13 вересня 2024 р. в Інституті біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України після літніх відпусток відбулося чергове засідання загальноакадемічного міждисциплінарного семінару у галузі природничих наук «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології».
Із міждисциплінарною доповіддю «АБІОГЕНЕЗ. ДЕТАЛІ ХІМІЧНОГО ЕТАПУ ЕВОЛЮЦІЇ БІОСФЕРИ» виступив доктор хімічних наук, професор, професор кафедри органічної хімії Київського національного університету імені Тараса Шевченка ПИВОВАРЕНКО Василь Георгійович. У своєму вступному слові головуючий – академік НАН України професор С.О.Костерін, розповів присутнім про наукові інтереси доповідача. Було підкреслено, що переважно це - створення багатоканальних флуоресцентних зондів для вивчення будови складних молекул і міжмолекулярних взаємодій у розчинах. Зокрема, було розроблено високоселективний зонд для детекції АТФ у водних розчинах. Втім, професор Пивоваренко має свої погляди й на найцікавішу проблему, яка стосується фізико-хімічних аспектів абіогенезу та біогенезу – мова йде за етапи еволюції поверхні та атмосфери Землі, відбір хімічних процесів до біологічних, конверсію рацематів у енантіомерно чисті системи природного відбору. Василь Георгійович є членом Європейської фотохімічної асоціації. Проф. Пивоваренко провадить велику педагогічну роботу. Так, він читає студентам курси міждисциплінарних лекцій "Хімія білка", "Хімія ліпідів", "Фізичні методи дослідження природних сполук", які мають відношення до біохімії та молекулярної біології, а також такі курси лекцій, як "Механізми органічних реакцій", "Комп’ютери в наукових дослідженнях" та ін. Більше 190 відеолекцій Василя Георгійовича анонсовані в ЮТУБІ.
Далі слово для міждисциплінарної наукової доповіді було надано професору В.Г.Пивоваренку.
Доповідач підкреслив, що хотів би звернути увагу на необхідність поглиблення уявлень про еволюцію хімічних процесів у зоні формування Сонячної системи під час акреції, при утворенні планети Земля і подальшому охолодженні її поверхні. Під час такої еволюції утворюється цикл фотосинтезу органічних сполук в атмосфері та їх терморозпаду на поверхні до газів – складових первинної атмосфери. Він є характерним для всіх планет, які мають метан у складі атмосфери і гарячу поверхню. Охолодження земної кори веде до накопичення найстабільніших органічних сполук на поверхні, серед яких домінують ароматичні азагетероцикли та вищі вуглеводні.
При перетині критичної точки води відбувається масштабна конденсація води з атмосфери і утворюються первинні океани – колоїдні системи органіки у воді. У водному просторі відбувається еволюція термохімічних циклів з утворенням газів та більш стабільної органіки. Внаслідок охолодження у зоні терморозпаду все більше починають домінувати каталітичні процеси, а позитивний зворотний зв’язок (автокаталіз) веде до масштабування швидких автокаталітичних циклів і ліквідації неефективних. Швидкість дифузії молекул і відстань дифузії є визначальними в автокаталізі. Як наслідок, еволюція автокаталітичних циклів є найшвидшою у колоїдних системах. Саме колоїди найшвидше еволюціонують (масштабуються найбільш ефективні цикли) і утворюють первинні органічні мікроструктури – пребіонти, які є міцелами з переважним вмістом органічних сполук.
