БИОФИЗИКА, 2021, том 66, № 1, с. 5-12

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА

УДК 577.3

АВТОВОЛНОВОЙ РЕЖИМ РЕАКЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

ДИНИТРОЗИЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ ЖЕЛЕЗА

С ТИОЛСОДЕРЖАЩИМИ ЛИГАНДАМИ

*Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН, 119334, Москва, ул. Косыгина, 4

**Институт регенеративной медицины Первого Московского государственного медицинского университета

имени И.М. Сеченова МЗ РФ, 119991, Москва, ул. Трубецкая, 8/2

E-mail: vanin@polymer.chph.ras.ru

Поступила в редакцию 01.10.2020 г.

После доработки 01.10.2020 г.

Принята к публикации 16.10.2020 г.

При нанесении 20 мкл смеси 1 мМ Fe²⁺ и 0.5 M глутатиона на поверхность 0.5 М раствора S-нитро-

зоглутатиона, что приводит к образованию динитрозильных комплексов глутатиона, обнаружено

краковременное (в течение 0.2 с) появление концентрических кольцевых структур, число которых

существенно превосходит количество аналогичных колец, обусловленных механическими волна-

ми, возникающими в результате погружения капли в водный раствор. Не исключено, что обнару-

женные в растворе S-нитрозоглутатиона концентрические кольцевые структуры обусловлены авто-

волновым распределением продуктов, возникающих в ходе образования динитрозильных комплек-

сов глутатиона.

Ключевые слова: динитрозильные комплексы железа, тиолсодержащие лиганды, S-нитрозотиолы,

автоволны.

DOI: 10.31857/S0006302921010014

универсальных регуляторов биологических про-

К настоящему времени накоплены данные,

цессов. При этом в качестве «рабочей формы»

позволяющие утверждать, что динитрозильные

этой системы выступают М- и Б-ДНКЖ с тиолсо-

комплексы железа (ДНКЖ) с тиолсодержащими

держащими лигандами. Включение в эти ком-

лигандами, возникающие в живых организмах

плексы молекул NO обеспечивает стабилизацию

как в мономерной, так и в биядерной форме

этих молекул и их перенос в клетках и тканях к

(М- и Б-ДНКЖ, формула соответственно

биологическим мишеням - гемсодержащим бел-

[(RS)₂Fe(NO)₂] и {(RS)₂Fe₂(NO)₄]) могут высту-

кам с последующим связыванием NO с гемовыми

пать в этих организмах в качестве «рабочей фор-

группами этих белков. Кроме того, включение

мы» монооксида азота (или как сейчас принято

NO в М- и Б-ДНКЖ сопровождается превраще-

говорить - оксида азота (NO) - одного из уни-

нием половины молекул NO в катионы нитрозо-

версальных эндогенных регуляторов разнообраз-

ния (NO⁺). Включение NO⁺ в состав М- и

ных метаболических процессов [1, 2]. Поскольку

Б-ДНКЖ предотвращает гидролиз этих катионов

генерация в клетках и тканях NO стимулирует об-

и обеспечивает их перенос на их биологические

разование в них S-нитрозотиолов [3-5], органи-

мишени - тиолсодержащие белки, образующие с

ческих и неорганических нитритов и нитратов [6,

катионами нитрозония соответствующие S-нит-

7], а также М- и Б-ДНКЖ с тиолсодержащими

розотиолы [13-18].

лигандами [1, 2, 8-12], в настоящее время умест-

Представление ДНКЖ с тиолсодержащими ли-

но говорить о системе эндогенного монооксида

гандами в качестве «рабочей формы» системы ок-

азота, включающей в себя наряду с NO все пере-

сида азота в живых организмах основывается на

численные соединения. В итоге именно эту си-

трех группах экспериментальных фактов [1, 2].

