1.2. Транспорт озона через клеточные мембраны

Основные эффекты озона связаны с воздействием на мембраны. Мишенями действия собственно озона и его реакционноспособных производных (активных форм кислорода) являются белки и липиды мембран. На рис. 7 приводится обобщенная схема потенциальных мест действия озона на мембраны клеток. В первую очередь озон реагирует с белками, расположенными на внешней поверхности мембран (функционально они могут быть ферментами, рецепторами и др.). Лишь затем газ достигает внутримембранных белков и липидов. Мишени для озона представлены на рис.8.

Рис.7. Потенциальные мишени действия озона на интактную клетку [Mudd, 1982]. 1. Белки на внешней поверхности мембраны (наиболее часто), 2. Липиды мембраны (менее часто), 3. Белки на внутренней поверхности мембраны, 4. Чувствительные компоненты цитоплазмы. PSSP - белок с дисульфидными связями. PSSPPSH - разрыв SS-связи, GSH - восстановленный глютатион, GSHGSSG - образование SS-связи глютатиона.

Мишени мембран для озона и его производных
Белки Аминокислотные остатки  Ферментативная активность  Мембрана  Повышение проницаемости	Липиды Двойные связи ненасыщенных жирных кислот  Перекисное окисление Образование малондиальдегида  Образование новых флуоресцирующих продуктов
Рис.8. Белки и липиды как мишени для озона

Взаимодействие с озоном ведет к изменению ферментативной активности белков и повышению проницаемости мембран в целом. Озон реагирует с аминокислотными остатками триптофана, метионина, тирозина, и фенилаланина, которые окисляются озоном при физиологических значениях рН. Газ действует на SH-группы аминокислот. В зависимости от дозы озон может вызывать и деструкцию мембранных белков, и они становятся более чувствительными к эндогенному протеолизу. Озон понижает активность ферментов, являющихся маркерами внутренней стороны цитоплазматической мембраны - кислой фосфатазы и глицеральдегид-3- фосфат дегидрогеназы. Снижение активности происходит за счет локальных нарушений в активном центре фермента, содержащего тиолы. Озон также инактивирует ацетилхолинэстеразу, которая располагается с наружной стороны плазматической мембраны. В активном центре фермента содержится серин и гистидин, за счет окисления которых, возможно, происходит потеря активности фермента. Ферменты, однако, могут быть защищены от озона своим субстратом, который покрывает аминокислотные остатки, тем самым препятствует их окислению.

Повреждения липидов при озонировании большей частью связаны с образованием токсичных соединений. Двойные связи липидов присоединяют озон, и начинается цепная реакция перекисного окисления, которая приводит к образованию и флуоресцируюших продуктов. Последние возникают при взаимодействии малондиальдегида с белками. Этот альдегид малоновой кислоты (образуется уже через 20-25 минут после озонирования), и его флуоресцирующие производные являются маркерами перекисного окисления липидов. В результате реакции малонилдиальдегида с белками образуются Шиффовы основания и пигмент липофусцин, способные флуоресцировать в видимой области спектра (440-560 нм) при возбуждении ультрафиолетовым светом. Например, после фумигации озоном в листьях растений появляются флуоресцирующие зелено-желтым светом (480-550 нм) пятна (рис. 9). На месте флуоресцирующих участков затем развиваются некротические пятна. Малонилальдегид или малонилдиальдегид обладает и способностью ингибировать репликацию ДНК и белковый синтез. Его токсичность как ингибитора активности и синтеза ферментов может быть объяснена образованием кросс-связей мембранных белков. Образованные сшивки могут таким образом влиять на активность многих мембранных процессов.

Полярная и очень гидрофильная молекула озона не проникает в участки мембран, где есть липиды. Но при растворении озона в водной фазе образуется гидроксильный радикал, который реагирует с жирными

Рис.9. Спектры флуоресценции листьев 14 дневных проростков чувствительного к озону вида подорожника Plantago major. 1-контроль (без обработки озоном); 2-4 -обработано озоном, соответственно 3,12,15 часов (общая доза 0,15; 0,6; 0, 75 часть/млн)

кислотами мембран, обеспечивая озону проникновение через поврежденный участок Озон индуцирует изменение состава, структуры и свойств мембран. Например, в мембранах микросом под влиянием озона происходит переход системы из жидкокристаллического состояния в гель-липидную, которая отличается по составу от липидов интактных мембран. Под влиянием О₃ стерольный компонент мембраны модифицируется, становясь более объемным. При этом изменяется число пор в мембране, что сказывается на ее проницаемости.