Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54032 МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА И ФИЗИКА БИОМОЛЕКУЛ MOLECULAR BIOPHYSICS AND PHYSICS OF BIOMOLECULES МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА И ФИЗИКА БИОМОЛЕКУЛ THE CORRECT APPLICATION OF METHODS FOR INVESTIGATION OF DIFFERENT EXPERIMENTAL MODELS СООТВЕТСТВИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БИОМОДЕЛИ И МЕТОДОВ ЕЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Алексеева О М Alekseeva O M olgavek@yandex.ru Кременцова А В Krementsova A V olgavek@yandex.ru Шибряева Л С Shibryaeva L S olgavek@yandex.ru Кривандин А В Krivandin A V olgavek@yandex.ru Шаталова О В Shatalova O V olgavek@yandex.ru Ким Ю А Kim Yu A yuk01@rambler.ru Ягольник Е А Yagolnik E A yea_88@mail.ru Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН ru N.M. Emmanuel Institute of Biochemical Physics RAS ru Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН ru N.M. Emmanuel Institute of Biochemical Physics RAS ru Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН ru N.M. Emmanuel Institute of Biochemical Physics RAS ru Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН ru N.M. Emmanuel Institute of Biochemical Physics RAS ru Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН ru N.M. Emmanuel Institute of Biochemical Physics RAS ru Институт биофизики клетки РАН ru Institute of Cell Biophysics RAS ru ФГБОУ ВО Тульский государственный университет ru Tula State University ru 25 06 2016 25 06 2016 1 1 215 220 20 06 2016 20 06 2016 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54032/view

Рассматривается применение методов ДСК и малоуглового рентгеновского рассеяния (МУРР) для исследования структуры 2-х видов экспериментальных объектов. Это - мультиламмелярные липосомы, сформированные из синтетического индивидуального фосфолипида, и второй объект мультиламмелярные липосомы, сформированные из смеси природных фосфолипидов. Необходимость изучения структуры мультиламмелярных липосом обусловлена тем, что такой экспериментальный объект достаточно хорошо отражает свойства многослойных мембран в живых клетках. Мембраны в процессе жизнедеятельности клетки меняют свою структуру, и, как первая мишень на пути биологически активных веществ (БАВ), могут менять свои структурные параметры при воздействии БАВ. Основной акцент - мультиламмелярные липосомы, сформированные из индивидуального синтетического фосфолипида или из природной смеси фосфолипидов необходимо исследовать разными методами. При этом возможно получить адекватные структурные характеристики на разном организационном уровне. Мультиламмелярные липосомы, сформированные из индивидуального фосфолипида, также и в присутствии БАВ, являются адекватным экспериментальным объектом для изучения методами ДСК и МУРР. Применение ДСК, выявляющего фазовые переходы фосфолипида позволяет оценить микродоменную организацию каждого бислоя в составе мультиламмелярных липосом, контрольных и при воздействии БАВ. Однако исследование смеси природных фосфолипидов методом ДСК не позволяет получить полную информацию о параметрах индивидуальных основных фазовых переходов каждого из компонентов смеси. Возможно получение весьма общей картины на термограммах, без характеристик кооперативности переходов, изменении теплоемкости и сдвигов температуры в максимуме перехода для отдельных компонентов смеси. При исследовании структуры липосом, сформированных из смеси природных фосфолипидов, применение метода МУРР позволяет адекватно оценить структурные свойства липосом также и при воздействии БАВ. При этом регистрируются структурные параметры мультиламмелярных липосом на следующем организационном уровне: упорядоченность упаковки бислоев в мультиламмелярной липосоме и изменение толщины бислоев в контроле и при воздействии БАВ.

