vestibИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия биологических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus, Biological Series1029-89402524-230XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1029-8940-2020-65-2-199-211vestib-669Research ArticleСтатьиФотосенсибилизированное рибофлавином окисление тиамина в водных растворах при воздействии ультрафиолета и видимого излученияRiboflavin-photosensitized thiamine oxidation in aqueous solutions on exposure to ultraviolet and visible lightСтепуроИ. И.StepuroI. I.

Степуро Иван Иванович – канд. биол. наук, доцент, заведующий лабораторией

БЛК, 50, 230030, г. Гродно

Ivan I. Stepuro – Ph. D. (Biol.), Associated Professor, Head of the Laboratory

BLK, 50, 230030, Grodno

scepura@gmail.comЛаборС. А.LaborS. A.

Лабор Светлана Алексеевна – аспирант, мл. науч. сотрудник

БЛК, 50, 230030, г. Гродно

Svetlana A. Labor – Postgraduate student, Junior researcher

BLK, 50, 230030, Grodno

swet.labor2010@yandex.byСтепуроВ. И.StsiapuraV. I.

Степуро Виталий Иванович – канд. физ.-мат. наук, доцент, вед. науч. сотрудник

ул. Ожешко, 22, 230023, г. Гродно

Vitali I. Stsiapura – Ph. D. (Phys. and Math.), Associated Professor, Leading researcher

22, Ozheshko Str., 230023, Grodno

stsiapura@gmail.comЯнцевичА. В.YantsevichA. V.

Янцевич Алексей Викторович – канд. хим. наук, заведующий лабораторией

ул. Купревича, 5/2, 220141, г. Минск

Aleksey V. Yantsevich – Ph. D. (Chem.), Head of the Laboratory

5/2, Kuprevich Str., 220141, Minsk

Институт биохимии биологически активных соединений НАН БеларусиInstitute of Biochemistry of Biologically Active Compounds of the National Academy of Sciences of BelarusГродненский государственный университет им. Я. КупалыYanka Kupala State University of GrodnoИнститут биоорганической химии НАН БеларусиInstitute of Bioorganic Chemistry of the National Academy of Sciences of Belarus202016052020652199211Copyright © Степуро И.И., Лабор С.А., Степуро В.И., Янцевич А.В., 20202020Степуро И.И., Лабор С.А., Степуро В.И., Янцевич А.В.Stepuro I.I., Labor S.A., Stsiapura V.I., Yantsevich A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestibio.belnauka.by/jour/article/view/669

При воздействии ультрафиолета UVA (λ = 315–400 нм) и видимого света (λ > 400 нм) на водные растворы тиамина в смеси c рибофлавином тиамин окисляется в тиохром и оксодигидротиохром. Окисление тиамина в тиохром в аэробных условиях происходит с участием синглетного кислорода. В анаэробных условиях при воздействии ультрафиолета и видимого излучения на водные растворы тиамина последний в присутствии рибофлавина не окисляется. Тиохром в аэробных условиях под действием как синглетного кислорода, так и фотосенсибилизатора (рибофлавина в триплетном состоянии) окисляется с образованием оксодигидротиохрома. В анаэробных условиях окисление тиохрома с образованием оксодигидротиохрома происходит с участием фотосенсибилизатора рибофлавина в триплетном состоянии.

В работе обсуждаются возможные механизмы повреждения клеточных структур глаза вследствие инактивации тиамин-зависимых ферментов под действием интенсивного видимого света в присутствии эндогенного фотосенсибилизатора – рибофлавина.

It was shown the irradiation of aqueous solutions of thiamine and riboflavin with ultraviolet UVA (315–400 nm) and visible light (λ > 400 nm) leads to oxidation of thiamine to thiochrome and oxodihydrothiochrome. In absence of riboflavin in aerobic conditions thiamine oxidation to thiochrome was mainly due to reaction with singlet oxygen. Under anaerobic conditions, thiamine in the presence of riboflavin was photostable and UV and visible light irradiation of their aqueous solutions did not result in thiamine oxidation. Under aerobic conditions, thiochrome was oxidized to form oxodihydrothiohrome in reactions with singlet oxygen and riboflavin in triplet states. Under anaerobic conditions, oxidation of thiochrome to oxodihydrothiochrome occurred due to reaction with riboflavin in triplet state. Possible mechanisms of the damage of cellular eye structures due to inactivation of thiamine-dependent enzymes on exposure to intensive UVA and visible light in the presence of endogenous photosensitizer riboflavin are discussed.

