Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 83060 10.29039/rusjbpc.2023.0580 ОБЩАЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА GENERAL AND MOLECULAR BIOPHYSICS ОБЩАЯ И МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА STATE OF HEMOGLOBIN AFTER ITS FREEZING-THAWING WITH GLYCEROL СОСТОЯНИЕ ГЕМОГЛОБИНА ПОСЛЕ ЗАМОРАЖИВАНИЯ-ОТТАИВАНИЯ С ГЛИЦЕРИНОМ Тимченко Н. Н. Timchenko N. N. timchenko_n@list.ru Шупова Е. В. Shupova E. V. Севастопольский государственный университет Севастополь Россия Sevastopol State University Sevastopol Russian Federation Севастопольский государственный университет Севастополь Россия Sevastopol State University Sevastopol Russian Federation 16 05 2024 16 05 2024 8 1 7 11 04 07 2023 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/83060/view

Нами было изучено, как влияет глицерин на HbА. При исследовании влияния криопротектора на конформацию гемоглобина А использовали методы сольвентно-пертурбационной дифференциальной спектрофотометрии и анализа ІПСП (первых производных спектров поглощения). Линейный характер зависимости Е/Е (отношение разности поглощения гемоглобина в глицерине и поглощения гемоглобина в физиологическом растворе к поглощению гемоглобина в физиологическом растворе) от концентрации глицерина для растворов гемоглобина А с глицерином соответствует литературным данным и означает, что с помощью метода сольвентно-пертурбационной дифференциальной спектрофотометрии не фиксируются изменения конформации белка при увеличении концентрации глицерина до 40%. Был проведен анализ ІПСП HbА в физиологическом растворе (контроля) и растворов HbА с глицерином, который показал, что они практически не отличаются. После замораживания-оттаивания растворов HbА с глицерином не зафиксировано изменения конформационного состояния белков. Зависимости Е/Е от концентрации глицерина для растворов HbА с глицерином после замораживания-оттаивания не изменились. Был проведен анализ ІПСП растворов гемоглобина А с глицерином до и после замораживания-оттаивания. Наблюдается неизменность положений отрицательных максимумов ІПСП растворов гемоглобина А с глицерином после замораживания-оттаивания от соответствующих образцов до замораживания-оттаивания. Интенсивности отрицательных максимумов в области 284-286 и 292 нм на ІПСП растворов гемоглобина А с глицерином после замораживания-оттаивания практически не отличаются от соответствующих образцов до замораживания-оттаивания. Полученные результаты могут быть связаны с изменением сольватной оболочки биополимеров. Благодаря наличию гидроксильных групп молекулы глицерина способны занимать часть сольватной оболочки НbА с сопутствующим изменением структуры и энергетических параметров макромолекулы, поскольку структура макромолекулы в растворе, как известно, поддерживается растворителем в ближайшем окружении макромолекулы. Стабилизация происходит благодаря водородным связям между неэлектролитами и биополимерами, причем неэлектролиты действуют как заменители воды, хотя эффекты действия растворителя не обязательно являются монотонной функцией состава растворителя.

We have studied the influence of glycerol upon HbA. The cryoprotector effect on conformation of hemoglobin A was investigated using methods of solvent-perturbation differential spectrophotometry and analysis of the IDAS (first derivatives of absorption spectra). Linear nature of the E/E dependence (the ratio of the difference between absorption of hemoglobin in glycerol and absorption of hemoglobin in saline to absorption of hemoglobin in saline) on glycerol concentration for hemoglobin A solutions with glycerol corresponds to literature data and means that if glycerol concentration is raised up to 40%, no changes of protein conformation are recorded by the method of solvent-perturbation differential spectrophotometry. An analysis of the IDAS of HbA in saline (control solution) and HbA solutions with glycerol was carried out. After freeze-thawing of HbA solutions with glycerol, no changes in the conformational state of proteins were recorded. The dependences of E/E on concentration of glycerol for HbA solutions with glycerol after freeze-thawing did not change. An analysis of the IDAS of hemoglobin A solutions with glycerol before and after freezing-thawing, was carried out. There is a permanence of negative maxima of the IDAS of hemoglobin A solutions with glycerol after freeze-thawing from corresponding samples till freeze-thawing. Intensities of negative maxima within 284-286 and 292 nm on the IDAS of hemoglobin A solutions with glycerol after freeze-thawing slighly differ from corresponding samples before freeze-thawing. The results obtained may be related to a change in the solvate shell of biopolymers. Providing hydroxyl groups, glycerol molecules are capable to occupy part of solvate shell of HbA with corresponding change in structure and energy parameters of the macromolecule, since the structure of the macromolecule in solution is known to be supported by a solvent in the immediate environment of the macromolecule. Stabilization occurs due to hydrogen bonds between nonelectrolytes and biopolymers, with nonelectrolytes acting as water substitutes, although influence effects of solvent not necessarily constitute a monotone function of the solvent composition.

