CC BY
93
УДК 577.15.04: [547.258.11 +547.979.733]
Ю. Т. Пименов, М. Н. Коляда*, Е. М. Лагутина, Н. Т. Берберова*,
Е. Р. Милаева**, В. С. Петросян**, Л. Пеллерито***
Астраханский государственный технический университет *Южный научный центр РАН, Ростов-на-Дону
** Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова ***Университет Палермо, Италия
ВЛИЯНИЕ ТРИМЕТИЛ- И ТРИБУТИЛОЛОВОХЛОРИДОВ,
ИХ КОМПЛЕКСОВ С ПОРФИРИНАМИ НА АКТИВНОСТЬ КАТАЛАЗЫ КРОВИ
Введение
Механизм токсичности оловоорганических соединений (ООС) до сих пор остается предметом дискуссии, несмотря на значительное число работ, выполненных в этой области. Согласно последним исследованиям, определенный вклад в токсичность соединений триалкилолова вносит развитие неконтролируемого окислительного стресса [1-3]. Ранее было показано, что ООС вовлекаются в биологические окислительновосстановительные процессы, при этом в результате разрыва связи углерод-олово образуются реакционноспособные частицы и вторичные продукты распада, также проявляющие токсические эффекты [4]. Однако развитие окислительного стресса в результате нарушения баланса прооксиданты-антиоксиданты может быть следствием не только возрастания про-оксидантной активности, но и снижением активности антиоксидантной защиты или одновременным действием данных факторов.
В живых организмах в процессе биологического окисления постоянно образуются различные активные формы кислорода (АФК), в том числе и перекись водорода Н2О2, которая разлагается на кислород и воду внутриклеточным ферментом-антиоксидантом - каталазой (Н2О2: Н2О2 _ оксидоредуктаза, КФ 1.11.1.6). Н2О2 является сильным клеточным ядом, поскольку в результате ее разложения ионами металлов переменной валентности образуется чрезвычайно реакционноспособный гидроксильный радикал _ ОН* (реакция Фентона), который может разрывать любую С_Н или С_С связь. Кроме того, могут образовываться и другие сильные окислители, которые могут повреждать ДНК и белки [5]:
Н2О2 + Ме”+ ^ ОН* + ОН" + Ме(п+1)
Н2О2 + Ме”+ ^ [МеО]”+ + Н2О Н2О2 + Ме”+ ^ [МеО2](”-2)+ + 2Н+
В некоторых случаях Н2О2 не является побочным продуктом, а служит важным интермедиатом протекающих реакций [6], чем, вероятно, можно объяснить лечебный эффект введения низких концентраций Н2О2.
Однако обычно это соединение рассматривают как неизбежный и опасный реакционноспособный побочный продукт, который необходимо удалять как можно скорее [7].
Таким образом, каталаза, удаляя перекись водорода, наряду с другим внутриклеточным ферментом-антиоксидантом _ глутатионпероксида-зой (КФ 1.11.1.9), защищает биохимические системы клетки от неконтролируемых самопроизвольных окислительных процессов. При этом ключевая роль в защите клеток от окислительного стресса принадлежит именно каталазе, поскольку она эффективно работает при высоких концентрациях Н2О2 [8]. Известны случаи использования каталазы и в фармакологии.
В последнее время ведутся интенсивные исследования возможности использования в качестве антиоксидантов синтетически полученных ме-таллопорфиринов [9], которые в ряде случаев способны проявлять и про-оксидантную активность [10]. Кроме того, известно, что порфирины и ме-таллопорфирины могут ингибировать ферменты, реагировать с ДНК [11], причем комплексы металлов с порфирином обнаруживают большую токсичность по сравнению с токсичностью самих металлов и порфиринов [12]. Необходимо также учитывать возможность образования эндогенных комплексов металлов, металлоорганических соединений с биопорфирина-ми при токсическом действии данных соединений на живые организмы.
Постановка задачи
Литературных данных о влиянии оловоорганических соединений, их комплексов с порфиринами на активность каталазы найти не удалось. Целью данного исследования явилось определение влияния добавок наиболее токсичных ООС _ триметил- и трибутилоловохлоридов, а также их комплексов с порфиринами на активность каталазы крови.
Материалы и методы исследования
Активность данного фермента определяли в периферической крови крысы по методу Баха и Зубковой [13]. Определение активности каталазы основано на учете перекиси водорода путем титрования ее перманганатом калия. Реакция идет по уравнению
2 КМпО4+ 5 Н2О2+4 ^О,® 2КШО4+ 2 Мп8О4+ 8 Н2О+ 5 О2
О количестве перекиси водорода, разрушенной ферментом, судили по разности количеств (в мл) 0,1 н. раствора КМпО4, израсходованных для титрования в холостом и рабочем опытах.
