Санагурський Дмитро Іванович. Трансмембранний біоелектрогенез: модифікуючі впливи на нього, структурно-функціональний аналіз і моделі : Дис... д-ра наук: 03.00.02 - 2003.
Анотація до роботи:
Санагурський Д.І. Трансмембранний біоелектрогенез: модифікуючі впливи на нього, структурно-функціональний аналіз і моделі. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.02 – біофізика. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2003.
Дисертацію присвячено проблемі з’ясування механізмів трансмембранного біоелектрогенезу зародкових клітин та епітеліально-м’язових клітин ектодерми гідри. Встановлено, що за умов впливу катіонів важких металів у концентраціях від 10-6 до 10-4 М на ранній ембріогенез в’юна відбуваються дозозалежні зміни електрофізіологічних та фізико-хімічних параметрів (деполяризація, зниження активності Na+, K+-АТФ-ази) мембран бластомерів в’юна та значні ультраструктурні зміни органел цих клітин. Зменшення амплітуди та частоти коливань ТМП супроводжується сповільненням розвитку зародків, що підтверджено морфогенетичним аналізом личинок в’юна.
Одержано електрофізіологічні докази наявності ГАМК- та глютаматних рецепторів на плазматичній мембрані епітеліально-м'язових клітин ектодерми прісноводної гідри та з’ясовано їх роль у процесах збудження досліджуваних клітин. Виявлено, що катіони Pb2+ та Hg2+ інгібують спонтанну електричну активність клітин ектодерми гідри, а під дією катіонів Mg2+ відбувається гіперполяризація мембрани та збільшення амплітуди потенціалу дії.
Встановлено подібність часових взаємозв’язків між динамікою біоелектричних, енергозабезпечувальних і мембрано-транспортних процесів у ранньому ембріогенезі в’юна та шпорцевої жаби та їх незалежність від типу дроблення й будови зародків цих тварин. Отримано нові дані про принципи часової організації клітинних процесів у період дроблення зародків холоднокровних тварин.
Запропоновано різні підходи до моделювання трансмембранного біоелектрогенезу на ранніх стадіях розвитку тварин. Запропоновано математичні моделі змін мембранного потенціалу на ранніх стадіях ембріогенезу в’юна, розвитку ембріональної системи та узагальнено функціональні взаємодії між процесами на різних рівнях організації біосистем з використанням тріадних структур.
У дисертації подано теоретичне узагальнення і нове розв’язання наукової проблеми, що виявляється в з’ясуванні фізико-хімічних механізмів генерації трансмембранного біоелектрогенезу в зародкових об’єктах та механізмів збудження у кишковопорожнинних, у вивченні впливу катіонів важких металів на ці процеси, у кількісній оцінці взаємозв’язків між процесами біоелектрогенезу та енергозабезпечувальними процесами в ранньому розвитку зародкових об’єктів, на підставі чого запропоновано математичні моделі зазначених процесів та проведено структурно-функціональний аналіз поведінки біосистем на різних рівнях їх організації.
1. Встановлено, що катіони важких металів (нікель, кобальт, цинк, олово, марганець та кадмій у концентраціях 10-6 –10-4 М) спричиняють деполяризацію мембран зародкових клітин на 10-30 мВ у зародків в’юна протягом періоду дроблення. При цьому найсуттєвіше зменшення в 1,5-3 рази активності Na+, K+-АТФ-ази виявлено при дії катіонів нікелю та кадмію, що може бути однією з причин зміни мембранного потенціалу. На основі розрахунку коефіцієнтів інгібування І0,5 показано, що чутливість Na+, K+-АТФ-ази до впливу катіонів різних металів зростає від ранніх стадій дроблення бластомерів до більш пізніх.