Article is devoted to application of DSC and small-angle X-ray scattering (SAXS) for study of structure of two types of experimental objects - multilammelar liposomes, formed from synthetic individual phospholipid, and another, formed from mixture of nature phospholipids. It is an actual task, because such experimental objects adequately reflect properties of multilayer biomembranes. Cellular fates depend on membrane structure - the first target for biologically active substances (BAS) which change membrane properties. The main thesis is that the multilammelar liposomes, formed from individual phospholipid or from natural mixture of phospholipids should be investigated by different methods characterizing different levels of structe organization. Multilamellar liposomes formed from individual phospholipid, as control sample and under the action of BAS, are appropriate objects for DSC and SAXS study. DSC registers thermodynamic parameters of main phospholipid phase transitions that characterize bilayer microdomains organization. Examining by DSC of natural phospholipids mixture does not give any complete information on thermodynamic parameters of individual main phase transitions of each component of the mixture. Researchers obtain the thermograms, without correct characteristics of transitions cooperativity, heat capacity, and temperature at transition peak for each individual lipid component. In SAXS study of liposomes formed from mixture of nature phospholipids researchers obtained adequate characteristic of structural properties of liposomes in control sample and under the action of BAS. By SAXS application the structure parameters of multilammelar liposomes are obtained at the higher organization levels concerning the thickness of bilayers and their packing in multilammelar liposome in control samples and under the action of BAS.

 ДСК малоугловое рентгеновское рассеяние мультиламмелярные фосфолипидные липосомы DSC small-angle X-ray scattering (SAXS) phospholipids multilammelar liposomes

Privalov P.L., Plotnikov V.V. Three generations of scanning microcalorimeters for liquids. Therm. Acta., 1989, vol. 139, pp. 257-277. Privalov P.L., Plotnikov V.V. Three generations of scanning microcalorimeters for liquids. Therm. Acta., 1989, vol. 139, pp. 257-277. Тараховский Ю.С. Интеллектуальные липидные наноконтейнеры в адресной доставке лекарственных веществ. М.: Издательство ЛКИ, 2011, 280 с. [Tharachovsky Yu.S. Intellectual lipid’s nanoconteiners at address transport of medical substances. Moscow, LKI, 2011, 280 p. (In Russ.)] Tarahovskiy Yu.S. Intellektual'nye lipidnye nanokonteynery v adresnoy dostavke lekarstvennyh veschestv. M.: Izdatel'stvo LKI, 2011, 280 s. [Tharachovsky Yu.S. Intellectual lipid’s nanoconteiners at address transport of medical substances. Moscow, LKI, 2011, 280 p. (In Russ.)] Тараховский Ю.С., Кузнецова С.М., Васильева Н.А., Егорочкин М.А., Ким Ю.А. Взаимодействие таксифолина (дигидрокверцетина) с мультиламеллярными липосомами из димиристоилфосфатидилхолина. Биофизика, 2008, т. 53, № 1, c. 78-84. [Tharahovsky Y.S., Kuznetsov S.M., Vasilyev N.A., Egorochkin M.A., Kim Yu.A. Taxifolin interaction (dihydrocvercitin) with multilamellar liposomes from dimitristoyl phosphatidylcholine. Biophysicist, 2008, vol. 53, no. 1, pp. 78-84. (In Russ.)] Tarahovskiy Yu.S., Kuznecova S.M., Vasil'eva N.A., Egorochkin M.A., Kim Yu.A. Vzaimodeystvie taksifolina (digidrokvercetina) s mul'tilamellyarnymi liposomami iz dimiristoilfosfatidilholina. Biofizika, 2008, t. 53, № 1, c. 78-84. [Tharahovsky Y.S., Kuznetsov S.M., Vasilyev N.A., Egorochkin M.A., Kim Yu.A. Taxifolin interaction (dihydrocvercitin) with multilamellar liposomes from dimitristoyl phosphatidylcholine. Biophysicist, 2008, vol. 53, no. 1, pp. 78-84. (In Russ.)] Антонов В.Ф., Смирнова Е.Ю., Шевченко Е.