Plasma Membrane Permeability of Carp (Cyprinus carpio, L., 1758) Spermatozoa for Water and Cryoprotectants Molecules at Different Stages of Cryopreservation
Проникність плазматичних мембран сперматозоїдів коропа (Cyprinus carpio, L., 1758) для молекул води та кріопротекторів на різних етапах кріоконсервування

Anton Yu. Puhovkin, Evgeniy F. Kopeika
2016 Problems of Cryobiology and Cryomedicine  
Проникність плазматичних мембран сперматозоїдів коропа (Cyprinus carpio, L., 1758) для молекул води та кріопротекторів на різних етапах кріоконсервування Реферат: Проникність клітинних мембран для молекул води та кріопротекторів є важливим параметром для визначення швидкостей охолодження під час кріоконсервування генетичного матеріалу риб. У роботі використовували спектрофотометричний метод для дослідження кінетики клітинного об'єму, апроксимували експериментальні залежності відносних об'ємів
more » ... відносних об'ємів клітин від часу рішеннями рівнянь теоретичної моделі та вперше визначили коефіцієнти проникності мембран сперматозоїдів коропа для молекул води та певних кріопротекторів. Встановлено, що за температури 20°С коефіцієнт проникності плазматичних мембран сперматозоїдів коропа для молекул води складає (3,05 ± 0,40)×10 -14 м 3 /Н·с, а при його зменшенні в діапазоні температур 35-15°С енергія активації дорівнює (53,9 ± 3,8) кДж/моль. Зниження проникності мембран сперматозоїдів коропа для молекул кріопротекторів диметилсульфоксиду, етиленгліколю та 1,2-пропандіолу у зазначеному температурному діапазоні характеризується енергією активації 70-80 кДж/моль. Цей факт свідчить про те, що молекули досліджених речовин проникають у сперматозоїд шляхом пасивної дифузії через ліпідний бішар. Отримані дані можуть бути використані для визначення оптимального режиму кріоконсервування сперматозоїдів коропа. Ключові слова: сперматозоїди коропа, проникність мембрани, енергія активації, кріоконсервування, етиленгліколь, гліцерин, 1,2-пропандіол, диметилсульфоксид. Реферат: Проницаемость клеточных мембран для молекул воды и криопротекторов является важным параметром для определения скоростей охлаждения при криоконсервировании генетического материала рыб. В работе использовали спектрофотометрический метод для исследования кинетики клеточного объема, аппроксимировали экспериментальные зависимости относительных объемов клеток от времени решением уравнений теоретической модели и впервые определили коэффициенты проницаемости мембран сперматозоидов карпа для молекул воды и определенных криопротекторов. Установлено, что при температуре 20°С коэффициент проницаемости плазматических мембран сперматозоидов карпа для молекул воды составляет (3,05 ± 0,40)×10 -14 м 3 /Н·с, а при его уменьшении в диапазоне температур 35-15°С энергия активации составляет (53,9 ± 3,8) кДж/моль. Снижение проницаемости мембран сперматозоидов карпа для молекул криопротекторов диметилсульфоксида, этиленгликоля и 1,2-пропандиола в указанном диапазоне характеризуется энергией активации 70-80 кДж/моль. Этот факт свидетельствует о том, что молекулы исследованных веществ в сперматозоид проникают путем пассивной диффузии через липидный двойной слой. Полученные данные могут быть использованы для определения оптимального режима криоконсервирования сперматозоидов карпа. Ключевые слова: сперматозоиды карпа, проницаемость мембраны, энергия активации, криоконсервирование, этиленгликоль, глицерин, 1,2-пропандиол, диметилсульфоксид. Abstract: Cell membrane permeability for water and cryoprotectant molecules is an important parameter to determine cooling rates during fish genetic material cryopreservation. Cell volume kinetics was assessed spectrofotometrically, the resulted experimental dependences of relative cell volume vs. time were fitted with solutions of theoretical model equations that allowed us to calculate the membrane permeability coefficients of carp spermatozoa for molecules of water and several cryoprotectants. The plasma membrane permeability coefficient of carp spermatozoa at 20°C was established to make (3.05 ± 0.40)× × × × ×10 -14 m 3 / N·s, but when it decreased within 35...15°C temperature range the activation energy equaled to (53.9 ± 3.8) kJ/mol. A decreased membrane permeability of carp spermatozoa for dimethyl sulfoxide, ethylene glycol and 1,2-propanediol molecules within the mentioned range was characterized by the activation energy of 70-80 kJ/mol. This fact indicated that molecules of the studied substances penetrated into spermatozoon via a passive diffusion through a lipid bilayer. Our findings could be used to determine the optimal cryopreservation regimen for carp spermatozoa. Відділ кріобіології системи репродукції, Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України оригінальне дослідження research article This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0), which permits unrestricted reuse, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. проблемы криобиологии и криомедицины problems of cryobiology and cryomedicine том/volume 26, №/issue 4, 2016 проблемы криобиологии и криомедицины problems of cryobiology and cryomedicine том/volume 26, №/issue 4, 2016 347 -3...-20°С; показник проникності мембран суттєво збільшувався після охолодження до -100°С і подальшого відігрівання. Після охолодження до температур -10...-50°С і подальшого відігрівання статистично значущих змін коефіцієнта проникності порівняно з контролем не виявлено.
doi:10.15407/cryo26.04.340 fatcat:icptnewxjbettjpid2hnybkt2e