CC BY
36
58
Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2006. № 6
АКУСТИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА УДК 532.77.11; 537.635
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОСНОВНЫХ БЕЛКОВ СЫВОРОТКИ КРОВИ (АЛЬБУМИНА И 7-ГЛОБУЛИНА) С ИОНАМИ и К+
Г. П. Петрова, Ю. М. Петрусевич
(кафедра медицинской физики)
Проведен сравнительный анализ экспериментальных данных по рассеянию света в растворах белков сыворотки крови — альбумина и 7-глобулина, содержащих ионы щелочных металлов Ыа и К. Наличие в растворах белков ионов калия, обладающих большим ионным радиусом, приводит к возникновению белковых нанокластеров. В растворах, содержащих ионы Ыа, этот эффект не обнаружен. Обсуждается возможный механизм наблюдаемых явлений, в основе которого лежат сильные диполь-дипольные взаимодействия белковых молекул.
Роль калия и натрия в жизнедеятельности организма очень важна. Как известно, натрий в основном содержится в крови, в плазматической жидкости межклеточного пространства, в то время как калий находится преимущественно внутри клеток. Электрические свойства (потенциал покоя — потенциал действия) большинства клеток определяются этими двумя ионами, а также ионом Са, поэтому они называются потенциалообразующими.
До сих пор нет ясного понимания механизмов взаимодействия этих ионов с различными белками, включая белки плазмы крови, такие, как альбумин и 7-глобулин.
Ранее в работах [1-4] нами было показано, что процессы адсорбции тяжелых ионов, таких, как КЬ, Сб, Сс1, РЬ, Си и др., и легкого на поверхности белка существенно различаются.
Связь гидратной оболочки с заряженным ионом определяется соотношением между электростатической энергией взаимодействия иона с дипольной молекулой воды Ерч, которая зависит от ионного радиуса, и тепловой энергии кТ\
^ = (О
2 2 ЧРш _
12тгег04 кГ
Здесь Ерч — электростатическая энергия взаимодействия ион - молекула воды; ц — поляризационный заряд иона металла; — дипольный момент молекулы воды; /о — расстояние между центрами иона и молекулы воды, определяемое радиусом иона; е — диэлектрическая проницаемость воды (^¿80).
Если энергия взаимодействия Ерч <кТ, то на поверхности иона вода не будет удерживаться, и ионы могут образовывать так называемые электростатические пары на белке, компенсируя его поверхностный заряд.
Исследования водных растворов различных белков с помощью метода светорассеяния показывают,
что в присутствии ионов тяжелых металлов масса рассеивающих частиц не остается постоянной, а резко возрастает в области изоэлектрической точки, соответствующей фактическому заряду белка = 0, причем максимум значений М увеличивается с ростом ионной силы.
Альбумин Альбумин + №С1 Альбумин + КС1
Глобулин Глобулин + №С1 Глобулин + КС1
Рис. 1. Зависимости коэффициента взаимодействия В от рН для растворов в чистой воде альбумина (а) и 7-глобулина (б) при наличии ионов натрия и калия
Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2006. M 6
59
Л О
7 6 5
> 4
ю
2 3 2 1 О 2.5
_|_._I_._I_
2 3 4 5 6 7 РН
9 10
10
9 7
б|
3 1 0
2.0 1.5 H
о
1.0 н
0.5
5 6 7 pH
9 10 11
Рис. 2. Зависимости эффективной массы рассеивающих частиц для растворов альбумина (а) и 7-глобулина (б), содержащих ионы калия
Ион натрия имеет ионный радиус ~0.9 А, в то время как ион калия имеет заметно больший радиус (~1.3 А). Это приводит к существенным особенностям его взаимодействия с гидратной оболочкой в водных растворах, что в ряде работ называется «отрицательной гидратацией» [5].
В наших работах методами светорассеяния были изучены статические параметры (масса частиц М и коэффициент межмолекулярного взаимодействия В), а также динамические параметры (коэффициенты трансляционной диффузии) белков — альбумина и 7-глобулина в водных растворах при добавлении различных солей [6].
На рис. 1 показаны рН-зависимости коэффициента межмолекулярного взаимодействия (второго вириального коэффициента В) для альбумина и 7-глобулина в растворах, содержащих ионы нат-
рия и калия. Как можно видеть, для растворов альбумина и 7-глобулина, содержащих ионы натрия, наблюдаются классические параболические зависимости В от pH с минимумом в изоэлектрических точках (согласно теории Скэтчарда). В растворах белков, содержащих ионы калия, кривые зависимостей В от pH имеют характерные максимумы в изоэлектрических точках, аналогично тому, что наблюдалось в растворах этих белков, содержащих ионы тяжелых металлов [4, 6].
На рис. 2 показаны pH-зависимости эффективной массы рассеивающих частиц для растворов обоих белков, содержащих ионы калия.
Эти кривые указывают на эффект кластеризации белков аналогично тому, что наблюдалось ранее для растворов, содержащих тяжелые металлы. В обоих случаях максимальная масса образующихся нано-частиц наблюдается в изоэлектрических точках альбумина и глобулина.
Из приведенных результатов возможно сделать следующий вывод: действие ионов калия на основные белки сыворотки крови аналогично действию ионов токсичных тяжелых металлов. Это означает, что повышение концентрации ионов калия в крови или лимфе выше определенного уровня может приводить к нежелательным патологическим изменениям, связанным с агрегацией основных белков. Это особенно существенно для 7-глобулина при смещении клеточного pH от нейтрального к слабокислому, так как это может приводить к агрегации 7-глобулина и выключению его из механизма иммунной защиты.
Литература
1. Petrova G.P., Petrusevich Yu. M., Evseevicheva A.N. // Gen. Physiol. Biophys. 1998. 17, N 2. P. 97.
2. Петрова Г.П., Петрусевич Ю.М., Евсеевичева А.Н. // Вестн. Моск. ун-та. Физ. Астрон. 1998. № 4. С. 71.
3. Petrova G.P., Petrusevich Yu.M., Evseevicheva A.N., Ten D.I. H Proc. of SPIE. 2001 4263. P. 150.
4. Петрова Г.П., Петрусевич Ю.М., Тен Д.И. // Квант, электрон. 2002. 32, № 10. С. 1.
5. Самойлов О.Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов. М., 1976.
6. Бойко A.B. и др. Препринт № 2/2005. МГУ, физический ф-т.
Поступила в редакцию 15.03.06
