Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 83078 10.29039/rusjbpc.2023.0597 БИОФИЗИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ BIOPHYSICAL ECOLOGY AND BIOLOGICAL RESOURCES БИОФИЗИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ MECHANISM OF ACTION OF THE HEAVY METAL IONS ON THE PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES OF PHOSPHOLIPIDS МЕХАНИЗМ ВОЗДЕЙСТВИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФОСФОЛИПИДОВ Шишкина Л. Н. Shishkina L. N. shishkina@sky.chph.ras.ru

доктор химических наук;

doctor of chemical sciences;

 Белецкая П. Д. Beletskaya P. D. Дубовик Александр Сергеевич Dubobik A. S. Машукова А. В. Mashukova A. V. Швыдкий Вячеслав Олегович Shvydkiy V. O.

кандидат химических наук;

candidate of chemical sciences;

 Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН Москва Россия N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics of Russian Academy of Sciences Moscow Russian Federation Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН Москва Россия N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics, Russian Academy of Sciences Moscow Russian Federation Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН Москва Россия Emanuel Institute of Biochemical Physics of Russian Academy of Sciences Moscow Russian Federation Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН Москва Россия N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics of Russian Academy of Sciences Moscow Russian Federation Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН Москва Россия N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics of Russian Academy of Sciences Moscow Russian Federation 16 05 2024 16 05 2024 8 1 111 116 07 07 2023 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/83078/view

Изучено влияние двухвалентных ионов меди и железа на их способность образовывать комплексы с фосфолипидами и интенсивность процессов перекисного окисления липидов, воздействовать на спонтанную агрегацию природных липидов в водной среде и дзета-потенциал сформированных частиц в широком диапазоне концентрации ионов металлов. Математический анализ УФ-спектров водных растворов лецитина, ионов металлов и их смесей по методу Гаусса показал, что ионы меди и железа образуют комплексы с фосфолипидами и оказывают влияние на содержание продуктов окисления лецитина. При этом масштаб эффекта зависит от концентрации иона, его природы и степени окисляемости лецитина. Обнаружено отсутствие линейной зависимости величины дзета-потенциала частиц лецитина от концентрации ионов металлов в водной среде и существенные различия их способности влиять на размер сформированных лецитином агрегатов. Совокупность полученных данных позволяет заключить, что качество природной воды обусловлено как концентрацией ионов тяжелых металлов, так и их способностью оказывать влияние на параметры физико-химической системы регуляции перекисного окисления липидов присутствующих в воде биологических объектов.

Effect of the divalent copper and iron ions on their ability to form complexes with phospholipids and the lipid peroxidation processes intensity, to affect the self-aggregation of the natural lipids in the water medium and ξ-potential of formed particles are studied in the wild range of the metal ion concentrations. Mathematical analysis of UV-spectra of the water solutions of lecithin, metal ions and their mixtures by Gauss method is revealed that copper and iron ions form complexes with phospholipids and act on content of the oxidation products. Besides, the scale of effect depends on the ion concentration, its nature and the lipid oxidizability. The absence of the linear dependence of the ξ-potential value for the lecithin particles on the ion concentration in the water medium and the essential differences of their ability to act on size of formed by lecithin aggregates are obtained. The obtained data allow us to conclude that quality of the natural water is due to both concentrations of the heavy metal ions and their ability to act on the lipid peroxidation regulatory system parameters of the inherent in water bio-objects.

 лецитин двухвалентные ионы меди и железа УФ-спектрометрия метод Гаусса мицеллообразование дзета-потенциал lecithin divalent copper and iron ions UV-spectrometry Gauss method formation of micelles ξ-potential

