Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54637 Моделирование в биофизике Modelling in biophycis Моделирование в биофизике Study of the efficiency of K+ ion transport through ion exchanger channels in the presence of drugs - potassium channel activators Исследование эффективности транспорта ионов К+ по каналам ионных обменников в присутствии лекарственных средств - активаторов калиевых каналов Масленникова О М Maslennikova O M o.m.maslennikova@gmail.com Сибирев А Л Sibirev A L alsibirev@mail.ru Криштоп В В Krishtop V V chrishtop@mail.ru Шипко М. Н. Shipko M. N. michael-1946@mail.ru Степович М А Stepovich M A m.stepovich@rambler.ru Ленчер О С Lencher O S chrishtop@mail.ru Центральная государственная медицинская академия Управления делами Президента Российской Федерации ru Central State Medical Academy of Department of Presidential Affairs ru Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина ru Lenin Ivanovo State Power Engineering University ru Национальный исследовательский университет ИТМО ru ITMO University ru Ивановский государственный энергетический университет им. В.И. Ленина Иваново Россия Lenin Ivanovo State Power Engineering University Ivanovo Russian Federation Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского ru Tsiolkovsky Kaluga State University ru Ивановская государственная медицинская академия ru Ivanovo State Medical Academy ru 25 06 2021 25 06 2021 6 2 269 274 20 06 2021 20 06 2021 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54637/view

Зучены информативные возможности метода газоразрядной визуализации для оценки биологического эффекта, вызванного агонистами калиевых каналов эритроцитов. Эффективность транспорта электронов зависит от многих факторов, однако по изменению энергетического спектра вылетающих электронов можно судить о степени изменения проводимости водных сред К+ каналов для электронов а, следовательно, ионов К+ к соответствующим каналам. Это позволяет оценивать оптимальное количество лекарственного средства в водной среде организма для получения максимального эффекта от его применения. Полученные данные указывают на заметные различия в процессе каналирования зарядов при наличии в суспензиях эритроцитов никорандила. Установлено, что в результате взаимодействия катионов никорандила с молекулярными комплексами водной среды и стенок канала наблюдается отталкивание электронов от стенок, что обеспечивает высокую эффективность транспорта зарядов.

The informative capabilities of the gas-discharge visualization method for assessing the biological effect caused by agonists of potassium channels of erythrocytes were studied. The efficiency of electron transport depends on many factors; however, by the change in the energy spectrum of the emitted electrons, one can judge the degree of change in the conductivity of aqueous media K+ channels for electrons and, consequently, K+ ions to the corresponding channels. This allows to evaluate the optimal amount of a drug in the aquatic environment of the body to maximize the effect of drug usage. The data obtained indicate noticeable differences in the process of charge channeling in the presence of nicorandil in erythrocyte suspensions. It was found that as a result of the interaction of nicorandil cations with molecular complexes of the aqueous medium and the channel walls, the repulsion of electrons from the walls is observed, which ensures a high efficiency of charge transport.

 газоразрядная визуализация лекарственные средства транспорт ионов К+ калиевые каналы gas-discharge imaging drugs K+ ion transport potassium channels