стему следует рассматривать в качестве одного из

Первая группа этих фактов - установлено, что по

своей биологической активности синтезирован-

Сокращения: ДНКЖ - динитрозильные комплексы желе-

ные химическим путем М- и Б-ДНКЖ с тиолсо-

за, М-ДНКЖ и Б-ДНКЖ - моноядерные и биядерные

держащими лигандами имитируют систему эндо-

формы ДНКЖ, RS-NO - S-нитрозотиолы, GS-NO -

S-нитрозоглутатион.

генного оксида азота. Речь идет о способности

ВАНИН и др.

ДНКЖ и этой системы вызывать релаксацию кро-

стве не только доноров нейтральных молекул NO,

веносных сосудов и тем самым снижение артери-

но и катионов нитрозония (NO⁺), реакция кото-

ального давления, подавлять агрегацию тромбоци-

рых с тиолами, как уже говорилось выше, приво-

тов, ускорять заживление ран, вызывать эрекцию

дит к образованию S-нитрозотиолов.

пениса и т.п. Вторая группа фактов - установлено,

что подавляющая часть оксида азота, появляюще-

Появление в составе ДНКЖ с тиолсодержа-

гося в клетках и тканях, включается в М- и Б-

щими лигандами катионов нитрозония следует из

ДНКЖ с тиолсодержащими лигандами. Третья

предложенного нами ранее механизма образова-

группа фактов - установлено, что эти комплексы

ния этих комплексов в реакции газообразного

способны инициировать S-нитрозирование тио-

лов. Последнее означает, что ДНКЖ с тиолсодер-

NO, двухвалентного железа и тиолов, приведен-

жащими лигандами способны выступать в каче-

ного на схеме 1.

Схема 1. Предполагаемый механизм образования М-ДНКЖ с тиолсодержащими лигандами в реакции

двухвалентного железа, тиолов и газообразного NO [1, 2, 10, 12, 15-17, 19].

В основе этого механизма лежит способность

азота и воды. Вместо HNO в лигандное окруже-

молекул NO как свободно-радикальных молекул

ние железа внедряется третья молекула NO; в ре-

включаться в реакцию диспропорционирования:

зультате железо в железо-динитрозильной группе

из-за переноса на него электрона с молекулы NO

2NO ↔ NO⁺+ NO^-,

приобретает d⁷-электронную конфигурацию с со-

в ходе которой осуществляется одноэлектронное

ответствующей

резонансной

структурой

окисление-восстановление молекул NO с соот-

группы - [Fe⁺(NO⁺)₂] [1, 2, 17, 19, 21].

ветствующим их превращением в катион нитро-

Что касается ионов катиона в составе этой груп-

зония и анион нитроксила (NO^-) [2]

пы, их гидролиз (связывание с ними анионов гид-

При концентрациях газообразного NO, соот-

роксила) должен делать эту группу неустойчивой.

ветствующих или меньших одной атмосферы, т.е.

Последнее устраняется включением в лигандное

при концентрациях NO, синтезируемого в живых

окружение железа двух тиолсодержащих молекул,

организмах, эта реакция практически не имеет

высокая π-донорная активность которых обеспечи-

места. Но она может реализоваться при тех же

вает повышение электронной плотности на нитро-

концентрациях при наличии в клетках и тканях

зильных лигандах, т.е. нейтрализацию положитель-

слабосвязанных ионов Fe²⁺, входящих в пул сво-

ного заряда на этих лигандах, что и предотвращает

бодного железа, характеризующихся высоким

их гидролиз [14-16, 19]. В результате в соответствии

сродством к молекулам NO [20] Связывание по-

со схемой 1 образуются парамагнитные моноядер-

следних с ионами Fe²⁺ (попарно на один ион

ные М-ДНКЖ с тиолсодержащими лигандами, од-

Fe²⁺) приводит к образованию железо-динитро-

на из резонансных структур которых описывается

зильной [(Fe(NO)₂]-группы. Включение в ее мо-

как [(RS^-)₂Fe⁺(NO⁺)₂]⁺.

