100-104 pages from Том1_67

Литература
1. Belavin A. A., Polyakov A. M., Shvarts A. S., Tyupkin Y. S. Pseudoparticle Solutions of
the Yang-Mills Equations // Phys. Lett. B 59. 1975. C. 85.
2. Vachaspati T. Kinks and domain walls: An introduction to classical and quantum solitons // Cambridge University Press. Cambridge. England. 2006. 192 с.
3. Fodor G. , Forgacs P., Grandclement P., Racz, I. Oscillons and quasi-breathers in the
Klein-Gordon model // Phys. Rev. D. 74. 2006. [arXiv: hep-th/0609023].
4. Manton N. S., Sutcliffe P. M. Topological solitons // Cambridge University Press. Cambridge. England. 2004. 504 с.
5. Ильина В. А., Силаев П. К. Численные методы для физиков-теоретиков // Т.2. Институт компьютерных исследований. Москва-Ижевск. 2004. 118 с.
6. Gustafsson B., Kreiss H., Oliger J. Time dependent problems and difference methods //
Willey. New York. USA. 1995. 642 c.
РЕДОКС-РЕГУЛЯЦИЯ КЛЕТОЧНЫХ ПРОЦЕССОВ:
РОЛЬ ИОНОВ ВОДОРОДА И КАЛЬЦИЯ
Е. Н. Голубева
Окислительно-восстановительные (редокс-) процессы играют важную роль в поддержании нормальной функциональной активности
клеток. В клетке постоянно функционируют механизмы, в результате
работы которых происходит образование и утилизация окислителей и
в определенных пределах изменяется величина отношения между
внутриклеточными концентрациями окислителей и восстановителей,
т.е. поддерживается редокс-гомеостаз. Нарушение редокс-гомеостаза
является сопутствующим признаком развития многих заболеваний,
включая атеросклероз, диабет, рак, болезнь Альцгеймера, ишемическую болезнь сердца [1]. В свою очередь активация ряда физиологических окислительно-восстановительных процессов сопровождается изменениями величины внутриклеточного или внеклеточного рН. Развитие ряда заболеваний сопровождается ацидозом или алкалозом. В этих
условиях функциональный ответ клеток на действие окислителей и антиоксидантов может значительно отличаться от функционального ответа клеток в норме. Одним из ранних ответов сигнальных систем на
изменение концентрации окислителей во многих типах клеток также
является повышение внутриклеточной концентрации несвязанного
кальция. Регуляция внутриклеточной концентрации несвязанного
кальция представляет один из способов передачи внеклеточной информации на внутриклеточные эффекторы. Высвобождение Са2+ из
кальциосом при действии окислителей может иметь регуляторное значение и протекать при физиологических условиях. Выход Са2+ из митохондрий при действии окислителей происходит при патофизиологи100
ческих условиях и служит важным звеном в механизмах гибели клеток. Изменения внутриклеточной концентрации несвязанного кальция
играют ключевую роль в запуске и регуляции общих и специализированных клеточных функций, таких как пролиферация, рост, экспрессия
генов, иммунный ответ, синаптическая пластичность, а также контроль
метаболизма и гибель клеток [1; 2].
Несмотря на то, что зависимость активности отдельных участников
регуляции кальциевого, рН и редокс-гомеостазов от величины внутриклеточного рН и параметров редокс-состояния не вызывает сомнений,
взаимосвязь между процессами регуляции кислотно-основного состояния, редокс-состояния и кальциевой сигнализации клеток не обоснована. В связи с этим целью данной работы было изучить роль ионов Н+ и
Са2+ в механизмах редокс-регуляции клеточных процессов, а также установить взаимосвязь между параметрами редокс-гомеостаза, рН гомеостаза и Са2+-гомеостаза.