тиаминрибофлавинтиохромоксодигидротиохромультрафиолет UVAвидимый светthiaminriboflavinthiochromeoxodihydrothiochromeultraviolet UVAvisible lightРабота выполнена при поддержке Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований (грант № М18-157) и Государственной программы научных исследований «Химические технологии и материалы» (задание 5.28).This work was supported by Belarusian Foundation for Basic Research (grant M18-157) and State program of scientific research «Chemical Technologies and Materials» (project 5.28).ReferencesDavies, M. J. Photo-oxidation of proteins and its role in cataractogenesis / M. J. Davies, J. W. Truscott // J. Photochem. Photobiol. B: Biology. – 2001. – Vol. 63, N 1–3. – Р. 114–125. https://doi.org/10.1016/s1011-1344(01)00208-1Davies M. J., Davies J. M., Truscott J. W. Photo-oxidation of proteins and its role in cataractogenesis. Journal of Photochemistry and Photobiology. B: Biology, 2001, vol. 63, no. 1–3, рр. 114–125. https://doi.org/10.1016/s1011-1344(01)00208-1Фут, Х. Фотосенсибилизированное окисление и синглетный кислород. Биологические cледствия / Х. Фут // Свободные радикалы в биологии / ред. У. Прайор. – М., 1979. – С. 96–143.Fut Kh. Photosensitized oxidation and singlet oxygen. Biological consequences. Svobodnye radikaly v biologii [Free radicals in biology]. Moscow, 1979, рp. 96–143 (in Russian).Красновский, А. А. Фотодинамическая регуляция биологических процессов: первичные механизмы / А. А. Красновский // Проблемы регуляции в биологических системах / под общ. ред. А. Б. Рубина. – М. ; Ижевск, 2006. – С. 223–254.Krasnovskii A. A. Photochemical regulation of biological processes: primary mechanisms. Problemy regulyatsii v biologicheskikh sistemakh [Problems of regulation in biological systems]. Moscow, Izhevsk, 2006, рp. 223–254 (in Russian).Calingasan, N. Y. Vascular endothelium is a site of free radical production and inflammation in areas of neuronal loss in thiamine-deficient brain / N. Y. Calingasan, G. E. Gibson // Ann. NY Acad. Sci. – 2000. – Vol. 903, N 1. – Р. 353–356. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.2000.tb06386.xCalingasan N. Y., Gibson G. E. Vascular endothelium is a site of free radical production and inflammation in areas of neuronal loss in thiamine-deficient brain. Annals of the New York Academy of Sciences, 2000, vol. 903, no. 1, рр. 353–356. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.2000.tb06386.xChanges in nitric oxide synthase-containing neurons in the brain of thiamine-deficient mice / H. Matsushita [et al.] // Acta Histochemica et Cytochemica. – 2000. – Vol. 33, N 2. – Р. 67–72. https://doi.org/10.1267/ahc.33.67Matsushita H., Takeuchi Y., Kosaka K., Fushiki S., Kawata M., Sawada T. Changes in nitric oxide synthase-containing neurons in the brain of thiamine-deficient mice. Acta Histochemica et Cytochemica, 2000, vol. 33, no. 2, рр. 67–72. https://doi.org/10.1267/ahc.33.67Frederikse, P. H. Thiamine deficiency in vivo produces fiber cell degeneration in mouse lenses / P. H. Frederikse, P. Farnsworth, J. S. Zigler // J. Biochem. Biophys. Res. Commun. – 1999. – Vol. 258, N 3. – Р. 703–707. https://doi.org/10.1006/bbrc.1999.0560Frederikse P. H., Farnsworth P., Zigler J. S. Thiamine deficiency in vivo produces fiber cell degeneration in mouse lenses. Journal of Biochemical and Biophysical Research Communications, 1999, vol. 258, no. 3, рр. 703–707. https://doi.org/10.1006/bbrc.1999.0560Ингибирование тиамином фотолиза тирозина, триптофана, тирозинильных и триптофанильных остатков белков под действием ультрафиолета / И. И. Степуро [и др.] // Посттрансляционная модификация белков : ст. участников Белорус.