The formation of electronically ecxited species in cell suspension

Mgr. Marek RÁC

Doctoral thesis

Abstract:

Ve své práci jsem se věnoval tvorbě elektronově excitovaných molekul v buněčných kulturách vystavených reaktivním formám kyslíku a oxidativnímu poškození biomolekul. Malondialdehyd byl použit pro stanovení rozsahu lipidové peroxidace. Oxidace proteinů byla stanovena na základě koncentrace karbonylových skupin, fragmentace DNA posloužila k vyhodnocení oxidativního poškození DNA. Je zde ukázáno, že inkubace buněčné kultury s peroxidem vodíku nevede k peroxidaci lipidů, zatímco přidání Fentonova činidla vedlo k peroxidaci lipidů. Přidání jak peroxidu vodíku, tak Fentonova činidla vedlo ke karbonylaci proteinů s výraznějším efektem v případě Fentonova činidla. Fragmentace DNA byla vyvolána přidáním jak peroxidu vodíku, tak i Fentonova činidla. V mé práci jsem detekoval dvě různé elektronově excitované molekuly: tripletní excitované karbonyly a singletní kyslík. Detekce tripletních excitovaných karbonylů v buněčné suspenzi obsahující buňky U266 byla provedena za použití jedno a dvou dimenzionální ultra-slabé fotonové emise. Tvorba singletního kyslíku v buněčné suspenzi obsahující buňky U266 nebo U937 byla detekována pomocí elektronové paramagnetické rezonance, zatímco tvorba singletního kyslíku přímo v buňkách U266 a U937 byla vizualizována pomocí laserové konfokální skenovací mikroskopie. V mé práci je ukázána korelace mezi tvorbou tripletních excitovaných karbonylů a singletního kyslíku v buněčné suspenzi. Dále je navrhnut možný mechanismus pro oxidativní poškození biomolekul a tvorbu elektronově excitovaných molekul.

Abstract:

In this thesis, the formation of electronically excited species in cell suspension exposed to reactive oxygen species was studied as well as the oxidative damage of biomolecules. In order to study the oxidative damage of lipids, proteins, and DNA, U937 cells were exposed to reactive oxygen species. Malondialdehyde was used as a marker of lipid peroxidation. Carbonyl groups were used for the detection of protein oxidation and DNA fragmentation was evaluated in order to study the oxidative damage to DNA. It is shown here that the lipid peroxidation was not initiated by the addition of hydrogen peroxide to the cell suspension, while the addition of Fenton reagent to the cell suspension resulted in the lipid peroxidation. The addition of both, hydrogen peroxide and Fenton reagent, resulted in the protein carbonylation with more pronounced effect after the addition of Fenton reagent and in the DNA fragmentation with non-significantly higher effect in the case of Fenton reagent. Two different electronically excited species were detected, triplet excited carbonyls and singlet oxygen. The detection of the triplet excited carbonyls formation from cell suspension containing U266 cells was performed using one-dimensional and two-dimensional ultra-weak photon emission. The formation of singlet oxygen from cell suspension containing U266 or U937 cells was detected by electron paramagnetic resonance, while the formation of singlet oxygen in both U266 and U937 cells was visualized by the confocal laser scanning microscopy. It is shown here that there is a correlation between the formation of triplet excited carbonyls and singlet oxygen in the cell suspension. Possible mechanisms for the biomolecules oxidation and electronically excited species formation are described in this thesis.

Keywords

reaktivní formy kyslíku, ultra-slabá fotonová emise, elektronově excitované molekuly

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 1. 2014

Accessible from:: 5. 1. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 28. 1. 2015

PALACKÝ UNIVERSITY IN OLOMOUC

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Physics / Biophysics