2. Виявлено зміни параметрів коливної динаміки ТМП зародків в’юна за умов впливу досліджуваних катіонів важких металів, а саме – збільшення періоду коливань в 1,3-2 рази та суттєве зменшення їх амплітуди, що супроводжується відповідним сповільненням клітинних поділів бластомерів. Найбільше період коливань потенціалу змінюється внаслідок впливу катіонів нікелю та кадмію, найменше – при дії катіонів кобальту. Сповільнення розвитку зародків підтверджене дослідженням особливостей морфогенезу личинок в’юна.
3. Електронно-мікроскопічне дослідження ультраструктури бластомерів зародків в’юна показало суттєві структурні пошкодження органел та мембран бластомерів при дії катіонів важких металів.
4. Виявлено ГАМК-рецептори на постсинаптичній мембрані епітеліально-м'язових клітин ектодерми прісноводної гідри. Існування синаптичних контактів між нервовими та епітеліально-м'язовими клітинами гідри підтвердили електронно-мікроскопічні дослідження. Дозозалежне зменшення величини міжпачкового інтервалу та повна його відсутність за впливу бікукуліну в концентрації 15 мкмоль/л свідчить, ймовірно, про гальмівну роль ГАМК-рецепторів у генерації ПЕА епітеліально-м'язовими клітинами гідри.
5. Виявлено АМРА- та NMDA- рецептори в мембрані епітеліально-м'язових клітин прісноводної гідри. Вони відповідають за процеси збудження цих клітин. З'ясовано, що CNQX спричинює повне блокування генерації ПД епітеліально-м'язових клітин, a Dl-APV - часткове. Отже, в мембрані епітеліально-м'язових клітин переважають АМРА-рецептори.
6. Встановлено, що катіони Рb2+ та Hg2+ інгібують спонтанну електричну активність клітин ектодерми гідри. Таке пригнічення, очевидно, пов'язане із здатністю катіонів даних металів порушувати провідність Na+ і К+ та роботу іонної помпи плазматичної мембрани, що беруть участь у генерації ПД. Катіони Mg2+ викликають гіперполяризацію мембрани та пригнічення спонтанної електричної активності.
7. Виявлено достовірні причинно-наслідкові залежності між аперіодичними змінами біоелектричних, енергозабезпечувальних і мембрано-транспортних характеристик у зародків в’юна та шпорцевої жаби, які, очевидно, опосередковуються морфофізіологічними процесами, що відбуваються під час ранніх клітинних циклів у зародках тварин.
8. Співставлення динаміки клітинних процесів у зародків костистої риби в’юна та шпорцевої жаби на стадії дроблення дозволило виявити аналогію часових співвідношень між змінами перерозподілу вмісту K+ і Na+, співвідношенням K+/Na+ у зародках і динамікою ТМП, а також, між змінами деяких характеристик енергетичного метаболізму та змінами біоелектричних характеристик. Ці дані свідчать про те, що динаміка названих процесів у ранньому ембріогенезі тварин не залежить від типу їх дроблення та будови зародків.
9. Математична оцінка параметрів коливної динаміки біоелектричних і метаболічних характеристик зародків в’юна на стадії дроблення показала: близькість періодів коливань (25-35 хв) внутрішньоклітинного Ca2+, ТМП, pHц, активності ізоцитратдегідрогенази та вдвічі зростання періоду коливань активності a-кетоглутаратдегідрогенази в порівнянні з зазначеним періодом. Аналіз даних свідчить про відсутність чіткої синхронності між коливаннями біоелектричних і метаболічних процесів під час розвитку зародків в’юна (в умовах температурного оптимуму 16-21С), що достовірно (p<0.01) відрізняється від їх динаміки за екстремальних умов розвитку (24 С).
10. Вперше проведено математичне моделювання автоколивних процесів трансмембранного біоелектрогенезу на ранніх стадіях розвитку тварин за допомогою диференціальних рівнянь, які описують згасаючі власні коливання.
