Дослідження зв’язування гемоглобіну з модельними ліпідними мембранами методом резонансного переносу енергії
Анотація
В данній роботі метод індуктивно резонансного переносу енергії (ІРПЕ) був використаний для дослідження структури комплексів гемоглобіну (Hb) з модельними ліпідними мембранами різного складу. У якості донорів застосовувались три мембранні зонди 3-метоксибензантрон (МБА), 4-діметиламінохалкон (ДМХ) та 6-пропіоніл-2-діметиламінонафтален (Продан), а акцептором виступала гемова група Hb. Модельні мембрани складалися з цвіттеріонного ліпіду фосфатидилхоліну (ФХ), аніонного ліпіду кардіоліпіну (КЛ) та холестерину (Хол). Дані ІРПЕ інтерпретувались у рамках моделі переносу енергії в двовимірних системах, запропонованої Фангом і Страєром та пізніше розширеної Девенпорт та ін. Між Проданом та Hb не спостерігалось переносу енергії внаслідок того, що за застосованих експериментальних умов зонд практично не розподілявся у ліпідну фазу. У випадку ДМХ окиснювальні процеси, ініційовані Hb, ускладнили визначення положення білка у ліпідному бішарі. З огляду на це, аналіз структури Hb-ліпідних комплексів проводився із застосуванням МБА у якості донора. Спочатку були проведені вимірювання квантового виходу донорів, анізотропії флуоресценції зондів та радіуси Фьорстера. Потім проводилася оцінка зв’язаного з мембранами Hb у рамках решіткових моделей адсорбції великих лігандів, які враховують проникнення білка у бішар. Потім розраховувались відстань площини акцепторів до центру бішару та глибина проникнення білка у мембрану. Було висловлено припущення, що Hb зв’язується з мембранами у вигляді димерів та
проникає у внутрішню область мембрани. У нейтральних ліпосомах Hb проникає тільки на глибину ліпідних голівок. Можна припустити, що більша глибина проникнення білка у бішар, який містить Хол, у порівнянні з ФХ мембранами, може бути наслідком специфічної взаємодії Hb з Хол. У випадку ліпосом, які містять КЛ, білок проникає у неполярну область мембрани. Крім того, якщо взяти до уваги можливість формування інвертованих гексагональних структур в присутності КЛ, не можна виключити, що при включенні Hb у такі структури, білок може проникати через мембрану. У такому випадку можна припустити більш глибоке проникнення білка у бішар. Отримані дані можуть бути корисними для детальної характеризації зв’язування Hb з мембранами.
Завантаження
Посилання
2. Selvin P.R. The renaissance of fluorescence resonance energy transfer // Nat. Struct. Biol. – 2000. – V. 7, N 9. – P. 730-734.
3. Szollosi J., Damjanovich S., Matyus L. Application of fluorescence resonance energy transfer in the clinical laboratory: routine and research // Cytometry – 1998. – V. 34. – P. 159-179.
4. Demehin A.A., Abugo O.O., Jayakumar R., Lakowicz J.R., Rifkind J.M. Binding of hemoglobin to red cell membranes with Eosin-5-maleimide-labeled Band 3: Analysis of centrifugation and fluorescence lifetime data // Biochemistry. – 2002. – V. 41. – P. 8630-8637.
5. Chang T.M.S. Future generation of red blood cell substitutes // J. Internal Medicine. – 2003. – V. 253. – P. 527-535.
6. Fan C., Zhong J., Guan R., Li G. Direct electrochemical characterization of vitreoscilla sp. Hemoglobin entrapped in organic films // Biochim. Biophys. Acta. – 2003. – V. 1649. – P.123-126.
7. Eisinger J., Flores J., Bookchin R.M. The cytosol-membrane interface of normal and sickle erythrocytes // J. Biol. Chem. – 1984. – V. 259, N. 11. – P. 7169-7177.
8. Eisinger J., Flores J. The relative locations of intramembrane fluorescent probes and of the cytosol haemoglobin in erythrocytes, studied by transverse resonance energy transfer // Biophys. J. – 1982. – V. 37. – P. 6-7.
