Анотація до роботи:

Дубицький Л.О. Енергозалежні Са²⁺-транспортувальні системи секреторних клітин екзокринних залоз та механізми взаємодії їх з катіонами металів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.13 - фізіологія людини і тварин. Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2006.

У дисертації вивчено роль Са²⁺-транспортувальних систем у підтриманні функціональної активності секреторних клітин шлункових залоз та фізико-хімічні механізми вибіркової взаємодії їх з катіонами лужноземельних і перехідних металів. Показано, що у регуляції внутрішньоклітинної концентрації Са²⁺ клітин цих залоз беруть участь Са²⁺-помпи плазматичної і ретикулярної мембран, Na⁺-Са²⁺-обмінник плазматичної мембрани, мітохондріальні Са²⁺-транспортувальні системи. Продемонстровано, що катіони ряду лужноземельних і перехідних металів здатні до конкурентної взаємодії з катіон-транспортувальними центрами Са²⁺-транспортувальних систем секреторних клітин. За ефективністю інгібування вони розміщуються переважно у такій послідовності: Ba²⁺ < Sr²⁺ < Mn²⁺ < Co²⁺ < Cd²⁺. Ефективність інгібування Са²⁺-транспортувальних систем катіонами металів залежить від констант стійкості їхніх комплексів з кисневмісними лігандами (ацетат, аспартат, глутамат) ентальпії їхньої гідратації та кристалографічних радіусів. Проаналізовані особливості взаємодії катіонів металів з різними Са²⁺-транспортувальними системами секреторних клітин. Запропонована концепція вибіркової транслокації кальцію енергозалежними Са²⁺-транспортними системами клітин та ефективності інгібування її катіонами лужноземельних і перехідних металів.

У дисертаційній роботі на основі нових методичних підходів і теоретичного узагальнення результатів досліджень обґрунтовано роль Са²⁺-транспортувальних систем (Са²⁺-помпи, Nа⁺-Са²⁺-обмінник, мітохондріальні Са²⁺-транспортувальні системи) у регуляції внутрішньоклітинної концентрації іонів кальцію і підтриманні функціональної активності секреторних клітин шлункових залоз а також у порушеннях її за умов інтоксикації катіонами лужноземельних та перехідних металів. Проаналізовано особливості фізико-хімічних механізмів взаємодії катіонів металів з різними Са²⁺-транспортувальними системами секреторних клітин. Сформульовано концепцію фізико-хімічних механізмів вибіркової транслокації кальцію Са²⁺-транспортувальними системами та інгібування їх катіонами лужноземельних і перехідних металів.

Основні результати досліджень викладені у таких висновках:

1. Кальцій-залежна сигналізація у секреторних клітинах шлункових залоз в процесі спряження стимул-секреція відбувається за участю позаклітинного кальцію і кальцію внутрішньоклітинних депо. Вихід кальцію із внутрішньоклітинних депо цих клітин може реалізуватися за участю двох механізмів — інозитолтрифосфат-індукованого виходу Са²⁺ і Са²⁺-індукованого (кофеїн-чутливого) виходу Са²⁺.

2. У регуляції внутрішньоклітинної концентрації Са²⁺ та функціональної активності секреторних клітин шлункових залоз задіяні Са²⁺-помпи плазматичної і ретикулярної мембран, Nа⁺-Са²⁺-обмінник плазматичної мембрани, мітохондріальні Са²⁺-транспортувальні системи.

3. Катіони перехідних металів (Mn²⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Cd²⁺, La³⁺) у низьких концентраціях (10^-5-10^-4М) знижують секреторну реакцію клітин залоз до стимуляторів секреції (карбахолін), пригнічуючи вхід позаклітинного кальцію у ці клітини. У високих концентраціях (10^-4-10^-2 М) катіони перехідних металів здатні стимулювати секрецію, пригнічуючи системи кальцієвого гомеостазу у клітині (Са²⁺-помпи, Nа⁺-Са²⁺-обмінник, мітохондріальні Са²⁺-транспортувальні системи).

