Том 68, № 6 (2023)

C использованием экспериментальных (ЭПР) и квантово-химических (теория функционала плотности) методов исследования показано, что наблюдавшиеся нами ранее изменения в спектре ЭПР семихинонового радикала тайрона в морской воде обусловлены его взаимодействием с ионами Mg²⁺. Образование комплекса между Mg²⁺ и радикалом тайрона обусловлено электростатическим притяжением ионов, несущих на себе большие заряды противоположного знака (+2 и -3), с одной стороны, и способностью ионов Mg²⁺ эффективно связываться с бидентатными кислородсодержащими лигандами, с другой стороны. Образование тесных контактных ионных пар приводит к перераспределению электронной и спиновой плотности в радикале тайрона, о чем можно судить по наблюдаемым изменениям в спектре ЭПР этого радикала.

Методом теоретического конформационного анализа исследованы конформационные возможности молекулы сойморфина-6 (Tyr1-Pro2-Phe3-Val4-Val5-Asn6-NH2). Потенциальная функция системы выбрана в виде суммы невалентных, электростатических и торсионных взаимодействий и энергии водородных связей. Найдены низкоэнергетические конформации молекулы сойморфина-6, значения двугранных углов основных и боковых цепей аминокислотных остатков, входящих в состав молекулы, оценена энергия внутри- и межостаточных взаимодействий. Показано, что пространственная структура молекулы сойморфина-6 представляется конформациями восьми шейпов пептидного скелета. Полученные результаты могут быть использованы для выяснения структурной и структурно-функциональной организации молекул сойморфинов .

β-Изгибы относятся к трудно интерпретируемому типу структуры остова полипептидной цепи глобулярных белков. До сих пор непонятен механизм стабилизации их часто энергетически невыгодных конформаций. Классификацию β-изгибов принято проводить по двугранным углам φ и ψ аминокислотных остатков i + 1 и i + 2 в β-изгибах. Однако анализ карты Рамачандрана аминокислотных остатков i + 1 и i + 2 указывает на возникающее в изгибе конформационное напряжение. Такого рода коформационные напряжения могут быть скомпенсированы, скорее всего, дополнительными взаимодействиями, такими как дополнительные водородные связи, геометрия и энергия которых и компенсирует напряжение β-изгиба. Нейтронография является прямым методом определения положения атомов водорода в структурах химических соединений, включая белки. В данной работе изучено 176 структур белков из PDB, установленных с помощью метода нейтронографии. В этих структурах по критерию замыкающей псевдоцикл водородной связи i -> i + 3 было найдено 3733 β-изгиба. Определены величины конформационных углов для каждого типа изгиба. Гипотеза о наличии дополнительной водородной связи для стабилизации изгиба статистически удовлетворительного подтверждения не нашла.

Проведено математическое исследование флуоресценции спектра действия фотосинтеза: выполнен расчет типовых спектров фотосинтеза по шкале частот для красного и синего света, осуществлен переход спектра действия фотосинтеза от длин волн к шкале частот, в результате обратного Фурье-преобразования численным методом получена кривая релаксации импульсной (временной) характеристики флуоресценции. Оказалось, что радиус-вектор модуля импульсной характеристики в полярных координатах совершает один полуоборот или половину периода колебаний света во времени. Установлено: оптическая среда растения за время релаксации имеет отрицательный объемный заряд электронов, обладает инверсными свойствами и свойствами когерентного излучения. Условие нейтральности материальной среды не выполняется. Выявлено, что коэффициент отношения переменной флуоресценции хлорофилла для красного и синего света имеет практически одно и то же значение. Анализ зависимости добротности спектра хлорофилла от частоты показывает, что потери энергии флуоресценции в синем свете существенно превышают потери энергии в красном свете. Предложенный метод может найти применение для экспресс-анализа интенсивности фотосинтеза. Также сделан вывод, что растения могут испускать сверхширокополосные сигналы. Время релаксации флуоресценции хлорофилла меньше длительности релаксации электронной поляризации в атомах (молекулах). В результате этого в оптической среде хлорофилла создается инверсия населенностей -на верхнем энергетическом уровне находится больше атомов, чем на нижнем. За счет этого происходит вынужденное испускание и усиление света излучательной рекомбинации. При этом излучение света флуоресценции становится когерентным. Все эти свойства растений рассмотрены впервые и не описаны ни в отечественной, ни в зарубежной литературе.

Показано, что снижение фоновой продукции активных форм кислорода в перитонеальных нейтрофилах мышей после кратковременного (40 минут) пребывания в гипомагнитных условиях (остаточное поле ~ 10 нТл) при физиологических температурах, выявляемое методом люцигенин-зависимой хемилюминесценции, не сопровождается нарушением хемилюминесцентного ответа на активаторы респираторного взрыва: формилированный пептид N-formyl-Met-Leu-Phe (fMLF) и форболовый эфир форбол-12-меристат-13-ацетата (ФМА). Эти результаты получены методами активированной хемилюминесценции с использованием люцигенина и люминола и различных комбинаций применения активаторов продукции активных форм кислорода (форбол-12-меристат-13-ацетат и/или N-formyl-Met-Leu-Phe). Проведенное исследование, в совокупности с ранее полученными результатами, позволяет исключить системы, контролирующие респираторный взрыв в нейтрофилах, из числа основных мишеней и акцепторов, реагирующих на кратковременную депривацию магнитного поля.

