Стабилизирующее действие тяжелой воды на органические молекулы
Существенные различия в физико-химических свойствах природной и тяжелой воды проявляются и в отношении взаимодействия с молекулами биологически активных соединений. Еще в 1960 г.
было отмечено особое свойство D20 — усиливать стабильность органических молекул, макромолекул, вирусов и вакцин. Это свойство сейчас широко используется в тех случаях, когда возникают проблемы с хранением терапевтических субстанций в полевых или экспедиционных условиях, где нет достаточного обеспечения электричеством и холодильной техникой. Существуют рекомендации по использованию тяжеловодных растворов для хранения трансплантируемых органов, тканей, а также белков и ферментов, препаратов сывороток и крови, культур микроорганизмов. Так в группе Креспи показали, что очищенная дейтеро-тимидилатсинтетаза в D2O дольше (на 3 месяца при 5 °С) сохраняла активность, чем протонированный фермент.В качестве свежего примера можно привести обстоятельное исследование стабилизирующего действия D2O на белок микротрубочек — тубулин. Этот белок, играющий ключевую роль в процессах расхождения хромосом при клеточных делениях, весьма нестабилен в растворах. Вместе с тем оказалось, что помещение тубулина в раствор тяжелой воды стабилизирует этот белок: при физиологической температуре в Н2О-буфере белок инактивируется полностью за 8 ч, тогда как в аналогичном Б2О-буфере снижение активности не превышает 20 %. В тяжелой воде снижается также уровень потери колхицинсвязывающей активности тубулина, что также способствует правильному ходу клеточного деления.
Неоднократно показано, что хранение макромолекулярных медикаментов в 95 % D2O равносильно снижению температуры хранения в Н2О на 4-5 °С, что уже при 7-25 % D2O заметно снижается денатурация белка. Вместе с тем тяжелая вода обнаруживает и криопротекторные свойства.
Эта способность D2O позволяет сохранять эритроциты и другие структурные компоненты крови и органов при температурах ниже -26 °С.Тяжелая вода способна повышать стабильность белков и других макромолекул в клетках при высоких температурах. Скорее всего, это следствие понижения способности дейтерированных клеток синтезировать термоиндуцибельные (heat-shock) белки и другие шапероны. При этом изучение факторов, которые способны повысить стабильность коммерческих живых моновалентных вакцин III типа при повышенной температуре (до 45 °С), показала, что тяжелая вода только в узком диапазоне (около 90 ат. % D, pH 6,5) обладает стабилизирующим действием.
Выше мы говорили о действии D20 как фактора, стабилизирующего белковые структуры. Но это соединение помогло и в исследовании других стабилизаторов белков. Довольно давно показано, что сахара, но не полисахариды, в состоянии защитить белки от структурных повреждений при обезвоживании за счет своих водородных связей. Вместе с тем для полноценной защиты белков при лиофилизации, т. е. при обезвоживании и замораживании одновременно, требуется совместное действие углеводов и полиэтиленгликоля. Помещение белковых молекул в сахаридное окружение защищает их от дегидратации и при воздействия высоких температур. Наиболее заметное протекторное действие оказывает трегалоза. Однако оказалось, что присутствие трегалозы не спасает
135
молекулы миоглобина даже в D2O. Эти данные можно воспринимать как современное подтверждение вывода о «несистемном» — все еще непредсказуемом — действии тяжелой воды на биологические объекты.
3.10
Еще по теме Стабилизирующее действие тяжелой воды на органические молекулы:
- Физиолого-гигиеническое значение питательных веществ
- Глава 16. Иммуногематология
- Глава 1. ВВЕДЕНИЕ
- Исследование структур различных белков с применением D2O
- Стабилизирующее действие тяжелой воды на органические молекулы
- Содержание
- НЕТРАДИЦИОННЫЕ МЕТОДЫ ЛЕЧЕНИЯ - СОВРЕМЕННОЕ НАПРАВЛЕНИЕ В ПОВЫШЕНИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОТИВООПУХОЛЕВОЙ ТЕРАПИИ
- Характеристика основных хлорированных углеводородов