11. Запропоновано математичну модель процесів раннього ембріогенезу тварин, яка базується на новому класі динамічних моделей. За використанням цієї моделі описано найбільш важливі процеси розвитку зародків в’юна на основі виявлених достовірних причинно-наслідкових залежностей між динамікою біоелектричних та метаболічних параметрів ембріональних об’єктів. Наведена модель описує загальні принципи синтезу та використання регуляторних субстратів у процесі раннього ембріогенезу.
12. Використання тріадних структур дозволило узагальнити функціональні взаємодії між процесами на молекулярному та вищих рівнях організації біосистем.
Публікації автора:
Медына И.Р., Стельмах Н.С., Санагурский Д.И., Гойда Е.А. Влияние внеклеточного кальция на уровень и динамику трансмембранного потенциала в раннем развитии вьюна // Онтогенез. – 1987. – Т.18, № 1. – С.91-95.
Тизьо Р.В., Санагурський Д.І., Проць I.О., Баштовий Д.Ю. Роль іонтранспортних систем у генерації спонтанної електричної активності клітинами ектодерми прісноводної гідри Hydra oligactis // Наук. Вісник. Пробл.та персп. розв. ліс.господ. – Вип.9.1. – 1988. – С.77-80.
Гойда Е.А., Медына И.Р., Санагурский Д.И., Стельмах Н.С. Характеристики электрофизиологических параметров мембран эмбриональных клеток вьюна при ингибировании Na+, К+-АТФ-азы // Онтогенез. – 1989. – Т. 20, №2. – С. 164-170.
Санагурський Д.И., Гойда Е.А. Спектральный анализ, как метод идентификации состояния биосистем // В сб. докл. МОИП. – М., 1989. – С.121-127.
Goida Ye.A., Oshchapovskii V.V. and Sanagurskii D.I. A new approach to the evaluation of the relationship of different parameters influencing the dynamics of the transmembrane potential in developing loach embryos // Биофизика. – 1996. – Т.41, №2. – С. 386-389.
Санагурський Д.І. Тріадні взаємодії структурно-функціональний аналог поведінки біологічних систем на різних рівнях їх організації // Актуальні проблеми мед., біол., вет. і с.г. Кн. наук.статей. – Львів, 1997. – Кн.3. – С.78-82.
Тизьо Р.В., Санагурський Д.І., Проць I.О., Баштовий Д.Ю. Зміни параметрів електричної активності клітин ектодерми прісноводної гідри під впливом інгібіторів іонтранспортних систем // Експериментальна фізіологія та біохімія. – 1998. – №2(6). – С.7-10.
Санагурський Д.І. Оцінка динаміки біологічних параметрів за допомогою кореляційних функцій // Актуальні проблеми мед., біол., вет. і с.г. Кн. наук.статей. – Львів, 1998. – Кн.4. – С.237-240.
Санагурський Д.І., Маслій І.В., Гойда О.А., Петрух А.В. Опис деяких процесів раннього ембріогенезу тварин з позицій нового класу динамічних моделей // Актуальні проблеми мед., біол, вет. та с.г. Кн. наук.статей. – Львів, 1998. – Кн.4. – С.240-244.
Бойко Н.М., Санагурський Д.І. Вплив іонів важких металів на динаміку трансмембранного потенціалу зародків риб // Вісн. Харк. ун-ту. Сер. Біофізичний вісник. – 2000. – Вип. 2 (7). – С. 42-46.
Цимбрик А.Є., Санагурський Д.І. Моделювання біосинтезу рибофлавіну та його похідних дріжджами при різних внутрішніх параметрах системи // Вісн. Харк. ун-ту. Сер. Біофізичний вісник. – 2000. – №497. – Т. 2(7). – С.60-65.
Проць I.О., Тизьо Р.В., Санагурський Д.І. Роль глутаматних та ГАМК рецепторів у регуляції електричної активності епітеліально-м’язових клітин Hydra oligactis Pallas // Вісн. Харк. ун-ту. Сер. Біофізичний вісник. – 2000. – №488. – Т. 6 (1). – С.82-85.
