66

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ФИЗИОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ

ВЛИЯНИЕ ЦИАНО- И ТЕТРАЗОЛЬНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ЦИТОЗИНА И ТИМИНА НА РЕЗИСТЕНТНОСТЬ ЭРИТРОЦИТОВ

Дипломная работа

Специальность 011600 – «Биология»

специализация – «Физиология человека и животных»

«ДОПУСТИТЬ К ЗАЩИТЕ»

Зав.каф. физиологии человека и животных

д.б.н.,профессор

___________А.Н. Инюшкин__

«___»________2002 г.

Выполнила студентка

5 курса, 552 группы

Комогорова Елена Игоревна

_________________________

Научный руководитель –

к.б.н., доцент

Сергеева Людмила Иосифовна

__________________________

Дипломная работа защищена

«___»________2002 г.

оценка:________________

Председатель ГАК

__________________________

САМАРА 2002

Содержание

Введение 3

1. Обзор литературы 5

1.1. Строение и функции эритроцитарной мембраны 5

1.2. Понятие резистентности и разрушение эритроцитов 8

1.3 Реакции красной крови на воздействие химических факторов 11

2. Экспериментальная часть 15

2.1. Материалы и методика исследования 15

2.2. Результаты исследования 17

2.2.1. Влияние цитозина на резистентность эритроцитов 17

2.2.2. Влияние цианоцитозина на резистентность эритроцитов 22

2.2.3. Влияние цитозинтетразола на резистентность эритроцитов 28

2.2.4. Влияние тиминтетразола на резистентность эритроцитов 33

2.3. Обсуждение результатов 39

Выводы 42

Список использованных источников 43

П Р И Л О Ж Е Н И Е 51

Введение

При изучении биологической активности химических веществ особое значение приобретают сведения о влиянии их на систему крови, которая является важной составной частью внутренней среды организма. Благодаря своей реактивности ,она играет основополагающую роль в резистентности и развитии адаптации при действии на организм как различных внешних раздражителей, так и при нарушениях внутренней среды организма [23, 35, 86, 87].

Кровь отвечает количественным и качественными изменениями своего состава на любые экзогенные и эндогенные воздействия в целях поддержания гомеостазиса [6, 38].

Изучение количественных характеристик периферической крови несомненно дает представление о влиянии исследуемых факторов на систему красной крови, но без оценки качественных изменений не позволяет в полной мере охарактеризовать реакцию последней. Тем более, что отдельные химические вещества при действиях в субтоксических дозах могут не вызывать резких изменений в количестве и морфологии эритроцитов.

Согласно утвердившемуся мнению цитоплазматическая мембрана играет главную роль в адаптации клетки к действию различных факторов [8, 44, 63]. А это означает, что влияние химических веществ на физико-химическое состояние мембран может существенным образом изменять их устойчивость к неблагоприятным воздействиям. Между тем известно, что клетки, являясь конечным пунктом сложных адаптационных реакций, не только отражают общий уровень сопротивляемости организма, но и обеспечивают его [5, 57, 58, 70, 80].

Настоящая работа выполнена в рамках совместных исследований, проводимых кафедрой физиологии человека и животных и кафедрой органической химии Самарского государственного университета, целью которых является синтез и анализ физиологической активности различных органических соединений, в т.ч. азолов и пиримидинов. Интерес к этим группам веществ обусловлен той значительной ролью, которую они играют в процессах жизнедеятельности, участвуя в важнейших метаболических процессах, взаимодействуя с огромным числом ключевых ферментных систем, внося решающий вклад в функционирование центральной нервной системы [9, 28, 33, 45, 53, 87].Сегодня многие производные азолов и пиримидинов – это разнообразные высокоэффективные лекарственные средства. [1, 2,10, 17, 36, 41, 43, 53, 62, 84, 85, 93, 95].

Задачей нашего исследования явилось изучение влияния на физико-химические свойства эритроцитов цитозина, цианоцитозина и тетразольных производных цитозина и тимина.

1. Обзор литературы

1.1. Строение и функции эритроцитарной мембраны

Эритроцит обладает развитым мембранным комплексом и совершенным рецепторным аппаратом [12, 18, 20, 42, 61, 92, 89, 99-101]. Мембрана служит барьером проницаемости с повышенной степенью избирательности, обеспечивая таким образом поддержание клеточного гомеостазиса в условиях больших различий химического состава цитоплазмы клеток и среды [42, 88, 99-101]. Перенос веществ через мембрану совершается в зависимости от их химических свойств различными способами: диффузией, путем проникновения через липидные участки, либо взаимодействуя с встроенными в мембрану белками переносчиками [40, 59, 72, 92].