-пол.-лит. семинара «Биохимия и молекулярная биология», 11–12 мая 2017 г. / редкол. : Л. И. Надольник (гл. ред.) [и др.]. – Гродно, 2017. – С. 68–86.Stepuro I. I., Labor S. A., Stepuro V. I., Smirnov V. Yu. Thiamine inhibition of photolysis of tyrosine, tryptophane, tyrosinyl and tryptophanyl protein residues on exposure to ultraviolet. Posttranslyatsionnaya modifikatsiya belkov: stat’i uchastnikov Belorussko-pol’sko-litovskogo seminara «Biokhimiya i molekulyarnaya biologiya» (Grodno, 11–12 maya 2017 goda) [Post-translational modification of proteins: articles of participants in the Belarusian-Polish-Lithuanian seminar “Biochemistry and Molecular Biology” (Grodno, May 11–12, 2017)]. Grodno, 2017, рp. 68–86 (in Russian).Photosensitized formation of singlet oxygen by vitamins of the B group / B. M. Dzhagarov [et al.] // J. Appl. Spectroscopy. – 1995. – Vol. 62, N 2. – Р. 285–289. https://doi.org/10.1007/bf02606482Dzhagarov B. M., Kruk N. N., Konovalova N. V., Solodunov A. A., Stepuro I. I. Photosensitized formation of singlet oxygen by vitamins of the B group. Journal of Applied Spectroscopy, 1995, vol. 62, no. 2, рр. 285–289. https://doi.org/10.1007/bf02606482Natera, J. Vitamin B 1 as a scavenger of reactive oxygen species photogenerated by vitamin B 2 / J. Natera, W. A. Massad, N. A. García // Photochem. Photobiol. – 2011. – Vol. 87, N 2. – Р. 317–323. https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.2010.00867.xNatera J., Massad W. A., García N. A. Vitamin B 1 as a scavenger of reactive oxygen species photogenerated by vitamin B 2 . Photochemistry and Photobiology, 2011, vol. 87, no. 2, рр. 317–323. https://doi.org/10.1111/j.1751-1097.2010.00867.xOxidation of thiamine on reaction with nitrogen dioxide generated by ferric myoglobin and hemoglobin in the presence of nitrite and hydrogen peroxide / I. I. Stepuro [et al.] // Biochemistry (Moscow). – 2012. – Vol. 77, N 1. – Р. 41–55. https://doi.org/10.1134/s0006297912010051Stepuro I. I., Oparin A. Yu., Stsiapura V. I., Maskevich S. A., Titov V. Yu. Oxidation of thiamine on reaction with nitrogen dioxide generated by ferric myoglobin and hemoglobin in the presence of nitrite and hydrogen peroxide. Biochemistry (Moscow), 2012, vol. 77, no. 1, pp. 41–55. https://doi.org/10.1134/s0006297912010051Stepuro, I. I. Oxidized thiamine derivatives. Mechanisms of formation under expasure to reactive nitrogen and oxygen species and in hemoprotein – catalyzed reactions / I. I. Stepuro, V. I. Stepuro. – [s. l.] : LAP LAMBERT Acad. Publ., 2014. – 280 p.Stepuro I. I., Stepuro V. I. Oxidized thiamine derivatives. Mechanisms of formation under expasure to reactive nitrogen and oxygen species and in hemoprotein – catalyzed reactions. S.l., LAP LAMBERT Academic Publishing, 2014. 280 р.Мецлер, Д. Биохимия. Химические реакции в живой клетке : в 3 т. / Д. Мецлер. – М. : Мир, 1980. – Т. 2. – 606 с.Metzler D. E. Biochemistry. The Chemical Reactions of Living Cells. New York, Academic Press, 1977. 1164 p.Edvards, A. Effect of visible light on selected enzymes, vitamins and amino acids / A. Edvards, E. Silva // J. Photochem. Photobiol. B: Biology. – 2001. – Vol. 63, N 1–3. – Р. 126–131. https://doi.org/10.1016/s1011-1344(01)00209-3Edvards A., Silva E. Effect of visible light on selected enzymes, vitamins and amino acids. Journal of Photochemistry and Photobiology. B: Biology, 2001, vol. 63, no. 1–3, рр. 126–131. https://doi.org/10.1016/s1011-1344(01)00209-3Generation and photosensitization properties of oxidized radicals of riboflavin: a laser flash photolysis study / C.