Шановні колеги, вітаю Вас! Після літніх відпусток науковий семінар «Актуальні проблеми сучасної біохімії» Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України продовжує свою роботу. Отже, 25 вересня (ВІВТОРОК) в Актовій залі Інституту плануємо заслухати доповідь професора КОЛЬТОВЕРА В.К. (Інститут проблем хімічної фізики Російської Академії Наук); тема доповіді: «Магнітно-ізотопні ефекти в бімолекулярних нанореакторах клітини". Проте прошу звернути увагу на наступне: за об’єктивних обставин семінар розпочнеться у нетиповий для його проведення час – о 15 год.00 хв.(а не о 10 год.30 хв., як ми це робили раніше). Як завжди до цього листа додаються авторські тези доповіді. Запрошуємо Вас та Ваших колег до участі у роботі нашого семінару. З повагою – С.О.Костерін.
Магнитно-изотопные эффекты
в биомолекулярных нанореакторах КЛЕТКИ
В.К. Кольтовер
Институт проблем химической физики РАН,
Черноголовка, Московская область, Россия,
Многие химические элементы имеют магнитные и немагнитные изотопы. Например, из трех стабильных изотопов магния, 24Mg, 25Mg и 26Mg с природным соотношением приблизительно 79, 10 и 11%, только 25Mg имеет ядерный спин (I = 5/2) и, соответственно, создает магнитное поле, тогда как 25Mg и 26Mg не имеют ядерного спина (I = 0) и не создают магнитного поля. Возникает вопрос, способна ли живая клетка «чувствовать» магнитное поля атомного ядра? В экспериментах с дрожжами S. cerevisiae было обнаружено, что магнитный 25Mg, по сравнению с немагнитным 24Mg, существенно эффективнее способствует восстановлению клеток после облучения коротковолновым УФ светом. Скорость восстановления клеток, обогащенных 25Mg, оказалась вдвое выше по сравнению с клетками, обогащенными немагнитным изотопом [1]. В экспериментах с другой общепринятой клеточной моделью, бактериями E. coli, было обнаружено, что клетки, выращенные на магнитном изотопе, 25Mg, существенно быстрее адаптируются к новой среде роста, чем клетки, выращенные на немагнитных изотопах 24Mg и 26Mg [2]. Для репарационных процессов и для адаптации к новым условиям роста (стрессу) клеткам необходим ATP, а для синтеза ATP – ион Mg2+ в качестве кофактора. В работах А.Л. Бучаченко и его сотрудников было обнаружено, что окислительное фосфорилирование в митохондриях (изолированных из сердечных мышц крыс), идет эффективнее с 25Mg, чем с 24Mg или 26Mg, и высказано предположение, что ключевую роль в синтезе ATP играет ион-радикальная пара Mg+-фосфатный радикал аденозина [3]. Гипотеза о роли подобных виртуальных пар в окислительном фосфорилировании высказывалась и ранее [4]. В условиях конформационного напряжения в активном центре ATP-синтазы возможен переход комплекса Mg2+ADP3? в электронно-возбужденное состояние, в котором существенно возрастает вероятность его реакции с фосфатом с образованием ATP. Однако синглетное возбужденное состояние быстро релаксирует обратно в основное состояние. Магнитное поле ядерного спина 25Mg катализирует, снимая спиновый запрет, переход комплекса Mg2+ADP3? из короткоживущего синглетного возбужденного состояния (электронный спин S = 0) в относительно долгоживущее триплетное состояние (S = 1). Соответственно, повышается выход реакции синтеза ATP. Имеются основания полагать, что изотоп 25Mg оказывает также превентивный антиоксидантный эффект – препятствует образованию свободных радикалов в клетках [5]. Помимо фундаментального значения, магнитно-изотопные эффекты в живых клетках открывают пути создания новых анти-стрессовых препаратов, в том числе радиопротекторов, на основе стабильных магнитных изотопов.
Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект 10-03-01203a.
Литература
1. Гродзинский Д.М., Евстюхина Т.А. и др. / Доклады НАН Украины, 2011. № 12. С. 153-157.
2. Кольтовер В.К., Шевченко У.Г. и др. / ДАН, 2012. Т. 442. С. 272-274.
3. Бучаченко А.Л. Новая изотопия в химии и биохимии. Москва: Наука, 2007.
4. Блюменфельд Л.А., Кольтовер В.К. / Мол. биол., 1972. Т. 6. С. 161-166.
5. Koltover V.K. In: Biomedicine (Ed. Lin C.). Zagreb: InTech, 2012, pp.105-122.