 гемоглобин конформация замораживание-оттаивание hemoglobin conformation freezing-thawing

Webb K.L., Dominelli P.B. Influence of high hemoglobin-oxygen affinity on human during hypoxia. Front. Physiol, 2022, doi: 10.3389/fphys.2021.763933. Webb K.L., Dominelli P.B. Influence of high hemoglobin-oxygen affinity on human during hypoxia. Front. Physiol, 2022, doi: 10.3389/fphys.2021.763933. Пушкарь Н.С., Белоус А.М. Актуальные проблемы криобиологии. К.: Наукова думка, 1981, 608 с. Pushkar N.S., Belous A.M. K.: Naukova dumka. Actual problems of cryobiology, 1981, 608 p. (In Russ.). Leibo S.P., Mazur P. The role of cooling rates in low temperature preservation. Cryobiology, 1971, vol. 8, no. 4, pp. 447-452. Leibo S.P., Mazur P. The role of cooling rates in low temperature preservation. Cryobiology, 1971, vol. 8, no. 4, pp. 447-452. Mazur P. Causes of injury in frozen and thrawed cells. Fed. Proc. Fed. Amer. Soc. Exp. Boil., 1965, vol. 24, no. 1, pp. 175-182. Mazur P. Causes of injury in frozen and thrawed cells. Fed. Proc. Fed. Amer. Soc. Exp. Boil., 1965, vol. 24, no. 1, pp. 175-182. Chilson O.P., Costello G.A., Kaplan N.O. Effect freezing on enzymes. Fed.Proc., 1965, vol. 24, no. 2, pp. 55-65. Chilson O.P., Costello G.A., Kaplan N.O. Effect freezing on enzymes. Fed.Proc., 1965, vol. 24, no. 2, pp. 55-65. Дюбко Т.С., Горбенко Г.П., Нардид О.А. Влияние среды замораживания на агрегационные свойства липосом. Фундаментальные и прикладные проблемы криобиологии, Харьков: Б.И., 1993, c. 44-51. Dubko T.S., Gorbenko G.P., Nardid O.A. Influence of freezing medium on the aggregation properties of liposomes. Kharkov: B.I. Fundamental and applied problems of cryobiology, 1993, pp. 44-51 (In Russ.). Горбенко Г.П., Дюбко Т.С., Нардид О.А. Влияние криопротекторов на липид-белковые взаимодействия в модельных системах. Харьков: Б.И. Физико-химические процессы в криобиологических системах, 1991, c. 14-19. Gorbenko G.P., Dubko T.S., Nardid O.A. Influence of cryoprotectors on the lipid-protein interactions in model systems. Kharkov: B.I. Physic and chemical processes in cryobiological systems, 1991, pp. 14-19 (In Russ.). Дюбко Т.С., Горбенко Г.П., Нардид О.А., Моисеев В.А. Исследование влияния низких температур и органических растворителей на структуру модельных мембран методом флуоресцентных зондов. Биофизика, 1994, т. 39, № 1, с. 58-62. Dubko T.S., Gorbenko G.P., Nardid O.A., Moiseev V.A. Investigation of influence of low temperature and organic solvents on the structure of model membranes by fluorescence zonds method. Biofizika, 1994, vol. 39, no. 1, pp. 58-62 (In Russ.). Жегунов Г.Ф. Функциональное состояние кальциевого насоса мембран саркоплазматического ретикулума после замораживания в присутствии криопротекторов. К.: Наукова думка. Вопросы криоконсервирования биологических объектов, 1978, с. 35-38. Zhegunov G.F. Functional state of calcium pump of membranes of sarcoplasmatic reticulum after freezing in presence of cryoprotectors. K.: Naukova dumka. The questions of cryopreservation of biological objects, 1978, pp. 35-38 (In Russ.). Лоевский М.М., Воротилин А.М., Белоус А.М., Каплун Е.А., Гусева Н.В. Консервирующее действие глицерина и 1,2-пропандиола при гипотермическом хранении эритроцитов. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 1987, № 7, с. 128. Loevskiy M.M., Vorotilin A.M., Belous A.M., Kaplun E.A., Guseva N.V. Preservating action of glycerol and 1,2-propandiol at the hypotermic storage of erythrocytes. Bulletin of the experimental biology and medicine, 1987, no. 7, p. 128 (In Russ.). Гучок В.М., Воротилин А.М., Шраго М.И., Гончаров В.И., Положенцева Л.Л. Функциональная сохранность эритроцитов, криоконсервированных под защитой 1,2-пропандиола. Харьков: Б.