-Y. Lu [et al.] // J. Photochem. Photobiol. B: Biology. – 1999. – Vol. 52, N 1–3. – Р. 111–116. https://doi.org/10.1016/s1011-1344(99)00111-6Lu C.-Y., Wang W.-F., Lin W.-Z., Han Z.-H., Yao S.-D., Lin N.-Y. Generation and photosensitization properties of oxidized radicals of riboflavin: a laser flash photolysis study. Journal of Photochemistry and Photobiology. B: Biology, 1999, vol. 52, no. 1–3, pp. 111–116. https://doi.org/10.1016/s1011-1344(99)00111-6Insińska-Rak, M. Riboflavin interactions with oxygen – a survey from the photochemical perspective / M. Insińska-Rak, M. Sikorski // Chem. Eur. J. – 2014. – Vol. 20, N 47. – Р. 15280–15291. https://doi.org/10.1002/chem.201403895Insińska-Rak M., Sikorski M. Riboflavin Interactions with oxygen – a survey from the photochemical perspective. Chemistry – A European Journal, 2014, vol. 20, no. 47, рр. 15280–15291. https://doi.org/10.1002/chem.201403895Corbin, F. Pathogen inactivation of blood components: current status and introduction of an approach using riboflavinas a photosensitizer / F. Corbin // Int. J. Hematol. – 2002. – Vol. 76, N S2. – Р. 253–257. https://doi.org/10.1007/bf03165125Corbin F. Pathogen inactivation of blood components: current status and introduction of an approach using riboflavinas a photosensitizer. International Journal of Hematology, 2002, vol. 76, no. S2, рр. 253–257. https://doi.org/10.1007/bf03165125Iqbal, J. Photooxidation of acyclovir with thermally generated triplet excited ketones. A comparison with type I and II photosensitizers / J. Iqbal, A. Husain, A. Gupta // Chem. Pharm. Bull. – 2006. – Vol. 54, N 4. – Р. 519–521. https://doi.org/10.1248/cpb.54.519Iqbal J., Husain A., Gupta A. Photooxidation of acyclovir with thermally generated triplet excited ketones. A comparison with type I and II photosensitizers. Chemical and Pharmaceutical Bulletin, 2006, vol. 54, no. 4, рр. 519–521. https://doi.org/10.1248/cpb.54.519Supramolecular photonic therapeutic agents / S. O. McDonnell [et al.] // J. Am. Chem. Soc. – 2005. – Vol. 127, N 47. – Р. 16360–16361. https://doi.org/10.1021/ja0553497McDonnell S. O., Hall M. J., Allen L. T., Byrne A., Gallagher W. M., O’Shea D. F. Supramolecular photonic therapeutic agents. Journal of the American Chemical Society, 2005, vol. 127, no. 47, рр. 16360–16361. https://doi.org/10.1021/ja0553497The role of corneal crystallins in the cellular defense mechanisms against oxidative stress / N. Lassen [et аl.] // Seminars Cell Develop. Biol. – 2008. – Vol. 19, N 2. – Р. 100–112. https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2007.10.004Lassen N., Black W. J., Estey T., Vasiliou V. The role of corneal crystallins in the cellular defense mechanisms against oxidative stress. Seminars in cell and developmental biology. Seminars in Cell and Developmental Biology, 2008, vol. 19, no. 2, рр. 100–112. https://doi.org/10.1016/j.semcdb.2007.10.004Островский, М. А. Молекулярные механизмы повреждающего действия света на структуры глаза и системы защиты от такого повреждения / М. А. Островский // Успехи биол. химии. – 2005. – Т. 45. – С. 173–204.Ostrovskii M. A. Molecular mechanisms of damaging effect of light on eye structures and systems of protection against this damage. Uspekhi biologicheskoi khimii [Advances in biological chemistry], 2005, vol. 45, рp. 173–204 (in Russian).Основы биохимии : в 3 т. / А. Уайт [и др.]. – М. : Мир, 1981. – Т. 3. – 726 с.White A., Handler P., Smith E. L., Hill R. L., Lehman I. R. Principles of biochemistry. 4th ed. New York, McGraw-Hill, 1968. 1187 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.