лекулярные орбитали π-орбиталей NO и d-орби-

талей железа обеспечивает перенос электрона в

М-ДНКЖ существуют в растворе при избытке

этой группе с одной молекулы NO на другую (схе-

тиолсодержащих соединений, ионизованных по

ма 1). Последующее протонирование появляю-

тиоловой группе. Как правило, такая ситуация

щегося при этом аниона нитроксила (его гидро-

реализуется при щелочных значениях рН. При

лиз) приводит к его выходу в форме молекулы

нейтральных, «физиологических» значениях рН

нитроксила (HNO) из лигандного окружения же-

и при низком содержании такого рода тиолсодер-

леза с последующим диспропорционированием

жащих соединений (а именно такая ситуация ха-

двух молекул HNO c образованием из них закиси

рактерна для клеток и тканей) ДНКЖ представ-

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

АВТОВОЛНОВОЙ РЕЖИМ РЕАКЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

лены в основном их биядерной формой. При по- Б-ДНКЖ обратимо (в соответствии со схемой 2)

вышении уровня тиолсодержащих соединений переходят в М-ДНКЖ.

Схема 2. Обратимое вхаимопревращение М- и Б-ДНКЖ

с тиолсодержащими лигандами [22].

В отличие от парамагнитных М-ДНКЖ, ха-

мического равновесия между этими комплексами и

рактеризующихся сигналом ЭПР с g_ср = 2.03 (сиг-

составляющими их компонентами или распаде, вы-

налом 2.03), Б-ДНКЖ диамагнитны. Основная их

званном, действием на эти комплексы сильных хе-

характеристика - спектр оптического поглоще-

латоров железа, нитрозильные лиганды высвобож-

ния, характеризующийся двумя интенсивными

даются из комплексов в форме нейтральных моле-

полосами на 310 и 360 нм [2, 22].

кул NO и катионов нитрозония, причем, как это

При распаде обеих форм ДНКЖ с тиолсодержа-

показано для схемы химического равновесия для

щими лигандами, например при установлении хи- М-ДНКЖ (схема 3), в равном количестве.

Схема 3. Химическое равновесие между М-ДНКЖ с тиолсодержащими

лигандами и компонентами этих комплексов [1, 2, 10, 15, 16].

При наличии в растворе тиолсодержащих со-

ющих S-нитрозотиолов (RS-NO). При блокаде

единений, сродство которых к катионам нитро-

тиолов или их окислении вместо RS-NO в рас-

зония на три-четыре порядка выше сродства

творе (при нетйральных значенях рН) появля-

последних к анионам гидроксила [23, 24], кати-

ются анионы нитрита в количестве, равном ко-

оны нитрозония связываются с тиолами, что

личеству высвободившихся из ДНКЖ молекул

приводит к появлению в растворе соответству-

NO (схема 4).

Схема 4. Предполагаемый механизм распада М-ДНКЖ с тиолсодержащими лигандами,

приводящий в присутствии или блокаде тиолов к накоплению соответственно

S-нитрозотиолов или нитрита [14-16].

Отличительной чертой ДНКЖ с тиолсодержа-

реакции газообразного NO, двухвалентного же-

щими лигандами является то, что они могут воз-

леза и тиолов, но и в соответствии со схемой 5 в

никать не только в соответствии со схемой 1, т.е. в

реакции Fe²⁺, тиолов и RS-NO.

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

ВАНИН и др.

Схема 5. Предполагаемый механизм образования М-ДНКЖ с тиолсодержащими

лигандами в реакции Fe²⁺, тиолов и RS-NO [17, 25].

