ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОСНОВНЫХ БЕЛКОВ СЫВОРОТКИ КРОВИ (АЛЬБУМИНА И γ-ГЛОБУЛИНА) С ИОНАМИ NA+ И К+

58

Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2006. № 6

АКУСТИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА УДК 532.77.11; 537.635

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОСНОВНЫХ БЕЛКОВ СЫВОРОТКИ КРОВИ (АЛЬБУМИНА И 7-ГЛОБУЛИНА) С ИОНАМИ и К+

Г. П. Петрова, Ю. М. Петрусевич

Проведен сравнительный анализ экспериментальных данных по рассеянию света в растворах белков сыворотки крови — альбумина и 7-глобулина, содержащих ионы щелочных металлов Ыа и К. Наличие в растворах белков ионов калия, обладающих большим ионным радиусом, приводит к возникновению белковых нанокластеров. В растворах, содержащих ионы Ыа, этот эффект не обнаружен. Обсуждается возможный механизм наблюдаемых явлений, в основе которого лежат сильные диполь-дипольные взаимодействия белковых молекул.

Роль калия и натрия в жизнедеятельности организма очень важна. Как известно, натрий в основном содержится в крови, в плазматической жидкости межклеточного пространства, в то время как калий находится преимущественно внутри клеток. Электрические свойства (потенциал покоя — потенциал действия) большинства клеток определяются этими двумя ионами, а также ионом Са, поэтому они называются потенциалообразующими.

До сих пор нет ясного понимания механизмов взаимодействия этих ионов с различными белками, включая белки плазмы крови, такие, как альбумин и 7-глобулин.

Ранее в работах [1-4] нами было показано, что процессы адсорбции тяжелых ионов, таких, как КЬ, Сб, Сс1, РЬ, Си и др., и легкого на поверхности белка существенно различаются.

Связь гидратной оболочки с заряженным ионом определяется соотношением между электростатической энергией взаимодействия иона с дипольной молекулой воды Ерч, которая зависит от ионного радиуса, и тепловой энергии кТ\

^ = (О

2 2 ЧРш _

12тгег04 кГ

Здесь Ерч — электростатическая энергия взаимодействия ион - молекула воды; ц — поляризационный заряд иона металла; — дипольный момент молекулы воды; /о — расстояние между центрами иона и молекулы воды, определяемое радиусом иона; е — диэлектрическая проницаемость воды (^¿80).

Если энергия взаимодействия Ерч <кТ, то на поверхности иона вода не будет удерживаться, и ионы могут образовывать так называемые электростатические пары на белке, компенсируя его поверхностный заряд.

Исследования водных растворов различных белков с помощью метода светорассеяния показывают,

что в присутствии ионов тяжелых металлов масса рассеивающих частиц не остается постоянной, а резко возрастает в области изоэлектрической точки, соответствующей фактическому заряду белка = 0, причем максимум значений М увеличивается с ростом ионной силы.

Альбумин Альбумин + №С1 Альбумин + КС1

Глобулин Глобулин + №С1 Глобулин + КС1

Рис. 1. Зависимости коэффициента взаимодействия В от рН для растворов в чистой воде альбумина (а) и 7-глобулина (б) при наличии ионов натрия и калия

Вестник Московского университета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2006. M 6

59

Л О

7 6 5

> 4

ю

2 3 2 1 О 2.5

_|_._I_._I_

2 3 4 5 6 7 РН

9 10

10

9 7

3 1 0

2.0 1.5 H

о

1.0 н

0.5

5 6 7 pH

9 10 11

Рис. 2. Зависимости эффективной массы рассеивающих частиц для растворов альбумина (а) и 7-глобулина (б), содержащих ионы калия

Ион натрия имеет ионный радиус ~0.9 А, в то время как ион калия имеет заметно больший радиус (~1.3 А). Это приводит к существенным особенностям его взаимодействия с гидратной оболочкой в водных растворах, что в ряде работ называется «отрицательной гидратацией» [5].

В наших работах методами светорассеяния были изучены статические параметры (масса частиц М и коэффициент межмолекулярного взаимодействия В), а также динамические параметры (коэффициенты трансляционной диффузии) белков — альбумина и 7-глобулина в водных растворах при добавлении различных солей [6].

На рис. 1 показаны рН-зависимости коэффициента межмолекулярного взаимодействия (второго вириального коэффициента В) для альбумина и 7-глобулина в растворах, содержащих ионы нат-

рия и калия. Как можно видеть, для растворов альбумина и 7-глобулина, содержащих ионы натрия, наблюдаются классические параболические зависимости В от pH с минимумом в изоэлектрических точках (согласно теории Скэтчарда). В растворах белков, содержащих ионы калия, кривые зависимостей В от pH имеют характерные максимумы в изоэлектрических точках, аналогично тому, что наблюдалось в растворах этих белков, содержащих ионы тяжелых металлов [4, 6].

На рис. 2 показаны pH-зависимости эффективной массы рассеивающих частиц для растворов обоих белков, содержащих ионы калия.

Эти кривые указывают на эффект кластеризации белков аналогично тому, что наблюдалось ранее для растворов, содержащих тяжелые металлы. В обоих случаях максимальная масса образующихся нано-частиц наблюдается в изоэлектрических точках альбумина и глобулина.

Из приведенных результатов возможно сделать следующий вывод: действие ионов калия на основные белки сыворотки крови аналогично действию ионов токсичных тяжелых металлов. Это означает, что повышение концентрации ионов калия в крови или лимфе выше определенного уровня может приводить к нежелательным патологическим изменениям, связанным с агрегацией основных белков. Это особенно существенно для 7-глобулина при смещении клеточного pH от нейтрального к слабокислому, так как это может приводить к агрегации 7-глобулина и выключению его из механизма иммунной защиты.

Литература

1. Petrova G.P., Petrusevich Yu. M., Evseevicheva A.N. // Gen. Physiol. Biophys. 1998. 17, N 2. P. 97.

2. Петрова Г.П., Петрусевич Ю.М., Евсеевичева А.Н. // Вестн. Моск. ун-та. Физ. Астрон. 1998. № 4. С. 71.

3. Petrova G.P., Petrusevich Yu.M., Evseevicheva A.N., Ten D.I. H Proc. of SPIE. 2001 4263. P. 150.

4. Петрова Г.П., Петрусевич Ю.М., Тен Д.И. // Квант, электрон. 2002. 32, № 10. С. 1.

5. Самойлов О.Я. Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов. М., 1976.

6. Бойко A.B. и др. Препринт № 2/2005. МГУ, физический ф-т.

Поступила в редакцию 15.03.06