Телефонний довідник

 
 

GoogleTranslate

Ukrainian Bulgarian Czech Danish English Estonian Finnish French German Greek Hungarian Italian Japanese Latvian Lithuanian Norwegian Polish Portuguese Romanian Slovak Slovenian Spanish Turkish
 

 

 

                                        ШАНОВНІ КОЛЕГИ !

На базі Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України продовжує свою роботу міждисциплінарний загальноакадемічний семінар у галузі природничих наук «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології».

Чергове засідання семінару відбудеться 21-го ЛЮТОГО 2025 р. (П’ЯТНИЦЯ) о 10-30 в Актовій залі Інституту (вул. Леонтовича, 9). З доповіддю «Протийони ДНК: від біологічних функцій до технологічних застосувань» виступить директор Інституту теоретичної фізики ім. академіка М.М. Боголюбова НАН України доктор фізико-математичних наук ПЕРЕПЕЛИЦЯ Сергій Миколайович.

До цього листа додаю авторські тези доповіді. 

Прийняти участь у роботі семінару можна буде й в онлайн-режимі за адресою:

                          https://meet.google.com/hvk-rtam-kxq

Запрошую Вас та Ваших колег до участі у роботі семінару.

Мета загальноакадемічного семінару полягає у періодичному заслуховуванні та обговоренні наукових доповідей, присвячених застосуванню сучасних експериментальних та теоретичних методів хімії, фізики та математики для вирішення нагальних проблем біології, зокрема – у галузі біохімії, біофізики, молекулярної та клітинної біології, молекулярної фізіології, біоенергетики, гномики , медичної біології, фармакології, нанобіотехнології, системної та синтетичної біології та т.і.

Організація зазначеного семінару була обумовлена прогресуючим розвитком таких «перехресних» наук та наукових напрямів, як біофізична хімія, фізична біохімія, хімічна біофізика, біохімічна фізика, фізико-хімічна біологія, фізика живого, математична біофізика, теоретична біологія, біоінформатика, штучний інтелект в біології та медицині тощо.

Шановні коллеги! З того часу, як був започаткований наш загальноакадемічний семінар (квітень м-ць 2023 р.), на його засіданнях з міждисциплінарними науковими доповідями вже виступили 18 доповідачів:

  • 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»;
  • завідувач відділу нервово-м'язової фізіології Інституту фізіології ім. О.О.Богомольця академік НАН України професор Ярослав Шуба, доповідь «Іонні канали як важливі детермінанти канцерогенезу і перспективні мішені для терапії раку»;
  • завідувач відділу механізмів біоорганічних реакцій Інституту  біоорганічної хімії та нафтохімії ім. В.П.Кухаря НАН України член-кореспондент НАН України професор Андрій Вовк, доповідь «Структурні і механістичні аспекти конструювання біоактивних сполук»;
  • завідувачка відділу клітинної біології та біотехнології ДУ «Інститут харчової біотехнології та геноміки НАН України» член-кореспондент НАН України професор Алла Ємець, доповідь «Цитоскелет як внутрішньоклітинний регулятор і мішень для біологічно активних сполук»;
  • завідувач відділу сигнальних систем клітини Інституту молекулярної біології і генетики НАН України академік НАН України професор Валерій Філоненко, доповідь «СоАлювання як нова складова системи антиоксидантного захисту клітини і новий механізм регулювання активності протеїнів».

Відеозаписи всіх доповідей можна продивитися на сайтах НАН України та Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України.

У подальшому пропозиції щодо виступів з доповідями (тези доповіді – 1-2 стор.) на міждисциплінарному загальноакадемічному семінарі необхідно надсилати на ім’я Костеріна Сергія Олексійовича за електронними адресами: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.  ; Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам необхідно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

Анонси щодо засідань семінару та авторські тези доповідей, звіти про засідання (+ фото) систематично оприлюднюються на сайтах Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України ( biochemistry.org.ua )  та НАН України ( НАН України : Головна сторінка (nas.gov.ua) ), а також розповсюджуються електронною поштою. Слідкуйте за нашими повідомленнями, будь ласка.  

Наступне засідання семінару заплановано у березні м-ці 2025 р.

