Воздействие хлоргексидина биглюконата на структуру липидного бислоя

БИОХИМИЯ И БИОТЕХНОЛОГИЯ

УДК 612.816

О. С. Дружинина, Н. Ф. Кашапов, А. И. Скоринкин,

Д. А. Файзуллин

ВОЗДЕЙСТВИЕ ХЛОРГЕКСИДИНА БИГЛЮКОНАТА НА СТРУКТУРУ ЛИПИДНОГО БИСЛОЯ

Ключевые слова: ИК-спектроскопия, хлоргексидин биглюконат, липидный бислой.

Целью данной работы было выявить взаимодействие молекул хлоргексидина биглюконата с искусственным липидным бислоем. Показано, что хлоргексидин в зависимости от концентрации по-разному влияет на липидные мембраны. При концентрациях ниже 10'4 Моль/л хлоргексидин встраивается в липидный бислой. При более высоких концентрациях происходит разрыхление бислоя.

Key words: IR-spectroscopy, сhlorhexidine, lipid membranes.

The purpose of the given work was to reveal interaction of сhlorhexidine molecules with artificial lipid bilayer. It is shown that сhlorhexidine depending on concentration differently influences on lipid membranes. At concentration below 10'4 Mol/l сhlorhexidine it is built in lipid bilayer. At higher concentration there is a loosening of bilayer.

В биофизике и биохимии получение структурной информации является одним из необходимых этапов в выяснении механизма действия биологически активных веществ (БАВ): транспортных белков, ферментов, мембранных комплексов.

Фундаментальной физиологической проблемой является проблема модуляции синаптической передачи. Существует множество веществ эндогенной и экзогенной природы, способных ингибировать постсинаптические токи. Однако без точного понимания механизма действия вещества невозможно осуществить целенаправленное корректирующее воздействие на сложнейший процесс синаптической передачи. Мы исследовали мембрано-тропные свойства хлоргексидина биглюконата (ХБ). Решение этой задачи является необходимым, поскольку имеются данные, по которым хлоргексидин помимо антисептических свойств (благодаря которым он обширно используется в медицине) обладает каналоблокирующей активностью в нервно-мышечном синапсе, тип и механизм которой до конца не изучен. Это действие может существенно влиять на ход заболевания и должно, по крайней мере, учитываться при назначении лечения.

Изменение колебательных свойств метиленовых групп жирнокислотных хвостов представляет удобный способ характеристики структурного состояния липидов с помощью ИК-спектроскопии. Частоты максимумов полос поглощения валентных колебаний СН2-групп отражают, по преимуществу, межцепочечное диполь-дипольное взаимодействие и чувствительны к конформационной упорядоченности жирнокислотных хвостов липидов.

Абсолютные значения этих частот зависят как от химической структуры липида, так и от геометрических характеристик упаковки молекул в бислое.

В данной работе был использован лецитин, который является смесью фосфатидил-холинов с различной длиной углеводородной цепи (от 16 до 18 атомов углерода) и разной степенью насыщенности. При комнатной температуре лецитин находится в жидкокристаллическом состоянии. В этом состоянии, понижение частоты свидетельствует о росте упорядоченности жирнокислотных хвостов, и наоборот, при более рыхлой упаковке молекул липида частота валентных колебаний СН2-групп увеличивается.

Приведенные на рисунке 1 зависимости максимума полосы поглощения СН2-групп лецитина от концентрации хлоргексидина биглюконата (ХБ) демонстрируют наличие двух противоположных процессов. При концентрации ХБ 10"5 Моль/л на графике (рис.1а) наблюдается минимум, свидетельствующий об увеличении упорядоченности системы, а при более

2924.8

2924.6

2924.4

2924.2

2924.0

2923.8

2923.6

2923.4

2923.2

2923.0

2922.8

0 6.7Е-8 6.7Е-7 6.7Е-6 6.7Е-5 6.7Е-4 0.0067 0.067

Концентрация хлоргексидина, Моль/л

Концентрация хлоргексидина, Моль/л б

20,2

20,0

19,8

19,6

19,4

19,2

19,0

а

Рис. 1 - Зависимость частот максимумов поглощения (а) и полуширин полос поглощения (б) от концентрации хлоргексидина биглюконата

высоких концентрациях рост частоты, указывающий на уменьшение упорядоченности. В то же время, полуширины полос поглощения (рис. 1 б) показывают, что подвижность молекул лецитина зависит от концентрации хлоргексидина противоположным образом.

