СПЕКТРАЛЬНА ПОВЕДІНКА ІНДИКАТОРНИХ БАРВНИКІВ В МОДЕЛЬНИХ БІЛОК-ЛІПІДНИХ СИСТЕМАХ
Ключові слова:
індикаторний барвник, коефіцієнт розподілу, ліпосоми, гемоглобін, білок-ліпідні взаємодії
Анотація
Проаналізовані протолітичні та термодинамічні рівноваги індикаторних барвників в модельних ліпідних та білок-ліпідних системах. Запропоновано методологічний підхід, що дозволяє визначати коефіцієнти розподілу протонованої та депротонованої форм барвника на основі спектрофотометричних вимірювань. Проведено дослідження розподілу індикаторного барвника бромтимолового синього в модельні бішарові мембрани, що складались із фосфатидилхоліну та кардіоліпіну (9:1, моль:моль). Показано, що коефіцієнт розподілу протонованої форми барвника в ліпідну фазу на 5 порядків вище, ніж коефіцієнт розподілу депротонованої форми. Цей ефект був інтерпретований в рамках уявлень про різний розподіл заряду в іонах барвника, що перешкоджає гідрофобним взаємодіям депротонованої форми з ліпідами. Спостережуване зменшення розподілу бромтимолового синього в ліпідний бішар у присутності гемоглобіну було пояснено білок-індукованими змінами структури та фізико-хімічних властивостей границі розділу ліпід-вода. У практичному аспекті, отримані результати мають значення для розробки замінників крові на основі гемосом та з’ясування ролі гемоглобіну у розвитку амілоїдних патологій, зокрема, хвороби Альцгеймера.Завантаження
##plugins.generic.usageStats.noStats##
Посилання
1. White S., Ladokhin A., Jayasinghe S., Hristova K. How membranes shape protein structure // J. Biol. Chem. – 2001. – Vol. 276. – P. 32395-32398.
2. Mouritsen O. Self-assembly and organization of lipid - protein membranes // Current Opin. Colloid Interface Sci. – 1998. – Vol. 3. – P. 78-87.
3. Denisov G., Wanaski S., Luan P., Glaser M., McLaughlin S. Binding of basic peptides to membranes produces lateral domains enriched in the acidic lipids phosphatidylserine and phosphatidylinositol 4,5-biphosphate: an electrostatic model and experimental results // Biophys. J. – 1998. – Vol. 74. – P. 731-744.
4. Ben-Tal N., Honig B., Miller C., McLaughlin S. Electrostatic binding of proteins to membranes. Theoretical predictions and experimental results with charybdotoxin and phospholipid vesicles // Biophys. J. – 1997. – Vol. 73. – P. 1717-1727.
5. Sankaram M., Marsh D. Protein-lipid interactions with peripheral membrane proteins // Protein-Lipid Interactions / Ed. by A.Watts. – Elsevier, 1993. – P. 127-162.
6. Kleinschmidt J., Mahaney J., Thomas D., Marsh D. Interaction of bee venom melittin with zwitterionic and negatively charged phospholipid bilayers: a spin - label electron spin resonance study // Biophys. J. – 1997. – Vol. 72. – P. 767-778.
7. Dumas F., Lebrun M., Peyron P., Lopez A., Tocanne J. The transmembrane protein bacterioopsin affects the polarity of the hydrophobic core of the host lipid bilayer // Biochim. Biophys. Acta. – 1999. – Vol. 1421. – P. 295-305.
8. Roux M., Newmann Y., Hodges R. Conformational changes of phospholipid headgroups induced by a cationic integral membrane peptide as seen by deuterium magnetic resonance // Biochem. – 1989. – Vol. 28. – P. 2313-2321.
9. Dempsey C., Bitbol M., Watts A. Interaction of melittin with mixed phospholipid membranes composed of dimyristoylphosphatidylserine studied by deuterium NMR // Biochem. – 1989. – Vol. 28. – P. 6590-6595.
10. Babin Y., D’Amour J., Pigeon M., Pezolet M. A study of the structure of polymyxin B – dipalmitoylphosphatidylglycerol complexes by vibrational spectroscopy // Biochim. Biophys. Acta. – 1987. – Vol. 903. – P. 78-88.