В этой реакции сами молекулы RS-NO, а не

этого пути образования ДНКЖ с тиолсодержа-

высвобождающиеся из них молекулы NO реа-

щими лигандами, наряду с возможностью их

гируют непосредственно с ионами железа (по-

образования при участии молекул NO, делает

парно на один ион), что и приводит сразу в ре-

возможным приведенный на схеме 6 «двух-

зультате диспропорционирования молекул

тактный» механизм образования этих ком-

RS-NO к образованию М-ДНКЖ. Наличие

плексов:

Схема 6. Механизмы образования М- и Б-ДНКЖ с тиолсодержащими лигандами

и высвобождения из них молекул NO и катионов NO⁺, а также соотношение

между М- и Б-ДНКЖ и составляющими их компонентами [2, 26, 27].

В соответствии со схемой 6 при избытке NO

эта система может поддерживаться в клетках и

или RS-NO в растворе, содержащем двухвалент-

тканях в течение соответствующего длительного

ное железо и тиолы, синтез ДНКЖ осуществляет-

времени. Фактически сохранение этой системы

ся либо по реакции 1, либо по реакции 2.

обеспечивается энергией реакции происходяще-

го в этой системе окисления тиолов монооксидом

В ходе этих автокаталитических реакций про-

азота, приводящего к накоплению соответствен-

исходит взаимопревращение соответственно

но дисульфидов (RS-SR) и закиси азота (N₂O).

NO в RS-NO или RS-NO в NO. В результате ре-

Приводимый на схеме 6 автокаталический

акция 1 из-за накопления RS-NO сменяется

«двухтактный» механизм образования М-ДНКЖ

на реакцию 2 и, наоборот, реакция 2 в результате

по неравновесным реакциям 1 и 2 с разными кон-

накопления NO сменяется на реакцию 1. При

стантами скоростей этих реакций [26], может, в

поддержке в этой системе достаточно высокого

соответствии с развивавшимися И. Пригожиным

уровня NO и тиолов, убывающих в результате

представлениями о роли автокатализа в установ-

превращения NO в этой системе в закись азота, а

лении колебательного и автоволнового режима

тиолов - в дисульфиды, приведенная на схеме 6

химических реакций [28], говорить о такой воз-

система химических процессов может сохранять-

можности для системы 6. Возможность функцио-

ся в самоподдерживающемся режиме сравни-

нирования этой системы в колебательном режи-

тельно длительное время. Что касается живых ор-

ме была подтверждена результатами компьютер-

ганизмов, такая система может самопроизвольно

ного анализа системы кинетических уравнений,

возникать в клеточных компартментах, содержа-

описывающих схему 6, и ЭПР-измерений уровня

щих слабосвязанное (свободное) железо и тиолы,

М-ДНКЖ с цистеином, возникавших при сме-

при появлении в этих компартментах оксида азо-

шивании в плоской кварцевой кювете растворов

та. Более того, при непрерывном воспроизвод-

стве в клетках и тканях оксида азота и тиолов, вы-

S-нитрозоцистеина и смеси «цистеин + Fe²⁺»

ступающих в качестве «топливных» компонентов

[26]. Более того, при нанесении капли раствора

химической системы, приведенной на схеме 6,

(20 мкл) смеси 1 мМ FeSO₄ и 0.5 M глутатиона в

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

АВТОВОЛНОВОЙ РЕЖИМ РЕАКЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

15 мМ HEPES-буфере (рН 7.5-8.0) на слой тол-

предыдущем параграфе (как это было предложе-

щиной 0.3 мм 0.5 М раствора S-нитрозоглутатио-

но в работе [27]). Для фотосъемки этой структуры

на (GS-NO) в таком же HEPES-буфере при тех же

использовали закрепленный на штативе фотоап-

нейтральных значениях рН в этой системе возни-

парат Canon EOS 7D с объектив «Canon EF 100

кало множество концентрических колец с диа-

f/2.8L Macro IS USM». Камера устанавливалась

метром от 0.1 до 1 см, которые могли свидетель-

таким образом, чтобы съемка происходила верти-

ствовать об автоволновом распространении в

кально сверху вниз. Параметры видеозаписи: ши-

растворе образующихся нем M-ДНКЖ и Б-ДНКЖ

рина кадра - 1280 пикселей, высота кадра -

с глутатионом [27]. Речь идет об автоволнах (или

720 пикселей, частота кадров - 50 кадров в секун-

Z-волнах), впервые обнаруженных для химиче-

ду, выдержка - 1/60 с, диафрагма - f8.0, ISO -

ских систем А. Жаботинским и А. Заикиным [29].