4. Катіони лужноземельних і перехідних металів пригнічують транслокацію кальцію Са²⁺-помпами плазматичної і ретикулярної мембран, а також Nа⁺- Са²⁺-обмінником плазматичної мембрани секреторних клітин шлункових залоз переважно за конкурентним типом. За здатністю пригнічувати транслокацію кальцію цими Са²⁺-транспортувальними системами (І₅₀, К_і) катіони металів розміщуються у такій послідовності: Ba²⁺ < Sr²⁺ < Mn²⁺ < Co²⁺ < Cd²⁺.

5. Ефективність інгібування Са²⁺-помпи плазматичної і ретикулярної мембран секреторних клітин шлункових залоз, а також Nа⁺-Са²⁺-обмінника цих клітин катіонами металів (І₅₀, К_і) залежить від констант стійкості (К₁) комплексів катіонів металів з кисневмісними лігандами (ацетат, аспартат, глутамат, h²_x=74,8-93,6%), ентальпії їх гідратації (h²_x=67,4-94,9%) та від величини їхнього кристалографічного радіуса (h²_x=71,6-94,2%).

6. Залежність констант інгібування (К_і, І₅₀) Са²⁺-помпи і Nа⁺-Са²⁺-обмінника секреторних клітин шлункових залоз катіонами металів від констант стійкості (К₁) комплексів металів з кисневмісними лігандами (ацетат, аспартат, глутамат) та ентальпії гідратації катіонів металів адекватно описується рівняннями експоненціального і степеневого типу. При цьому більш ефективно інгібують ці Са²⁺-транспортувальні системи катіони металів з більшими К₁ та ентальпією гідратації.

7. Залежність констант інгібування (К_і, І₅₀) Са²⁺-помпи та Nа⁺-Са²⁺-обмінника секреторних клітин шлункових залоз катіонами металів від величини їхніх кристалографічних радіусів характеризується наявністю екстремуму і більш адекватно описується рівняннями параболи, що вказує на важливу роль стеричних факторів у взаємодії катіонів металів з цими Са²⁺-транспортувальними системами.

8. Катіони марганцю як і Sr²⁺ та La³⁺, інгібують Са²⁺-уніпортер мітохондрій печінки за конкурентним, а катіони Cd²⁺ — за змішаним типом. За ефективністю інгібування Са²⁺-уніпортера (К_і) катіони металів розміщуються у такій послідовності: Ba²⁺ < Sr²⁺ < Mn²⁺ < Cd²⁺ < La³⁺. Ефективність інгібування Са²⁺-уніпортера суттєво залежить від констант стійкості (К₁) комплексів цих металів з кисневмісними лігандами (ацетат, аспартат, глутамат, h²_x=82,3-88,3%) та ентальпії їхньої гідратації (h²_x=82,8%), але мало залежить від величини їхнього кристалографічного радіуса (h²_x=39,7%).

9. У мітохондріях клітин печінки охарактеризовано Са²⁺-Н⁺-обмінник. Показано, що за фізіологічних умов він функціонує в режимі Н⁺-залежного виходу Са²⁺ з цих органел. За ефективністю інгібування цього виходу катіони металів розміщуються у такій послідовності: Ba²⁺ < Sr²⁺ < Mn²⁺ < Cо²⁺. Ефективність інгібування Са²⁺-Н⁺-обмінника мітохондрій катіонами металів залежить від констант стійкості (К₁) комплексів цих металів з кисневмісними лігандами (ацетат, аспартат, глутамат, h²_x=84,1%), ентальпії гідратації катіонів металів (h²_x=84,1%), а також від величини їхнього кристалографічного радіуса (h²_x=74,7%).

10. Катіони перехідних металів (Mn²⁺, Cd²⁺, La³⁺) у концентраціях 50-100 мкМ пригнічують процеси окиснення та фосфорилювання у дихальному ланцюгу мітохондрій. Здатність катіонів металів пригнічувати процеси окиснення і фосфорилювання залежить від константами стійкості (К₁) комплексів цих металів з сірковмісними лігандами (цистеїн) (r=0,93-0,99, р<0,05).