Гуриков Ю.В., Бондаренко Н.Ф. Природная вода как окислительная среда. Журнал физической химии, 2001, т. 75, № 7, с. 1221-1224 [Gurikov YU.V., Bondarenko N.F. Natural water as an oxidizing system. Russ. J. Phys. Chem. A, 2001, vol. 75, no. 7, p. 1103-1006 (In Russ.)]. Gurikov YU.V., Bondarenko N.F. Natural water as an oxidizing system. Russ. J. Phys. Chem. A, 2001, vol. 75, no. 7, p. 1103-1006 (In Russ.). Коновалов А.И., Рыжкина И.С. Образование наноассоциатов - ключ к пониманию физико-химических и биологических свойств высокоразбавленных водных растворов. Известия АН. Серия химическая, 2014, № 1, с. 1-14. Konovalov A.I., Ryzhkina I.S. Formation of nanoassociates as a key to understanding of physicochemical and biological properties of highly dilute aqueous solutions. Russ Chem Bull, 2014, vol. 63, pp. 1-14 (In Russ.). Пальмина Н.П., Мальцева Е.Л., Часовская Т.Е. Действие разбавленных растворов биологически активных веществ на клеточные мембраны. Биофизика, 2014, т. 59, № 4, с. 704-716. Palmina N.P., Maltseva E.L., Chasovskaya T.E. Effect of dilute solutions of biologically active substances on cell membranes. Biophysics, 2014, vol. 59, pp. 577-587 (In Russ.). Vigo Pelfrey C. Membrane Lipid Oxidation. Ed. Boston: CRC Press, 1991, vol. III, 300 p. Vigo Pelfrey C. Membrane Lipid Oxidation. Ed. Boston: CRC Press, 1991, vol. III, 300 p. Shvydkiy V.O., Shtamm E.V., Skurlatov Yu.I., Vichutinskaya E.V., Zaitseva N.I., Semenyak L.V. Intoxication of the Natural Aqueous Medium Resulting from Disbalan of Redox and Free Radical Intrabacin Processes. Russ. J. Phys. Chem. B, 2017, vol. 11, no. 4, pp. 643-651, doi: 10.1134/S1990793117040248. Shvydkiy V.O., Shtamm E.V., Skurlatov Yu.I., Vichutinskaya E.V., Zaitseva N.I., Semenyak L.V. Intoxication of the Natural Aqueous Medium Resulting from Disbalan of Redox and Free Radical Intrabacin Processes. Russ. J. Phys. Chem. B, 2017, vol. 11, no. 4, pp. 643-651, doi: 10.1134/S1990793117040248. Burlakova Ye.B., Pal’mina N.P., Mal’tseva Ye.L. A physicochemical system regulating lipid peroxidation in membrane during tumor growth. Membrane Lipid Oxidation, 1991, vol. III, pp. 209-237. Burlakova Ye.B., Pal’mina N.P., Mal’tseva Ye.L. A physicochemical system regulating lipid peroxidation in membrane during tumor growth. Membrane Lipid Oxidation, 1991, vol. III, pp. 209-237. Шишкина Л.Н., Кушнирева Е.В., Смотряева М.А. Новые подходы к оценке биологических последствий воздействия радиации в малых дозах Радиац. биология. Радиоэкология, 2004, т. 44, № 3, с. 289-295. ShishkinaL.N., KushnirevaYe.V., Smotryaeva M.A. A new approach to assessment of biological consequences of exposure to low-dose radiation. Radiaz. Biologiya. Radioekologiya, 2004, vol. 44, no. 3, pp. 189-295 (In Russ.). Шишкина Л.Н., Козлов М.В., Повх А.Ю., Швыдкий В.Ю. Роль перекисного окисления липидов в оценке последствий воздействия химических токсикантов на биообъекты. Химическая физика, 2021, т. 40, № 8, с. 57-63, doi: 10.1134/S19907931210500880. Shishkina L.N., Kozlov M.V., Povkh A.Yu., Shvydkiy V.O. Role of lipid peroxidation in the assessment of the consequences of exposure to chemical toxicants on bio-objects. Russ. J. Phys. Chemistry B, 2021, vol. 15, no 5, pp. 57-63 (In Russ.). Shvydkiy V., Dolgov S., Dubovik A., Kozlov M., Povkh A., Shishkina L., Duca G. New Aspects for the Estimation of the State of the Natural Water. Chemistry Journal of Moldova, 2022, vol. 17, no. 2, pp. 35-42, doi: 10.19261/cjm.2022.973. Shvydkiy V., Dolgov S., Dubovik A., Kozlov M., Povkh A., Shishkina L., Duca G. New Aspects for the Estimation of the State of the Natural Water. Chemistry Journal of Moldova, 2022, vol. 17, no. 2, pp. 35-42, doi: 10.19261/cjm.2022.973. Шишкина Л.Н., Дубовик А.С., Козлов М.В., Повх А.Ю., Швыдкий В.О. Модельные системы для оценки воздействия компонентов водной среды на биологические объекты. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2022, т. 7, № 1, с. 160-165. Shishkina L.N., Dubovik A.S., Kozlov M.V., Povkh A.Yu., Shvydkiy V.O. Model systems for the estimation of action of compobebts of the water medium on the biological objects. Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty, 2022, vol. 7, no. 1, pp. 160-165 (In Russ.). Shishkina L.N., Klimovich M.A., Kozlov M.V. Similarity Functioning of the Physicochemical Regulatory System on the Membrane and Organ Levels. Pharmaceutical and Medical Biotechnology. New Perspective, N.Y.: Nova Science Publishers, 2013, pp. 151-157. Shishkina L.N., Klimovich M.A., Kozlov M.V. Similarity Functioning of the Physicochemical Regulatory System on the Membrane and Organ Levels. Pharmaceutical and Medical Biotechnology. New Perspective, N.Y.: Nova Science Publishers, 2013, pp. 151-157. Финдлея Дж.Б.С., Эванза В.Х. Биологические мембраны: методы. М.: Мир, 1990, 423 с. Findley J.B.C., Evanz W.H. Biological membranes: methods. Moscow, 1990, 423 p. (In Russ.). Брин Э.Ф., Травин С.О. Моделирование механизма химических реакций. Химическая физика, 1991, т. 10, № 6, с. 830-837. Brin E.F., Travin S.O. Modeling of mechanisms of chemical reactions. Khimicheskaya fizika, 1991, vol. 10, no. 6, pp. 830-837 (In Russ.). Ohgami R.S., Campagna D.R., VcDonald A., Fleming M.D. The Steap proteins are metalloreductases. Blood, 2006, vol. 108, no 4, pp. 1388-1394. Ohgami R.S., Campagna D.R., VcDonald A., Fleming M.D. The Steap proteins are metalloreductases. Blood, 2006, vol. 108, no 4, pp. 1388-1394. Shawki A., Anthony S.R., Nose Y., Engevik M.A., Niespodzany E.J. Intestinal DMT1 is critical for iron absorption in the mouse but is not required for the absorption of copper and manganese. Am. J. Physiol. Gastrointest Liver Physio, 2015, vol. 309, pp. G635-G647, doi: 10.1152/ajpgi.00160.2015. Shawki A., Anthony S.R., Nose Y., Engevik M.A., Niespodzany E.J. Intestinal DMT1 is critical for iron absorption in the mouse but is not required for the absorption of copper and manganese. Am. J. Physiol. Gastrointest Liver Physio, 2015, vol. 309, pp. G635-G647, doi: 10.1152/ajpgi.00160.2015.