VII Съезд биофизиков России
Краснодар, Россия
17-23 апреля 2023 г.
Главная
О Съезде
Организаторы
Программный комитет
Программа Съезда
Место проведения Съезда
Проживание
Оргвзносы
Основные даты
Регистрация
Публикации материалов Съезда
Молодежный конкурс
Контакты
Тезисы
English version
Партнеры Съезда
Правила оформления докладов

Программа Съезда

Секции и тезисы:

Медицинская биофизика. Нейробиофизика

Адаптогенные свойства антиоксидантов

И.В. Жигачева*, Н.И. Крикунова

1.Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля Российской академии наук;

* zhigacheva(at)mail.ru

Митохондрии занимают ключевые позиции в энергетических, окислительно-восстановительных и обменных процессах в клетке. Тем не менее, в условиях стресса эти органеллы являются одним из основных источников активных форм кислорода (АФК) [1]. Избыточная генерация АФК, приводят к пероксидации липидов мембран, прежде всего кардиолипина, и набуханию митохондрий. Следствием «перекисного» набухания митохондрий (или образования больших пор во внешней мембране) является высвобождение апоптогенных белков из межмембранного пространства в цитоплазму и активация митохондриального пути апоптоза. Можно предположить, что препараты, снижающие избыточную генерацию АФК митохондриями будут повышать устойчивость организма к действию стрессовых факторов. На эту роль в первую очередь претендуют антиоксиданты. Объектом исследования были выбраны антиоксиданты из класса пространственно затрудненных фенолов: калий фенозан (калий 3,5-Ди-трет-бутил-4-гидроксифенил пропионат ) и натрий анфен ( натрий (1-карбокси-)1 -(N-метиламид) - 2- (3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенилпропионат ), антиоксидант- производное 3-оксипиридина, являющийся гетероциклическим аналогом ароматических фенолов: 2-этил-6-метил-3-гидроксипиридиний гидрокси-бутан-диоат (этоксидол) и антиоксидант природного происхождения - полифенол ресвератрол. Целью исследования было изучение эффектов исследуемых антиоксидантов на функциональное состояние митохондрий печени крыс в условиях стресса.

Поскольку в условиях стресса основным источником АФК являются митохондрии, необходимо было разработать модель имитирующую стресс, т.е. найти условия, при которых будет увеличиваться продукция АФК митохондриями, а, следовательно, будет активироваться ПОЛ [2]. Эту задачу мы решили, разработав модель «старения» (инкубация митохондрий в гипотонической среде при комнатной температуре). «Старение» вызывало рост генерации АФК, что нашло отражение в увеличении интенсивности флуоресценции конечных продуктов ПОЛ (оснований Шиффа) в 3 раза. Введение препаратов в среду инкубации митохондрий приводило к снижению флуоресценции продуктов ПОЛ, и это снижение зависело от концентрации препарата в среде инкубации. Натрий анфен в концентрациях 10-9- 10-11, 10-13 и 10-14 М снижал интенсивность флуоресценции продуктов ПОЛ до контрольного уровня. Наиболее эфективными концентрациями для калий фенозана были 10-7- 10-8 и 10-13 и 10-14 М, а для этоксидола - 10-5 М. Что касается ресвератрола, то для него эффективными концентрациями являлись 10-6-10-14 М. В более высоких концентрациях он проявлял прооксидантные свойства. Снижение интенсивности флуоресценции продуктов ПОЛ препаратами, вероятно, свидетельствовало о том, что они обладают антистрессовыми свойствами, наличие которых проверили на модели острой гипобарической гипоксии (ОГГ).

Выбор модели ОГГ обусловлен активацией перекисного окисления липидов (ПОЛ) и дисфункцией митохондрий в этих условиях [3,4].