Мембрана эритроцитов отражает особенности биохимического строения мембран различных тканей, а именно представляет пластичную молекулярную мозаику, состоящую из белков, липо- и гликопротеинов и, возможно, чисто липидных участков [88, 91]. В липидном бислое содержатся холестерин, фосфотидилсерин, фосфотидилэтаноламин, фосфотидилхолин, сфингомиелин, цереброзиды и другие липиды [12]. Липиды в мембране эритроцита находятся исключительно в виде бислоя. В эритроците человека таких липидов не менее 97%. Существует как трансмембранная, так и планарная гетерогенность их распределения. Трансмембранная гетерогенность обуславливается тем, что аминофосфолипиды расположены в цитоплазматической половине бислоя, а остальные фосфолипиды в наружном. Планарная гетерогенность выражается в том, что в биологических мембранах присутствуют белки, с которыми липиды могут устанавливать более сильные нековалентные взаимодействия [12, 40].

Преобладающий по весовым параметрам холестерол своими гидроксильными группами примыкает к полярным головкам фосфолипидных молекул и является фактором, определяющим текучесть мембран и механическую прочность бислоя [59, 98].

Белки в эритроцитарной мембране расположены неравномерно. Основная часть мембранных белков располагается на внутренней (цитоплазматической) стороне мембраны и образует сеть филаментов, которая служит для поддержания двояковогнутой формы эритроцита. К таким белкам относятся: спектрин, гликофорин (рецепторный белок), каталитический белок - "band 3-гликопротеин", являющийся и интегральным белком мембраны, участвующим в транспорте ионов. Поверхностный цитоскелет (строма) эритроцита включает такие белки, как синдеин, анкирин, "band-3", "band-4.1", "band-2.1" [34, 40].Кроме того, гликофорин и белок полосы III являются трансмембранными белками. Последний формирует ионные каналы [12, 15, 69, 70].

Углеводная составляющая эритроцитарных мембран представлена в виде олигосахаридных цепей, ковалентно присоединенных к белкам (гликопротеины) и в меньшей степени к липидам (гликолипиды) и располагающихся на стороне мембраны, контактирующей с цитоплазмой. Функция их заключается в стабилизации пространственной структуры гликопротеина [60, 81].

Фактор стабильности липидного бислоя определяется липидными порами. Эти поры образуются в местах дефектов жидкокристаллической структуры липидного бислоя. Если липидная пора не превышает некоторый критический размер, то структура сохраняется. Минимальные размеры липидных пор могут стать сравнимыми с размерами избирательных белковых каналов, регулирующих в норме ионную проницаемость клеточных мембран [3, 59, 60, 96].

Фактор целостности мембраны определяется биохимическими процессами. При рассмотрении энзимов основного энергетического процесса в эритроците - гликолиза - в первую очередь, выделяют каталазу и глюкозо-6 фосфатдегидрогеназу. Защитная роль каталазы заключается в предотвращении окисления гемоглобина до метгемоглобина, а также предохранении гемоглабина от расщепления под действием перекиси водорода. Сходным эффектом обладает глутатионпероксидаза. Эритроциты, лишенные этих ферментов, становятся весьма чувствительными к действию радиации [56, 59, 94, 97]. Глюкоза-6-фосфатдегидрогеназа катализирует реакцию образования НАДФ(Н); последний в свою очередь способствует функционированию глутатионредуктазы, которая регулирует уровень восстановленного глутатиона. Глутатион необходим для нормального протекания реакций гликолиза. Система глутатина рассматривается как буферная, защищающая эритроциты от деструктивного действия окислителей. Нарушение синтеза глутатиона, увеличение его распада, а также нарушение систем регулирования его уровня приводит к гемолизу [39].

1.2. Понятие резистентности и разрушение эритроцитов

Морфофункциональные характеристики, обеспечивающие целостность эритроцитов, могут изменяться при воздействии ряда внешних и внутренних факторов. Нормальный эритроцит способен до определенного предела противостоять действию осмотических, механических, химических, температурных влияний. Это характеризуется понятием резистентности. Эта способность крови зависит от возраста форменных элементов и уменьшается по мере их старения [13, 50, 78].

При уменьшении резистетности эритроцитов до минимума начинается процесс гемолиза. Гемолизом называется процесс разрушения мембран эритроцитов, сопровождающийся выходом гемоглобина в плазму крови. Плазма при этом окрашивается в красный цвет ("лаковая кровь"). Гемолиз может проходить in vivo и in vitro.

В зависимости от природы разрушающего агента различают осмотический гемолиз (разрушение эритроцитов в гипотонических растворах), механический (разрушение вне организма по воздействием сильных механических воздействий), химический (разрушение эритроцитов под влиянием химических соединений: кислот, щелочей, солей и т.д.), температурный (под влиянием температур, отклоняющихся от оптимального диапазона). Гемолиз может быть вызван действием ультрафиолетового, ионизирующего, рентгеновского излучения [27]. К этиологическим факторам, вызывающим развитие гемолитического процесса, относятся некоторые медикаментозные средства (хинин, хинидин, фенацетин, сульфаниламидные препараты и др.), бактериальные токсины.Отдельные растения (альпийская фиалка, лютик, пыльца бобовых, горошек, дрок и др.), как и большинство медикаментозных препаратов могут обусловить развитие гемолитического синдрома токсико-аллергической природы.Не исключена роль и наследственного фактора при развитии некоторых видов гемолитических анемий [68].

