Библиографическое описание:

Махмутов Б. Б. Флавоноиды взаимодействие с фоссолипидным бислоем мембраны // Молодой ученый. — 2013. — №11.1. — С. 4-6.

1. Действие флавоноидов на фазовое состояние мембран.

Для флавоноидов, также как для многих других биологически-активных веществ, гидрофобность и, соответственно, способность взаимодействовать с биологическими мембранами является одним из необходимых условий проявления фармакологической активности [1].

Однако молекулы флавоноидов, которые являются полифенолами, располагают значительным числом гидроксильных групп, определяющих полярность молекулы, и ответственных за проявление слабых кислотных свойств. Обратная корреляция между числом гидроксильных групп и гидрофобностью флавоноидов была показана экспериментально в работе [2].

Кроме того, в исследованиях методом дифференциальной сканирующей калориметрией (ДСК) были обнаружены существенные различия в способности флавоноидов влиять на процессы плавления липидов (Рис. 1).

Так, действие гликозидов флавоноидов, например рутина, на процессы плавления липидов практически не наблюдалось. Это связано с тем, что гликозиды лучше растворимы в воде, чем соответствующие агликоны, и поэтому способны взаимодействовать только с поверхностью липидного бислоя, тогда как их влияние на плавление гидрофобной области незначительно [3, 4].

 Такое же незначительное влияние на плавление липидов оказывают катехин и мирицетин (Рис. 1 С и D) – флавоноиды, известные как сравнительно гидрофильные соединения, слабо взаимодействующие с фосфолипидным бислоем [5].

Влияние таксифолина и кверцетина на плавление липидов было существенно большим. Увеличивалась ширина перехода, в то время как максимум перехода снижался на несколько градусов. Исследования, проведенные с использованием флуоресцентных красителей, показывают, что влияние кверцетина на плавление липида можно охарактеризовать как увеличение вязкости мембраны [3, 6].

Предполагается, что кверцетин локализуется на границе между полярной и неполярной областями бислоя. Действие кверцетина на жидкостные свойства мембраны сопоставимы с действием холестерина и предполагается возможность проникновения молекул кверцетина в гидрофобную область бислоя и взаимодействие с углеводородными цепями липида [2].

В соответствии с приведенными термограммами (Рис. 1), можно заключить, что действие таксифолина на плавление липидов было меньшим по сравнению с кверцетином. Объяснение обнаруженных различий можно найти при сравнении формы молекул. Предполагается, что плоская молекула кверцетина должна преодолевать меньшие стерические препятствия при проникновении между плотно упакованными углеводородными цепями липида по сравнению с изогнутой молекулой таксифолина.

2. Локализация флавоноидов в бислое

Сведения о локализации флавоноидов в бислое весьма противоречивы. По мнению некоторых исследователей они способны проникать глубоко в бислой, однако наличие большого числа гидроксильных групп позволяет молекулам полифенолов образовывать водородные связи с липидами, что способствует их взаимодействию с более полярными областями [7].

В действительности, многое зависит от рН среды, что определяет величину зарядов флавоноидов и липида. Чем ниже величина рН, тем меньше степень депротонирования флавоноидов и тем глубже они способны проникать в бислой [8].

Катехины, имеющие группы галлата (ECG, EGCG) адсорбируются бислоем в большей степени, чем катехины, не имеющие галлатов (EC, EGC). Различные методы исследования взаимодействия катехинов с липосомами показывают следующий ряд изменения сродства этих веществ к бислою липидов: ECG>EGCG>EC>EGC [ 9-12].

Указанный ряд коррелирует с липофильностью этих веществ, величина которой определяется как коэффициент распределения (LogP) в системе октанол:вода [10].

Многие исследования взаимодействия флавоноидов с мембранами проведены с использованием катехинов. После адсорбции бислоем все катехины проникают в область, находящуюся глубже фосфатных групп, и распределяются в плоскости бислоя благодаря латеральной диффузии. Молекулярное моделирование показывает [13], что в результате проникновения в мембрану на каждую молекулу EGCG происходит возрастание площади бислоя на 0,374 нм2. При этом с каждой молекулой EGCG взаимодействует в среднем 10,8 молекул липида. Липиды, примыкающие к молекуле EGCG, плотно упакованы и занимают площадь 0,51 нм2, что на 0,14 нм2 меньше, чем остальные молекулы. Все молекулы катехинов склонны к неравномерному распределению в плоскости бислоя и образованию агрегатов. Агрегация катехинов наблюдается как в молекулярных моделях липидного бислоя [14 ], так и в экспериментах с искусственными мембранами [9].

Появление агрегатов флавоноидов в бислое может приводить к возникновению дефектов бислойной структуры, нарушению целостности и росту проницаемости везикул .

Находясь в бислое, гидроксильные группы катехинов образуют водородные связи с атомами кислорода в молекулах липида. Чем больше гидроксильных групп, тем прочнее взаимодействие. Образование водородных связей между катехольными гидроксильными группами флавоноидов и атомами кислорода пероксидов липидов определяет антиоксидантные свойства катехинов.

ЯМР исследования показали также, что молекулы катехинов способны вращаться в бислое вокруг оси, наклоненной к плоскости бислоя под углом, приблизительно 55° [ 5], при этом расстояние от ближайшей фосфатной группы липида до карбонильного углерода катехина составляет 5,3±0,1 Å (Рис. 2).

Недавно проведенные исследования влияния флавоноидов на вязкостные свойства мембран клеток нескольких типов лейкоцитов, измеряемые с использованием мембранотропных флуоресцентных красителей, показали способность кверцетина и EGCG увеличивать анизотропию бислоя и рост трансмембранного потенциала, что предположительно, может быть существенно в проявлении антиоксидантных и регуляторных свойств этих флавоноидов.