Будемо раді зустрітися з Вами на засіданнях нашого міждисциплінарного загальноакадемічного  наукового семінару !

З повагою -                                          

керівник семінару,

академік НАН України,

професор                                                                   С.О.Костерін

Протийони ДНК:

від біологічних функцій до технологічних застосувань

Сергій Перепелиця

Інститут теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова Національної академії наук України

В природних умовах структура макромолекули ДНК має форму подвійної спіралі, що складається з пар нуклеотидів, послідовність яких кодує генетичну інформацію. Остов подвійної спіралі містить негативно заряджені фосфатні групи, що надає макромолекулі поліелектролітних властивостей. Навколо ДНК конденсуються присутні в розчині позитивно заряджені іони (протийони), в якості яких можуть бути іони металів (K+, Mg2+ та інші), а також молекулярні іони, наприклад, поліаміни. Протийони разом з молекулами води формують навколо ДНК іон-гідратну оболонку, що стабілізує структуру подвійної спіралі і значною мірою визначає її фізичні властивості. Таким чином, іон-гідратну оболонку ДНК можна розглядати як інтегральну частину макромолекули, що є визначальною для механізмів її біологічного функціонування.

Вирішальна роль іон-гідратного середовища для формування структури подвійної спіралі була виявлена ще в перших роботах з рентеноструктурного аналізу вологих плівок ДНК. Зокрема, ще в роботах Розалінд Франклін було виявлено конформаційний перехід подвійної спіралі ДНК з В-форми в А-форму, який виникає при зменшенні вологості досліджуваних зразків  [1]. Подальші дослідження показали, що для стабілізації подвійної спіралі необхідно приблизно 40 молекул води на пару нуклеотидів залежно від типу протийонів  [2]. Протийони можуть розташовуватися в різних областях ДНК, зокрема біля фосфатних груп остова макромолекули та всередині жолобів подвійної спіралі. Вагомий внесок у дослідженні гідратації нуклеїнових кислот та їх комплексів з іонами металів зробили вчені Харківської біофізичної школи  [3,4].

Попри значний прогрес у вивченні фізичних властивостей ДНК, залишається невирішеною проблема описання розподілу протийонів іонної атмосфери навколо подвійної спіралі, а також роль впливу протийонів на структурну організацію молекул води в гідратній оболонці. Складність пов’язана з тим, що різні іони металів у водному розчині мають різний характер гідратації. Зокрема, існують позитивно гідратовані іони, наприклад Na+, які структурують воду навколо себе, і негативно гідратовані іони, наприклад Cs+, які роблять цю структуру більш рихлою. В результаті іони з різним характером гідратації по-різному впливають на структуру гідратної оболонки подвійної спіралі й мають різний розподіл навколо ДНК загалом. У доповіді будуть окреслені деякі фізичні підходи для описання іонної атмосфери ДНК і зокрема концепція динамічної іон-фосфатної ґратки, розвинена в Інституті теоретичної фізики ім. М.М. Боголюбова НАН України  [5,6]. Також будуть представлені результати числового моделювання в рамках методу молекулярної динаміки для ДНК з протийонами лужних металів  [7,8].

Окрему увагу буде приділено результатам досліджень взаємодії молекул поліамінів з ДНК. Як відомо, природні поліаміни (путесцин2+, спермідин3+ та спермін4+) присутні в клітині в мікромолярних концентраціях і виконують різні функції, які значною мірою пов’язані з ДНК  [9]. Зокрема, спермідин3+ та спермін4+ виконують важливу роль у компактизації ДНК в ядрі клітини, а у водному розчині in-vitro при певній концентрації вони індукують конденсацію макромолекули. У доповіді буде представлено останні результати моделювання взаємодії молекул поліамінів з ДНК, зокрема, буде обговорюватися сиквенс-специфічність взаємодії поліамінів з ДНК, індуковане поліамінами формування міжспіральних ДНК-ДНК контактів, а також роль конформаційної гнучкості молекул поліамінів при їх розташуванні в різних областях подвійної спіралі  [10–13].