Пребіонти в різних ареалах відрізняються за складом, за типом хімічних циклів перетворень, як і за структурою, що є результатом різних умов існування (температури, тиску і складу середовища). Отже, закон природного відбору починає працювати ще в абіогенезі, до утворення біосфери. Вирішальним процесом у переході від пребіонтів до біонтів (живих організмів) є синтез ліпідів, які формують оболонку клітини біонта – цитоплазматичну мембрану. Оболонка зменшує швидкість дифузії – це негатив, проте вона значно стабілізує внутрішнє середовище утвореної везикули у відношенні до зовнішніх впливів. Склад мембран сучасних термофільних архей – одноклітинних організмів, вказує на хімічні шляхи утворення молекул первинних ліпідів та їх структуру. Саме ті пребіонти, де відбувався синтез ліпідів і далі – цитоплазматичних мембран із них, виявилися, як підкреслив доповідач, найбільш стабільними до зміни зовнішніх впливів, і саме тому вони заполонили водне середовище. Точкою переходу від абіогенезу до біогенезу слід вважати появу гомохіральних одноклітинних організмів, що містять L-амінокислоти, D-вуглеводи тощо. У дослідах з асиметричного автокаталізу гомохіральний розчин утворюється з рацемічної суміші за лічені дні, проте в еволюції біосфери цей циклічний процес тривав мільйони років. Численні приклади розділення рацематів шляхом кристалізації окремих енантіомерів є свідченням мікрогетерогенності розчинів і одночасно – вказівником причини природного відбору до гомохіральних організмів. Проте і зараз поява гомохіральності в біосфері є найменш вивченою загадкою зародження життя.
Отже, цикл фотосинтезу – терморозпаду органіки зародився ще в процесі утворення планет Сонячної системи. У результаті охолодження поверхні первинної Землі він привів до накопичення органічних сполук, які утворили міцелярні структури у воді після її конденсації на поверхні. Еволюція циклів фотосинтезу – терморозпаду у водному середовищі була процесом природного відбору найбільш стабільних у часі циклів. Зміну відновлювальної атмосфери до окиснювальної (кисневу катастрофу) пережили лише найбільш пристосовані системи циклічних перетворень, які ми наразі називаємо організмами.
Оскільки в кисневій атмосфері органічні сполуки не утворюються, їх фотосинтез зараз відбувається лише у водному середовищі – в клітинах рослин на поверхні Землі і в океанах. Він є основним шляхом збереження і розвитку біосфери Землі. Всі інші шляхи збереження і розвитку біосфери є мінорними.
Із запитаннями до доповідача та обговоренням доповіді виступили: академік НАН України С.В.Комісаренко, академік НАН України С.О.Костерін, академік НАН України В.Є.Кузьмін, член-кор. НАН України М.П.Куліш, член-кор. НАН України В.А.Кордюм, проф. Д.В.Колибо, д.б.н. Демченко О.П. та інші.
Зокрема, у своєму виступі головуючий академік НАН України Сергій Костерін звернув увагу на те, що аналіз відповідної проблеми, якій була присвячена доповідь, потребує не лише залучення уявлень в термінах закону діючих мас, принципу Ле-Шательє-Брауна, термодинамічних потенціалів, але й положень теорії інформації в термінах інформаційної ентропії («ентропії Шеннона»). Він подякував професору Пивоваренку за цікаву наукову міждисциплінарну доповідь та побажав йому подальших значних наукових успіхів.
