Влияние температуры на проницаемость мембран эритроцитов для криопротекторов с различной степенью гидрофобности

Abstract

Измерены коэффициенты проницаемости нативных и pCMBS-обработанных эритроцитов человека для 1,2-пропандиола (1,2-ПД) и диметилсульфоксида (ДМСО) в диапазоне температур 3–37°С и определены значения энергии активации проникновения этих криопротекторов в отдельных температурных диапазонах. Показано, что охлаждение эритроцитов ниже физиологических температур приводит к термотропным изменениям состояния их мембран. Наиболее выраженные изменения энергии активации наблюдаются в диапазоне температур 27–30 и 12°С. Резкое уменьшение энергии активации проникновения гидрофильного криопротектора 1,2-ПД в области температур 30–37°С исчезает после обработки эритроцитов pCMBS, что свидетельствует о существенном вкладе в трансмембранный поток 1,2-ПД белковых гидрофильных каналов. Наличие изломов графиков Аррениуса и увеличение энергии активации проникновения как гидрофильного 1,2-ПД, так и гидрофобного ДМСО в диапазоне температур ниже 12°С не устраняются обработкой эритроцитов сульфгидрильным реагентом. Таким образом, эти эффекты не могут быть объяснены закрытием белковых путей проницаемости для исследованных веществ и связаны, по-видимому, с состоянием липидного бислоя, которое обусловлено структурным переходом белок-липидного комплекса мембран эритроцитов.

Виміряні коефіцієнти проникності нативних та pCMBS-оброблених еритроцитів людини для 1,2-пропандіолу (1,2-ПД) та диметилсульфоксиду (ДМСО) в діапазоні температур 3–37°С і визначені величини енергії активації проникання цих кріопротекторів в окремих температурних діапазонах. Показано, що охолодження еритроцитів нижче фізіологічних температур приводить до термотропних змін стану їх мембран. Найбільш виражені зміни енергії активації спостерігаються в діапазоні температур 27–30 та 12°С. Різке зменшення енергії активації проникання гідрофільного кріопротектора 1,2-ПД в діапазоні температур 30–37°С зникає після обробки еритроцитів pCMBS, що свідчить про істотний внесок в трансмембранний потік 1,2-ПД білкових гідрофільних каналів. Наявність зламів графіків Ареніуса і збільшення енергії активації проникання як гідрофільного 1,2-ПД, так і гідрофобного ДМСО, в діапазоні температур нижче 12°С не усуваються обробкою еритроцитів сульфгідрильним реагентом. Таким чином, ці ефекти не можна пояснити закриттям білкових шляхів проникності для досліджених речовин і пов’язані, очевидно, зі станом ліпідного бішару, обумовленим структурним переходом білок-ліпідного комплексу мембран еритроцитів.

There were measured the permeability coefficients for native and pCMBS-treated human erythrocytes for 1,2-propane diol (1,2-PD) and dimethyl sulfoxide (DMSO) within 3–37°C temperature range and the values of activation energy for these cryoprotectants’ penetration within certain temperature ranges were determined. Erythrocyte cooling below physiological temperatures was shown to result in thermotropic changes of membrane state. The most pronounced changes in activation energy were observed within 27–30 and 12°C range. Sharp decrease in activation energy of penetration of 1,2-PD hydrophilic cryoprotectant within 30–37°C range disappears after erythrocyte treatment with pCMBS, testifying to a significant contribution of 1,2-PD protein hydrophilic channels into a transmembrane flow. The presence of kinks in Arrhenius plots and an increase in activation energy of penetration of both hydrophilic 1,2-PD and hydrophobic DMSO within temperature range below 12°C is not eliminated via erythrocyte treatment with sulphhydryl reagent. Thus, these effects can not be explained by closing the protein pathways of permeability for studied substances and they are apparently associated to the lipid bilayer state, stipulated by a structural transfer of protein–lipid complex of erythrocyte membranes.