11. Катіони кадмію, як і Са²⁺, здатні індукувати перехід мітохондріальної мембрани у стан високої неспецифічної проникності. Sr²⁺, Mn²⁺ та La³⁺ не індукують перехід мітохондріальної мембрани у стан високої неспецифічної проникності, але конкурентно пригнічують Са²⁺-індуковане збільшення неспецифічної проникності мітохондріальної мембрани. Відмінності у дії катіонів металів на стан неспецифічної проникності мітохондріальної мембрани визначаються неоднаковою спорідненістю їх до кисневмісних і сульфгідрильних груп біолігандів.

12. Вибіркова транслокація іонів кальцію Са²⁺-транспортувальними системами плазматичної, ретикулярної і мітохондріальної мембран секреторних клітин та ефективність інгібування її катіонами інших лужноземельних та перехідних металів визначаються співвідношенням енергії зв’язку катіонів металів з кисневмісними групами Са²⁺-транспортувальних центрів цих іон-транспортувальних білків і енергії їхньої гідратації, а також стеричними факторами. Транслокація кальцію Са²⁺-уніпортером мітохондрій мало залежить від стеричних факторів.

13. Взаємодія катіонів металів з Са²⁺-транспортувальними системами мітохондрій може модифікуватися шляхом пригніченню ними процесів окиснення субстратів у дихальному ланцюгу та збільшення неспецифічної проникності мітохондріальної мембрани. Ефективність такого впливу катіонів металів визначається їхньою спорідненістю до сульфгідрильних груп макромолекул мембрани мітохондрій.

Публікації автора:

1. Дубицкий Л.А. Исследование экструзии пепсиногена диспергированными железами желудка морских свинок // Вестн. Львов. ун-та. Сер. биол. – 1989. – Вып. 19. – С. 18-23.

   Дубицький Л.О., Шостаковська І.В. Дослідження ролі зовнішньо- і внутрішньоклітинного кальцію в секреції пепсиногена ізольованими залозами шлунка // Фізіол. журн. – 1992. – Т. 38, № 1. – С. 46-51.

   Дубицький Л.О., Сабадаш Г.І., Султанова І.Д., Рибачук Я.Д. Вплив марганцю, кобальту, нікелю на екструзію пепсиногена диспергованими залозами шлунка // Вісн. Львів. ун-ту. – Сер. біол. – 1994. – Вип. 23. – С. 85-89.

   Дубицький Л.О., Сабадаш Г.І. Вплив антагоністів кальцію і калієвої деполяризації на екструзію пепсиногена диспергованими залозами шлунка // Фізіол. журн. – 1995. – Т. 41, № 1-2. –С. 108-111.

   Дубицький Л.О., Сабадаш Г.І. Вплив гіпонатрієвих середовищ на екструзію пепсиногена диспергованими залозами шлунка // Фізіол. журн. – 1995. – Т. 41, № 3-4. – С. 45-48.

   Дубицький Л.О. Дослідження впливу катіонів перехідних металів на екструзію пепсиногена диспергованими залозами шлунка // Фізіол. журн. – 1995. – Т. 41, N 5-6. – С. 12-17.

   Клевець М.Ю., Дубицький Л.О., Манько В.В., Гальків М.О. Nа⁺-залежний транспорт кальцію у травних залозах // Вісн. Київ. ун-ту. – 1996. – Вип. 2. – С. 3-10.

   Дубицький Л.О., Вовканич Л.С. Вплив катіонів перехідних металів на дихання і продукування Н⁺ мітохондріями печінки // Укр. біохім. журн. – 1996. – Т. 68, № 5. – С. 59-63.

