ИСТИНА

Недавно нами было показано, что предшественники стабилизированных фосфониевых илидов такие, как (децилоксикарбонилметил)трифенилфосфоний бромид (CMTPP-C10) и его аналоги с разной длиной алкила, переносят ионы водорода через искусственные липидные мембраны, а также мембраны митохондрий и хлоропластов [1]. Протонный транспорт осуществляется в результате циклического движения катионной и нейтральной (фосфорного илида) форм фосфониевого производного в липидных мембранах. Известно, что константа скорости флип-флопа через липидные мембраны алкилтрифенилфосфония, являющегося катионом, значительно увеличивается при введении метильных групп в фенильные кольца [2]. Механизм действия протонофоров, являющихся слабыми кислотами, предполагает, что протонный транспорт линейно растет с увеличением их коэффициента адсорбции [3]. Мы предположили, что введение метильных групп в фенильные кольца трифенилфосфония увеличит скорость проникновения катионной формы соединений, а уменьшение длины алкила на такое же количество метиленовых групп позволит сохранить липофильность соединений и коэффициент их адсорбции на поверхности мембраны. Нами были синтезированы и изучены на искусственных и биологических липидных мембранах предшественники стабилизированных илидов трифенилфосфония с одной или двумя метильными группами в фенильных кольцах: (гептилоксикарбонилметил)три(п-толил)фосфоний бромид (CMTTP-C7) и (бутилоксикарбонилметил)три(3,5-диметилфенил)фосфоний бромид (CMTPP-diMe-C4). При низком рН (рН=2.2) добавление фосфониевых солей к плоской бислойной липидной мембране (БЛМ), сформированной из дифитанилфосфатидилхолина, приводило к появлению релаксации тока через мембрану после скачкообразного прикладывания напряжения. Кинетика релаксации ускорялась с увеличением напряжения. Значения характерного времени релаксации при снятии напряжения были равны 2.30.1 c, 8.21.0 c и 31.49.0 c для CMTPP-diMe-C4, CMTTP-C7 и CMTPP-C10, соответственно. При увеличении рН водного раствора кинетики релаксации тока ускорялись, стационарный ток через БЛМ увеличивался для всех соединений. Зависимость стационарного тока от рН имела колоколообразную форму с максимумом при рН=5.0 для CMTPP-C10, рН=7.0 для CMTTP-C7 и рН=8.0 для CMTPP-diMe-C4. Значения стационарного тока БЛМ при рН=8.0 значительно увеличивались с ростом числа метильных групп в фенильных кольцах. Для всех соединений ток через мембрану был обусловлен транспортом протонов, так как сдвиг вольт-амперной характеристики БЛМ при создании градиента концентрации протонов был близок к теоретическим значениям. Для описания транспорта протона фосфониевыми солями и определения констант реакции мы использовали кинетическую модель, предложенную Бенцем и МакЛафлином [4] и модифицированную для катионных протонофоров. При формировании БЛМ из липида со сложноэфирными связями (дифитаноилфосфатидилхолина) стационарная проводимость мембраны, вызванная добавлением производных карбоксиметилтриарилфосфония, уменьшалась в десятки раз по сравнению с БЛМ из липида с простыми эфирными связями. Это объясняется замедлением транслокации через БЛМ липофильных катионов вследствие увеличения скачка дипольного потенциала мембраны. Последующее добавление липофильного аниона тетрафенилбората к БЛМ из дифитаноилфосфатидилхолина в концентрациях на два порядка ниже концентрации фосфониевых катионов приводило к значительному возрастанию стационарного протонного тока. На выделенных митохондриях печени крысы мы сравнили способность изучаемых соединений разобщать процессы переноса электронов по дыхательной цепи и синтеза АТФ. Оказалось, что CMTTP-C7 and CMTPP-diMe-C4 уменьшают потенциал внутренней мембраны митохондрий в субмикромолярных концентрациях, а их действующие концентрации приблизительно в 20 раз меньше таковых для CMTPP-C10. Уже 10 нМ CMTTP-C7 и CMTPP-diMe-C4 повышают скорость дыхания выделенных митохондрий приблизительно в 1.5 раза. По эффективности эти фосфониевые соли приближаются к широко используемому анионному разобщителю карбонилцианид-m-хлорофенилгидразону. Наши данные подтверждают предположение о том, что стадия транслокации катионной формы соединений является лимитирующей в транспорте протонов через бислойные липидные мембраны. Увеличение константы скорости транслокации заряженной формы протонофоров приводит к увеличению потока протонов через искусственные и биологические липидные мембраны. Литература 1. Kirsanov, R.S; Khailova, L.S.; Rokitskaya, T.I.; Iaubasarova, I.R.; Nazarov, P.A.; Panteleeva, A.A.; Lyamzaev, K.G.; Popova, L.B.; Korshunova, G.A.; Kotova, E.A.; Antonenko, Y.N. Ester-stabilized phosphorus ylides as protonophores on bilayer lipid membranes, mitochondria and chloroplasts // Bioelectrochemistry. 2023. vol. 150, p. 108369. 2. Rokitskaya, T.I.; Luzhkov, V.B.; Korshunova, G.A.; Tashlitsky, V.N.; Antonenko, Y.N. Effect of Methyl and Halogen Substituents on the Transmembrane Movement of Lipophilic Ions // Phys. Chem. Chem. Phys. 2019. vol. 21, p. 23355-23363. 3. McLaughlin, S. The Mechanism of Action of DNP on Phospholipid Bilayer Membranes // J. Membr. Biol. 1972. vol. 9, p. 361-372. 4. Benz, R.; McLaughlin, S. The molecular mechanism of action of the proton ionophore FCCP (carbonylcyanide p-trifluoromethoxyphenylhydrazone) // Biophys. J. 1983. vol. 41, p. 381-398.