400, фокусировка в ручном режиме (фокус на по-

Вместе с тем появление такой кольцевой структу-

верхности раствора глутатиона или GS-NO). Для

ры могло быть обусловлено тривиальной причи-

анализа полученных материалов видеозапись ре-

ной - образованием волн не химического, а меха-

акции разбивали на кадры при помощи специа-

нического происхождения в результате погруже-

лизированной программы Canon ZoomBrowser

EX. В качестве источника света использовали

ния в раствор GS-NO капли раствора смеси

установленную сбоку и выше стола под углом

FeSO₄ и глутатиона, как это имеет место, напри-

приблизительно 45° обычную лампу накалива-

мер, при погружении в воду твердого предмета

ния, не дающую мерцания при съемке видео. Для

сферической формы. Отличие могло состоять

эксперимента использовали чашку Петри, под

лишь в том, что в наших опытах капля раствора

которую подкладывали белый лист бумаги (в ка-

соли железа и глутатиона погружалась в раствор в

честве фона, а также для упрощения последую-

результате слияния (а не падения) капли с раство-

щей обработки фотоматериала - получения пра-

ром GS-NO с последующим быстрым «растворе-

вильного баланса белого цвета).

нием» капли в этом растворе. Поэтому в настоя-

щей работе мы проделали те же опыты, как и в ра-

Оптические и ЭПР-измерения. Оптические из-

боте

[27], проведя сравнение полученной

мерения проводили на спектрофотометре 2501РС

кольцевой структуры в этих опытах и в опытах, в

(Shimadzu Europa GmbH, Германия) при комнат-

которых капля 0.5 M раствора нитрита наноси-

ной температуре с использованием плоской квар-

лась на тонкий слой (толщиной в 0.3 мм) 0.5 М

цевой кюветы с длиной оптического пути 2 мм.

раствора GS-NO при нейтральных значениях рН.

ЭПР-измерения проводили на модифицирован-

Очевидно, что система концентрических колец в

ном радиоспектрометре X-диапазона RadioPan

растворе могла появиться только в результате ме-

(Польша) при 77 К с использованием в качестве

ханического взаимодействия погружаемой капли

эталонного образца раствора М-ДНКЖ с цистеи-

нитрита с окрашенным в розовый цвет раствором

ном с известной концентрацией.

GS-NO.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

На верхней и нижней части рис. 1 приводится

Материалы. В экспериментах использовали

фотоизображение кольцевых структур, возникав-

ших с течением времени после нанесения капли

ферросульфат (FeSO_4.7H₂O) (Fluka, Швейцария),

смеси «FeSO₄ + глутатион» или нитрита на рас-

восстановленный глутатион (GSH) и нитрит нит-

твор GS-NO при нейтральных значениях рН. Как

рия - все от Sigma (США). 0.5 M раствор S-нит-

следует из сопоставления этих структур, основ-

розогутатиона (GS-NO) получали смешиванием

ное различие между ними сводится, во-первых, к

1 М растворов глутатиона при рН 1-2 и 1 М рас-

существенно большему числу колец, возникав-

твора нитрита в дистиллированной воде. В кис-

ших в растворе GS-NO после добавления к нему

лой среде нитрит превращался в азотистую кис-

смеси «FeSO₄ + глутатион», и, во-вторых, к суще-

лоту, способную S-нитрозировать глутатион [30],

после чего рН раствора полученного GS-NO по-

ственно более быстрому «смазыванию» кольце-

вышали до нейтральных значений. Концентра-

вой структуры в этом растворе по сравнению с

цию GS-NO оценивали по интенсивности поло-

кольцевой структурой, возникавшей в растворе

сы поглощения на 334 нм с коэффициентом экс-

«GS-NO + нитрит». При анализе фотоснимков

выяснилось, что видоизменение возникающих

тинкции 0.94 М^-1см^-1 [30].

