You are using an outdated browser. For a faster, safer browsing experience, upgrade for free today.

Квантово-хімічне моделювання взаємодії метилтретбутилового ефіру з ліпідним шаром плазматичної мембрани

Квантово-хімічне моделювання взаємодії метилтретбутилового ефіру з ліпідним шаром плазматичної мембрани

https://doi.org/10.33573/ujoh2015.02.032

Яворовський О. П.1, Лобанов В. В.2, Мінченко О. Г.3, Паустовський Ю. О.1, Філоненко О. В.2

Квантово-хімічне моделювання взаємодії метилтретбутилового ефіру з ліпідним шаром плазматичної мембрани

1 Національний медичний університет імені О. О. Богомольця, м. Київ

2 Інститут хімії поверхні імені О. О. Чуйка НАН України, м. Київ

3 Інститут біохімії імені О. В. Палладіна НАН України, м. Київ

Повна стаття (PDF), UKR

Мета дослідження. За допомогою методів комп’ютерного моделювання дослідити структурні та енергетичні характеристики моделі плазматичної мембрани та розглянути її взаємодію з молекулою метилтретбутилового ефіру (МТБЕ), що може скласти підвалини подальших наукових досліджень молекулярних механізмів можливої токсичної та канцерогенної дії цієї хімічної сполуки.

Матеріали та методи дослідження. Розрахунки структурних та енергетичних параметрів досліджуваних систем виконано в рамках квантово-хімічного програмного пакета USGAMESS з використанням напівемпіричного методу РМ3 та кластерного наближення. Слід відмітити, що хоча застосування методу РМ3 має деякі обмеження (переоцінка енергії СН---НС-взаємодій між гідрофобними ланцюгами поверхнево активних речовин), тим не менше, він адекватно описує експериментальні дані відносно енергії утворення моношарів різних класів дифільних сполук. Результати. Встановлено, що молекула МТБЕ здатна проникати крізь область заряджених «голівок» складових плазматичної мембрани еукаріотичної клітини та певним чином впливати на її внутрішньоклітинне середовище, причому саме ця взаємодія можливо є первинним актом токсичної дії МТБЕ на клітину, що індукує стрес ендоплазматичного ретикулуму й змінює експресію стрес-залежних генів, обумовлює інтенсифікацію перекисного окиснення ліпідів та вільно-радикальних процесів.

Ключові слова: метилтретбутиловий ефір, плазматична мембрана, комп’ютерне моделювання