11. Schwarz G., Beschiachvili G. Thermodynamic and kinetic studies on the association of melittin with a phospholipid bilayer // Biochim. Biophys. Acta. – 1989. – Vol. 979. – P. 82-90.
12. Moller J., Kragh-Hansen U. Indicator dyes as probes of electrostatic potential changes on macromolecular surfaces // Biochem. – 1975. – Vol. 14. – P. 2317-2323.
13. Mashimo T., Uede I. Hydrophilic region of lecithin membranes studied by bromothymol blue and effect of inhalation anesthetic, enflurane // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1979. – Vol. 76. – P. 5114-5118.
14. Gorbenko G., Mchedlov-Petrossyan N., Chernaya T. Ionic equilibria in microheterogeneous systems. Protolytic behaviour of indicator dyes in mixed phosphatidylcholine – diphosphatidylglycerol liposomes // J. Chem. Soc. Faraday
Trans. – 1998. – Vol. 94. – P. 2117-2125.
15. Cevc G. Membrane electrostatics // Biochim. Biophys. Acta. – 1990. – Vol. 1031. – P. 311-382.
16. Gorbenko G. Bromothymol blue as a probe for structural changes of model membranes induced by hemoglobin // Biochim. Biophys. Acta. – 1998. – Vol. 1370. – P. 107-118.
17. Batzri S., Korn E. Single bilayer liposomes prepared without sonication // Biochim. Biophys. Acta. – 1973. – Vol. 298. – P. 1015-1019.
18. Bartlett G. Phosphorus assay in column chromatography // J. Biol. Chem. – 1959. – Vol. 234. – P. 466-468.
19. Antonini E., Wyman J., Moretti R., Rossi-Fanelli A. The interaction of bromothymol blue with hemoglobin and its effect on the oxygen equilibrium // Biochim. Biophys. Acta. – 1963. – Vol. 71. – P. 124-138.
20. Benesch R., Benesch E., Yung S. Equations for the spectrophotometric analysis of hemoglobin mixtures // Anal. Biochem – 1973. – Vol. 55. – P. 245-248.
21. Tocanne J., Teissie J. Ionization of phospholipids and phospholipid - supported interfacial lateral diffusion of protons in membrane model systems // Biochim. Biophys. Acta. – 1990. – Vol. 1031. – P. 111-142.
22. Ivkov V.G., Berestovsky G.N. Dynamic Structure of Lipid Bilayer. - Moscow: Nauka, 1981.
23. Cantor C.R., Shimmel P.R. Biophysical Chemistry, Part 2. - San Francisco: W.H. Freeman and Company, 1980.
24. Johnson M. Parameter correlations while curve fitting // Meth. Enzymol. – 2000. – Vol. 321. – P. 424–446.
25. Zekany L., Nagypal I. Computational methods for the determination of formation constants. - New York: Plenum Press, 1985.
26. Pitcher III W., Keller S., Huestis W. Interaction of nominally soluble proteins with phospholipid monolayers at the air-water interface // Biochim. Biophys. Acta. – 2002. – Vol. 1564. – P. 107-113.
27. Szebeni J., Hauser H., Eskelson C., Watson R., Winterhalter K. Interaction of hemoglobin derivatives with liposomes. Membrane cholesterol protects against the changes of hemoglobin // Biochem. – 1988. – Vol. 27. – P. 6425-6434.
28. Shaklai N., Yguerabide J., Ranney H. Classification and localization of hemoglobin binding sites on the red blood cell
membrane // Biochem. – 1977. – Vol. 16. – P. 5593-5597.
29. Szebeni J., Di Lorio E., Hauser H., Winterhalter K. Encapsulation of hemoglobin in phospholipid liposomes: characterization and stability // Biochem. – 1985. – Vol. 24. – P. 2827-2832.
30. Marva E., Hubbel R. Denaturing interaction between sickle hemoglobin and phosphatidylserine liposomes // Blood. – 1994. – Vol. 83. – P. 242-249.
