Москва, г. Москва и Московская область, Россия
Москва, г. Москва и Московская область, Россия
В работе рассматривается изменение конформации гемоглобина в эритроцитах и выделенного гемоглобина в условиях нормоксии и гипоксии. Диффузия молекул кислорода и оксида азота через плазматическую мембрану эритроцита зависит от упорядоченности жирнокислотных хвостов фосфолипидов плазматической мембраны и состояния цитоскелета эритроцита, а способность гемоглобина связывать и сбрасывать эти молекулы зависит от его локализации в примембранной области и цитоплазме клетки. Исследование молекулярно-клеточных свойств эритроцитов, важных для осуществления их кислород-транспортной функции возможно с помощью метода спектроскопии комбинационного рассеяния (Раман-спектроскопия), при помощи которого возможно проводить регистрацию конформационных изменений гемоглобина эритроцитов in vitro и in vivo . В работе рассмотрены структурные изменения гема гемоглобина при взаимодействии с лигандами (О2 или СО2) при температурном воздействии. Использование лазера с длиной возбуждающего света 532 нм позволило изучить изменения в высокочастотной области спектра (2800-3100 см-1), характерной для изменения симметричных колебаний молекулярных связей -С-Н- метиленовых групп аминокислот глобина, что позволит установить взаимодействия между гемовой и глобиновой частью белка внутриклеточного и свободного гемоглобина. Соотношения полос спектра комбинационного рассеяния позволяют характеризовать динамику изменений конформации гема оксигемоглобна и дезоксигемоглобина при температурном воздействии в диапазоне от 25 до 36 °С. Показано, что изменения конформации различны для молекул гемоглобина в эритроцитах и свободного гемоглобина при температурном и гипоксическом воздействии, но не коррелируют с удельной растворимостью кислорода в растворе.
гемоглобин, эритроцит, комбинационное рассеяние
1. De Rosa M.C., Alinovi C.C., Galtieri A. Allosteric properties of hemoglobin and the plasma membrane of the erythrocyte: New insights in gas transport and metabolic modulation. IUBMB Life, 2008, vol. 60, no. 2. DOI:https://doi.org/10.1002/iub.15.
2. Jensen K. Roos B., Ryde U. O-binding to heme: electronic structure and spectrum of oxyheme, studied by multiconfigurational methods. Journal of Inorganic Biochemistry, 2005, vol. 99 no. 1. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jinorgbio.2004.11.008
3. Hill R.J. The Structure of Human Hemoglobin. The Journal of Biological Chemistry, 1962, vol. 237, no. 5.
4. Holly D., Glenn B. Cerebral microvascular dilation during hypotension and decreased oxygen tension: a role for nNOS. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology, 2007, vol. 293, no. 4. DOI:https://doi.org/10.1152/ajpheart.00190.2007
5. Wei H.S., Kang H., Rasheed I.Y.D., Zhou S., Lou N., Gershteyn A., McConnel E.D., Wang Y., Richardson K.E., Palmer A.F., Xu C., Wan J., Nedergaard M. Erythrocytes are oxygen-sensing regulators of the cerebral microcirculation. Neuron, 2016, vol. 91. DOI:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2016.07.016.
6. Уразова О.И., Гольдберг Е.Д., Новицкий В.В. Патофизиология: учеб.: в 2 т. М. : ГЭОТАР-Медиа, 2012, 304 с. [Urazova O.I., Goldberg E.D., Novitsky V.V. Pathophysiology. M: GOATAR-Media, 2012, 304 p.]
7. Goheen S.C., Lis L.J., Kucuk O., Westerman M.P., Kauffman J.W. Study of intact and modified erythrocyte membranes with laser Raman spectroscopy. Journal of Raman spectroscopy, 1993, vol. 24, no. 9. DOI:https://doi.org/10.1002/jrs.1250240908.
8. Wood B.R., McNaughton D. Micro-Raman characterization of high- and low-spin heme moieties within single living erythrocytes. Biopolymers, 2002, vol. 67, no. 4-5, DOI:https://doi.org/10.1002/bip.10120.
9. Wood B.R., Tait B., McNaughton D. Micro-Raman characterisation of the R to T state transition of haemoglobin within a single living erythrocyte. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Cell Research, 2001, vol. 1539, no. 1-2, DOI:https://doi.org/10.1016/S0167-4889(01)00089-1.
10. Wood B.R., Hammer L., McNaughton D. Resonance Raman spectroscopy provides evidence of heme ordering within the functional erythrocyte. Vibrational Spectroscopy, 2005 vol. 38, no. 1-2. DOI:https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2005.02.016.
11. Parthasarathi N., Hansen C., Yamaguchi S., Spiro T.G. Metalloporphyrin core size resonance Raman marker bands revisited: implications for the interpretation of hemoglobin photoproduct Raman frequencies. Journal of the American Chemical Society, 1987, vol. 109, no. 13. DOI:https://doi.org/10.1021/ja00247a009.
12. Wood B.R., Caspers P., Puppels G.J., Pandiancherri S., McNaughton D. Resonance Raman spectroscopy of red blood cells using near-infrared laser excitation. Analytical and bioanalytical chemistry, 2007, vol. 387, no. 5. DOI:https://doi.org/10.1007/s00216-006-0881-8.
13. Nagatomo S., Nagai M., Mizutani Y., Yonetani T., Kitagawa T. Quaternary structures of intermediately ligated human hemoglobin A and influences from strong allosteric effectors: resonance Raman investigation. Biophysical journal, vol. 89, no. 2. DOI:https://doi.org/10.1529/biophysj.104.049775.
14. Choi S., Spiro T.G., Langry K.C., Smith K.M., Budd D.L., La Mar G.N. Structural correlations and vinyl influences in resonance Raman spectra of protoheme complexes and proteins. Journal of the American Chemical Society, 1982, vol. 104, no. 16. DOI:https://doi.org/10.1021/ja00380a006.
15. Howell N.K., Arteaga G., Nakai S., Li-Chan E.C. Raman spectral analysis in the C-H stretching region of proteins and amino acids for investigation of hydrophobic interactions. Journal of agricultural and food chemistry, 1999, vol. 47, no. 3. DOI:https://doi.org/10.1021/jf981074l.
16. Camp Jr.C.H., Cicerone M.T. Chemically sensitive bioimaging with coherent Raman scattering. Nature photonics, 2015, vol. 9, no. 5. DOI:https://doi.org/10.1038/nphoton.2015.60.
17. Torres Filho I.P., Terner J., Pittman R.N., Proffitt E., Ward K.R. Measurement of hemoglobin oxygen saturation using Raman microspectroscopy and 532-nm excitation. Journal of applied physiology, 2008, vol. 104, no. 6. DOI:https://doi.org/10.1152/japplphysiol.00025.2008.
18. Brazhe N.A., Abdali S., Brazhe A.R., Luneva O.G., Bryzgalova N.Y., Parshina E.Y., Sosnovtseva O.V., Maksimov G.V. New insight into erythrocyte through in vivo surface-enhanced Raman spectroscopy. Biophysical journal, 2009, vol. 97, no. 12. DOI:https://doi.org/10.1016/j.bpj.2009.09.029.
19. Minetti M., Ceccarini M., Di Stasi A.M.M., Petrucci T.C., Marchesi V.T. Spectrin involvement in a 40 C structural transition of the red blood cell membrane. Journal of cellular biochemistry, 1986, vol. 30, no. 4. DOI:https://doi.org/10.1002/jcb.240300409