В работе использованы эритроциты здоровых доноров, а также
клетки карциномы гортани человека линии НЕр-2. Флуоресцентные
измерения проведены с использованием спектрофлуориметра LSF
1211А («СОЛАР», Республика Беларусь). Определение параметров редокс-состояния клеток проводилось на основе анализа скорости окисления 2,7-дихлородигидрофлуоресцеина (H2DCF). Величину внутриклеточного рН определяли с помощью флуоресцентного зонда 2,7бикарбоксил-5(6)-карбоксифлуоресцеина (BCECF). Для мониторинга
изменений внутриклеточной концентрации несвязанного кальция использовался флуоресцентный зонд Fura 2-AM.
7,5
pHin
7,2
6,9
6,6
Без Н2О2
1 ммоль/л Н2О2
6,3
6,0
6,3 6,6 6,9 7,2 7,5 7,8
pHout
Рис. 1. Зависимость величины внутриклеточного рН
(рНin) от величины внеклеточного рН (рНout). Концентрация эритроцитов в 1 мл – 5×106
101
На основании анализа скорости окисления H2DCF пероксидом водорода в эритроцитах показано, что снижение величины внеклеточного рН
приводит к усилению окислительных процессов в клетках. Установлено,
что снижение величины внеклеточного рН приводит к уменьшению величины внутриклеточного рН. В солевых буферных растворах со значениями рН=6,3÷7,2 пероксид водорода вызывает большие изменения величины внутриклеточного рН, чем в растворах со значениями
рН=7,4÷7,8 (рис. 1). Также показано, что усиление окислительных процессов в клетках сопровождается снижением величины внутриклеточного рН. Таким образом, установлена взаимосвязь между параметрами кислотно-основного и редокс-состояний.
Для углубления представлений о взаимосвязи различных механизмов
регуляции функциональных ответов клеток особый интерес представляет изучение действия химических агентов, способных участвовать как в
процессах редокс-регуляции, так и в процессах регуляции рН гомеостаза. Нами показано, что одним из таких агентов является аскорбиновая
кислота. Установлено, что аскорбиновая кислота (АК) вызывает скачкообразное изменение внутриклеточной концентрации несвязанного
кальция в клетках карциномы гортани человека HEp-2. Величина изменения [Ca2+]цит увеличивается при увеличении концентрации аскорбиновой кислоты (рис. 2).
500
2+
[Ca ]цит, нмоль/л
450
400
350
АК
300
250
3
2
200
1
150
100
0
50 100 150 200 250 300
Время, с
Рис. 2. Влияние аскорбиновой кислоты на внутриклеточную концентрацию несвязанных ионов
Са2+ в клетках HEp-2. Концентрация клеток карциномы человека HEp-2 в 1 мл – 2,5×106
1 – 5 ммоль/л АК, 2 – 10 ммоль/л АК.
102
Обнаружено, что аскорбиновая кислота вызывает дозозависимое снижение величины внутриклеточного рН в клетках карциномы человека
линии HEp-2. Величина повышения внутриклеточной концентрации несвязанных ионов Са2+ зависит от величины изменения рН. Большему изменению величины внутриклеточного рН соответствует большее изменение [Ca2+]цит. В свою очередь установлено, что АК индуцирует высвобождение ионов кальция в цитозоль из митохондрий опухолевых клеток.
Антимицин А (ингибитор переноса электронов в комплексе III дыхательной цепи митохондрий) приводит к увеличению амплитуды и длительности аскорбат-индуцированного кальциевого ответа. Антимицин А
в концентрациях до 15 мкмоль/л не вызывает изменений [Ca2+]цит. После
действия аскорбиновой кислоты добавление антимицина А в суспензию
клеток индуцирует резкое увеличение [Ca2+]цит. Однако ротенон (ингибитор переноса электронов в комплексе I дыхательной цепи митохондрий)
ингибирует аскорбат-индуцированный кальциевый ответ как в присутствии, так и в отсутствии антимицина А.