31. Shviro Y., Zilber I., Shaklai N. The interaction of hemoglobin with phosphatidylserine vesicles // Biochim. Biophys. Acta. – 1982. – Vol. 687. – P. 63-70.
32. Bossi L., Alema S., Calissano P., Marra E. Interaction of different forms of hemoglobin with artificial lipid membranes // Biochim. Biophys. Acta. – 1975. – Vol. 375. – P. 477-482.
33. Chupin V., Ushakova I., Bondarenko S., Vasilenko I., Serebrennikova G., Evstigneeva R., Rosenberg G., Koltsova G. 31P-NMR study of methemoglobin interaction with model membranes // Bioorg. Chem. – 1982. – Vol. 9. – P. 1275-1280.
34. Gutteridge J. Age pigments and free radicals: fluorescent lipid complexes formed by iron and copper-containing proteins // Biochim. Biophys. Acta. – 1985. – Vol. 834. – P. 144-148.
35. Gross E., Bedlack R., Loew L. Dual-wavelength ratiometric fluorescence measurement of the membrane dipole potential // Biophys. J. – 1994. – Vol. 67. – P. 208-216.
36. Flewelling R., Hubbel W. The membrane dipole potential in a total membrane potential model. Application to hydrophobic ion interaction with membranes // Biophys. J. – 1986. – Vol. 49. – P. 541-552.
37. Colonna R., Del’Antone P., Azzone G. Binding changes and apparent pKa shifts of bromothymol blue as tools for mitochondrial reactions // Arch. Biochem. Biophys. – 1972. – Vol. 151. – P. 295-303.
38. Beschiaschvili G., Seelig J. Melittin binding to mixed phosphatidylglycerol - phosphatidylcholine membrane // Biochem. – 1990. – Vol. 29. – P. 52-58.
39. Wu C.W., Liao P.C., Yu L., Wang S.T., Chen S.T., Wu C.M., Kuo Y.M. Hemoglobin promotes AB oligomer formation and localizes in neurons and amyloid deposits // Neurobiology of Disease. – 2004. – Vol. 17. – P. 367-377.
40. Bishop G.M., Robinson S.R., Liu Q., Perry G., Atwood C.S., Smith M.A. Iron: a pathological mediator of Alzheimer disease // Dev. Neurosci. – 2002. – Vol. 24. – P. 184–187.
41. Kutsenko O.K., Trusova V.M., Gorbenko G.P., Lipovaya A.S., Slobozhanina E.I., Lukyanenko L.M., Deligeorgiev T., Vasilev A. Fluorescence Study of the Membrane Effects of Aggregated Lysozyme // J. Fluoresc. – 2013. – Vol. 23. – P. 1229–1237.
2. Mouritsen O. Self-assembly and organization of lipid - protein membranes // Current Opin. Colloid Interface Sci. – 1998. – Vol. 3. – P. 78-87.
3. Denisov G., Wanaski S., Luan P., Glaser M., McLaughlin S. Binding of basic peptides to membranes produces lateral domains enriched in the acidic lipids phosphatidylserine and phosphatidylinositol 4,5-biphosphate: an electrostatic model and experimental results // Biophys. J. – 1998. – Vol. 74. – P. 731-744.
4. Ben-Tal N., Honig B., Miller C., McLaughlin S. Electrostatic binding of proteins to membranes. Theoretical predictions and experimental results with charybdotoxin and phospholipid vesicles // Biophys. J. – 1997. – Vol. 73. – P. 1717-1727.
5. Sankaram M., Marsh D. Protein-lipid interactions with peripheral membrane proteins // Protein-Lipid Interactions / Ed. by A.Watts. – Elsevier, 1993. – P. 127-162.
6. Kleinschmidt J., Mahaney J., Thomas D., Marsh D. Interaction of bee venom melittin with zwitterionic and negatively charged phospholipid bilayers: a spin - label electron spin resonance study // Biophys. J. – 1997. – Vol. 72. – P. 767-778.
