Визначальна роль води у формуванні основних властивостей живої матерії
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe65.9.794Ключові слова:
вода i бiологiчнi розчини, альбумiн людини, рН, характеристичнi температури, перколяцiяАнотація
Дослiджується зв’язок властивостей води з поведiнкою водних розчинiв базового бiлкового компоненту плазми кровi людини – альбумiну. Експериментально дослiджено залежностi показника кислотно-лужного балансу рН водних розчинiв альбумiну вiд його концентрацiї. Показано, що температурнi залежностi рН у бiологiчних розчинах визначаються властивостями води, а концентрацiйнi – концентрацiєю бiлкового компонента. Саме альбумiном визначається основний внесок у рН кровi та її плазми, тому альбумiн слiд вважати чинником пiдтримування рiвноважного значення рН. Показано, що концентрацiйнi залежностi густини та коефiцiєнта зсувної в’язкостi плазми кровi людини свiдчать про те, що їх найбiльш характернi змiни вiдбуваються за концентрацiї бiлкiв, що вiдповiдають порогу перколяцiї. Припускається, що бiля порогу перколяцiї вiдбувається характерна димеризацiя макромолекул альбумiну, якiй вiдповiдає накладання серцеподiбних медальйонiв, якими зображуються просторовi форми альбумiну, один на одного. Показано, що залежностi ефективного радiуса макромолекул полiвiнiлового спирту та альбумiну вiд температури та концентрацiї є iндикатором того, що вода вiдiграє визначальну роль у формуваннi основних властивостей бiорозчинiв, зокрема вона є вiдповiдальною за виникнення верхньої межi iснування живої матерiї – 42 ∘C. Унiверсальний характер впливу води проявляється у тому, що її властивостi вiдбиваються на поведiнцi i класичного полiмеру ПВС, i бiомолекул протеїну.
Посилання
P.E. Watson, I.D. Watson, R. D. Batt. Total body water volumes for adult males and females estimated from simple anthropometric measurements. Am. J. Clin. Nutr. 33, 27 (1980). https://doi.org/10.1093/ajcn/33.1.27
E.D. Giudice, P. Stefanini, A. Tedeschi, G. Vitiello. The interplay of biomolecules and water at the origin of the active behavior of living organisms. J. Phys.: Conf. Ser. 329, 012001 (2011). https://doi.org/10.1088/1742-6596/329/1/012001
I. Lorenzo, M. Serra-Prat, J.C. Yebenes. The role of water homeostasis in muscle function and frailty: A review. Nutrients 11, 1857, (2019). https://doi.org/10.3390/nu11081857
M. Gekle, D. Singer. Warmehaushalt und Temperaturregulation. In Physiologie. Edited by H.-C. Pape, A. Kurtz, S. Silbernagl (Georg Thieme, 2014), p. 566 [ISBN: 978-3-13-796007-2].
W.F. Ganong. Review of Medical Physiology (McGraw-Hill, 2001).
L.A. Bulavin, N.P. Malomuzh. Upper temperature limit for the existence of living matter. (Letter to the Editor). J. Mol. Liq. 124, 136 (2006). https://doi.org/10.1016/j.molliq.2005.11.027
A. Fisenko, N. Malomuzh. To what extent is water responsible for the maintenance of the life for warm-blooded organisms? Int. J. Mol. Sci. 10, 2383 (2009). https://doi.org/10.3390/ijms10052383
L.A. Bulavin. Dynamic phase transition in water as the most important factor in provoking protein denaturation in warm-blooded organisms. Fiz. Zhivogo 18, No. 2, 16 (2010) (in Russian).
N. Atamas, V.Y. Bardik, S. Komisarenko et al. Water dynamics and stability of major blood proteins at predenaturation stage. Atti Accad. Pelorit. Pericol. Cl. Sci. Fis. Mat. Nat. 97, S2, A16. (2019).
A.I. Fisenko, N.P. Malomuzh. The role of the H-bond network in the creation of the life-giving properties of water. J. Chem. Phys. 345, 164 (2008). https://doi.org/10.1016/j.chemphys.2007.08.013
V. Nibali. New insights into the role of water in biological function: Studying solvated biomolecules using terahertz absorption spectroscopy in conjunction with molecular dynamics simulations. J. Am. Chem. Soc. 136, 12800 (2014). https://doi.org/10.1021/ja504441h
X.M. He, D.C. Carter. Atomic structure and chemistry of human serum albumin. Nature 358, 209 (1992). https://doi.org/10.1038/358209a0
T.B. Rosenthal. The effect of temperature on the pH of blood and plasma in vitro. J. Biol. Chem. 173, 25 (1948).
CRC Handbook of Chemistry and Physics. Edited by R.C. Weast (CRC Press, 1972-1973).
T.T. Berezov, B.F. Korovkin. Biological Chemistry (Meditsyna, 1998) (in Russian).
R. Consiglio, D.R. Baker, G. Paul, H.E. Stanley. Continuum percolation thresholds for mixtures of spheres of different sizes. Physica A 319, 49 (2003). https://doi.org/10.1016/S0378-4371(02)01501-7
N. Malomuzh, L. Bulavin, V. Gotsulskyi, A. Guslisty. Characteristic changes in the density and shear viscosity of human blood plasma with varying protein concentration. Ukr. J. Phys. 65, 151 (2020). https://doi.org/10.15407/ujpe65.2.151
W.B. Cannon. The Wisdom of the Body (W.W. Norton, 1932). https://doi.org/10.1097/00000441-193212000-00028
T Peters Jr. All About Albumin: Biochemistry, Genetics, and Medical Applications (Academic Press, 1996).
R. Harada, N. Tochio, T. Kigawa, Y. Sugita, M. Feig. Reduced native state stability in crowded cellular environment due to protein-protein interactions. J. Am. Chem. Soc. 135, 3696 (2013). https://doi.org/10.1021/ja3126992
O. Khorolskyi. Effective radii of macromolecules in dilute polyvinyl alcohol solutions. Ukr. J. Phys. 63, 144 (2018). https://doi.org/10.15407/ujpe63.2.144
O. Khorolskyi. Calculation of the effective macromolecular radii of human serum albumin from the shear viscosity data for its aqueous solutions. Ukr. J. Phys. 64, 287 (2019). https://doi.org/10.15407/ujpe64.4.287
N.P. Malomuzh, E.V. Orlov. Static shear viscosity of a bimodal suspension. Ukr. J. Phys. 50, 618 (2005).
E.V. Orlov. Shear viscosity of dispersions of particles with liquid shells. Colloid J. 72, 820 (2010). https://doi.org/10.1134/S1061933X1006013X
O. Khorolskyi. The nature of viscosity of polyvinyl alcohol solutions in dimethyl sulfoxide and water. Ukr. J. Phys. 62, 858 (2018). https://doi.org/10.15407/ujpe62.10.0858
L.A. Bulavin, A.I. Fisenko, N.P. Malomuzh. Surprising properties of the kinematic shear viscosity of water. Chem. Phys. Lett. 453, 183 (2008). https://doi.org/10.1016/j.cplett.2008.01.028
A.N. Baranov, I.M. Vlasova, V.E. Mikrin, A.M. Saletskii. Laser correlation spectroscopy of the processes of serum albumin denaturation. J. Appl. Spectrosc. 71, 911 (2004). https://doi.org/10.1007/s10812-005-0021-9
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