Бойко Н.М., Санагурський Д.І. Динаміка трансмембранного потенціалу зародків в’юна в умовах впливу іонів важких металів // Вісн. Львів. ун-ту, Сер. Біол. – 2000. – Вип.25. – С. 3-7.
Цимбрик А., Санагурський Д. Комп'ютерне моделювання та числова оптимізація метаболічних процесів: застосування до біосинтезу флавінових коферментів у дріжджів // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. біологічна. – 2000.– Вип.26. – С.6-14.
Івашків Л., Градюк М., Санагурський Д. Аналіз крос-кореляцій у часових змінах фізико-хімічних показників розвитку зародків в'юна // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. біологічна. – 2001. – №27. – С.3-11.
Маслій І.В., Санагурський Д.І. Математична модель автоколивних мембранозв’язаних процесів на ранніх стадіях ембріогенезу в’юна // Актуальні проблеми мед., біол., вет. і с.г. Сер. Медицина і біологія – Львів, 2001. – С.74-76.
Івашків Л.Я., Градюк М.Б., Санагурський Д.І. Особливості часової організації мембранозв'язаних процесів у ранньому ембріогенезі тварин // Вісн. Харк. ун-ту. Сер. Біофізичний вісник. – 2001. – Т. 1(8), №525. – С.42-50.
Санагурський Д. Інформаційний обмін у системі “біологічний об’єкт – середовище // Форум . – Львів. – 2001.– №1(3). – С. 35-39.
Івашків Л.Я., Гумецький Р.Я., Санагурський Д.І. Дослідження змін фізико-хімічних показників розвитку зародків в'юна методами кореляційного та спектрального аналізів // Вісн. Харк. ун-ту. Сер. Біофізичний вісник. – 2001. – №528. – Т. 2 (9). – С.51-57.
Бойко Н.М., Целевич М.В., Санагурський Д.И. Зміна активності Na+, K+-АТФ-ази мембран зародків в’юна під впливом катіонів важких металів // Зб. наук. праць: Проблеми екол. та мед. генет. і кліт. імунології. – 2002. – Вип. 2 (41). – С. 17-23.
Тарновська А.В., Санагурський Д.І. Вплив іонів кальцію, магнію та високомолекулярних сполук на виживання зародків риб // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. біол. – 2002. – №.31. – С.3-15.
Бойко Н., Целевич М., Санагурський Д. Вплив йонів важких металів на активність Na+, K+-АТФ-ази та динаміку трансмембранного потенціалу зародків в’юна // Вісн. Львів. ун-ту, Сер. Біол. – 2002. – Вип. 29. – С. 25-31.
Івашків Л., Гумецький Р., Санагурський Д. Часові співвідношення динаміки метаболічних та біоелектричних характеристик раннього ембріогенезу в’юна та шпорцевої жаби // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. біол. – 2002. – №.29. – С.15-24.
Хороший П., Стефанків Ю., Санагурський Д. Окислення сукцинату та -кетаглутарату в мітохондріях зародків в’юна Misgurnus fossilis на ранніх стадіях розвитку // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. біол. – 2002. – Вип.28. – С.62-69.
Бойко Н.М., Кулачковський О.Р., Ковалишин І.В., Целевич М.В., Санагурський Д.І. Вплив катіонів нікелю та марганцю на ультраструктуру бластомерів зародків в’юна // Вісн. Харк. ун-ту. Сер. Біофізичний вісник. – 2002. – Вип. 1 (10). – С. 62-67.
Маслій І., Санагурський Д. Системний підхід до аналізу мембранопов’язаних процесів у період раннього ембріогенезу риб // Вісн. Львів. ун-ту. Сер. біол. – 2002. – Вип. 31. – С.16-21.
Івашків Л.Я., Санагурський Д.І., Рибальченко Т.В. Дослідження крос-кореляцій між змінами фізико-хімічних показників розвитку зародків X. laevis у період синхронних дроблень // Вісн. КНУ ім. Т. Шевченка. Проблеми регуляції фізіологічних функцій. – 2002. – №.8. – С.24-28.
