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

Квантово-химическое моделирование взаимодействия метилтретбутилового эфира с липидным слоем плазматической мембраны

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

Яворовский А. П.1, Лобанов В. В.2, Мінченко А. Г.3, Паустовский Ю. А.1, Филоненко О. В.2

Квантово-химическое моделирование взаимодействия метилтретбутилового эфира с липидным слоем плазматической мембраны

1 Национальный медицинский университет имени А. А. Богомольца, г. Киев

2 Институт химии поверхности имени А. А. Чуйко НАН Украины, г. Киев

3 Институт биохимии имени А. В. Палладина НАН Украины, г. Киев

Полная статья (PDF), UKR

Цель исследования. С помощью компьютерного моделирования исследовать структурные и энергетические характе-ристики модели плазматической мембраны и рассмотреть ее взаимодействие с молекулой метилтретбутилового эфира (МТБЭ), что может составить фундамент дальнейших научных исследований молекулярных механизмов возможного токсического и канцерогенного действия этого химического соединения.
Материалы и методы исследования. Расчеты структурных и энергетических параметров исследуемых систем выпол-нено в рамках квантово-химического программного пакета USGAMESS с использованием полуэмпирического метода PM3 и кластерного приближения. Следует отметить, что, хотя применение метода PM3 имеет некоторые ограничения (переоценка энергии СН---НС-взаимодействий между гидрофобными цепями поверхностно актив¬ных веществ), тем не менее, он адекватно описывает экспериментальные данные относительно энергии образова¬ния монослоев различных классов дифильных соединений.
Результаты. Установлено, что молекула МТБЭ способна проникать сквозь область заряженных «головок» состав-ляющих плазматической мембраны эукариотической клетки и определенным образом влиять на ее внутриклеточ¬ную среду, причем именно это взаимодействие может быть первичным актом токсического действия МТБЭ на клетку, которое индуцирует стресс эндоплазматического ретикулума и меняет экспрессию стресс-зависимых генов, обусловливает интенсификацию перекисного окисления липидов и свободно-радикальных процессов.

Ключевые слова: метилтретбутиловый эфир, плазматическая мембрана, компьютерное моделирование

Литература

  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