Активность каталазы определяли в основном растворе цельной крови, в 1 мл которого содержится 1 мкл крови. Для инактивации фермента в холостой пробе вместо кипячения использовали добавку 10 %-го раствора И28О4. Токсикант добавляли к раствору крови в холостую и рабочую пробы.
Результаты исследования и их обсуждение
В данной работе исследовали влияние добавок триметил-, трибутил-оловохлоридов (Ме38пС1, Би38пС1), тетрафенилпорфирина (Н2ТРР), [ме-зо-тетра(4-карбоксифенил)порфирина] (Н4ТРРС), комплексов триметил-, трибутилолова с Н4ТРРС-тетра-триметилолово(1У) [мезо-тетра(4-
карбоксифенил)порфирина] ((Ме38п)4ТРРС) и тетра-трибутил олово(1У) [мезо-тетра(4-карбоксифенил) порфирина] ((Би38п)4ТРРС) на активность каталазы крови крысы. Результаты опытов представлены в таблице.
Влияние добавки триметил-, трибутилоловохлоридов, соединений тетрафенилпорфирина и их комплексов с оловоорганическими соединениями на активность каталазы крови
№ п/п Токсикант* Активность каталазы**
1 Контрольная проба 5,27
2 Н2ТРР 2,89
3 Ме38пС1 3,06
4 (Ме38п)4ТРРС 2,55
5 Би38пС1 1,53
6 (Би38п)4ТРРС 1,36
7 Н4ТРРС 5,06
"Концентрация добавки (токсиканта, порфирина и комплексов) в реакционной смеси перед титрованием 3,3-10'5 моль/л. Добавку вносили в реакционную колбу перед титрованием. Порядок внесения реагентов - вода, р-р крови, потом добавка токсиканта.
Об активности каталазы судили по количеству мг Н2О2, которое разрушилось в течение 30 мин ферментом, содержащимся в 1 мкл исследуемой крови.
В соответствии со степенью снижения скорости данной ферментативной реакции исследованные соединения можно расположить в следующий ряд активности:
(Би38п)4ТРРС > Б^8пС1 > (Ме38п)4ТРРС > (Н2ТРР) > Ме38пС1 > Н4ТРРС
Наиболее токсичными в этом ряду оказались (Би38п)4ТРРС и Би38пС1, их добавка почти в 4 раза снижала активность фермента, причем наибольшее снижение наблюдалось в случае комплексного соединения. Наши данные о большей токсичности (Би38п)4ТРРС по сравнению с (Ме38п)4ТРРС соответствуют литературным данным [14]. Комплекс (Ме38п)4ТРРС также оказался более токсичным, чем Ме38пС1 и Н4ТРРС.
Предполагается, что механизм снижения скорости ферментативной реакции в случае добавок триметил- и трибутилоловохлоридов может быть связан как с влиянием на белковую часть фермента, поскольку возможна коор-
динация Sn с атомами-донорами важных для функционирования фермента аминокислотных остатков гистидина и тирозина [15], так и на гем.
Большую токсичность оловоорганических комплексов с порфири-ном по сравнению с действием исследованных ООС, вероятно, можно объяснить влиянием не только металлоорганики, но и координацией пор-фирина с белковой частью фермента.
Н4ТРРС, в отличие от тетрафенилпорфирина, оказался индеферент-ным по отношению к каталазе, что, вероятно, связано с понижением основности атомов азота порфиринового кольца вследствие акцепторного влияния карбоксильных групп.
Заключение
Таким образом, одной из причин развития окислительного стресса, промотированного оловоорганическими соединениями, может быть снижение активности одного из ферментов-антиоксидантов - каталазы - как под действием самих токсикантов, так и под действием их комплексов с биологическими молекулами.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Ali S. F., Lebel C. P., Bondy S. C. Reactive Oxygen Species Formation as a Biomarker of Methylmercury and Trimethylin Neurotoxicity // Neurotoxicology. -1992. - Vol. 13, N 3. - P. 637-648.
2. Mizuhashi S., Ikegaya Y., Matsuki N. Cytotoxicity of tributyltin in rat hippocampal slice cultures // Neuroscience Research. - 2000. - Vol. 38. - P. 35-42.
3. Effect of in vivo treatment of rats with trimethyltin chloride on respiratory properties of rat liver mitochondria / C. R.-F. Skarning, L. N. Varhaug, F. Fonnum, H. Osmundsen // Biochem. Pharmacology. - 2002. - Vol. 64.- P. 657-667.