ПОСИЛАННЯ НА ЗАПИС СЕМІНАРУ: https://youtu.be/TxQqXwFMPYY
Ф О Т О Р Е П О Р Т А Ж З С Е М І Н А Р У
(фото – к.б.н. М.В.Григор'євої)
Головуючий академік С.О.Костерін відкриває семінарське засідання
В залі засідань…
На трибуні – доповідач професор В.Г.Пивоваренко
Запитання до доповідача від професора Д.В.Колиби
Запитання до доповідача від академіка С.В.Комісаренка
Виступає член-кор. НАН України В.А.Кордюм
Доповідач із задоволенням вислуховує коментарі до свого виступу
Дискусія триває…
Подяка головуючого доповідачеві за цікаву наукову доповідь
Здається, семінар вдався…
Член-кор. НАН України В.А.Кордюм, академік С.О.Костерін, професор В.Г.Пивоваренко
*********
З того часу, як був започаткований наш семінар (квітень м-ць 2023 р.), на його засіданнях з міждисциплінарними науковими доповідями вже виступили:
- заступник директора з наукової роботи Інституту проблем математичних машин і систем НАН України член-кореспондент НАН України Ігор Бровченко, доповідь «Математичне моделювання поширення вірусних інфекцій, досвід аналізу і прогнозування епідемії COVID-19 в Україні»;
- директор Навчально-наукового інституту високих технологій Київського національного університету імені Тараса Шевченка доктор хімічних наук професор Ігор Комаров, доповідь «Фотофармакологія та фотодинамічна терапія – вчора, сьогодні, завтра»;
- професор кафедри загальної та медичної генетики Навчально-наукового центру «Інститут біології і медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка професор Андрій Сиволоб, доповідь «Від нуклеосоми до петельних фрагментів: як топологичні обмеження у хроматині зумовлюють його унікальні властивості»;
- завідувач відділу медичної хімії Інституту органічної хімії НАН України, професор кафедри супрамолекулярної хімії Інституту високих технологій Київського національного університету імені Тараса Шевченка, науковий консультант компанії ТОВ «НПВ «Єнамін»» член-кореспондент НАН України Дмитро Волочнюк, доповідь «Органічний синтез як інструмент для біомедичних досліджень»;
- завідувач лабораторії медико-біологічних досліджень відділу хімії макроциклічних сполук Інституту органічної хімії НАН України кандидат хімічних наук Роман Родік, доповідь «Біомедичний потенціал каліксаренів: літературні дані та результати власних досліджень»;
- професор кафедри загальної фізики та моделювання фізичних процесів фізико-математичного факультету Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» доктор фізико-математичних наук Оксана Горобець, доповідь «Біогенні магнітні наночастинки в організмі, їх роль в метаболізмі та перспективи управління цим процесом»;
- завідувач кафедри біофізики та медичної інформатики Навчально-наукового центру «Інститут біології та медицини» Київського національного університету імені Тараса Шевченка доктор біологічних наук професор Олександр Жолос, доповідь «Рецептор холоду і ментолу TRPM8: від біофізичних і фармакологічних властивостей до біологічних функцій і ризіків гіпотермії»;
- директор Інституту проблем штучного інтелекту МОН України і НАН України член-кореспондент НАН України професор Анатолій Шевченко, доповідь «Пріоритети і виклики реалізації стратегії розвитку штучного інтелекту в Україні»;
- головний науковий співробітник лабораторії біофізики макромолекул відділу теорії нелінійних процесів в конденсованих середовищах Інституту теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України доктор фізико-математичних наук професор Сергій Волков, доповідь «Можлива роль молекул пероксиду водню в йонній терапії ракових клітин»;
- завідувач відділу білкової інженерії та біоінформатики Інституту молекулярної біології та генетики НАН України член-кореспондент НАН України професор Олександр Корнелюк, доповідь «Штучний інтелект і моделювання просторової структури білків»;
- завідувач кафедри фізичної хімії хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка член-кореспондент НАН України професор Ігор Фрицький, доповідь «Біоміметичне моделювання металоензимів: від дослідження механізмів до створення інноваційних каталізаторів»;
- директор та завідувач відділу ензимології білкового синтезу Інституту молекулярної біології і генетики НАН України академік НАН України професор Михайло Тукало, доповідь «Ключова роль аміноацил-тРНК синтетаз в біології і медицині»;
- заступник директора та головний науковий співробітник лабораторії біомолекулярної електроніки Інституту молекулярної біології і генетики НАН України академік НАН України професор Сергій Дзядевич, доповідь «Ензимні електрохімічні біосенсори та їхнє практичне застосування».
- професор кафедри органічної хімії хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка професор Василь Пивоваренко, доповідь «Абіогенез. Деталі хімічного етапу еволюції біосфери».
Відеозаписи всіх доповідей можна продивитися на сайтах НАН України та Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України.
Дорогі друзі! Наступне засідання загальноакадемічного міждисциплінарного наукового семінару «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології» заплановано на жовтень м-ць 2024 р.
ДО ЧЕРГОВОЇ ЗУСТРІЧІ !
Науковий керівник семінару
академік НАН України, професор С.О.Костерін