9. Gorbenko G.P. Resonance energy transfer study of haemoglobin complexes with model phospholipid membranes // Biophys. Chem. – 1999. – V. 81. – P. 93-105.
10. Mui B., Chow L., Hope M.J. Extrusion technique to generate liposomes of defined size. // Meth Enzymol. – 2003. – V. 367. – P. 3–14.
11. Dobretsov G.E., Fluorescent probes in the studies of cells, membranes and lipoproteins, Nauka: Moscow, 1989, 277 p.
12. Fung B.K., Stryer L. Surface density determination in membranes by fluorescence energy transfer. // Biochemistry. – 1978. – V. 17. – P. 5241-5248.
13. Davenport L., Dale R., Bisby R., Cundall R. Transverse location of the fluorescent probe 1,6-diphenyl-1,3,5-hexatriene in model lipid bilayer membrane systems by resonance excitation energy transfer // Biochemistry. – 1985. – V. 24. – P. 4097–4108.
14. Dobretsov G.E., Dmitriyev V.M., Pirogova L.B., Petrov V.A., Vladimirov Yu.A. 4-dimethylaminochalcone and 3-methoxybenzantrone as fluorescent probes to study biomembranes. I. Spectral characteristics // Stud. Biophys. – 1977. – V. 65, N. 2. – P. 91-98.
15. Stankowski S. Large-ligand adsorption membranes. III. Cooperativity and general ligand shapes // Biochim. Biophys. Acta. – 1984. – V. 777. – P. 167-182.
16. Shviro Y., Zibber I., Shaklai N. The interaction of hemoglobin with phosphatidylserine vesicles // Biochim. Biophys. Acta. – 1982. – V. 687. – P. 63-70.
17. Bossi L., Alema S., Calissano P., Marra R. Interaction of different forms of hemoglobin with artificial lipid membranes // Biochim. Biophys. Acta. – 1975. – V.375. – P.477-482.
18. Szebeni J., Hauser H., Eskelson C.D., Watson R.R., Winterhalter K.H. Interaction of hemoglobin derivatives with liposomes. Membrane cholesterol protects against the changes of hemoglobin // Biochem. J. – 1988. – V. 27. – P. 6425-6434.
19. Datta P., Chakrabarty S., Chakrabarty A., Chakrabarti A. Membrane interactions of hemoglobin variants, HbA, HbE, HbF and globin subunits of HbA: Effects of aminophospholipids and cholesterol // Biochim. Biophys. Acta. – 2008. – V. 1778. – P. 1-9.
20. LaBrake C.C., Fun L.W.-M. Phospholipid vesicles promote human hemoglobin oxidation // J. Biol. Chem. – 1992. – V. 267, N. 23. – P. 16703-16711.
21. Xi J., Guo R., Guo X. Interactions of hemoglobin with lecithin liposomes // Colloid. Polym. Sci. – 2006. – V. 284. – P. 1139-1145.
22. Guilio A.D., Bonamore A. Globin interactions with lipids and membranes // Methods Enzymol. – 2008. – V. 436. – P. 239-253.
23. Nikolic M., Vranic D., Spiric A., Batas V., Nikolic-Kokic A., Radetic P., Turubatovic L., Blagojevic D.P., Jones D.R., Niketic V., Spasic M.B. Could cholesterol bound to haemoglobin be a missing link for the occasional inverse relationship between superoxide dismutase and glutathione peroxidase activities? // Biochem. Biophys. Res. Commun. – 2006. – V. 348. – P. 265-270.
24. De Kruijff B., Cullis P.R. Cytochrome c specifically induces non-bilayer structures in cardiolipin-containing model membranes // Biochim. Biophys. Acta. – 1980. – V. 602, I. 3. – P. 477-490.
25. Чупин В.В., Ушакова И.П., Бондаренко С.В., Василенко И.А., Серебренникова Г.А., Евстигнеева Р.П. Изучение взаимодействия метгемоглобина с модельными мембранами методом спектроскопии 31Р-ЯМР // Биоорг. Химия. – 1982. – Т. 8, N 9. – С. 1275-1280.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
