Введение к работе
-
Актуальность проблемы., В ходе научнс-техническогс лрогрєсса биосфера подвергается разнообразим.', воздействиям, которые изменяют параметры среда обитания либо привод..»г : псях'локнв ковкх факторов, для адаптации к которш природа не создала механизмов. Это относится в первую очередь к химичйеаим фАКг-орам - доодуастзгл прошглекккх прсизгодстз, в tow числа исиользуємкм з сельском хозяйстве, а такжо к радиационнш воздействиям, обусло&лекныд зяедреккек в прокльленнесть? научные ксслед-аания и медицину ра-дкойэотспаих методозг методов рентгеновского исследования, раз-еитиєм атомной энергетики.
В реальных условиях человек подвергаеа-оя деятельному действию комплекса йахтсров пярунакцей среда различной интенсивности, которые могут ирчвеоти к необратикоцу иамєяоняч основних функцій внутриклеточных фзрментнкк систем и огрурлур, имеющему устойик-вий, а в ряде слузаег. - прсггес52?ру»щай характер, и, как следствие, к енжазий ебцай резистентности организма, к с-бкаруаийае-мш клиническим наруиеяи^. Поэтому особой значение таезт уста- " нозленаге наиболее іакних предаатслогичезккх ф;/нкцкона.дьнщ: изменений на молекулярном урорне кяэт«йс Ферментних систем и мембран клеток.
С'дш*м as определяюяик факторов п выполнений клеткой опециа-лвдированчкх функций, з формировании едапта^онных: реакг й на Еозрегдасщие яогдеПС'.сзия, з поддержании гомеос-ггза,_ является обеспеченность глотки «ТР; нарушение функционирования"~:итохонД" риалькой спотеш аккумуляции энергии метет послужить причиной либо фоном раезитил патологии - «могиз хронические заболевают, боэнккпио в результате увеличения загрязненности биосферы, обусловлены 1!аруиекти.ы знеггзтігазского обмена /0. Ваобург, 1956, 1965; B.C. Шалот, 1965 - 1560; A.M. Кузин, 1970 - І987/.
Для адаптации .t природе существует дза механизма. Иеряши в pesia^-ra на изменения условий окружающей среда вйяккаютія дне бистро реагирующие системы - нервная и эндокринная. Они слу&ат для адаптации к часто меняющийся воздействиям и для длительной адаптации непригодны. При длительной стойкой адаптации организма, вида к судестяенно иоменегакаї параметрам сред'; обитания необходима стао'ильнак переотройка рас-личных систем и органов дня фушециспиропанка в ином рекиме. Ко отот ркчпк для заданны* условий определен генетически, а .длительное изменение функций в из-
менявшихся условиях возможно только вследствие функциональной трансформации клеток с изменением генетического кода. Это относится к клеткам любой функциональной системы.
Решение важной медико-биологической проблемы охраны окружающей среды и оценки влияния ее на здоровье человека требует энания молекулярно-генетических механизмов адаптации и, в частности, функционирования системы энергообеспечения. Несмотря на огромное число работ /В.П. Скулачев, 1972; Л.Л. Блтенфельд, 1976; к. Во іглу I9S4;B.Clianoe , 1978; М.К. Кондратова, 1978/, в этой области мно го нерешенных вопросов; мало известно о роли отдельных компоненто дыхательной цепи, особенно ее .наиболее многочисленных и обязательных - недезо-серных белков, о генетической обусловленности эф фективкости ее 'функционирования. Достижения в расшифровке молекулярно-генетических основ жизнедеятельности клеток /Sataon .T.nt, 1961; А.А, Зильбер, I963;H.M.Temin , КТО и др./, широкое внедрение в медико-биологические исследования современных физико-хими чоеких методов открыли новые перспективы и возможности.
Негемовые келезоеерусодершщие белки открыты сравнительно не давно /Лі-ега, I960/, что связано с отсутствием метода их выделения в активной форме из эяергслреобраздшцих мембран высших млекопитающих. Синтез"АТР осуществляется ч процессе одноэлектронного переноса по дыхательной цепи,.при этом все переносчики перехода-последовательно в парамагнитное состояние. Поэтому .наибольшую рол б изучении процессов електротранспортного, фосфорилирования сыгрв ли спектроскопические метода. В обнарукешш келезо-еерних белков исследовании их свойств основная роль принадлежит методу электро-ного парамагнитного резонанса (ЭПР), ..оторкй предоставляет уникальные возмсідаости для исследования процессов одноэлектронного переноса в неповреждённых мембранных структурах, а исследования і іаюгих случаях'могут- проводиться в нативных тканях.