Для более полного исследования влияния ХБ на липидный бислой мы использовали синтетический липид БРРС, который в количестве 82% входит в природный лецитин. При комнатной температуре он находится в гелеобразном состоянии. В ИК-спектрах липидов в гель-фазе для изучения конформации углеводородных цепей используется прогрессия деформационных колебаний в области 1200-1300 см-1, которая характеризует степень упорядоченности транс-конформации углеводородных хвостов. Ее интенсивность очень чувствительна к степени идеальности упаковки. Она максимальна, если углеводородная цепочка по всей длине имеет зигзагообразную транс-конформацию. При нарушении линейности, т. е. появлении гош-конформеров, которое может происходить при повышении температуры или при внесении примесей в липид, интенсивность колебательной прогрессии уменьшается. Это видно из рис. 2, на котором представлены ИК-спектры БРРС на т. н. полосе к4 с частотой около 1266 см-1 (эта полоса обычно используется т. к. она свободна от

П.035 -0.030

о'Ш

> 0.020

0

1 0.015

ы

£ о.ою

X

= 0.005

0.000

0.005

пко ти 1:20 12^0 1238 шо

Волновоечисло.см

Рис. 2 - Прогрессия деформационных колебаний СН2-групп при 20, 40 и 75°С

других составляющих) при 20 и при 40°С. При дальнейшем росте температуры интенсивность полосы падает до нуля, т. к. липидный бислой переходит в менее упорядоченное жидкокристаллическое состояние. На рис.3. представлена зависимость относительной интенсивности деформационных колебаний С-Н связей от концентрации ХБ в интервале 10-8 - 10-2 Моль/л при 20°С. При других температурах (15, 25, 30, 35, 40°С) до температуры фазового перехода БРРС 42 °С вид графиков аналогичен. Из графиков (рис. 3а) видно, что ХБ во всем интервале исследованных концентраций не влияет на температуру фазового перехода БРРС. На рис. 3б показано, что интенсивность прогрессии деформационных колебаний растет с ростом концентрации ХБ и достигает максимума при концентрации ХБ 10-5 Моль/л. Это свидетельствует о том, что при этой концентрации упорядоченность бислоя максимальна. При больших концентрациях ХБ интенсивность падает, т. е. упорядо-

ченность углеводородных хвостов уменьшается. Вероятно, это связано с тем, что при малых концентрациях ХБ не встраивается в сам бислой, а связывается на периферии с полярной частью бислоя. А в больших концентрациях ХБ внедряется в бислой и вызывает его разрыхление.

0,7-,

-з-

3 °>6-

0

с; -с 0,5л

§ 0,4-

X

ш

5 о,з-

Т.

а>

1 0,2-

§ •

і 0,1" са '

8 0,0 Ц

йРРС сІО погт (1265.В/1378) ОРРС+НС8 сЮпогт (1265.8/1373 ОРРС+НС7 dDnorm (1265.8/1373 ОРРС+НС2 dDnorm (1265.8/1378 ОРРС+НС5 dDnorm (1265.8/1378 ОРРС+НС4 dDnorm (1265.8/1378

-0,1 -

40 50

Температура, С

0,60

0,59

Ф

£ 0.58 О

т 0.57

5

0

5 0,5в н

5 0,55 Ф

1 0,5*

Ф

э

о 0.53 ° 0.52

<Ю1265/1378

/\

\

0 10-8 10-7 10-6 10-5 10-4 10-3 10-2

Концентрация ХГ, М

а

б

Рис. 3 - Температурная (а) и концентрационная (б) зависимость отношений интенсивностей деформационных колебаний СН2-групп

Выводы

1. При концентрации ХБ 10" Моль/л упорядоченность бислоя максимальна.

2. При больших концентрациях ХБ упорядоченность углеводородных хвостов уменьшается, т.е. ХБ внедряется в бислой и вызывает его разрыхление.

3. При малых концентрациях ХБ не встраивается в сам бислой, а связывается на периферии с полярной частью бислоя.

Литература

1. Верболович, В.П. Инфракрасная спектроскопия биологических мембран/ В.П. Верболович. -М.: Наука, 1977, - 128 с.

2. Жижина, Г.Н. Инфракрасная спектроскопия высокого разрешения: Сб. статей / Г.Н. Жижина. -М.: Мир, 1972.

3. Марголис, Л.Б. Липосомы и их взаимодействие с клетками./ Л.Б. Марголис, Л.Д. Бергельсон. -М.: Наука, 1986. - 24 0с.

4. Смит, А. Прикладная ИК-спектроскопия./ А. Смит. - М.: Мир, 1982, - 328 с.

5. Чиргадзе, Ю.Н. Инфракрасные спектры и структура полипептидов и белков./ Ю.Н. Чиргадзе // М.: Наука, 1965. - 135 с.

6. Шайхутдинова, А.Р. Механизмы модуляции работы рецепторно-канального комплекса хлор-гексидином / А.Р.Шайхутдинова, Е.Е. Никольский, Р.А. Гиниатуллин, А.И. Скоринкин // Доклады академии наук. - 2005. - Т.402. - С.1-3.

7. Анисимова, В.И. Внутреннее вращение и ассоциации в растворах гидропероксида этил-бензола: ИК спектроскопическое исследование/ В.И. Анисимова, И. А. Суворова, Н.Н. Батыршин, Р.А. Скочилов, Х.Э. Харлампиди // Вестник Казан технол. ун-та. - 2008. - № 2. - С. 19 -25.

© О. С. Дружинина - асс. каф. ТОМЛП КГТУ, solnyshek@list.ru; Н. Ф. Кашапов - д-р техн. наук, проф. каф. ТОМЛП КГТУ, kashnail@mail.ru; А. И. Скоринкин - канд. биол. наук, доц. КГТУ, askorink@yandex.ru; Д. А. Файзуллин - канд. биол. наук, науч. сотр. КИББ КазНЦ РАН, dfaizullin@mail.ru.