру клеток целомической жидкости медицинской и большой ложноконской пиявок ранее не проводилось.

Поэтому целью данной работы являлось выделение и описание типов целомоцитов медицинской и большой ложноконской пиявок, а также динамики адаптации клеток в условиях изменения осмотического давления.

Исследования осуществляли на сканирующем зон-довом микроскопе Интегра Вита NT-MDT в режиме полуконтактного сканирования. В работе применяли кремниевые зонды серии NSG03 (NT MDT), жесткостью 1,4 Н/м с радиусом закругления 10 нм, частотой развертки сканирования порядка 0,6-0,8 Гц. На полученных сканах измеряли линейные размеры клеток. Обработку полученных результатов проводили при помощи программного обеспечения «Nova 1.0.26 Build 1397» (НТ МДТ).

Данные по свойствам упругости и адгезии были получены в режиме атомно-силовой спектроскопии при наложении нагрузки в 10 локальных участках клеточной поверхности. В основе метода лежит снятие «силовых кривых» (DFL (Z)) с поверхности, отражающих отклонение гибкой консоли АСМ-зонда при приближении зонда к образцу в каждой точке наноиденти-рования. Отклонение балки от положения равновесия детектируется на четырехсекционном фотодиоде и выражается через ток рассогласования между верхней и нижними частями фотодиода. Расчет локального модуля Юнга проводили на основе контактной задачи модели Герца в модификации Снеддона. При работе с клетками предполагали, что клетка есть упругая изотропная среда с коэффициентом Пуассона v = 0,5, а игла АСМ - твердый конус [2].

Полученные «силовые кривые» обрабатывали с помощью программного обеспечения «ЕС» (NT-MDT, Зеленоград). Анализ зависимости деформации образца от приложенной нагрузки позволил количественно оценить модуль упругости и сравнить этот показатель на разных участках клеточной поверхности.

Структура цитоскелета не претерпела значительных изменений после инкубации клеток в растворах различной концентрации. В гипертонической среде не было обнаружено структур цитоскелета, которые бы способствовали уплощению клеток.

При измерении такого показателя, как упругость клеточных мембран, данные обрабатывали отдельно для центральной части клетки и периферической. Наибольший вклад в значение этого показателя вносит упругость подмембранных структур цитоскелета [1]. Значения модуля Юнга значительно различались даже в пределах одной клетки и не имели зависимости от локализации точек идентирования. Так, показатель упругости для центральной и периферической частей клеток равен, соответственно: в гипертонической среде -24,83 ± 2,68 и 22,1 ± 7,9 кШ; в гипотонических условиях - 18,8 ± 6,48 и 17,93 ± 4,48 кШ; в изотонической среде - 18,79 ± 5,42 и 19,35 ± 6,3 кПя. Показатели модуля Юнга значимо не изменялись после инкубации клеток в растворах различной концентрации, поэтому мы считаем, что целостность цитоскелета не нарушается при адаптации клеток к изменению осмотического давления, несмотря на значительные изменения микрорельефа поверхности.

Можно предположить, что изменение осмотического давления оказывает влияние на способность клетки к выпячиванию филоподий и адгезии к подложке. Поэтому высота клеток имеет четкую корреляцию с изменением солености растворов. Остальные же параметры показательны только для гипотонической среды, где клетки значительно увеличились в размерах.

Динамику общей пространственной структуры фибрилл цитоскелета демонстрируют карты эластичности. Так, в нормальных условиях целомоциты медицинской пиявки обладают твердым центром и активным краем клетки, которые граничат с более мягкими участками цитоплазматической мембраны (рис. 1).

1629

цита являлась более мягкой. Распределение жесткости, видимо, связано с мобилизацией фибрилл цитоскелета в краевую область при распластывании клетки (рис. 3).

Рис. 1. Карта эластичности поверхности целомоцита (H. medi-cinalis, изотоническая среда)

После инкубации в гипотоническом растворе жесткие и мягкие участки демонстрируют мозаичное распределение. Появляется пограничная область средней жесткости. Это связано с активными процессами перестройки цитоскелета и массовым формированием псевдоподий (рис. 2).

Рис. 2. Карта эластичности поверхности целомоцита (H. medi-cinalis, гипотоническая среда)

В гипертонической среде карта эластичности указывала на локализацию жестких участков мембраны в периферической области, центральная часть целомо-

Рис. 3. Карта эластичности поверхности целомоцита (H. medi-cinalis, гипертоническая среда)

Несмотря на все изменения структуры цитоскелета, карты эластичности демонстрируют, что це-ломоциты после инкубации в любом растворе сохраняют характерную особенность - более жесткой остается центральная часть, где находится основное количество фибрилл цитоскелета.

ЛИТЕРАТУРА

1. Дерябин Д.Г. Функциональная морфология клетки. М.: КДУ, 2005. 320 с.

2. Лебедев Д.В., Чукланов А.П., Бухараев A.A., Дружинина О.С. Измерение модуля Юнга биологических объектов в жидкой среде с помощью специального зонда атомно-силового микроскопа // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35. Вып. S. С. 54-61.

Поступила в редакцию 10 апреля 2013 г.

Prisny A.A., Pigaleva T.A. INFLUENCE OF OSMOTIC PRESSURE DYNAMICS ON MECHANICAL PROPERTIES OF HAEMOCYTES PLASMATIC MEMBRANE OF SOME REPRESENTATIVES OF ANNELIDS

Properties of elasticity and adhesion of haemocytes plasmatic membrane of some representatives annelids are investigated at change of osmotic pressure. Comparative analysis of studied rates of haemocytes of different types is made.

Key words: osmotic pressure; elasticity; adhesion; plasmatic membrane.

1630