Література

  1. Стабилизаторы и модификаторы нефтяных дис- тиметных топлив / Т П. Вишнякова, И. А. Голубева, И. Т Крылов, О. П. Лыков. - Москва : Химия, 1990. - 192 с.
  2. Лисовский С. Разговор с мыслителем! Интервью академика РАЕН Виктора Ивановича Петрика (о Воде - питьевой и омагниченной, об МТБЭ и экологической катастрофе в США) / С. Лисовский // Общество и экология. - 2004. - № 6 (51). - С. 1-3.
  3. Ether oxygenate additives in gasoline reduce toxicity of exhausts / G. A. Westphal, J. Krahl, T Brüning [et al.] // Toxicology. - 2010. - V. 268, № 3. - P. 198-203.https://doi.org/10.1016/j.tox.2009.12.016
  4. Davis J. M. The Paradoxes of MTBE / J. M. Davis, W H. Farland // Toxicological Sciences. - 2001. - V. 61. - Р 211-217.https://doi.org/10.1093/toxsci/61.2.211
  5. Kissling G. E. MtBE and cancer in animals: Statistical issues with Poly-3 survival adjustments for lifetime studies / G. E. Kissling, C. J. Portier, J. Huff // Regul Toxicol Pharmacol. - 2008. - V. 50, № 3. - P. 428-429.https://doi.org/10.1016/j.yrtph.2007.07.008
  6. Гігієнічна характеристика умов праці та стану здоров'я у виробництві метил-третбутилового ефіру / O. П. Яворовський, Ю. О. Паустовський, М. І. Веремей [та ін.] // Український журн. з пробл. медицини праці. - 2005. - № 3-4. - С. 29-34.
  7. Яворовський О. П. Особливості умов праці та стану здоров'я робітників, зайнятих виготовленням та застосуванням метилтретбутилового ефіру на НПЗ України / О. П. Яворовський, Ю. О. Паустовський // Довкілля та здоров'я. - 2008. - № 3 (46). - С. 60-63.
  8. Стан естрального циклу у самиць білих щурів в умовах дії метилтретбутилового ефіру - антидетонаційної добавки до бензину / О. П. Яворов- ський, Ю. О. Паустовський, І. Г. Анісімова, Л. П. Зап- ривода // Современные проблемы токсикологии. - 2009. - № 2. - С. 50-52.
  9. Експериментальні дослідження метилтретбути- лового ефіру на ембріональний розвиток білих щурів / О. П. Яворовський, Ю. О. Паустовський, І. Г. Анісі- мова, Л. П. Запривода // Довкілля та здоров'я. - 2012. - № 4. - С. 6-11.
  10. Expression of 6-phosphofructo-2-kinase/ fructose-2,6-bisphosphatase-3 and VEGF mRNA in rat liver, lung and heart: effect of methyl tertbutyl ether / D. O. Minchenko, A. V. Kundieva, K. Tsuchihara [et al.] // Укр. біохім. журн. - 2009. - № 4 (81). - С. 59-68.
  11. Expression of key circadian genes as well as protein kinase NUAK2 as sensitive markers of in vivo toxic action of methyl tertial butyl ether / O. H. Minchenko, O. P. Yavorovsky, Yu. O. Paustovsky [et al.] // Applied Cell Biology. - 2014. - V. 3, № 4. - P. 129-138.
  12. General atomic and molecular electronic structure system / M. W. Schmidt, K. K. Baldridge, J. A. Boatz [et al.] // J. Comput. Chem. - 1993. - V. 14, № 11. - P. 1347-1363.https://doi.org/10.1002/jcc.540141112
  13. Stewart J. J. P. MOPAC: A semiempirical molecular orbital program / J. J. P. Stewart // J. Computer-Aided Mol. Design. - 1990. - V. 4. - P. 1-105.https://doi.org/10.1007/BF00128336
  14. Zhidomirov G. M. Quantum-chemical cluster models of asid-base sites of oxide catalysts / G. M. Zhi- domirov // Advan. in Catal. -1986. - V. 34. - P. 131-201.https://doi.org/10.1016/S0360-0564(08)60592-1
  15. Квантово-химический анализ термодинамики димеризации алифатических амидов на поверхности раздела фаз вода/воздух / Е. С. Фомина, Е. А. Беляева, Я. Ю. Смирнов, Ю. Б. Высоцкий. // Наукові праці ДонНТУ. Серія: Хімія і хімічна технологія. - 2012. - В. 19. - C. 18-31.
  16. Геннис Р. Биомембраны. Молекулярная струк­тура и функции: Пер. с англ. / Р. Геннис. - Москва : Мир, 1997. - 624 с.
  17. Ипатова О. М. Фосфоглив: механизм действия и применение в клинике./ О. М. Ипатова. - Москва, 2005. - 318 с.
  18. Кольман Я. Наглядная биохимия / Под ред. Я. Кольмана. - Москва : Мир, 2000. - 469 с.
  19. Effect of Hydrophobic Interaction on Structure, Dynamics, and Reactivity of Water / Surajit Rakshit, Ranajay Saha, Amrita Chakraborty, and Samir Kumar Pal. // Langmuir - 2013. - V. 29. - P. 1808-1817.https://doi.org/10.1021/la3042583
  20. Manié S. N. Cellular mechanisms of endoplasmic reticulum stress signaling in health and disease. 3. Orchestrating the unfolded protein response in oncogenesis: an update. / S. N. Manié, J. Lebeau, E. Chevet // Am J Physiol Cell Physiol. - 2014. - V. 307, № 10. - P. C901-907.https://doi.org/10.1152/ajpcell.00292.2014
  21. Endoplasmic reticulum stress and angiogenesis in cancer / D. O. Minchenko, K. I. Kubaichuk, O. V. Hubenia [et al.] // Int. J. Physiol. Pathophysiol. - 2014. - V. 5 (3). - P. 261-281.https://doi.org/10.1615/IntJPhysPathophys.v5.i3.90
  22. Стрес ендоплазматичного ретикулуму, його сенсорно-сигнальні системи та роль у регуляції експресії генів за злоякісного росту і гіпоксії / О. Г. Мінченко, А. П. Харькова, Т В. Бакалець, І. В. Кривдюк // Укр. біохім. ж. - 2013. - T 85, № 5. - C. 5-16.https://doi.org/10.15407/ubj85.05.005
  23. Minchenko D. O. Expression of circadian genes in subcutaneous adipose tissue of obese men with and without glucose intolerance / D. O. Minchenko // J. Exp. Integr Med. - 2015 - V. 5 (1). - P. 23-29.https://doi.org/10.5455/jeim.180215.or.124
  24. Malhotra J. D. ER stress and its functional link to mitochondria: role in cell survival and death / J. D. Malhotra, R. J. Kaufman // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. - 2011. - V. 3 (9). - P. a004424.https://doi.org/10.1101/cshperspect.a004424