   Дубицький Л.О., Вовканич Л.С., Полотнюк С.Я. Роль кальційтранспортних систем і мітохондрій у порушенні екзоцитозу секреторних клітин катіонами перехідних металів // Актуальні проблеми медицини, біології, ветеринарії і сільського господарства. – 1997. – С. 59-62.

   Вовканич Л.С., Дубицький Л.О. Вплив катіонів лужноземельних і перехідних металів на неспецифічну проникність мембрани мітохондрій // Експерим. та клін. фізіол. і біохім. – 1998. – № 1. – С. 5-9.

   Дубицький Л.О. Вплив катіонів двовалентних металів на екструзію пепсиногена проникливими ізольованими шлунковими залозами // Фізіол. журн. – 1999. – Т. 45, № 6. – С. 44-51.

   Дубицький Л.О., Вовканич Л.С. Залежність інгібуючих ефектів катіонів металів на поглинання Са²⁺ мітохондріями печінки щурів від їхніх фізико-хімічних властивостей // Укр. біохім. журн. – 2000. – Т. 72, № 1. – С. 42-47.

   Дубицький Л.О., Вовканич Л.С. Вплив катіонів металів на процеси окиснення і фосфорилювання в мітохондріях печінки // Експерим. та клін. фізіол. і біохім. – 2000. - № 1. – С. 36-39.

   Вовканич Л.С., Дубицький Л.О. Кінетичні властивості Н⁺-стимульованого виходу Са²⁺ з мітохондрій печінки // Експерим. та клін. фізіол. і біохім. – 2001. - № 3. – С. 12-27.

   Дубицький Л.О., Вовканич Л.С. Взаємодія катіонів лужноземельних і перехідних металів з Na⁺/Ca²⁺-обмінником плазматичної мембрани секреторних клітин шлункових залоз // Укр. біохім. журн. – 2001. – Т. 73, № 6. – С. 41-49.

   Дубицький Л.О., Вовканич Л.С. Фізико-хімічні механізми взаємодії катіонів металів з катіонзв’язуючими центрами Nа/Са-обмінника плазмалеми і Са/Н-обмінника мітохондрій клітини // Вісн. Харк. ун-ту. Сер. Біофізичний вісник. – 2001. – Вип. 1(8). – С. 59-66.

   Дубицький Л., Вовканич Л., Крив’як Н., Добуш Т. Методичні підходи до вивчення транслокації кальцію Са²⁺-помпою плазматичної мембрани секреторних клітин шлунка // Вісн. Львів. ун-ту, Сер. біол. – 2002. – Вип. 31. – С. 192-197.

   Дубицький Л.О., Вовканич Л.С. Взаємодія катіонів металів з Са²⁺-транспортними центрами Са²⁺-помпи плазматичної мембрани секреторних клітин шлункових залоз // Укр. біохім. журн. – 2003. – Т. 75, № 2. – С. 39-46.

   Дубицький Л.О., Вовканич Л.С. Фізико-хімічні механізми вибіркової транслокації кальцію Са²⁺-помпою ретикулярних мембран секреторних клітин шлункових залоз // Експерим. та клін. фізіол. і біохім. – 2003. - № 1. – С. 18-23.

   Дубицький Л., Вовканич Л., Крив’як Н.В. Інгібіторний аналіз взаємодії катіонів металів з Са²⁺-Н⁺-обмінником ізольованих мітохондрій печінки // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. біол. – 2003. – Вип. 32. – С. 172-177.

   Крив’як Н. В., Вовканич Л. С., Дубицький Л.О. Порівняльний аналіз кінетичних властивостей Н⁺- і Na⁺- залежного виходу Cа²⁺ з мітохондрій печінки // Експерим. та клін. фізіол. і біохім. - 2005. - № 2. – С. 14 – 19.

   Дубицкий Л.А. Выделение пепсиногена изолированными железами желудка морских свинок // Секреция пищеварительных желез в норме и патологии. Тез. докл. Всесоюз. конф., посвященной 100-летию со дня рождения И.П.Разенкова. – Андижан, 1988. – С.77.