кольцевых структур в первом случае завершалось

Запуск реакции между Fe²⁺, глутатионом и

к десятому-одиннадцатому кадру, то есть занима-

GS-NO и фотофиксирование образующейся в этой

ло около 0.2 с. Далее, очевидно, начинались

реакции кольцевой структуры. Запуск реакции

обычные диффузионные процессы, которые вы-

между Fe²⁺, глутатионом и GS-NO, приводящей

зывали «смазывание» кольцевой структуры (пра-

к образованию кольцевой структуры, проводили

вый кадр в верхней части рис. 1). Через 5 с эта

в соответствии с условиями, указанными в

структура исчезала полностью (не показано).

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

ВАНИН и др.

Рис. 1. Кольцевые структуры, возникавшие через 40, 80 и 200 мс в растворе GS-NO (вверху) после нанесения на него

капли соответственно раствора смеси «FeSO₄ + глутатион» (вверху) или раствора нитрита (внизу). Максимальный

радиус кольцевых структур составлял 10 мм.

Кольцевая структура на нижней части рис. 1 за

Следует отметить, что кольцевая структура,

это время практически не изменялась.

аналогичная приведенной на рис. 1 на нижней

панели, обусловленная волнами механической

Оптический и ЭПР-анализ жидкой фазы,

природы, возникала и при добавлении капли чи-

включавшей в себя приведенные на верхней ча-

стой воды в воду. Однако из-за отсутствия окрас-

сти рис. 1 кольцевые структуры, соответственно

ки эта структура была слабо выраженной и с нее

показал, во-первых, сохранение в этих структурах

невозможно было снять фотокопию.

GS-NO, и во-вторых - накопление в них М-

ДНКЖ с глутатионом, возникавших, очевидно, в

Приведенные выше результаты позволяют

предположить, что при смешивании капли, со-

соответствии со схемой 5 в реакции между Fe²⁺,

державшей FeSO₄ + глутатион, с раствором GS-

GS-NO и глутатионом. GS-NO обнаруживался по

NO, приводившем к образованию М- и Б-ДНКЖ

характерному для него спектру оптического по-

с глутатионом, могли возникать два типа волно-

глощения с интенсивной полосой на 334 нм и

вых процессов: первый - механического проис-

слабой полосой на 543 нм, тогда как М-ДНКЖ -

хождения, обусловленный погружением в рас-

по характерному для него сигналу ЭПР с

твор GS-NO сферической капли объемом 20 мкл

g_ср = 2.03 (сигналу 2.03) и значениями тензора

капли смеси 1 мМ FeSO₄ + 0.5 M глутатиона в

g-фактора g_⊥ = 2.04, g_ = 2.014 (рис. 2). Судя по

15 мМ HEPES-буфера (рН 7.5-8.0), и второй -

интенсивности этого сигнала в М-ДНКЖ вклю-

обусловленный автоволновым характером про-

чалось практически все железо, добавленное в

цесса образования указанных выше комплексов.

раствор GS-NO. Что касается образования диа-

Наложение автоволн на волны механического

магнитных Б-ДНКЖ, которые можно было обна-

происхождения могло проявляться в резком уве-

ружить только оптическим методом по полосам

личении количества кольцевых структур, быстро

поглощения на 310 и 360 нм [22], последнее оказа-

«смазывающихся» и исчезающих, очевидно, из-

лось невозможным из-за наличия в спектре по-

за броуновской (хаотической) диффузии образу-

глощения растворов интенсивной полосы погло-

ющихся окрашенных продуктов реакции - М- и

щения GS-NO на 334 нм.