В. Липидные мембраны при фазовых превращениях. М.: Наука, 1992, 125 c. [Antonov V.F., Smirnova E.Yu., Shevchenko E.V. Lipid membrane in phase transformations. M.: Science, 1992, 125 p. (In Russ.)] Antonov V.F., Smirnova E.Yu., Shevchenko E.V. Lipidnye membrany pri fazovyh prevrascheniyah. M.: Nauka, 1992, 125 c. [Antonov V.F., Smirnova E.Yu., Shevchenko E.V. Lipid membrane in phase transformations. M.: Science, 1992, 125 p. (In Russ.)] Свергун Д.И., Фейгин Л.А. Рентгеновское и нейтронное малоугловое рассеяние. М.: Изд-во Наука, 1986, 280 c. [Feigin L.A., Svergun D.I. Structure analysis by small-angle X-ray and neutron scattering. New York: Plenum Press, 1987, 280 p. (In Russ.)] Svergun D.I., Feygin L.A. Rentgenovskoe i neytronnoe malouglovoe rasseyanie. M.: Izd-vo Nauka, 1986, 280 c. [Feigin L.A., Svergun D.I. Structure analysis by small-angle X-ray and neutron scattering. New York: Plenum Press, 1987, 280 p. (In Russ.)] Алексеева О.М., Кривандин А.В., Шаталова О.В., Рыков В.А., Фаттахов С.Г., Бурлакова Е.Б., Коновалов А.И. Исследование взаимодействия мелафена с фосфолипидными мембранами. ДАН, 2009, т. 427, № 6, с. 837-839. [(In Russ.)] Alekseeva O.M., Krivandin A.V., Shatalova O.V., Rykov V.A., Fattahov S.G., Burlakova E.B., Konovalov A.I. Issledovanie vzaimodeystviya melafena s fosfolipidnymi membranami. DAN, 2009, t. 427, № 6, s. 837-839. [(In Russ.)] Кривандин А.В., Фаткуллина Л.Д., Шаталова О.В., Голощапов А.Н., Бурлакова Е.Б. Исследование встраивания антиоксиданта ИХФАН в липосомы методом малоуглового рентгеновского рассеяния. Химическая физика, 2013, т. 32, № 5, с. 91-96. [Krivandin A.V., Fatkullina L.D., Shatalova O.V., Goloshchapov A.N., Burlakova E.B. Small Angle X-ray Scattering Study of the Incorporation of ICHPHAN Antioxidant in Liposomes. Russian Journal of Physical Chemistry B., 2013, vol. 7, no. 3, pp. 338-342. (In Russ.)] Krivandin A.V., Fatkullina L.D., Shatalova O.V., Goloschapov A.N., Burlakova E.B. Issledovanie vstraivaniya antioksidanta IHFAN v liposomy metodom malouglovogo rentgenovskogo rasseyaniya. Himicheskaya fizika, 2013, t. 32, № 5, s. 91-96. [Krivandin A.V., Fatkullina L.D., Shatalova O.V., Goloshchapov A.N., Burlakova E.B. Small Angle X-ray Scattering Study of the Incorporation of ICHPHAN Antioxidant in Liposomes. Russian Journal of Physical Chemistry B., 2013, vol. 7, no. 3, pp. 338-342. (In Russ.)] Филиппов А.В., Рудакова М.А., Гиматдинов Р.С., Семина И.Г. Диффузия липидов в биологических мембранах. Учебное пособие для студентов третьего и четвертого курсов специализации. Медицинская физика физического факультета. Казань, 2006. [Filippov A.V., Rudakova M.A., Gimatdinov P.S., Semina I.G. Lipids diffusion at biological membranes. Educational material for students of third and fourth courses specialization. Medical physics of physics department. Kazan, 2006. (In Russ.)] Filippov A.V., Rudakova M.A., Gimatdinov R.S., Semina I.G. Diffuziya lipidov v biologicheskih membranah. Uchebnoe posobie dlya studentov tret'ego i chetvertogo kursov specializacii. Medicinskaya fizika fizicheskogo fakul'teta. Kazan', 2006. [Filippov A.V., Rudakova M.A., Gimatdinov P.S., Semina I.G. Lipids diffusion at biological membranes. Educational material for students of third and fourth courses specialization. Medical physics of physics department. Kazan, 2006. (In Russ.)] Геннис Р. Биомембраны - Молекулярная структура и функции. М., изд-во МИР, 1997г. [Gennis R.B. Biomembranes. Molecular structure and function. M.: Mir, 1997. (In Russ.)] Gennis R. Biomembrany - Molekulyarnaya struktura i funkcii. M., izd-vo MIR, 1997g. [Gennis R.B. Biomembranes. Molecular structure and function. M.: Mir, 1997. (In Russ.)] Lindblom G., Oradd G., Filippov A. Lipid lateral diffusion in bilayers with phosphatidylcholine, sphingomyelin and cholesterol. An NMR study of dynamics and lateral phase separation. Chem Phys Lipids, 2006, vol. 141, pp. 179-184. Lindblom G., Oradd G., Filippov A. Lipid lateral diffusion in bilayers with phosphatidylcholine, sphingomyelin and cholesterol. An NMR study of dynamics and lateral phase separation. Chem Phys Lipids, 2006, vol. 141, pp. 179-184.