В схеме соподчиненности в система регуляции внутренних процессов . рганизыа митохондрии являются автономными, саморегулирующимися, самоорганизущяыися» особо "кестко" генетически закодированными, и это - единственная' клеточная'органелла, имеющая собственный азтономный геном. Особенности наследования мутаций шітохої дркалькых генов (цитоплазматачесшй тип наследования) обусловливг ют чрезвычайкув-вакность их последствий для. человека, поскольку эта генетическая информация передается только по материнской линии. Несмотря на годную расшифровку нуклеотидшй последовательности ыитохоидригяьного генома человека, из 13 белков, кодированию
3.
В НЄМ, ИДеНТИфИЦИрОваИО ТОЛЬКО ПЯТЬ /siJdtrsori в.а.» K8I/, и полностью отсутствуют данные об изменениях'в кем в условК'Л, указанных выше.
Таким образом, актуальность настоящее работы определяется важностью изучения молекулярно-генетических основ функционирования энергопреобразующих систем для создания объективных критериев оценки состояния энергетического обмена, создания на их основе аффективных методов профилактики и лечения.' ;
Цель и задаст исследования. Целью данной работы являлось экспериментальное исследование состояния келезо-серных белков митохондрий при действии химических и физических (ионизирующей радиации) факторов, при различных патологических состояниях, установления роли железо-серных белков в аномалиях функционирования энергопреобразующих систем, вызванных различными причинами, установление генетической обусловленности этих аномалий. В задачи исследования входило:
изучить методом низкотемпературной ЭПР-ссекгроскопии кинетику состояния 'железо-серных белков и другій: парамагнитных центров в органах и тканях при дєйстеии хишчесжях факторов различной природы и ионизирующей радиации;
проанализировать данные по структуре мнтохондриальисго генома с точки зрения возмоекости кодирования на неидентифицированных участках репликации келезо-серных белков, флавопротеидог а такие специфичной для митохондрий Мп-содеркащей супероксиддисцутазы;
рассмотреть полученные экспериментальные данные об изменении состояния келезо-серных белков в связи с вероятный воздействием химических и радиационных агентов на геке.тическяй аппарат мито-хондрий.
Научная новизна^ Впервые получены данные по кинетике изменения содержания келезо-серных белков и других парамагшітних центров в органах и тканях млекопитающих при действии химических факторов различной природы и ионизирующей радиации.
-
Показано, что наиболее ранним и характеристическим признаком снижения эффективности функционирования электронтранспортной цепи митохондрий является изменение содержания железо-серных белков НАДН-дегидрогеназного комплекса дыхательной цепи.
-
В результате действия химических факторов и ионизирующей радиации поражается система энергообеспечения основных адаптивных органов, в первую очередь, печени.
-
При действии химических факторов (канцерогенов) происходи*
.4
необратимое сникенке содержания келезо-серных белков.
-
Дрн радиационном.канцерогенезе в опухолевых тканях происходит перераспределение содержания гелезо-серных балков в различных комплексах дыхательной цепи»
-
Показано» что на кевденгифзцированных участках репликации митсхондриального генома (кроме НРУ-6) синтезируются бедки, гомологичные железо-серным балкам и флазинсодеряащим белкші бактерий (ферредокаиш,Нірір , флазодоксиш, НДДН-деглдрсгєнага, фумаратре-дуктаза).
-
Установлено, что на неидонтифицированном участке репликации матохондриалъного генома НРУ 4 синтезируется белок, который при считывании с карбоксильного конца гомологичен суяероксиддис-мутазам различной породы, . причем наибольшая! степень гемологично-сти установлена для Мп-содаржащей супероксиддиелгутазы человека.
-
Показано, что на неидентифициро-янном участнг репликации митоховдриалыгаго генома НРУ-6 синтезируются балки, гомологичные цитохромам типа %
S. На основе анализа полученных данных сделан вывод, что в pesy; ,тате действия повреждающих факторов происходит преімуарсч-венный отбзр митохондрий с генетической аномалией в системе кодирования келезо-серных белкой НАДН-дегидрогеназного комплекса ды-хателыюй цепи, что обуславливает снижение эффективности ciic?e..j энергообеспечения клетки в целом.