7. Dumas F., Lebrun M., Peyron P., Lopez A., Tocanne J. The transmembrane protein bacterioopsin affects the polarity of the hydrophobic core of the host lipid bilayer // Biochim. Biophys. Acta. – 1999. – Vol. 1421. – P. 295-305.
8. Roux M., Newmann Y., Hodges R. Conformational changes of phospholipid headgroups induced by a cationic integral membrane peptide as seen by deuterium magnetic resonance // Biochem. – 1989. – Vol. 28. – P. 2313-2321.
9. Dempsey C., Bitbol M., Watts A. Interaction of melittin with mixed phospholipid membranes composed of dimyristoylphosphatidylserine studied by deuterium NMR // Biochem. – 1989. – Vol. 28. – P. 6590-6595.
10. Babin Y., D’Amour J., Pigeon M., Pezolet M. A study of the structure of polymyxin B – dipalmitoylphosphatidylglycerol complexes by vibrational spectroscopy // Biochim. Biophys. Acta. – 1987. – Vol. 903. – P. 78-88.
11. Schwarz G., Beschiachvili G. Thermodynamic and kinetic studies on the association of melittin with a phospholipid bilayer // Biochim. Biophys. Acta. – 1989. – Vol. 979. – P. 82-90.
12. Moller J., Kragh-Hansen U. Indicator dyes as probes of electrostatic potential changes on macromolecular surfaces // Biochem. – 1975. – Vol. 14. – P. 2317-2323.
13. Mashimo T., Uede I. Hydrophilic region of lecithin membranes studied by bromothymol blue and effect of inhalation anesthetic, enflurane // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1979. – Vol. 76. – P. 5114-5118.
14. Gorbenko G., Mchedlov-Petrossyan N., Chernaya T. Ionic equilibria in microheterogeneous systems. Protolytic behaviour of indicator dyes in mixed phosphatidylcholine – diphosphatidylglycerol liposomes // J. Chem. Soc. Faraday
Trans. – 1998. – Vol. 94. – P. 2117-2125.
15. Cevc G. Membrane electrostatics // Biochim. Biophys. Acta. – 1990. – Vol. 1031. – P. 311-382.
16. Gorbenko G. Bromothymol blue as a probe for structural changes of model membranes induced by hemoglobin // Biochim. Biophys. Acta. – 1998. – Vol. 1370. – P. 107-118.
17. Batzri S., Korn E. Single bilayer liposomes prepared without sonication // Biochim. Biophys. Acta. – 1973. – Vol. 298. – P. 1015-1019.
18. Bartlett G. Phosphorus assay in column chromatography // J. Biol. Chem. – 1959. – Vol. 234. – P. 466-468.
19. Antonini E., Wyman J., Moretti R., Rossi-Fanelli A. The interaction of bromothymol blue with hemoglobin and its effect on the oxygen equilibrium // Biochim. Biophys. Acta. – 1963. – Vol. 71. – P. 124-138.
20. Benesch R., Benesch E., Yung S. Equations for the spectrophotometric analysis of hemoglobin mixtures // Anal. Biochem – 1973. – Vol. 55. – P. 245-248.
21. Tocanne J., Teissie J. Ionization of phospholipids and phospholipid - supported interfacial lateral diffusion of protons in membrane model systems // Biochim. Biophys. Acta. – 1990. – Vol. 1031. – P. 111-142.
22. Ivkov V.G., Berestovsky G.N. Dynamic Structure of Lipid Bilayer. - Moscow: Nauka, 1981.
23. Cantor C.R., Shimmel P.R. Biophysical Chemistry, Part 2. - San Francisco: W.H. Freeman and Company, 1980.
24. Johnson M. Parameter correlations while curve fitting // Meth. Enzymol. – 2000. – Vol. 321. – P. 424–446.
25. Zekany L., Nagypal I. Computational methods for the determination of formation constants. - New York: Plenum Press, 1985.
26. Pitcher III W., Keller S., Huestis W. Interaction of nominally soluble proteins with phospholipid monolayers at the air-water interface // Biochim. Biophys. Acta. – 2002. – Vol. 1564. – P. 107-113.