ДСК-1

Рис.2. А - Данные ДСК мультиламеллярных липосом из димиристоилфосфатидилхолина (DMPC), содержащих флавоноиды (флавоноид/липид = 1:1 моль/моль): (а) – контроль DMPC, (б) – липосомы с рутином, (в) – катехином, (г) – мирицетином, (д) – таксифолином, (е) – кверцетином, (ж) – флоретином. Б – формулы перечисленных флавоноидов.

Flav-Lip(1)

Рис.3. Расположение различных флавоноидов в фосфолипидном бислое. Для простоты показан монослой DOPC. Положение фосфатных и карбонильных групп показано горизонтальными пунктирными линиями. Показано также предпочтительное расположение в монослое эпикатехингаллата (ECg), даидзеина (Dai) и генистеина (Gen), а также кверцетина (Gue) и протонированной формы сульфата кверцетина (QueS).

Данные получены на основе рентгеновского рассеяния, ЯМР спектроскопии и молекулярного моделирования.

Литература:

1.    Hendrich, A. B. Flavonoid-membrane interactions: possible consequences for biological effects of some polyphenolic compounds. // Acta Pharm.Sinica.- 2006. - V. 27. -N. 1. -P. 27-40.

2.    Van Dijk, C., A. J. Driessen, and K. Recourt. The uncoupling efficiency and affinity of flavonoids for vesicles. // Biochem.Pharmacol. – 2000. - V. 60. - N. 11. - P. 1593-1600.

3.    Hashimoto, T., S. Kumazawa, F. Nanjo, Y. Hara, and T. Nakayama. Interaction of tea catechins with lipid bilayers investigated with liposome systems. // Biosci.Biotechnol.Biochem. – 1999. -V. 63. - N. 12.- P. 2252-2255.

4.    Arora, A., T. M. Byrem, M. G. Nair, and G. M. Strasburg. Modulation of liposomal membrane fluidity by flavonoids and isoflavonoids. // Arch.Biochem.Biophys.- 2000. - V. 373. - N. 1. - P. 102-109.

5.    Scheidt, H. A., A. Pampel, L. Nissler, R. Gebhardt, and D. Huster. Investigation of the membrane localization and distribution of flavonoids by high-resolution magic angle spinning NMR spectroscopy. // Biochim.Biophys.Acta. – 2004. - V. 1663. - N. 1-2. - P. 97-107.

6.    Tsuchiya, H., M. Nagayama, T. Tanaka, M. Furusawa, M. Kashimata, and H. Takeuchi. Membrane-rigidifying effects of anti-cancer dietary factors. // Biofactors. – 2002. - V. 16. - N. 3-4. - P. 45-56.

7.    Pawlikowska-Pawlega, B., L. E. Misiak, B. Zarzyka, R. Paduch, A. Gawron, and W. I. Gruszecki. FTIR, 1H NMR and EPR spectroscopy studies on the interaction of flavone apigenin with dipalmitoylphosphatidylcholine liposomes. // Biochim.Biophys.Acta. - 2012. - V. 1828. - N. 2. - P. 518-527.

8.    Movileanu, L., I. Neagoe, and M. L. Flonta. Interaction of the antioxidant flavonoid quercetin with planar lipid bilayers. // Int.J.Pharm.- 2000. - V. 205. N. 1-2. - P. 135-146.

9.    Kajiya, K., S. Kumazawa, and T. Nakayama. Effects of external factors on the interaction of tea catechins with lipid bilayers. // Biosci.Biotechnol.Biochem. – 2002. - V. 66. - N. 11. - P. 2330-2335.

10.    Kajiya, K., S. Kumazawa, and T. Nakayama. Steric effects on interaction of tea catechins with lipid bilayers. // Biosci.Biotechnol.Biochem. – 2001. - V. 65. - N. 12. - P. 2638-2643.

11.    Kamihira, M., H. Nakazawa, A. Kira, Y. Mizutani, M. Nakamura, and T. Nakayama. Interaction of tea catechins with lipid bilayers investigated by a quartz-crystal microbalance analysis. // Biosci.Biotechnol.Biochem. – 2008. - V. 72. - N. 5. - P. 1372-1375.

12.    Uekusa, Y., Y. Takeshita, T. Ishii, and T. Nakayama., Partition coefficients of polyphenols for phosphatidylcholine investigated by HPLC with an immobilized artificial membrane column. // Biosci.Biotechnol.Biochem.- 2008. - V. 72. - N. 12. - P. 3289-3292.

13.    Sirk, T. W., E. F. Brown, M. Friedman, and A. K. Sum. Molecular binding of catechins to biomembranes: relationship to biological activity. // J.Agric.Food Chem. - 2009. - V. 57. - N. 15. - P. 6720-6728.

14.                     Sirk, T. W., M. Friedman, and E. F. Brown., Molecular binding of black tea theaflavins to biological membranes: relationship to bioactivities. // J.Agric.Food Chem. – 2011. - V. 59. - N. 8. - P. 3780-3787.

Основные термины: interaction of tea, of tea catechins, with lipid bilayers, tea catechins with, catechins with lipid, плоскости бислоя, плавление липидов, гидроксильных групп, липидного бислоя, молекулы флавоноидов, действие гликозидов флавоноидов, and affinity of, and distribution of, Действие флавоноидов, lipid bilayers investigated, процессы плавления липидов, гидрофобностью флавоноидов, исследования взаимодействия флавоноидов, способности флавоноидов, Локализация флавоноидов

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle