Важнейшие результаты фундаментальных  исследований Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институт биохимической физики им. Н.М. Эмануэля РАН за 2015 год

 

1. Высокочувствительные сенсоры для определения опасных веществ, включая белковые и нейротоксины

Предложены новые нанокомпозитные метаматериалы на основе нано и микроразмерных частиц серебра, представляющие собой высокодобротные плазмонные резонаторы. Такие метаматериалы реализуют возможность фокусировки гигантских электромагнитных полей на их поверхности и селективного усиления сигнала комбинационного рассеяния света в 104 – 107 раз на выбранной частоте, с одной стороны, и прочную адсорбцию анализируемых молекул, с другой. На основе предложенных структур в настоящее время разрабатываются современные высокочувствительные биоаналитические системы для определения низких концентраций нейротоксинов и продуктов ферментативных реакций, отражающих степень и характер токсического воздействия на организм человека и животных.

И.Н. Курочкин, ИБХФ РАН

 

2. Фотоиндуцированный перенос протона в 1,2-дигидрохинолинах - неадиабатический, двухстадийный процесс с образованием конечного продукта 2,3-дигидрохинолина в основном состоянии из возбужденного синглетного состояния 1,2-дигидрохинолина.

Методом фемтосекундной лазерной спектроскопии исследован фотоинду­цированный перенос протона в 2,2,4,6-тетраметил-1,2-дигидрохинолине в бинарных растворах MeOH с полярным ацетонитрилом и неполярным пента­ном. Перенос протона в дигидрохинолинах представляет редкий случай неадиабатического процесса образования конечного продукта переноса протона 2,3-дигидрохинолина в основном состоянии из возбужденного синглетного состояния 1,2-дигидрохинолина. Механизм переноса протона зависит от длины волны возбуждения: 1) при возбуждении 308 нм наблюдается одновременный быстрый (200 фс) перенос протона от молекулы растворителя (MeOH) в положение С(3) гетероцикла и от группы NH гетеро­цикла к другой молекуле MeOH с образованием колебательно-возбужденной карбокатионной структуры в основном состоянии; 2) при возбуждении 350 нм реакция двойного переноса протона происходит последовательно более медленный процесс переноса протона от группы NH к аниону MeO в кластере молекул метанола с образованием 2,3-дигидрохинолина. Различие механизмов фотопереноса протона для дигидрохинолинов обусловлено   стабилизацией ионных интермедиатов в менее полярной среде.

В.А. Кузьмин, Т.Д Некипелова, ИБХФ РАН

 

3. Фотолиз 7,7,9-триметил-6,7-дигидрофуро[3,2-f]хинолина и 7,7,9-триметил-6,7-дигидротиено[3,2-f]хинолина

Получены спектрально-кинетические характеристики и идентификацированы продукты взаимодействия фуро- и тиено-дигидрохинолинов с тиминовым основанием. Масс-спектрометрический анализ продуктов фотолиза показал, что при фотовозбуждении 7,7,9-триметил-6,7-дигидрофуро[3,2-f]хинолина образуется аддукт с тимином. Эта реакция лежит в основе  при применении фуродигидрохинолинов в  качестве фотосенсибилизаторов при  PUVA терапии в дерматологии.

В.А.Кузьмин, Т.Д.Некипелова, ИБХФ РАН

 

4. Компьютерное моделирование влияния нуклеотидных замен на каталитические свойства фермента.

Для впервые открытых полиморфных модификаций гена бутилхолин- эстеразы человека методами компьютерного моделирования показан механизм влияния единичных нуклеотидных замен на каталитические свойства фермента. Эти работы раскрывают молекулярные механизмы индивидуальной чувствительности к лекарствам и выводят на новый уровень методы персонализированной медицины.

С.Д. Варфоломеев, А.В. Немухин, С.В. Лущёкина, ИБХФ РАН

 

5. Молекулярный механизм действия перспективного препарата для терапии миастенических синдромов.

Методами компьютерного моделирования описан молекулярный механизм действия перспективного препарата для терапии миастенических синдромов, являющегося ингибитором медленного действия ацетилхолинэстеразы. Показано, что диссоциация фермент-ингибиторного комплекса существенно затруднена по сравнению со связыванием, что объясняет наблюдаемую кинетику псевдо-необратимого взаимодействия. Сложное кинетическое поведение такого рода представляется существенным для создания новых лекарственных препаратов с увеличенным временем действия и сниженными побочными эффектами.

С.Д. Варфоломеев, А.В. Немухин, С.В. Лущёкина, ИБХФ РАН

 

6. Антиоксидантные и антирадикальные свойства бифенильных соединений.