27. Szebeni J., Hauser H., Eskelson C., Watson R., Winterhalter K. Interaction of hemoglobin derivatives with liposomes. Membrane cholesterol protects against the changes of hemoglobin // Biochem. – 1988. – Vol. 27. – P. 6425-6434.
28. Shaklai N., Yguerabide J., Ranney H. Classification and localization of hemoglobin binding sites on the red blood cell
membrane // Biochem. – 1977. – Vol. 16. – P. 5593-5597.
29. Szebeni J., Di Lorio E., Hauser H., Winterhalter K. Encapsulation of hemoglobin in phospholipid liposomes: characterization and stability // Biochem. – 1985. – Vol. 24. – P. 2827-2832.
30. Marva E., Hubbel R. Denaturing interaction between sickle hemoglobin and phosphatidylserine liposomes // Blood. – 1994. – Vol. 83. – P. 242-249.
31. Shviro Y., Zilber I., Shaklai N. The interaction of hemoglobin with phosphatidylserine vesicles // Biochim. Biophys. Acta. – 1982. – Vol. 687. – P. 63-70.
32. Bossi L., Alema S., Calissano P., Marra E. Interaction of different forms of hemoglobin with artificial lipid membranes // Biochim. Biophys. Acta. – 1975. – Vol. 375. – P. 477-482.
33. Chupin V., Ushakova I., Bondarenko S., Vasilenko I., Serebrennikova G., Evstigneeva R., Rosenberg G., Koltsova G. 31P-NMR study of methemoglobin interaction with model membranes // Bioorg. Chem. – 1982. – Vol. 9. – P. 1275-1280.
34. Gutteridge J. Age pigments and free radicals: fluorescent lipid complexes formed by iron and copper-containing proteins // Biochim. Biophys. Acta. – 1985. – Vol. 834. – P. 144-148.
35. Gross E., Bedlack R., Loew L. Dual-wavelength ratiometric fluorescence measurement of the membrane dipole potential // Biophys. J. – 1994. – Vol. 67. – P. 208-216.
36. Flewelling R., Hubbel W. The membrane dipole potential in a total membrane potential model. Application to hydrophobic ion interaction with membranes // Biophys. J. – 1986. – Vol. 49. – P. 541-552.
37. Colonna R., Del’Antone P., Azzone G. Binding changes and apparent pKa shifts of bromothymol blue as tools for mitochondrial reactions // Arch. Biochem. Biophys. – 1972. – Vol. 151. – P. 295-303.
38. Beschiaschvili G., Seelig J. Melittin binding to mixed phosphatidylglycerol - phosphatidylcholine membrane // Biochem. – 1990. – Vol. 29. – P. 52-58.
39. Wu C.W., Liao P.C., Yu L., Wang S.T., Chen S.T., Wu C.M., Kuo Y.M. Hemoglobin promotes AB oligomer formation and localizes in neurons and amyloid deposits // Neurobiology of Disease. – 2004. – Vol. 17. – P. 367-377.
40. Bishop G.M., Robinson S.R., Liu Q., Perry G., Atwood C.S., Smith M.A. Iron: a pathological mediator of Alzheimer disease // Dev. Neurosci. – 2002. – Vol. 24. – P. 184–187.
41. Kutsenko O.K., Trusova V.M., Gorbenko G.P., Lipovaya A.S., Slobozhanina E.I., Lukyanenko L.M., Deligeorgiev T., Vasilev A. Fluorescence Study of the Membrane Effects of Aggregated Lysozyme // J. Fluoresc. – 2013. – Vol. 23. – P. 1229–1237.
Опубліковано
2017-12-15
Цитовано
Як цитувати
Trusova, V., Gorbenko, G., Tarabara, U., Vus, K., & Ryzhova, O. (2017). СПЕКТРАЛЬНА ПОВЕДІНКА ІНДИКАТОРНИХ БАРВНИКІВ В МОДЕЛЬНИХ БІЛОК-ЛІПІДНИХ СИСТЕМАХ. Східно-європейський фізичний журнал, 4(4), 18-29. https://doi.org/10.26565/2312-4334-2017-4-03
Розділ
Статті
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).