В эксперименте использовали препараты в дозах эффективно снижающих интенсивность ПОЛ в модельном эксперименте: натрий анфен 10-9 моль/кг, калий фенозан -10-8 моль/кг, этоксидол - 2×10-5 моль/кг, ресвератрол 10-5 моль/кг. ОГГ приводила к активации ПОЛ в мембранах митохондрий: интенсивность флуоресценции продуктов ПОЛ возрастала в 2-4 раза. Введение крысам натрий анфена, калий фенозана за 45 минут до воздействия предотвращало активацию ПОЛ. Введение 2×10-5моль/кг этоксидола в течение 7 дней или 10-5 моль/кг ресвератрола в течение 5 дней до стрессового воздействия также приводило к снижению интенсивности ПОЛ до контрольного уровня. Изменения физико–химических свойств мембран митохондрий, обусловленные пероксидацией липидов мембран могли повлиять на липид - белковые взаимодействия, а следовательно, и на активность ферментов дыхательной цепи митохондрий. Действительно, ОГГ приводила к 27% снижению максимальных скоростей окисления НАД-зависимых субстратов и 38% уменьшению эффективности окислительного фосфорилирования. Натрй анфен и калий фенозан, введенные животным за 45 минут до воздействия предотвращали изменения функциональных характеристик митохондрий печени. Такой же результат был достигнут 7-дневным введением этоксидола или 5-дневным введением ресвератрола.

Предотвращая активацию ПОЛ в условиях стресса и тем самым предупреждая изменения функциональных характеристик митохондрий, препараты влияли и на физиологические показатели: продолжительность жизни животных при введении антиоксидантов до стрессового воздействия в условиях различных видов гипоксии возрастала в 1,8-3 раза, а выживаемость - увеличивалась на 10-40%.

На основании этих данных можно прийти к заключению, что исследуемые антиоксиданты могут быть использованы как адаптогены. Препараты, предотвращая активацию ПОЛ, вероятно, обеспечивают эффективную работу электрон-транспортных цепей митохондрий за счет предупреждения снижения активности НАД-зависимых дегидрогеназ.

Список литературы

1. Тодоров И.Н. Рос. хим. Журнал. 2007, 51, 93-106

2. Гривенкова В. Г., Виноградов А. Д. Успехи биологической химии,.2013, 53, 245–296

3. Лукьянова Л.Д. Бюл. эксперим. биол. мед. 1997,124 (9) 244

4. Лукьянова Л.Д., Ушаков И.Б. Проблемы гипоксии: молекулярные, физиологические и клинические аспекты.М.: Истоки, 2004, 850 с.



Adaptogenic properties of antioxidants

I.V. Zhigacheva*, N.I. Kricunova

1.N.M. Emanuel Institute of Biochemical Physics of RAS, Moscow, Russia;

* zhigacheva(at)mail.ru

Mitochondria occupy key positions in energy, redox and metabolic processes in the cell. Nevertheless, under stress conditions, these organelles are one of the main sources of reactive oxygen species (ROS) [1]. Excessive generation of ROS leads to peroxidation of membrane lipids, primarily cardiolipin, and swelling of mitochondria. The consequence of "peroxide" swelling of mitochondria (or the formation of large pores in the outer membrane) is the release of apoptogenic proteins from the intermembrane space into the cytoplasm and activation of the mitochondrial pathway of apoptosis. It can be assumed that drugs that reduce excessive generation of ROS by mitochondria will increase the body's resistance to stress factors. This role is primarily claimed by antioxidants. The object of the study was selected antioxidants from the class of spatially hindered phenols: potassium phenosan (potassium 3,5-Di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl propionate ) and sodium anphen (sodium (1-carboxy)-1- (N-methylamide) - 2- (3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl-propionate), antioxidant - a derivative of 3-hydroxypyridine, which is a heterocyclic analogue of aromatic phenols: 2-ethyl-6-methyl-3-hydroxypyridinium hydroxy-butane-dioate (ethoxidol) and an antioxidant of natural origin - polyphenol resveratrol. The aim of the study was to study the effects of the studied antioxidants on the functional state of rat liver mitochondria under stress.