И. Криоконсервирование клеток и тканей, 1989, c. 48-54. Guchok V.M., Vorotilin A.M., Shrago M.I., Goncharov V.I., Polozhenceva L.L. Functional safety of erythrocytes cryoconservating by protection of 1,2-propandiol. Kharkov: B.I. Cryopreservation of cell and tissues, 1989, pp. 48-54 (In Russ.). Розанова Е.Д., Розанов Л.Ф., Некоз И.А. Кинетика взаимодействия эритроцитов человека с растворами глицерина и 1,2-пропандиола. Криобиология, 1989, № 4, с. 30-35. Rozanova E.D., Rozanov L.F., Nekoz I.A. The kinetics of interation of human erythrocytes with glycerol and 1,2-propandiol solutions. Cryobiology, 1989, no. 4, pp. 30-35 (In Russ.). Vorotilin A.M., Loyevsky M.M. Hypothermal storage of erythrocytes in cryoprotective media containing 1,2-propandiol and glycerol. Cryo-Letters., 1989, no. 10, pp. 371-378. Vorotilin A.M., Loyevsky M.M. Hypothermal storage of erythrocytes in cryoprotective media containing 1,2-propandiol and glycerol. Cryo-Letters., 1989, no. 10, pp. 371-378. Кучеренко Ю.В., Зинченко А.В., Зинченко В.Д. Фазовые переходы в суспензиях эритроцитов, консервированных с глицерином, 1,2-пропандиолом и ПЭГ-1500. Проблемы криобиологии, 1999, № 1, с. 3-8. Kucherenko Yu.V., Zinchenko A.V., Zinchenko V.D. Phase transitions in erythrocytes suspensions, conserving with glycerol, 1,2-propandiol and PEG-1500. Problems of cryobiology, 1999, no. 1, pp. 3-8 (In Russ.). Ajisaka K., Iwashita Y. Modification of human-hemoglobin with polyethylene glycol: a new candidate for blood substitute. Biochem. And Biophys. Research communications, 1980, vol. 97, no. 3, pp. 1076-1081. Ajisaka K., Iwashita Y. Modification of human-hemoglobin with polyethylene glycol: a new candidate for blood substitute. Biochem. And Biophys. Research communications, 1980, vol. 97, no. 3, pp. 1076-1081. Бабийчук Л.А. Конформационные и объемные изменения эритрофитов в процессе замораживания-отогрева в зависимости от условий эквилибрации их с криопротектором ПЭО-1500. Проблемы криобиологии, 1997, № 3, с. 8-15. Babiychuk L.A. Conformational and volume changes of erythrocytes in freezing-thawing process depending of conditions of equilibrating their with cryoprotector PEO-1500. Problems of cryobiology, 1997, no. 3, pp. 8-15 (In Russ.). Леонов Б.Н. Исследование взаимодействия водных растворов сывороточного альбумина с полиэтиленгликолем методом малоуглового рассеяния рентгеновских лучей. К.: Наукова думка. Современные проблемы криобиологии, 1976, c. 3-5. Leonov B.N. The investigation of interaction of water solutions of serum albumin with polyethylenglycol by method of low angle scattering of x-rays. K.: Naukova dumka. Modern problems of cryobiology, 1976, pp. 3-5 (In Russ.). Иванов Л.В., Гаврилова И.И., Моисеев В.А. Исследование действия низких температур и криопротекторов на белки различной структуры. К.: Наукова думка. Механизмы криоповреждения и криозащиты биологических структур, 1977, c. 34. Ivanov L.V., Gavrilova I.I., Moiseev V.A. Investigation of effect of low temperature and cryoprotectors on the proteins of different structure. K.: Naukova dumka. The mechanisms of cryodamage and cryoprotection of biological structures, 1977, p. 34 (In Russ.). Леонов Б.Н. Влияние замораживания и полиэтиленгликоля молекулярной массы 600 на структуру бычьего сывороточного альбумина. Проблемы криобиологии, 1993, № 1, с. 27-33. Leonov B.N. Influence of freezing and polyethylenegycol molecular mass 600 on the bovine serum albumin structure. Problems of cryobiology, 1993, no. 1, pp. 27-33 (In Russ.). Herskovits T.T., Greenblatt J. Solvent perturbation studies of heme proteinsand other colored proteins. II. On the environment and location of the tryptophyl residues in hemoglobin. Archives of biochemistry and biophysics, 1969, vol. 130, pp. 30-38. Herskovits T.T., Greenblatt J. Solvent perturbation studies of heme proteinsand other colored proteins. II. On the environment and location of the tryptophyl residues in hemoglobin. Archives of biochemistry and biophysics, 1969, vol. 130, pp. 30-38.