На основании проведенных исследований можно предположить, что
аскорбат-индуцированное высвобождение ионов кальция в цитозоль из
митохондрий клеток НЕр-2 происходит с участием активных форм кислорода (АФК). АК служит донором электронов для комплекса III электрон-транспортной цепи митохондрий, что приводит к генерации АФК.
Ротенон блокирует данный процесс за счет ингибирования переноса
электрона в комплексе I. Снижение внутриклеточного рН при действии
АК приводит к усилению окислительных процессов в клетке, поэтому
после действия аскорбиновой кислоты увеличение внутриклеточной
концентрации несвязанного кальция антимицином А наблюдается даже
при низких концентрациях ингибитора.
В свою очередь показано, что изменения кальциевого гомеостаза клеток могут индуцировать генерацию АФК опухолевыми клетками. Показано, что вход ионов кальция через плазматическую мембрану и высвобождение ионов кальция из внутриклеточных депо приводит к генерации
АФК опухолевыми клетками.
Таким образом, установлено, что увеличение концентрации окислителей
в клетках приводит к увеличению концентрации ионов водорода (снижению рН). Величина параметров редокс-состояния зависит как от внеклеточного, так и от внутриклеточного значения рН. Экспериментально установлена взаимосвязь между параметрами редокс- и рН гомеостазов. Также
показано, что АК индуцирует высвобождение ионов кальция из митохондрий опухолевых клеток. Аскорбиновая кислота приводит к увеличению
внутриклеточной концентрации ионов Н+, а также индуцирует генерацию
103
АФК комплексом III дыхательной цепи митохондрий. Таким образом, действие аскорбиновой кислоты опосредовано как ее кислотно-основными, так
и донорно-акцепторными свойствами. Также показано, что увеличение
концентрации несвязанных ионов кальция в цитоплазме приводит к модификации редокс-гомеостаза клеток.
Литература
1. Мартинович Г.Г., Черенкевич С.Н. Окислительно-восстановительные процессы в
клетках: Монография. Мн.: БГУ, 2008.
2. Крутецкая З. И., Лебедев О. Е., Курилова Л.С. Механизмы внутриклеточной сигнализации: Монография. СПб.: Изд-во С. Петерб. Ун-та, 2003.
ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ В ПРОЦЕССАХ РОЖДЕНИЯ
ПАР СЛАБЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ БОЗОНОВ ФЕРМИОНАМИ
О. Ю. Кичакова, Т. В. Шишкина
Общепринятой моделью электрослабого взаимодействия является модель Глешоу-Вайнберга-Салама. Стандартная Модель, которая в настоящее
время с высокой степенью точности описывает все имеющиеся экспериментальные данные. Тем не менее, в современной науке сформировалось устойчивое представление о том, что Стандартная Модель является лишь низкоэнергетическим пределом некоторой более общей калибровочной модели.
Причиной такого предположения является прежде всего феноменологическая структура самой модели. В ней присутствует много свободных
параметров, невыяснена причина возникновения поколений кварков и
лептонов, а также их число, до сих пор не подтвержден механизм возникновения масс частиц и не открыт бозон Хиггса.
Современный этап развития ускорительной техники позволяет исследовать взаимодействие фермионов и бозонов при энергиях, достигающих
1 ТэВ и выше. При столь значительных энергиях и постоянно растущей
точности экспериментальных измерений существует обоснованная перспектива зарегистрировать отклонения от Стандартной Модели электрослабого взаимодействия, а также определить направление построения
расширенной калибровочной группы.
Рассмотренный в работе процесс W +W − -рождения представляет интерес с точки зрения поиска отклонений от стандартной модели, поскольку
является существенно электрослабым. Помимо того, при изучении этого
процесса в рамках неминимальных калибровочных групп появляются
дополнительные диаграммы, и проверка соответствующего им дополнительного вклада представляет прямой тест конкретной группы.
Процесс e + e − → W +W − в рамках Стандартной модели описывается тремя диаграммами Фейнмана. Первая диаграмма иллюстрирует ход процесса
104