Б-ДНКЖ, а также GS-NO.

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

АВТОВОЛНОВОЙ РЕЖИМ РЕАКЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ

БЛАГОДАРНОСТИ

Выражаем благодарность д-ру К. Байбекову,

принимавшему участие в работе на начальной ее

стадии.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа выполнена при финансовой поддержке

Российского фонда фундаментальных исследова-

ний (грант № 18-04-00059а).

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

интересов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. A.F. Vanin, Nitric Oxide Biol. Chem. 54, 15 (2016).

2. A. F. Vanin, Dinitrosyl Iron Complexes as a “Working

Рис. 2. Спектр оптического поглощения GS-NO (а),

Form”of Nitric Oxide in Living Organisms (Cambridge

препарат разбавлен в

200 раз) и сигнал ЭПР

Scholars Publishing, Cambridge, UK, 2019).

М-ДНКЖ с глутатионом (б), зарегистрированные в

жидкой фазе кольцевых структур, возникавших в

3. B. M. Gaston, J. Carver, A. Doctor, et al., Mol. Inter-

растворе GS-NO при нанесении на его поверхность в

vent. 3, 253 (2003).

виде капли смеси «Fe²⁺ + глутатион».

4. Y. Zhang and N. Hogg, Free Rad. Biol. Med. 38, 831

(2005).

5. D. Seth, D. T. Hess, A. Hausladen, et al., Mol. Cell 69,

Появление автоволновой картины в наших

451(2018).

опытах инициировалось контактом раствора Fe²⁺ +

6. N. S. Bryan, T. Rassaf, R. E. Maloney, et al., Proc.

глутатион с раствором GS-NO, приводившем к

Natl. Acad. Sci. USA 101, 4308 (2004).

образованию М-ДНКЖ с глутатионом в показан-

ной на схеме 6 неравновесной реакции 2. После-

7. V. Titov, A. Osipov, and A. Vanin, Curr. Enz. Inhibition

15, 1 (2020).

дующее снижение уровня GS-NO в реакционной

смеси, сопровождающееся накоплением в ней

8. Р. М. Налбандян, А. Ф. Ванин и Л. А. Блюменфельд,

молекул NO, инициировало образование М-ДНКЖ

в сб. тезисов конференции «Свободнорадикальные

по неравновесной реакции 1 и так далее с после-

процессы в биологических системах» (Москва,

дующим затуханием этого процесса и установле-

1964), с. 18.

нием химического равновесия между М-ДНКЖ и

9. А. Ф. Ванин и Р. М. Налбандян, Биофизика 10, 167

составляющими их компонентами. Очевидно,

(1965).

что именно смена неравновесных реакций

10. A. F. Vanin, Nitric Oxide Biol. Chem. 21, 1 (2009).

и 2 могла определять появление автоволновых

11. J. R. Hickok, S. Sahni, H. Shen, et al., Free Rad. Biol.

процессов в указанной на схеме 6 химической си-

Chem. 51, 1558 (2011).

стеме.

12. V. D. Mikoyan, E. N. Burgova, R. R. Borodulin, et al.,

Nitric Oxide Biol. Chem. 62, 1 (2017).

Если окажется, что химическая система, при-

веденная на схеме 6, способна в динамике функ-

13. R. R. Borodulin, L. N. Kubrina, V. D. Mikoyan, et al.,

ционировать в автоволновом режиме, то этот

Nitric Oxide Biol. Chem. 29, 4 (2013).

факт может иметь последствия фундаментально-

14. A. F. Vanin, Austin J. Analyt. Pharmac. Chem. 5, 1109

го характера. Можно будет утверждать, что функ-

(2018).