Since mitochondria are the main source of ROS under stress conditions, it was necessary to develop a model simulating stress, i.e. find the conditions under which ROS production by mitochondria will increase, and, consequently, LPO will be activated [2]. We solved this problem by developing a model of "aging" (incubation of mitochondria in a hypotonic medium at room temperature). "Aging" caused an increase in the generation of ROS, which was reflected in an increase in the fluorescence intensity of the final products of lipid peroxidation (Schiff bases) by 3 times. The introduction of drugs into the incubation medium of mitochondria led to a decrease in the fluorescence intensity of LPO products, and this decrease depended on the concentration of the drug in the incubation medium. Sodium anphen at concentrations of 10-9-10-11, 10-13 and 10-14M reduced the fluorescence intensity of LPO products to the control level. The most effective concentrations for potassium phenosan were 10-7-10-8 and 10-13 and 10-14M, and for ethoxidol - 10-5M. As for resveratrol, effective concentrations for it were 10-6-10-14M. At higher concentrations, it exhibited prooxidant properties. The decrease in the fluorescence intensity of LPO products by the drugs probably indicated that they have anti-stress properties, the presence of which was tested in the model of acute hypobaric hypoxia (AHH). The choice of the AHH model is due to the activation of lipid peroxidation (LPO) and mitochondrial dysfunction under these conditions [3, 4]. In the experiment, drugs were used in doses that effectively reduce the intensity of LPO in a model experiment: sodium anphen 10-9 mol/kg, potassium phenosan - 10-8 mol/kg, ethoxydol - 2 × 10-5 mol/kg, resveratrol 10-5 mol/kg.

AHH led to the activation of LPO in mitochondrial membranes: the fluorescence intensity of LPO products increased by 2-4 times. Administration of sodium anphen and potassium phenosan to rats 45 minutes before exposure prevented the activation of LPO. Injection of 2×10-5 mol/kg of ethoxydol for 7 days or 10-5 mol/kg of resveratrol for 5 days before stress exposure also led to a decrease in the intensity of lipid peroxidation to the control level. Changes in the physicochemical properties of mitochondrial membranes caused by peroxidation of membrane lipids could affect lipid-protein interactions and, consequently, the.activity of mitochondrial respiratory chain enzymes.

Indeed, AHH resulted in a 27% decrease in the maximum oxidation rates of NAD-dependent substrates and a 38% decrease in the efficiency of oxidative phosphorylation. Sodium anphen and potassium phenozan administered to animals 45 minutes before exposure prevented changes in the functional characteristics of liver mitochondria. The same result was achieved by 7-day administration of ethoxidol or a 5-day administration of resveratrol.

By preventing the activation of LPO under stress and thereby preventing changes in the functional characteristics of mitochondria, the drugs also affected physiological parameters: the life expectancy of animals with the introduction of antioxidants before stress exposure under conditions of various types of hypoxia increased by 1.8-3 times, and the survival rate increased by 1.8-3 times. 10-40%.

Based on these data, it can be concluded that the studied antioxidants can be used as adaptogens. Drugs that prevent the activation of lipid peroxidation probably ensure the effective operation of mitochondrial electron transport chains by preventing a decrease in the activity of NAD-dependent dehydrogenases.

References

1.Todorov I.N. Russian chemical. Journal. 2007, 51, 93-106

2.Grivenkova V. G., Vinogradov A. D. Advances in biological chemistry, .2013, 53, 245–296

3.Lukyanova L.D. Byul experim. biol. med. 1997,124 (9) 244.

4.Lukyanova L.D., Ushakov I.B. Problems of hypoxia: molecular, physiological and clinical aspects.Moscow: Istoki, 2004, 850 p.





Докладчик: Жигачева И.В.
52
2022-11-10

Национальный комитет Российских биофизиков © 2022
National committee of Russian Biophysicists