Независимо от типа гемолиза можно наблюдать, что распаду эритроцитов предшествует их сферуляция и разбухание до определенного предела, допустимого оболочкой клетки. Исходя из этого специалисты утверждают, что результатом процесса гемолиза является превышение внутриклеточной осмотической концентрации над наружной и разрыв оболочки внутренним осмотическим давлением [56, 73].

По данным И.А.Терского и И.И.Гительзона [21], при гемолизе эритроцит проходит ряд этапов:

1. прегемолитическая стадия;

2. стадия осмотического гемоглобинолиза;

3. стадия химического гемоглобинолиза;

4. стадия полного разрушения клеточных структур, которая включает в себя 2 фазы – фазу стромопороза и стромотолиза.

В прегемолитической стадии происходит выход ионов калия из клетки в окружающую среду а также сферуляция эритроцитов.

В стадии осмотического гемоглобинолиза эритроцит набухает за пределы критического объема, что приводит к повреждению поверхности и выходу большей части гемоглобина в плазму. Химический состав эритроцита на данном этапе не претерпевает заметных изменений, а электрохимические и коллоидно-осмотические свойства стромы почти не отличаются от свойств неповрежденных эритроцитов [66].

Третья стадия – стадия химического гемоглобинолиза – характеризуется полным отщеплением гемоглобина и переходом части стеринов (около 30-40%) в окружающую среду. Несмотря на то, что на данном этапе гемолиза нарушение морфологической целостности не происходит, изменяется химический состав клетки, что приводит к изменению. электрохимических и коллоидно-осмотических свойств эритроцитов.

В следующей стадии наблюдается разрушение клеточных структур эритроцитов. В ней различают две фазы:

• 1 фаза стромопороза, в которой морфологическая целостность форменных элементов еще сохраняется, хотя клетки уже свободно пропускают электрический ток;

• 2 фаза строматолиза, когда происходит полный распад стромы эритроцитов.

Специалистами было показано, что при химическом гемолизе сферуляции и разбуханию эритроцитов предшествует этап проникновения гемолитика в клетку[21,71,76]. Возможны два варианта этого процесса: мембрана может быть проницаема и непроницаема для гемолитика. В первом случае гемолитик свободно проникает внутрь клетки, нарушает упорядочение протоплазматических структур и переводит большую часть молекул в растворенное состояние. Распадается также упорядоченная упаковка гемоглобина. Переход в раствор молекул гемоглобина повышает осмотическую активность внутриклеточного содержимого, мелкие освобожденные молекулы и ионы выходят наружу. Крупные липоидные и белковые молекулы остаются в клетке, так как оболочка для них непроницаема. В результате этих процессов осмотическое давление внутри клетки увеличивается. Далее гемолиз развивается по осмотическому пути.

Если же оболочка клетки непроницаема для действующего агента, к процессу гемолиза добавляется еще один этап. Проникновение гемолитика в клетку предшествует повреждение оболочки. В результате этого мембрана эритроцитов утрачивает непроницаемость для молекул лизина, после чего процесс развивается по ранее описанному пути [21, 77].

1.3 Реакции красной крови на воздействие химических факторов

Известно, что любые воздействия на организм находят свое отражение в изменениях системы крови, которая включает в себя как кроветворные органы, так и периферическую кровь. Реакция на воздействие различных агентов может колебаться в различных пределах от резко выраженного токсического до стимулирующего эффекта, а исследуемые характеристики могут как существенно отклоняться от нормы, так и не выходить за ее пределы.

Независимо от химической природы первым патогенным звеном воздействия химических факторов является мембраноповреждающий эффект, сопровождающийся нарушением функции каскада митохондриальных и микросомальных ферментов – оксигеназ, гидролаз, участвующих в детоксикации и элиминации патогенного начала [30, 90]. Многие агенты воздействуют на белки мембран, способствуя их окислению, денатурации и, как следствие, образование пор в ней. Например, этанол способствует денатурации белков мембраны, гемин вызывает как быстрый, так и медленный гемолиз, окисляя мембранные белки [3, 59]. Ртуть и ее органические соединения вызывают повреждение мембраны за счет блокады сульфогидрильных групп белковых молекул, входящих в состав биомембран [22].Подавляющее большинство гемолитических агентов вызывает повреждение мембраны, нарушая расположение молекул липидов в ней. Так олеиновокислый Na и желчные кислоты повреждают оболочку эритроцита, растворяя в ней лецитин, при этом повреждаются более глубокие части мембраны [59]. Активные формы O₂, H₂O₂, органические перекиси взаимодействуют с липидами мембран, образуют перекиси липидов, что приводит к структурным нарушениям и изменению проницаемости [2]. Ретиноиды индуцируют переход эритроцитарных липидов из бислойной фазы в гексагональную. Следовательно, стойкость эритроцитов нарушается [52]. При карбомилировании мембран эритроцитов цианат связывается с фосфотидилхолином и фосфотидилсерином, таким образом размер пор и их количество возрастает. Адреналин вызывает процесс перекисного окисления липидов [14]. Структурные и функциональные изменения мембраны эритроцитов были обнаружены при действии толуола и выражались в ослаблении связей между липидными и белковыми компонентами [37].