Fay J.F., Aleksandrov L.A., Jensen T., Cui L., Kousouros J.N., He L., Aleksandrov A.A., Gingerich D., Riordan J.R., Chen J. Cryo-EM visualization of an active high open probability CFTR anion channel. Biochemistry, 2018, vol. 57, no. 43. DOI: 10.1021/acs.biochem.8b00763 Fay J.F., Aleksandrov L.A., Jensen T., Cui L., Kousouros J.N., He L., Aleksandrov A.A., Gingerich D., Riordan J.R., Chen J. Cryo-EM visualization of an active high open probability CFTR anion channel. Biochemistry, 2018, vol. 57, no. 43. DOI: 10.1021/acs.biochem.8b00763 Мельников К.Н., Вислобоков А.И., Колпакова М.Э., Борисова В.А., Игнатов Ю.Д. Калиевые ионные каналы клеточных мембран. Обзоры по клинической фармакологии и лекарственной терапии, 2009, т. 7, № 1, с. 3-27. @@Melnikov K.N., Vislobokov A.I., Kolpakova M.E., Borisova V.A., Ignatov Yu.D. Potassium ion channels of cell membranes. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy, 2009, vol. 7, no. 1, pp. 3-27. (In Russ.) Mel'nikov K.N., Vislobokov A.I., Kolpakova M.E., Borisova V.A., Ignatov Yu.D. Kalievye ionnye kanaly kletochnyh membran. Obzory po klinicheskoy farmakologii i lekarstvennoy terapii, 2009, t. 7, № 1, s. 3-27. @@Melnikov K.N., Vislobokov A.I., Kolpakova M.E., Borisova V.A., Ignatov Yu.D. Potassium ion channels of cell membranes. Reviews on Clinical Pharmacology and Drug Therapy, 2009, vol. 7, no. 1, pp. 3-27. (In Russ.) Высоцкий В.И., Карлаш А.Ю. Особенности селективного транспорта и каналирования ионов в водной среде в каналах биологических мембран. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2010, № 12, с. 64-71. @@Vysotsky V.I., Karlash A.Yu. Features of selective transport and channeling of ions in the aquatic environment in the channels of biological membranes. Surface. X-ray, synchrotron and neutron research, 2010, no. 12, p. 64-71. (In Russ.) Vysockiy V.I., Karlash A.Yu. Osobennosti selektivnogo transporta i kanalirovaniya ionov v vodnoy srede v kanalah biologicheskih membran. Poverhnost'. Rentgenovskie, sinhrotronnye i neytronnye issledovaniya, 2010, № 12, s. 64-71. @@Vysotsky V.I., Karlash A.Yu. Features of selective transport and channeling of ions in the aquatic environment in the channels of biological membranes. Surface. X-ray, synchrotron and neutron research, 2010, no. 12, p. 64-71. (In Russ.) Doyle D.A., Morais Cabral J., Pfuetzner R.A., Kuo A., Gulbis J.M., Cohen S.L., Chait B.T., MacKinnon R. The structure of the potassium channel: molecular basis of K+ conduction and selectivity. Science, 1998, vol. 280, no. 5360, pp. 69-77. DOI: 10.1126/science.280.5360.69 Doyle D.A., Morais Cabral J., Pfuetzner R.A., Kuo A., Gulbis J.M., Cohen S.L., Chait B.T., MacKinnon R. The structure of the potassium channel: molecular basis of K+ conduction and selectivity. Science, 1998, vol. 280, no. 5360, pp. 69-77. DOI: 10.1126/science.280.5360.69 Горбунов А.М., Ильенко В.А., Владимирова Е.С. Фармакологическое действие водных растворов лекарственных препаратов и воды, модифицированной электромагнитным полем. Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине: Научные труды VII международного конгресса, СПб, 2015, т. 7, с. 31. @@Gorbunov A.M., Ilienko V.A., Vladimirova E.S. Pharmacological action of aqueous solutions of drugs and water modified by an electromagnetic field. Weak and superweak fields and radiation in biology and medicine: Proceedings of the VII International Congress, St. Petersburg, 2015, vol. 7, p. 31. (In Russ.) Gorbunov A.M., Il'enko V.A., Vladimirova E.S. Farmakologicheskoe deystvie vodnyh rastvorov lekarstvennyh preparatov i vody, modificirovannoy elektromagnitnym polem. Slabye i sverhslabye polya i izlucheniya v biologii i medicine: Nauchnye trudy VII mezhdunarodnogo kongressa, SPb, 2015, t. 7, s. 31. @@Gorbunov A.M., Ilienko V.A., Vladimirova E.S. Pharmacological action of aqueous solutions of drugs and water modified by an electromagnetic field. Weak and superweak fields and radiation in biology and medicine: Proceedings of the VII International Congress, St. Petersburg, 2015, vol. 7, p. 31. (In Russ.) Пушкарев Б.