   Гальків М.О., Гриньків М.Я., Дубицький Л.О., Шостаковська І.В. Взаємодія холінергічних механізмів регуляції з іонами кальцію при секреції травних залоз // Розвиток фізіології в Українській РСР за 1986-1990 роки. Зб. мат-лів ХІІІ з’їзду Укр. фізіол. тов-ва ім. І.П. Павлова. – Київ: Наук. думка. – 1990. – Т. 1. – С. 51.

   Дубицький Л.О. Вплив антагоністів кальцію на екструзію пепсиногена диспергованими залозами шлунка // Науково-методичні аспекти фізіології. – Львів. – 1993. – С. 28-29.

   Дубицький Л.О., Вовканич Л.С. Дослідження впливу катіонів металів на Са²⁺-стимульоване дихання мітохондрій печінки щура // І-й з’їзд Укр. біофіз. тов-ва. Тез. доп. – 1994. – С. 90-91.

   Дубицький Л.О., Вовканич Л.С., Сабадаш Г.І. Дослідження впливу катіонів перехідних металів на функціональну активність секреторних клітин шлунка // XIV з’їзд Укр. фізіол. тов-ва. Тез. доп. – 1994. – С. 157.

   Дубицький Л.О., Вовканич Л.С. Дослідження адаптивних реакцій мітохондрій печінки щурів при інтоксикаціях металами // Медико-біологічні проблеми адаптації в сучасних умовах існування організму. Мат-ли симпозіуму. – Кузнецовськ-Львів. – 1995. – С. 19.

   Дубицький Л.О., Вовканич Л.С., Сабадаш Г.І., Синюк З.В. Вплив катіонів перехідних металів на системи підтримання кальцієвого гомеостазу секреторних клітин шлунка // Експерим. та клін. фізіол. і біохім. – 1995. – С. 148-149.

   Polotnyuk S.I., Dubitsky L.O. The investigation of the role of transport ATPase in mechanisms of disturbances of Ca²⁺-homeostasis and functional of stomach secretory cells by metal ions // 9 Europian bioenergetics conference / Biochim. Biophys. Acta. EBEC reports. – 1996. – V. 9. – P. 157.

   Vovkanych L.S., Dubitsky L.O. Investigation of the mechanisms of metals cations effect on respiration of rat liver mitochondria // 9 Europian bioenergetics conference / Biochim. Biophys. Acta. EBEC reports – 1996. – V. 9. – P. 192.

   Дубицький Л.О., Вовканич Л.С., Полотнюк С.Я. Дослідження ролі кальційтранспортних систем у порушенні функціональної активності секреторних клітин катіонами металів // VII Укр. біохім. з’їзд. Тез. доп. – 1997. – С. 40-41.

   Дубицький Л.О., Вовканич Л.С. Вплив катіонів металів на дихання та кальційтранспортні процеси у мітохондріях печінки // Мат-ли XV з’їзду Укр. фізіол. тов-ва / Фізіол. журн. – 1998. – Т. 44, № 3. – С. 156.

   Dubitsky L.O., Vovkanych L.S., Zalivsky I.O. Kinetical parameters of Na⁺-dependent and Na⁺-independet transport of Ca²⁺ across the mitochondrial and secretory cells membranes // XIII International Biophysic Congress, 1999 / J. Biosci. – 1999. – V. 24. – P. 133.

   Vovkanych L.S., Zalyvsky L.A., Dubitsky L.O. The metals cations effect on the Ca²⁺-transporting systems of secretory cells // 2^nd Internationl Medical Conference for Students and Young Doctors. Abstract book. – Lublin, 2000. – P. 144.

   Dubitsky L.O., Vovkanych L.S., Zalyvsky L.A. Na⁺- and H⁺-dependent transport Ca²⁺ across the membrane of secretory cells and mitochondria // 3^rd Parnas Conference “Mechisms of cellular signal transduction and communication”. Abstract book. – Lviv, 2000. – P. 116.