Завершено первое детальное исследование (методами хемилюминесценции, кинетики перекисного окисления липидов и ORAC) антиоксидантных и антирадикальных свойств серии новых бифенильных соединений, обладающих заметным фармакологическим потенциалом по отношению к нейродегенеративным заболеваниям, в развитии которых существенна роль окислительного стресса в организме человека. Установлено, что антиоксидантная активность исследованных димерных структур в несколько раз превышает активность составляющих их мономеров. Это коррелирует с фармакологической активностью таких биоантиоксидантов, однако, небольшие абсолютные значения констант скоростей их взаимодействия с перекисными радикалами позволяют сделать вывод о том, что основной механизм их антиоксидантного действия in vivo отличен от обрыва цепей окисления липидов в клеточных мембранах и связан с активацией внутриклеточных регуляторных процессов. Выявленные экспериментально структурные особенности молекул, определяющие активность исследованных биоантиоксидантов объяснены с помощью данных квантовохимических (DFT) расчетов.

Р.Ф. Васильев, Т.Л. Вепринцев, В.В. Наумов, А.В. Трофимов, ИБХФ РАН

 

7. Хемилюминесценция в реакциях соединений марганца в степенях окисления III и IY.

Впервые количественно исследованы генерация электронного возбуждения и возникновение хемилюминесценции в реакциях соединений марганца в степенях окисления III и IV. Установлено, что в зависимости от условий реакций образование возбужденных состояний может происходить как по одноэлектронному, так и по двухэлектронному механизму. В этих системах обнаружен и детально изучен редкий случай малоисследованного явления - участия образующихся химическим путем электронно-возбужденных неорганических частиц в каталитическом процессе. Так, автокатализ в реакциях восстановления перманганата осуществляется как невозбужденными ионами Mn2+, так и электронно-возбужденными, (Mn2+)*, т.е. частицами, являющимися и эмиттерами света.

Р.Ф. Васильев, А.В. Трофимов, Ю.Б. Цаплев ИБХФ РАН

 

8. Возможное применение оксакарбоцианиновых красителей в качестве спектрально-флуоресцентных зондов для биомакромолекул.

Исследовано взаимодействие катионных оксакарбоцианиновых красителей с ДНК и синтетическими полиэлектролитами: полистиролсульфонатом натрия и полиакриловой кислотой, а также анионного оксакарбоцианина с сывороточным альбумином человека. В присутствии полимеров наблюдается сдвиг цис-транс-равновесия мезо-замещенных оксакарбоцианинов в сторону транс-изомера, сопровождающийся резким ростом флуоресценции. Рост флуоресценции и высокие константы связывания оксакарбоцианиновых красителей с ДНК и сывороточным альбумином создают предпосылки для их применения в качестве спектрально-флуоресцентных зондов для данных биомакромолекул. Методом импульсного изучены первичные фотохимические процессы (фотоизомеризация и обратная изомеризация фотоизомера, генерация и гибель триплетного состояния) в молекулах катионных оксакарбоцианинов в растворах и в комплексах с ДНК. Появление триплетного состояния в комплексах красителей с ДНК дает возможность генерации синглетного кислорода, что может быть использовано для селективной фотодинамической терапии.

Левин П.П., Татиколов А.С., ИБХФ РАН

 

9. Новый подход к идентификации пространственной ориентации перекрёстно сшитых полипептидных γ-цепей в фибриновых фибриллах

Ферментативное сшивание под действием плазменного фибринстабилизирующего фактора (FXIIIa) фибриновых полипептидных γ-цепей, вызывающее их превращение в γ–γ-димеры, является важнейшей физиологической реакцией ковалентной стабилизации фибрина. Несмотря на использование различных методологических подходов, полученные до настоящего времени результаты, касающиеся пространственной ориентации γ–γ-димеров, являются крайне противоречивыми. Нами был разработан новый подход к идентификации пространственной ориентации γ–γ-димеров, основанный на возможности получения в присутствии FXIIIa растворимых равновесных перекрестно сшитых двунитевых протофибрилл фибрина в среде умеренных концентраций мочевины. Методами аналитического ультрацентрифугирования, упругого и динамического светорассеяния установлено, что образующиеся при умеренных концентрациях мочевины двуцепочечные протофибриллы фибрина, ковалентно сшитые только за счет образования γ–γ-димеров, были способны диссоциировать на одноцепочечные структуры в условиях повышения концентрации мочевины. Это является убедительным доказательством продольной пространственной ориентации γ–γ-димеров, принадлежащим одной и той же нити протофибриллы.

М.А. Розенфельд, В.Б. Леонова, А.В. Бычкова, Е.А. Костанова, М.И. Бирюкова. ИБХФ РАН

 

10. Усиление роли взаимодействий γ–γ-димеров в самосборке фибрина при окислении озоном.