С., Витковский Ю.А. Кальциевые ионные каналы. Ч. II. Забайкальский медицинский вестник, 2016, № 1, с. 93-104. @@Pushkarev B.S., Vitkovsky Yu.A. Calcium ion channels. Part II. Zabaikalsky Medical Bulletin, 2016, no. 1, pp. 93-104. (In Russ.) Pushkarev B.S., Vitkovskiy Yu.A. Kal'cievye ionnye kanaly. Ch. II. Zabaykal'skiy medicinskiy vestnik, 2016, № 1, s. 93-104. @@Pushkarev B.S., Vitkovsky Yu.A. Calcium ion channels. Part II. Zabaikalsky Medical Bulletin, 2016, no. 1, pp. 93-104. (In Russ.) Горбунов А.М., Ильенко В.А., Владимирова Е.С. Исследование фармакологической активности препаратов методом оптической спектроскопии. Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине: Научные труды VIII международного конгресса, СПб, 2018, т. 8, с. 167-168. @@Gorbunov A.M., Ilienko V.A., Vladimirova E.S. Study of the pharmacological activity of drugs by optical spectroscopy. Weak and superweak fields and radiation in biology and medicine: Proceedings of the VIII International Congress, St. Petersburg, 2018, vol. 8, pp. 167-168. (In Russ.) Gorbunov A.M., Il'enko V.A., Vladimirova E.S. Issledovanie farmakologicheskoy aktivnosti preparatov metodom opticheskoy spektroskopii. Slabye i sverhslabye polya i izlucheniya v biologii i medicine: Nauchnye trudy VIII mezhdunarodnogo kongressa, SPb, 2018, t. 8, s. 167-168. @@Gorbunov A.M., Ilienko V.A., Vladimirova E.S. Study of the pharmacological activity of drugs by optical spectroscopy. Weak and superweak fields and radiation in biology and medicine: Proceedings of the VIII International Congress, St. Petersburg, 2018, vol. 8, pp. 167-168. (In Russ.) Zhou Y., MacKinnon R. The occupancy of ions in the K+ selectivity filter: charge balance and coupling of ion binding to a protein conformational change underlie high conduction rates. J. Mol. Biol., 2003, no. 7, vol. 333, no. 5, pp. 965-75. PMID: 14583193 Zhou Y., MacKinnon R. The occupancy of ions in the K+ selectivity filter: charge balance and coupling of ion binding to a protein conformational change underlie high conduction rates. J. Mol. Biol., 2003, no. 7, vol. 333, no. 5, pp. 965-75. PMID: 14583193 Frieden M., Malli R., Samardzija M., Demaurex N., Graier W.F. Subplasmalemmal endoplasmic reticulum controls K(Ca) channel activity upon stimulation with a moderate histamine concentration in a human umbilical vein endothelial cell line. J. Physiol., 2002, vol. 540, pt. 1, pp. 73-84. Frieden M., Malli R., Samardzija M., Demaurex N., Graier W.F. Subplasmalemmal endoplasmic reticulum controls K(Ca) channel activity upon stimulation with a moderate histamine concentration in a human umbilical vein endothelial cell line. J. Physiol., 2002, vol. 540, pt. 1, pp. 73-84. Zhou Y., Morais-Cabral J.H., Kaufman A., MacKinnon R. Chemistry of ion coordination and hydration revealed by a K+ channel-Fab complex at 2.0 A resolution. Nature, 2001, vol. 414, no. 1, no. 6859, pp. 43-48. PMID: 11689936 Zhou Y., Morais-Cabral J.H., Kaufman A., MacKinnon R. Chemistry of ion coordination and hydration revealed by a K+ channel-Fab complex at 2.0 A resolution. Nature, 2001, vol. 414, no. 1, no. 6859, pp. 43-48. PMID: 11689936 Коротков К.Г., Орлов Д.В., Величко Е.Н. Применение метода газоразрядной визуализации для анализа различных жидкостей. Известия высших учебных заведений. Приборостроение, 2011, т. 54, № 12, с. 40-46. @@Korotkov K.G., Orlov D.V., Velichko E.N. Application of the gas-discharge visualization method for the analysis of various liquids. Proceedings of higher educational institutions. Instrument making, 2011, vol. 54, no. 12, pp. 40-46. (In Russ.) Korotkov K.G., Orlov D.V., Velichko E.N. Primenenie metoda gazorazryadnoy vizualizacii dlya analiza razlichnyh zhidkostey. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Priborostroenie, 2011, t. 54, № 12, s. 40-46. @@Korotkov K.G., Orlov D.V., Velichko E.N. Application of the gas-discharge visualization method for the analysis of various liquids. Proceedings of higher educational institutions. Instrument making, 2011, vol. 54, no. 12, pp. 40-46. (In Russ.) Коротков К.Г. Принципы анализа ГРВ биоэлектрографии. Санкт-Петербург: Реноме, 2007, 286 с. @@Korotkov K.G. Principles of GDV bioelectrography analysis. St. Petersburg: Renome, 2007, 286 p. (In Russ.) Korotkov K.G. Principy analiza GRV bioelektrografii. Sankt-Peterburg: Renome, 2007, 286 s. @@Korotkov K.G. Principles of GDV bioelectrography analysis. St. Petersburg: Renome, 2007, 286 p. (In Russ.) Hartmann H.A., Kirsch G.E., Drewe J.A. et al. Exchange of conduction pathways between two related K+ channels. Science (Wash. DC), 1991, vol. 251, pp. 942-944. Hartmann H.A., Kirsch G.E., Drewe J.A. et al. Exchange of conduction pathways between two related K+ channels. Science (Wash. DC), 1991, vol. 251, pp. 942-944. Шипко М.Н., Степович М.А., Сибирев А.Л., Усольцева Н.В., Масленникова О.М., Смирнова А.И. Магнитоимпульсное воздействие на структурное состояние растворов поверхностно-активных веществ. Известия РАН. Серия физическая, 2018, vol. 82, no. 8, pp. 1058-1062. @@Shipko M.N., Stepovich M.A., Sibirev A.L., Usoltseva N.V., Maslennikova O.M., Smirnova A.I. Magneto-pulse effect on the structural state of solutions of surfactants. Izvestiya RAN. Physical series, 2018, vol. 82, no. 8, pp. 1058-1062. (In Russ.) doi: 10.1134/S0367676518080367. Shipko M.N., Stepovich M.A., Sibirev A.L., Usol'ceva N.V., Maslennikova O.M., Smirnova A.I. Magnitoimpul'snoe vozdeystvie na strukturnoe sostoyanie rastvorov poverhnostno-aktivnyh veschestv. Izvestiya RAN. Seriya fizicheskaya, 2018, vol. 82, no. 8, pp. 1058-1062. @@Shipko M.N., Stepovich M.A., Sibirev A.L., Usoltseva N.V., Maslennikova O.M., Smirnova A.I. Magneto-pulse effect on the structural state of solutions of surfactants. Izvestiya RAN. Physical series, 2018, vol. 82, no. 8, pp. 1058-1062. (In Russ.) doi: 10.1134/S0367676518080367. Shipko M.N., Stepovich M.A., Sibirev A.L., Usoltseva N.V., Maslennikova O.M. Smirnova A.I. Impact of Magnetic Pulses on the Structural State of Surfactant Solutions. Bull.Russ. Acad. Sci.: Phys., 2018, vol. 82, no. 8, pp. 956-960. DOI: 10.3103/S1062873818080361 Shipko M.N., Stepovich M.A., Sibirev A.L., Usoltseva N.V., Maslennikova O.M. Smirnova A.I. Impact of Magnetic Pulses on the Structural State of Surfactant Solutions. Bull.Russ. Acad. Sci.: Phys., 2018, vol. 82, no. 8, pp. 956-960. DOI: 10.3103/S1062873818080361 Рябов В.А. Эффект каналирования. М.: Энергоатомиздат, 1994, 239 с. @@Ryabov V.A. Channeling effect. Moscow: Energoatomizdat, 1994, 239 p. (In Russ.) Ryabov V.A. Effekt kanalirovaniya. M.: Energoatomizdat, 1994, 239 s. @@Ryabov V.A. Channeling effect. Moscow: Energoatomizdat, 1994, 239 p. (In Russ.) Escande D., Cavero I. K+ channel openers and “natural” cardioprotection. Trends Pharmacol. Sci., 1992, vol. 13, pp. 269-272. doi: 10.1016/0165-6147(92)90083-I Escande D., Cavero I. K+ channel openers and “natural” cardioprotection. Trends Pharmacol. Sci., 1992, vol. 13, pp. 269-272. doi: 10.1016/0165-6147(92)90083-I Hegermann J., Overbeck J., Schrempf H. In vivo monitoring of the potassium channel KcsA in Streptomyces lividans hyphae using immuno-electron microscopy and energy-filtering transmission electron microscopy. Microbiology, 2006, vol. 152, pt. 9, pp. 2831-2841. Hegermann J., Overbeck J., Schrempf H. In vivo monitoring of the potassium channel KcsA in Streptomyces lividans hyphae using immuno-electron microscopy and energy-filtering transmission electron microscopy. Microbiology, 2006, vol. 152, pt. 9, pp. 2831-2841.