Efectele non-termice ale microundelor asupra proteinelor enzimelor termofile ca sistem model - Porcelli -

Institutul de Biochimie a Macromoleculelor, Facultatea de Medicină și Chirurgie, Universitatea a II-a din Napoli, Via Costantinopoli 16, 80138 Napoli, Italia

Departamentul de Inginerie Electrică, Universitatea din Napoli „Federico II”, Via Claudio, 80125 Napoli, Italia

Institutul de Biochimie a Macromoleculelor, Facultatea de Medicină și Chirurgie, Universitatea a II-a din Napoli, Via Costantinopoli 16, 80138 Napoli, Italia

Institutul de Științe Alimentare, Consiliul Național pentru Recreere, Via Roma 52 A/C, 83100 Avellino, Italia

Institutul de Biochimie a Macromoleculelor, Facultatea de Medicină și Chirurgie, Universitatea a II-a din Napoli, Via Costantinopoli 16, 80138 Napoli, Italia

Departamentul de Inginerie Electrică, Universitatea din Napoli „Federico II”, Via Claudio, 80125 Napoli, Italia

Institutul de Biochimie a Macromoleculelor, Facultatea de Medicină și Chirurgie, Universitatea a II-a din Napoli, Via Costantinopoli 16, 80138 Napoli, Italia

Institutul de Științe Alimentare, Consiliul Național pentru Recreere, Via Roma 52 A/C, 83100 Avellino, Italia

Abstract

Două enzime termofile și termostabile, izolate din Sulfolobus solfataricus, ‐Adenosilhomocisteina hidrolaza și 5 ′ - metiltioadenozin fosforilaza au fost expuse la radiații cu microunde de 10,4 GHz pentru a discrimina efectele termice și non-termice ale microundelor. Expunerea provoacă o inactivare non-termică, ireversibilă și dependentă de timp a ambelor enzime; rata de inactivare este legată de energia absorbită și este independentă de concentrația enzimei. A fost investigată și influența sărurilor asupra inactivării enzimei. Modificări conformaționale ale ‐Adenosilhomocisteina hidrolaza, detectată prin fluorescență și tehnici de dicroism circular, sugerează că microundele induc rearanjamente structurale ale proteinelor care nu au legătură cu temperatura.

1. Introducere

În ultimele decenii, utilizarea radiațiilor cu microunde a crescut mult în sistemele radar și de comunicații, precum și în tehnologia de prelucrare a alimentelor și în alte aplicații industriale. Dezvoltarea dispozitivelor cu microunde pentru consumatori și medicale pentru diagnostic și terapie clinică a suscitat, de asemenea, un interes larg și a stimulat multe cercetări privind mecanismele de interacțiune a radiațiilor cu microunde cu organismele vii [1-5]. Conform literaturii, două tipuri de efecte pot fi atribuite microundelor, adică termice și netermice [1, 2, 4, 5]. Efectele termice sunt legate de căldura generată de absorbția energiei cu microunde de către mediul de apă sau de sistemele organice complexe, ambele caracterizate printr-o polarizare permanentă sau indusă. În prezent, se știe foarte puțin despre mecanismele moleculare implicate în efectele supuse non-termice care ar putea implica transferul direct de energie din câmpul electromagnetic către modurile vibraționale ale macromoleculelor [6] modificându-le conformația.

În ultimii ani au fost raportate multe efecte non-termice după expunerea biosistemelor la microunde; printre acestea s-au descris modificări ale activității canalelor K + dependente de Ca 2+ [7], modificări ale structurii și funcției membranei [8, 9], modificări ale permeabilității lipozomilor [10, 11] și ale celulelor izolate [12]. Pe de altă parte, unii autori au pus sub semnul întrebării existența efectelor non-termice ale microundelor [4, 13, 14] .

În special, rezultatele obținute pe sistemele enzimatice sunt până acum controversate, probabil din cauza dificultăților experimentale în controlul și monitorizarea corespunzătoare a temperaturii. Nu s-a observat niciun efect non-termic măsurabil asupra activității catalitice la un număr de enzime izolate iradiate in vitro [15-18]. Dimpotrivă, alte sisteme enzimatice, cum ar fi protein kinazele limfocitelor [19], ornitina decarboxilază a celulelor hepatom [20] și fosfataza acidă [21] răspund la câmpuri cu microunde cu intensitate mică și mare și cu amplitudine modulată. Mai mult, a fost raportată o inhibare semnificativă a Na +/K + ATPazei celulelor roșii, probabil legată de modificările conformaționale ale proteinei [22]. .

În lucrarea de față este descrisă o nouă abordare experimentală care vizează discriminarea efectelor termice și non-termice folosind enzime termofile purificate ca sistem model. Termofilitatea și termostabilitatea acestor molecule permit expunerea la microunde de intensitate ridicată cu interferențe minore de temperatură asupra stabilității enzimei, permițând astfel utilizarea unor controale adecvate la temperaturi ridicate.

Această lucrare raportează efectele expunerii la microunde de 10,4 GHz asupra stabilității a două enzime termofile implicate în poliamină și ‐Metabolismul adenosilmetioninei [23], adică. ‐Adenosilhomocisteină (AdoHcy) hidrolază și 5 ′ - metiltioadenozină (MTA) fosforilază, purificată din Sulfolobus solfataricus [24, 25], un microorganism termofil aparținând Archaea [26]. Mai mult, sunt raportate date despre influența microundelor asupra conformației hidrolazei AdoHcy.