4. Пименов Ю. Т., Давыдова С. Л., Милаева Е. Р. Ртуть, олово, свинец и их органические производные в окружающей среде: Моногр. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2001. - 147 с.
5. Kasprzak K. S. Oxidative DNA and protein damage in metal-induced toxicity and carcinogenesis // Free Radical Biology & Medicine. - 2002. - Vol. 32, No 10. -Р. 958-967.
6. Forman H. J, Thomas M. J. Oxidant production and bactericidal activity of phagocytes // Ann. Revs. Physiol. - 1986. - Vol. 48. - P. 669-680.
7. Свободные радикалы в биологии / Под ред. У. Прайора. Т. 1. - М.: Мир, 1979. - С. 308.
8. Erythrocyte defense against hydrogen peroxide: Preeminent importance of catalase / M. D. Scott, B. H. Lubin, L. Zuo, F. A. Kuypers // J. Lab. and Clin. Med. - 1991. -Vol. 118. - P. 7-16.
9. Sheng H., Enghild J. J., Bowler R. Effects of metalloporphyrin catalytic antioxidants in experimental brain ischemia // Free Radical Biology & Medicine. - 2002. -Vol. 33, No 7.- Р. 947-961.
10. Perez M. J., Cederbaum A. I. Antioxidant and pro-oxidant effects of a manganese porphyrin complex against CYP2E1-dependent toxicity // Free Radical Biology & Medicine. - 2002. - Vol. 33, No 1.- Р. 111-127.
11. Brandy J., White H., Harmon J. Interaction of monosulfonate tetraphenyl porphyrin, a competitive inhibitor, with acetylcholinesterase // Biosensors and Bioelectronics. - 2002. - 17. - Р. 463-469.
12. Toxic effects of mercury(II), cadmium(II) and lead(II) porphyrins on Trypanosoma brucei brucei growth / E. Nyarco, T. Hara, D. J. Grab et al. // Chemico-Biological Interactions. - 2002. - 139. - Р. 177-185.
13. Руководство к лабораторным занятиям по биологической химии / Под ред. Т. Т. Березова. - М.: Медицина, 1976. - С. 81.
14. Organometallic complexes with biological molecules: VII. Diorgano- and trior-gano-tin (IV) [meso-tetra(4-caraboxyphenyl)porphinate] Derivatives: solid-state, solution- phase structural aspects and in vivo effects / M. G. Mirisola, A. Pellerito, T. Fiore et al. // Applied Organometallic Chemistry. - 1997. - Vol. 11. - Р. 499-511.
15. Хьюз М. Неорганическая химия биологических процессов: Пер. с англ. - М.: Мир, 1983. - 416.
Работа выполнена при поддержке Программы фундаментальных исследований ОБН РАН «Фундаментальные основы управления биологическими ресурсами» по теме «Исследование влияния соединений ртути и олова на рыбоводно-биологические и биохимические показатели молоди русского осетра и повышение резистентности осетровых при промышленном выращивании»
Получено 11.11.04
INFLUENCE OF THREMETHYL AND THREBUTYLTIN CHLORIDES, THEIR COMPLEXES WITH PORPHYRINS ON BLOOD CATALASE ACTIVITY
U. Т. Pimenov, M. N. Kolyada, E. M. Lagutina, N. T. Berberova,
E. R. Milayeva, V. S. Petrosyan, L. Pellerito
There has been tested influence of additives of trimethyl-, tributyltinchlorides (Me3SnCl, Bu3SnCl), their complexes with meso-tetra-(4-carboxiphenyl) porphyrin] (H4TPPC) - tetra-trimethyltin(IV) [meso-tetra (4-carboxiphenyl) porphy-
rin]((Me3Sn)4TPPC) and tetra-tributyltin (IV) [meso-tetra (4-carboxiphenyl) porphyrin] ((Bu3Sn)4TPPC), and tetraphenyl-porphyrin (H2TPP) on the activity of catalase of the rat blood.
Most toxic were (Bu3Sn)4TPPC and Bu3SnCl. Their additive 4 times decreased ferment activity, the greatest decrease being observed in complex compound. Our data about greater toxicity (Bu3Sn)4TPPC compared with (Me3Sn)4TPPC correspond to the literary data. Complex (Me3Sn)4TPPC proved to be more toxic than Me3SnCl and H4TPPC. H4TPPC differs from tetraphenyl-porphyrin, it is indifferent to catalase.