Практачесгзя ценность работы. Получены данные об особенности состояния молекулярных переносчиков дыхательной цепи в различных условиях, которые необходимы для выяснения начального звена, и ко лгкулярных механизмов нарушений» pas иваицйхсь в элэктронтрано-. портной їчєпи митохондрий при действии различных факторов. Установ ленная генетическая обусловленность этих изменений в конкретных участках в. 'і^омосошого генетическото аппарата должна учитыватьс при разработке критериев допустчмых уровней действия химических к физиче чих факторов на оргакизк, некоторых аспектов индивидуально резистентности, процессов адаптации;-iips'разработке теории старения,, влекшее венкого роста - необратш :е изменения митохоядриаль ного геноыа в этих условиях могут рассматриваться как опрзделяю-
ІЦИЄ.
Ка астату выносятся следующие осноьныэ положения: наиболее высокой чувствительностью К ДЄЙСТЗИР ХИШЧЄСКИХ факторов (фенолоз,-канцерогенов, лекарств, гормонов, металлов и др.) и радиационным воздействиям обладаю язлеао-серные центры
5.
НАДН-дегидрогзназы дыхательной цепи, регистрируемые катодом ЭПР при 77 К, Необратимое снижение их содержания, а, следователе ло, и эффективности биосинтеза АТР, обусловливает переход клетки"на преимущественно глггколктический тип энергообеспечения, следствием чего кокет быть злокачественная трансформация;
на некдентифицированных участках репликации ДШ митохондрий млекопитающих кодируется белки, гомологичные флавопротеидам, жеяе-зо-серкьи белкам, супероксиддишутазам и цитохроиам типа Cj; построена схема эволюция иелезо-серинх и родственных км белков и белков, кодируемых на невдентифицированных участках репликации ми-тохондриальногэ генома;
представленные, тонные указывают га существеннук роль митохсн-дриальной ДГ2-С в процессах адаптации. Такие ее свойства, как отсутствие некодируэдих участков, более высокая, чем у ядерной ДЕК, уязвимость, цитоплазматический тип наследования, более высока;! спонтанная стабильность, приводящая к на\.ушениго синтеза ферментов дыхательной цепи, обусловливает в неблагоприятных условиях npsicry-щественный отбор митохондрий с генетической аномалией в системе кодирования железо-серных белкоч НАДН-дегидрогеназного звена дыхательной цепи, а,следовательно, переход клеток на более пргаштквннй тип энергообеспечения с активацией процессов аэробного гликолиза.
Структура и объем.работа. Диссертация состоит из введения, шести глаз (пергая глава посвящена обзору литературы), списка литературы из 30V наименований. Изложена на 277 страницах» включая 55 рисунков, 26 таблиц, приложения.
Публикации. По материалам дисс „этапии опубликовано 39 работ.
Апробация работа. Материалы диссертации з виде пленарных, секционных и стендовых сообщений докладывались на следующих Всесоюзных и Республиканских конференциях: "Факторы антикакцерогенеза" (Киев, 1974); I Всесоюзный симпозиум по бионеорганической химии (Киев, 1974); III Всесоюзный съезд геронтологов и гериатров'(Киев, 1976); I и II симпозиумы "Магнитный резонанс в биологии и медицине" (всесоюзные) (Москва, 1977, 1981); III Украинский биохимический съезд (Донецк, 1977); III Всесоюзный съезд онкологов (Ташкент, 1979); ІУ Всесоюзный биохимический съезд (Ленинград, 1979); Всесоюзная конференция "Взаимодействие организма и опухоли" (Кизв, I9G0); III Всесоюзный съезд патофизиологов (Тбилиси, 1932); ІУ Всесоюзный симпозиум "Рель первичных и начальных процессов в проявлении основных радиобиолсгических эффектов в клетке" (Ереван, 1982); Всесоюзный симпозиум "Биологическое действие плотноионизи-
руищих излучений" (Москва, 1983); III Всесоюзная школа-семинар "Механизмы лучезсго' поражения и его модификация" (Пермь, 1983); У Всесоюзный биохимический съезд (Киев, 1986); У Всесоюзная школа-семшар "Надежность к одапта^ля биологических систем11 (Чернигов, 1956); Республиканская конференция вндохринологов Литвы (Каунас, 1987); ІУ Республиканский съезд эндокринологов У крайни (Льеов, 193?}; У Украинский биохимический съезд (йвано-їранховск, ІУ87); 1У Всесоюзная школа-семинар "Современные проблемі теоретической и прикладкой радиобиологии" (Пермь-, 1988).
адашиЕ работы