Маслій І.В., Санагурський Д.І. Особливості формування трансмембранного потенціалу в період раннього ембріогенезу в’юна // Фізика живого (Біофізика і далі). – Т.11. – №1. – 2003. – С. 72-79.
Гойда Е.А., Санагурский Д.И., Медына И.Р., Стельмах Н.С. Влияние оуабаина на динамику трансмембранного потенциала у развивающихся зародышей вьюна // Материалы VII Всесоюзн. совещ. эмбриологов. – Ленинград. – М.: Наука, 1986. – Сб. МОИП. – С.52.
Медына И.Р., Гойда Е.А., Санагурский Д.И., Стельмах Н.С. Проводимость мембран зародышей вьюна в период дробления // Материалы VII Всесоюзн. совещ. эмбриологов. – Ленинград. – М.: Наука, 1986. – Сб. МОИП. – С.61.
Медына И.Р., Санагурский Д.И., Стельмах Н.С., Гойда Е.А. Влияние внеклеточного кальция на ионную проводимость мембран в раннем развитии вьюна // Сб. Структурные особенности и функциональные свойства биологических систем М.: Наука, 1987. – C.70-72.
Тизьо Р.В. Баштовий Д.Ю. Демчук В.Л., Санагурський Д.І. Генерація спонтанної електричної активності клітинами ектодерми прісноводної гідри // Збірник тез доповідей II з’їзду Українського біофізичного товариства. – Харків. – 1998. – С.73.
Гойда О.А., Маслій І.В., Санагурський Д.І. Опис процесів раннього ембріогенезу з позицій нового класу динамічних моделей // Збірник тез доповідей II з’їзду Українського біофізичного товариства. – Харків. – 1998. – С.168.
Ivashkiv L., Humetskyi R., Sanagurskyi D. Analysis of the dynamics of the physical-chemical characteristics during early embryogenesis of loach under cytostatic and temperature influence // 4th Parnas Conference “Molecular mechanisms of cell activation: biological signals and their target enzymes”. – Wroclaw. – 2002. – P.63.
Бойко Н.М., Санагурський Д.І. Вплив катіонів важких металів на електрофізіологічні параметри мембран зародків в’юна // Збірник тез доповідей IIІ з’їзду Українського біофізичного товариства. – Львів. – 2002. – С. 248.
Івашків Л.Я., Гумецький Р.Я., Санагурський Д.І. Аналіз динаміки фізико-хімічних характеристик раннього ембріогенезу в’юна при цитостатичних та температурних впливах // Збірник тез доповідей IIІ з’їзду Українського біофізичного товариства. – Львів. – 2002. – C.153.
Маслій І.В., Санагурський Д.І. Системний аналіз коливних процесів в період раннього ембріогенезу риб // Збірник тез доповідей IIІ з’їзду Українського біофізичного товариства. – Львів. – 2002. – С.164.
Тарновська А.В., Санагурський Д.І. Особливості зміни фракційного складу ліпідів зародків в’юна під впливом іонів кальцію та магнію // Збірник тез доповідей IIІ з’їзду Українського біофізичного товариства. – Львів. – 2002. – C.149.
Цимбрик А., Санагурський Д. Математичне моделювання біосинтезу рибофлавіну та флавінових коферментів: відтворення IN MODEL динаміки процесу у дріжджів Pichia Guilliermondi // Збірник тез доповідей IIІ з’їзду Українського біофізичного товариства. – Львів. – 2002. – С.161.
Бойко Н.М., Целевич М.В., Кулачковський О.Р., Ковалишин І.В., Санагурський Д.І. Ультраструктура бластомерів зародків в’юна за умов впливу катіонів важких металів // Матеріали міжнародної конференції пам’яті Шостаковської І.В. – Львів, 2002. – С.13.