Завдяки своїм унікальним властивостям ДНК дедалі частіше використовується як матеріал у нанотехнологіях. В цьому контексті важливим є також те, що ДНК є одним із найпоширеніших біополімерів у природі, загальна маса якого за наближеними оцінками порівнянна з масою викопного палива  [14]. Це робить ДНК привабливим матеріалом з практичної точки зору. У доповіді буде наведено приклад застосування ДНК в якості електроліту в літій-іонних батареях  [15,16] та наведено результати молекулярно-динамічного моделювання Li-ДНК, які є важливими для розуміння електролітичних властивостей системи.

[1]       R. E. Franklin and R. G. Gosling, The structure of sodium thymonucleate fibres. I. The influence of water content, Acta Crystallogr. 6, 673 (1953).

[2]       В. Я. Малеев, М. А. Семенов, А. И. Гасан, and В. А. Кашпур, Физические свойства системы ДНК-вода, Биофизика 38, 768 (1993).

[3]       Ю. П. Благой, В. Л. Галкин, В. Л. Гладченко, С. В. Корнилова, В. А. Сорокин, and А. Г. Шкорбатов, Металлокомплексы нуклеиновых кислот в растворах (Наукова думка, Киев, 1991).

[4]       Ю. П. Благой, О. Н. Веселков, С. Н. Волков, Д. М. Говорун, М. П. Євстернєєв, Р. О. Жураківський, О. І. Корнелюк, В. Я. Малєєв, М. О. Семенов, В. О. Сорокін, В. М. Харкянен, Л. М. Христофоров, А. В. Шестопалова. Принципи молекулярної організації і структурної динаміки біополімерів, (Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна, Харків, 2011).

[5]       S. M. Perepelytsya and S. N. Volkov, Counterion vibrations in the DNA low-frequency spectra, Eur. Phys. J. E 24, 261 (2007).

[6]       S. M. Perepelytsya and S. N. Volkov, Conformational vibrations of ionic lattice in DNA: Manifestation in the low-frequency Raman spectra, J. Mol. Liq. 164, 113 (2011).

[7]       S. Perepelytsya, Hydration of counterions interacting with DNA double helix: a molecular dynamics study, J. Mol. Model. 24, 171 (2018).

[8]       S. M. Perepelytsya, Positively and negatively hydrated counterions in molecular dynamics simulations of DNA double helix, Ukr. J. Phys. 65, 506 (2020).

[9]       A. E. Pegg, Toxicity of polyamines and their metabolic products, Chem. Res. Toxicol. 26, 1782 (2013).

[10]     S. Perepelytsya, J. Uličný, A. Laaksonen, and F. Mocci, Pattern preferences of DNA nucleotide motifs by polyamines putrescine2+, spermidine3+ and spermine4+, Nucleic Acids Res. 47, 6084 (2019).

[11]     T. Vasiliu, F. Mocci, A. Laaksonen, L. D. V. Engelbrecht, and S. M. Perepelytsya, Caging Polycations: Effect of Increasing Con fi nement on the Modes of Interaction of Spermidine3+ With DNA Double Helices, Front. Chem. 10, 836994 (2022).

[12]     S. Perepelytsya, T. Vasiliu, A. Laaksonen, L. Engelbrecht, G. Brancato, and F. Mocci, Conformational flexibility of spermidine3+ interacting with DNA double helix, J. Mol. Liq. (2023).

[13]     S. Perepelytsya, T. Vasiliu, A. Laaksonen, L. D. V. Engelbrecht, and F. Mocci, Unusual bending patterns of spermidine3+ bound to DNA double helix, Low Temp. Phys. 50, 204 (2024).

[14]     H. K. E. Landenmark, D. H. Forgan, and C. S. Cockell, An Estimate of the Total DNA in the Biosphere, PLOS Biol. 13, e1002168 (2015).

[15]     S. B. Mitta, R. Harpalsinh, J. Kim, H. S. Park, and S. H. Um, Flexible Supercapacitor with a Pure DNA Gel Electrolyte, Adv. Mater. Interfaces 9, (2022).

[16]     S. B. Mitta, J. Kim, H. H. Rana, S. Kokkiligadda, Y. T. Lim, S. H. Bhang, H. S. Park, and S. H. Um, A biospecies-derived genomic DNA