Нетепловий вплив мікрохвиль на термофільні ферменти білків як модельна система - Порчеллі -

Istituto di Biochimica delle Macromolecole, Facoltà di Medicina e Chirurgia, Seconda Università di Napoli, Via Costantinopoli 16, 80138 Неаполь, Італія

Dipartimento di Ingegneria Elettronica, Università di Napoli ‘Federico II’, Via Claudio, 80125 Неаполь, Італія

Istituto di Biochimica delle Macromolecole, Facoltà di Medicina e Chirurgia, Seconda Università di Napoli, Via Costantinopoli 16, 80138 Неаполь, Італія

Istituto di Scienze dell'Alimentazione, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Via Roma 52 A/C, 83100 Avellino, Італія

Istituto di Biochimica delle Macromolecole, Facoltà di Medicina e Chirurgia, Seconda Università di Napoli, Via Costantinopoli 16, 80138 Неаполь, Італія

Dipartimento di Ingegneria Elettronica, Università di Napoli ‘Federico II’, Via Claudio, 80125 Неаполь, Італія

Istituto di Biochimica delle Macromolecole, Facoltà di Medicina e Chirurgia, Seconda Università di Napoli, Via Costantinopoli 16, 80138 Неаполь, Італія

Istituto di Scienze dell'Alimentazione, Consiglio Nazionale delle Ricerche, Via Roma 52 A/C, 83100 Avellino, Італія

Анотація

Два термофільних і термостабільних ферментів, виділених з Sulfolobus solfataricus, -Аденозилгомоцистеїн-гідролаза та 5'-метилтіоаденозин-фосфорилаза були піддані дії мікрохвильового випромінювання 10,4 ГГц з метою розрізнення теплових та нетеплових ефектів мікрохвиль. Вплив спричиняє нетермічну, незворотну та залежну від часу інактивацію обох ферментів; швидкість інактивації пов'язана з енергією, що поглинається, і не залежить від концентрації ферменту. Також досліджено вплив солей на інактивацію ферментів. Конформаційні зміни Росії Аденозилгомоцистеїн-гідролаза, виявлена методами флуоресценції та кругового дихроїзму, припускає, що мікрохвилі викликають структурні перебудови білка, не пов'язані з температурою.

1. Вступ

Протягом останніх декількох десятиліть використання мікрохвильового випромінювання значно зросло в радіолокаційних та комунікаційних системах, а також у технологіях переробки харчових продуктів та інших промислових застосуваннях. Розробка побутових та медичних мікрохвильових приладів для клінічної діагностики та терапії також викликала широкий інтерес і стимулювала багато досліджень щодо механізмів взаємодії мікрохвильового випромінювання з живими організмами [1-5]. Згідно з літературою, на мікрохвилі можна віднести два типи ефектів, тобто теплові та нетеплові [1, 2, 4, 5]. Теплові ефекти пов’язані з теплом, яке утворюється в результаті поглинання мікрохвильової енергії водним середовищем або органічними складними системами, що характеризуються постійною або індукованою поляризацією. В даний час дуже мало відомо про молекулярні механізми, задіяні в передбачуваних нетеплових ефектах, які можуть включати прямий перенос енергії від електромагнітного поля до коливальних режимів макромолекул [6], змінюючи їх конформацію.

За останні роки повідомлялося про багато нетеплових ефектів після впливу біосистем на мікрохвилі; серед них описані зміни активності залежних від Ca 2+ каналів K + [7], зміни мембранної структури та функції [8, 9], модифікації проникності ліпосом [10, 11] та ізольованих клітин [12]. З іншого боку, деякі автори ставлять під сумнів саме існування нетеплових мікрохвильових ефектів [4, 13, 14] .

Зокрема, результати, отримані на ферментних системах, поки що суперечливі, ймовірно, через експериментальні труднощі у правильному контролі та моніторингу температури. У ряді ізольованих ферментів, опромінених in vitro, не спостерігалось вимірюваного нетеплового впливу на каталітичну активність [15-18]. Навпаки, інші ферментні системи, такі як протеїнкінази лімфоцитів [19], клітини гепатоми орнітиндекарбоксилаза [20] та кислота фосфатаза [21] реагують на низьку або високу інтенсивність та модульовані амплітудою мікрохвильові поля. Більше того, повідомляється про значне пригнічення еритроцитів Na +/K + АТФази, імовірно пов'язане з конформаційними змінами білка [22]. .

У цій роботі описаний новий експериментальний підхід, спрямований на розрізнення теплових та нетеплових ефектів з використанням очищених термофільних ферментів як модельної системи. Термофільність і термостабільність таких молекул дозволяють високоінтенсивний мікрохвильовий вплив з незначними температурними перешкодами на стабільність ферменту, що дозволяє використовувати належний контроль при високих температурах.

У цій роботі повідомляється про вплив мікрохвильового впливу 10,4 ГГц на стабільність двох термофільних ферментів, які беруть участь у поліаміні та Метаболізм аденозилметионіну [23], тобто. Гідролаза аденозилгомоцистеїну (AdoHcy) та фосфорилаза 5'-метилтіоаденозину (МТА) Sulfolobus solfataricus [24, 25], теплолюбний мікроорганізм, що належить до Архей [26]. Крім того, повідомляються дані про вплив мікрохвиль на конформацію гідролази AdoHcy.