Исследование влияния озон-индуцированного окисления на самосборку в присутствии фибринстабилизирующего фактора (FXIIIa) растворимых перекрестно-сшитых олигомеров фибрина, показало, что окисление способствовало накоплению как более значительного количества γ–γ-димеров, α-полимеров, так и образованию протофибрилл, фибрилл и продуктов их диссоциации, которые характеризуются большими значениями молекулярных масс. Полученные данные однозначно свидетельствуют об усилении аксиальных взаимодействий между периферическими D-областями молекул фибрина, образованного из окисленного фибриногена, что, в свою очередь, указывает на возможность компенсаторных, адаптационных механизмов в альтернативной сборке фибрина в условиях развития оксидативного стресса.

М.А. Розенфельд, В.Б. Леонова, А.В. Бычкова, Е.А. Костанова, М.И. Бирюкова, Н.Б. Сультимова, М.Л. Константинова, М.Г. Горобец. ИБХФ РАН

 

11. Немонотонная бимодальная зависимость упругого, рэлеевского рассеяния от концентрации водных растворов фенозана калия.

Обнаружена немонотонная бимодальная зависимость упругого, рэлеевского рассеяния от концентрации водных растворов фенозана калия. Впервые выявлена подобная зависимость и для флуктуаций амплитуды рассеяния. Установленная корреляция указывает на структурные переходы в гидратных оболочках фенозана калия, которые обеспечивают увеличение и разброс их размеров, сравнимых с длиной волны (527 нм) лазерного спектрометра.

Н.П. Пальмина, ИБХФ РАН, совместно с  Институтом общей физики им. А.М. Прохорова РАН

 

12. Пищевые ингредиенты для обогащения продуктов питания незаменимыми полиненасыщенными жирными кислотами.

Разработаны  высоко растворимые композиционные пищевые ингредиенты для обогащения продуктов питания незаменимыми полиненасыщенными жирными кислотами (ПНЖК, омега -3 и омега-6) в их необходимом и достаточном, по данным доказательной медицины, количестве и соотношении. Адекватные количества омега -3 и омега-6 ПНЖК были обеспечены различными комбинациями чистых ПНЖК(ALA, LA, DHA) между собой, а также с ПНЖК в составе соевых фосфолипидов (фосфатидилхолина, лизофосфатидилхолина) и триглицеридов льняного масла. Высокая долговременная (не менее 21 дня) защита изученных комбинаций ПНЖК от окисления (при комнатной температуре и на свету) была обеспечена, как высокой степенью (>95%) их инкапсулирования пищевыми биополимерами (казеинатом натрия, ковалентными коньюгатами казеината натрия с мальтодекстринами) в водной среде, так и подбором наиболее эффективных растительных антиоксидантов. Разработанные композиционные ингредиенты, в виде хорошо растворимых сухих порошков, можно использовать, как для обогащения ПНЖК уже существующих пищевых продуктов, так и для создания на их основе  широкой гаммы новых функциональных продуктов с улучшенными органолептическими свойствами.

М.Г. Семенова, А.С. Антипова, ИБХФ РАН

 

13. Зависимость структурных свойств картофельных крахмалов от вида генотипа  и условия культивирования растений.

Показано, что структурные свойства картофельных крахмалов зависят от вида генотипа (rolC-, rolB- или AtPHYB генотипы)  и от условия культивирования растений (in vitro или in vivo). Этот факт связан, вероятно, с тем, что кристаллическая  гранул крахмала представляет динамическую структуру, которая выполняет существенную функцию в процессах накопления крахмала, его сохранения и использования во время роста клубня. Для всех исследованных генотипов картофельных крахмалов наблюдается одинаковая тенденция изменений термодинамических параметров плавления in vitro и in vivo.Структурные характеристики картофельных крахмалов, экстрагированных из клубней нативного, генно-модифицированного картофеля, определяются  видом генотипа  и способом культивирования растений.  Показано, что  условия культивирования вызывают определенные общие изменения в структуре картофельного крахмала. Показано, что крахмалы, экстрагированные из микроклубней картофеля,  можно использовать как адекватную модель для изучения свойств картофельных крахмалов в различных линиях картофеля.

Л.А. Вассерман, ИБХФ РАН

 

14. Полисукцинимид (полиаспарагиновая кислота) как принципиально новый противоопухолевый препарат.

Проведены углублённые исследования противоопухолевых (аденокарцинома Са-755) и антиметастатических (карцинома лёгких Льюис) свойств полимера аспарагиновой кислоты PSUC. Доказано, что препарат вызывает торможение роста карциномы Са-755 на 62% по сравнению с контролем и ингибирует процесс  метастазирования в лёгкие при развитии карциномы  Льюис на 65%. Таким образом, экспериментально подтверждён противоопухолевый и антиметастатический эффект PSUC в отношении солидных опухолей животных.

С.Д. Варфоломеев, Л.А. Островская, Д.Б. Корман, ИБХФ РАН

Яндекс.Метрика