ционирование оксида азота и его эндогенных со-

15. A. F. Vanin, Cell Biochem. Biophys. 77, 279 (2019).

единений - ДНКЖ с тиолсодержащими лиганда-

16. А. Ф. Ванин, Биофизика 65, 353 (2020).

ми и RS-NO - обеспечивается не свободной

17. A. F. Vanin, I. V. Malenkova, and V. A. Serezhenkov,

диффузией этих соединений в их низкомолеку-

Nitric Oxide Biol. Chem. 1, 191 (1997).

лярной форме во внутриклеточном пространстве,

18. C. A. Bosworth, J. C. Toledo, J. W. Zmiewski, et al.,

а организовано в форме автоволн. Другими сло-

Proc. Natl. Acad. Sci. USA 106, 4671 (2009).

вами, вместо хаотического броуновского переме-

щения этих агентов имеет место направленный

19. A. F. Vanin and D. Sh. Burbaev, Biophys. J. 14, 818

более эффективный перенос этих агентов к био-

(2011).

логическим мишеням их действия.

20. X. Xu and S. G. Chang, Chemisphere 67, 1628 (2007).

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021

ВАНИН и др.

21. C. C. McDonald, W. D. Philips, and H. W. Mower, J.

26. A. F. Vanin, A. A. Papina, V. A. Serezhenkov, et al., Ni-

Am. Chem. Soc. 87, 3319 (1965).

tric Oxide Biol. Chem. 10, 60 (2004).

22. A. F. Vanin, A. P. Poltorakov, V. D. Mikoyan, et al., Ni-

27. A. F. Vanin, V. D. Mikoyan, N. M. Rubtsov, et al., Ni-

tric Oxide Biol. Chem. 23, 136 (2011).

tric Oxide Biol. Chem. 23, 175 (2010).

23. D. A. Wink, R. W. Nims, J. F. Darbyshir, et al., Chem.

28. I. Prigogine, From Being to Becoming (W.H. Freeman

Res. Toxicol. 7, 519 (1994).

and Co, San Francisko, 1979).

24. V. G. Kharitonov, A. R. Sandquist, and V. S. Sharma,

29. A. N. Zaikin and A. M. Zhabotinsky, Nature 225, 535

J. Biol. Chem. 270, 28158 (1995).

(1970).

25. R. R. Borodulin, L. N. Kubrina, V. O. Shvydkiy, et al.,

30. D. L. H. Williams, Nitrosation reactions and the chemis-

Nitric Oxide Biol. Chem. 35, 110 (2013).

try of nitric oxide (Elsevier, Amsterdam, 2004).

Autowave Mode of the Reaction of the Formation of Dinitrosyl Iron Complexes

with Thiol-Containing Ligands

A.F. Vanin*^, **, D.A. Gorenberg*, and V.D. Mikoyan*

*Semenov Federal Research Center of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences, ul. Kosygina 4, Moscow, 119334 Russia

**Institute of Regenerative Medicine, Sechenov First Moscow State Medical University, Ministry of Health of the Russian

Federation, Trubetskaya ul. 8/2, Moscow, 119991 Russia

Addition of 20 μl mixture containing 1 mM Fe²⁺ + 0.5 M glutathione to the surface of 0.5 M S-nitrosogluta-

thione solution, that led to the formation of dinitrosyl iron complexes with glutathione, caused the transient

short-lived (0.2 s) appearance of concentric ring-shaped structures in S-nitrosoglutathione solutions. The

number of ring-like structures exceeds the number of concentric circles spread through the water (mechanical

waves) when droplets of water fell into a body of an aqueous solution. Nevertheless, it seems likely that ring-

shaped structures observed in a solution of S-nitrosoglutathione are associated with autowave distribution of

products generated during the formation of dinitrosyl iron complexes with glutathione.

Keywords: dinitrosyl iron complexes, thiol-containing ligands, S-nitrosoglutathiols, autowaves

БИОФИЗИКА том 66

№ 1

2021