   Дубицький Л.О., Вовканич Л.С. Механізм взаємодії катіонів металів з катіонзв’язуючими центрами Nа/Са-обмінника плазмалеми і Са/Н-обмінника мітохондрій клітин // Механізми фізіологічних функцій в експерименті та клініці: Тези доп. конф., присвяченої 100-річчю з дня народження заслуженого діяча науки України, професора Я.П. Склярова / За ред. М.Р. Гжегоцького, О.Я. Склярова. – Львів, 2001. – С. 28.

   Dubitsky L., Vovkanych L. Properties of Na⁺- and H⁺-dependent Ca²⁺ transport across secretory cells and mitochondrial membrane // Biophysіcal Society 45^th annual meeting. – Boston, 2001. / Biophys. J. – 2001. – V. 80, N 1, part 2. – P. 41a.

   Дубицький Л.О., Вовканич Л.С. Функціональна роль і властивості Nа/Са-обмінника секреторних клітин шлункових залоз // Тези доп. Всеукр. наук. конф. “Актуальні проблеми гастроентерології”. – Київ, 2001. – С. 19.

   39. Дубицький Л.О., Вовканич Л.С., Крив’як Н.В. Фізико-хімічні механізми взаємодії катіонів металів із кальційтранспортними центрами Са²⁺-помпи секреторних клітин шлунка // Тези доп. 8 з’їзду Укр. біохім. тов-ва, Чернівці, 2002 р. – Укр. біохім. журн. – 2002. – Т. 74, № 46 (додаток 2). – С. 28.

   40. Дубицький Л.О., Вовканич Л.С., Добуш Т. Фізико-хімічні механізми взаємодії катіонів металів із кальційтранспортними системами секреторних клітин // Тез. доп. ІІІ з’їзду Укр. біофіз. тов-ва. – Львів, 2002. – С. 75.

   41. Дубицький Л.О., Вовканич Л.С. Механізми взаємодії катіонів металів з Са²⁺-помпами плазматичних і ретикулярних мембран секреторних клітин шлунка // Мат. міжн. конф., присвяченої пам’яті проф. Шостаковської І.В. – Львів, 2002. – С. 21.

   42. Dubitsky L.O., Vovkanych L.S. The cations of metals interaction with the Ca²⁺-transporting systems of liver mitochondria // 4^th Parnas Conference “Molecular mechanisms of cell activation: biological signals and their target enzymes”. – Wroclaw, 2002. – P. 100.

   43. Дубицький Л.О., Вовканич Л.С. Властивості та функціональна роль Nа/Са-обмінника секреторних клітин шлункових залоз // Тези доп. 26 з’їзду Укр. фізіол. тов-ва, Вінниця, 2002 р. / Фізіол. журн. – 2002. – Т. 48, № 2. –С. 133-134.

   44. Дубицький Л.О. Механізми взаємодії катіонів металів з Са²⁺-транспортними системами мітохондрій печінки // Мат-ли міжн. конф. “Клітинні і субклітинні механізми функціонування травної системи” – Львів, 2004. - С. 16.

   45. Dubitsky L. Mechanisms of metals cations interaction with the energy-dependent calcium transporting systems of the secretory cells of exocrine glands// First Ukrainian Congress for Cell Biol. - Lviv, 2004. – P. 320.

   46. Дубицкий Л.А., Вовканыч Л.С., Кривяк Н.В. Сравнительная характеристика ингибирующих эффектов ионов одно- и двухвалентных металлов на функционирование Ca²⁺-Н⁺-обменника внутренней мембраны митохондрий печени // Научн. труды I съезда физиологов СНГ. – Сочи, Дагомыс, 2005. – Т. 2. – С. 9.

   47. Дубицький Л.О. Механізми взаємодії катіонів двовалентних металів з Са²⁺-транспортними системами мітохондрій печінки // Мат-ли 17-го з’їзду Укр. фізіол. т-ва, 2006. Фізіол. журн. 2006. Т.52, № 2. С.4.