Измерить температуру внутри клетки, а тем более в её частях, сложно: даже самые маленькие термометры слишком велики для этого. Учёные из России предложили новый инструмент для решения этой задачи, использовав термочувствительный краситель — фосфорный комплекс порфирина, люминесценция которого зависит от температуры.
Температура оказывает сильное влияние на многие химические, следовательно, и биохимические процессы. Известно учёным о такой связи – её описывает, например, правило Вант-Гоффа, сформулированное ещё в XIX веке.
Более того, многие биологические молекулыВесьма чувствительны к свойствам раствора, в котором находятся. Некоторые разрушаются при перегреве (денатурация белка), другие теряют работоспособность при понижении температуры. болезней и нормальных физиологических процессов вроде сперматогенеза.
Измерение температуры отдельных органов и тканей не вызывает затруднений, однако на уровне клеток это сопряжено с трудностями. Любой прибор для измерения будет слишком большим для такой задачи и может нарушить естественное состояние клетки в процессе измерений.
Группа российских химиков подняла этот вопрос, опубликовав… статью в журнале Sensors and Actuators A: PhysicalИспытана была особенная флуоресцентная молекула — комплекс порфирина с пятивалентным фосфором, «молекула-градусник».
ПорфириныЭто достаточно сложные органические соединения, имеющие четыре идентичных части — пирролы. Каждая молекула подобна кольцу, в центр которого повернуты атомы азота или группы -NH. В основу таких структур положена… клеткиФормируют гемин (в составе гемоглобина и цитохромов) и хлорофилл — важнейший компонент фотосинтеза.
Учёные нашли новому применению таким соединениям. Синтезировали модифицированный комплекс порфирина с фосфором, обозначенный как MPyPP(OH)2. Растворим в воде и представляет собой катион. Авторы уверены, что создали перспективный инструмент для внутриклеточной термометрии — то есть оценки определения. температуры внутри клетки.
Возможна такая корреляция из-за способности молекулы MPyPP(OH)2 испускать свет, интенсивность которого меняется при изменении температуры. В частности, претерпевает изменения характерное время люминесценции — продолжительность свечения. Подобные свойства ранее наблюдали у ряда химических соединений с разной структурой.
Новую разработку – термосенсор – испытывали на культурах клеток, часто используемых в лабораторных условиях: клетках яичника китайского хомячка CHO и HeLa, полученных из опухоли шейки матки. Установлено, что MPyPP(OH)2 обладает хорошим температурным разрешением, позволяя регистрировать разницу в одну десятую градуса.
Изменения люминесцентного сигнала комплекса зависят от прочности связи между двумя его компонентами – фосфором и порфирином. Свойства окружающего раствора, например температура, влияют на эту прочность.
Сотрудничество с коллегами из Санкт-Петербурга позволило выяснить, что спектр люминесценции данных соединений в пределах физиологического диапазона температур (30-44 градуса) и времена жизни люминесценции зависят от . температурыВ новой работе продемонстрировано эффективность метода в живых клетках. Установлено необычное явление: при введении фосфорсодержащих порфиринов в клетку происходит дефосфорилирование вследствие взаимодействия с белками, образующими биосовместимые фосфаты. После доставки синтезированных молекул в клетки измеряется люминесценция свободного порфирина, не содержащего фосфора, и по спектру люминесценции определяется внутриклеточная температура. В перспективе планируется расширить изучение различных порфиринов для повышения чувствительности подобных молекулярных термометров. прокомментировала академик РАН Юлия Горбунова.