Проведена оценка активности липолитических ферментов микропланшетным методом с использованием гетеромолекулярного обмена в грунтах со дна погребальной посуды, с последующим кластерным анализом. Выявлены группы с контрастным соотношением липаз С12 - С18 и эстераз С4 - С8 в выборке, включающей 57 погребальных горшков возраста двух-трех тысяч лет. Суммарная липолитическая активность образцов грунта из посуды с предположительным исходным присутствием жиросодержащих пищевых заупокойных продуктов составляла выше 6% от максимального значения в пределах выборки. Ингибирование эстераз в присутствии высоких концентраций жирных кислот отражено в предельно низких относительных значениях эстеразной активности почвенного микробного сообщества на фоне максимальных показателей активности липаз С18 и С12 в двух группах горшков. В трех группах наблюдалась эстеразная активность на фоне высокой относительной активности липаз С16, средней относительной активности липаз С18 и предельно низкой активности истинных липаз. В группе горшков с высокой суммарной липолитической активностью (за исключением отдельных экстремальных величин этого показателя) доля активности истинных липаз была в 1.7-1.8 раза выше по сравнению с долей эстеразной активности. Группировка погребальной посуды по соотношению липазной и эстеразной активности отражает характеристики заупокойной пищи, тогда как абсолютные значения активности ферментов среди избранных сосудов с наибольшей суммарной липолитической активностью группируются в соответствии с типом погребениея.

С помощью метода вычисления усредненных условных вероятностей рекуррентностей выполнен сравнительный анализ направленности связей между различными физиологическими ритмами в виде колебаний артериального давления, дыхания и нейрональной активности нейронов ретикулярной формации продолговатого мозга двух групп анестезированных крыс при отсутствии и наличии болевого воздействия. Выявлены различные варианты направленности связи между анализируемыми ритмами. Для большинства данных для крыс из контрольной группы и из группы с экспериментально вызванным колитом обнаружена статистически значимая однонаправленность связи. Болевое воздействие не изменяло направленность связи, незначительно уменьшая количество данных с однонаправленной связью. При этом ритмы, связанные с сердечно-сосудистой системой (вариабельность артериального давления крови), управлялись ритмами дыхательной системы, а ритм дыхания контролировал вариабельность нейрональной активности нейронов ретикулярной формации продолговатого мозга.

Биосенсорные методы анализа активно совершенствуются и приобретают все большое значение в сферах безопасности, медицины, в частности, мониторинга онкозаболеваний, контроля качества окружающей среды и др. В настоящей работе рассматривается развитие биосенсорной системы на основе технологии использования обонятельной луковицы (ОЛ) животных макросматиков с помощью оптических методов визуализации одорант-специфичных паттернов гломерулярной активности. Сложности автоматической детекции одорологически вызванных паттернов при повторяющейся стимуляции обусловлены процессами адаптации, проявляющимися в обратимом изменении чувствительности нейронных структур обонятельного анализатора. Экспериментально установлены оптимальная длительность стимулов и межстимульных интервалов, позволяющая стабилизировать характер ответной реакции гломерул при повторяющейся стимуляции и визуализировать паттерны гломерулярной активности с постоянной точностью. Полученные результаты расширяют существующий инструментарий, применяемый для разработки биосенсорных систем.

Выяснена причина отсутствия гипотензивного действия газообразного NO, вводимого путем ингаляции в организм животных и человека. Поскольку этот дефект полностью устранялся при одновременной ингаляции NO и внутривенного введения животным (крысам) растворов низкомолекулярных тиолов, сделан вывод, что газообразный NO, попадая через легкие в кровь, циркулирующую в большом круге кровообращения, в результате одноэлектронного окисления превращается в катион нитрозония (NO+), не способный оказывать вазодилатирующее и тем самым гипотензивное действие на животных и человека. Связывание NO+ c низкомолекулярными тиолами приводит к его включению в S-нитрозотиолы с последующим высвобождением этого нитрозильного агента в форме нейтральных молекул NO, характеризующихся гипотензивной активностью. Образование в крови и тканях органов экспериментальных животных в этих опытах динитрозильных комплексов железа с тиолсодержащими лигандами, которые могли бы вызывать гипотензивный эффект, в этих опытах не обнаружено. Гипотензивное действие ингалируемого NO, обнаруживаемое в легких, могло быть обусловлено проникновением NO через внешнюю стенку сосудов с последующей активацией индуктора вазодилатации и гипотензии - фермента гуанилатциклазы - непосредственно в стенках сосудов.

Рассмотрены примеры практического применения разработанного компьютерного метода артериальной пьезопульсометрии для неинвазивного экспресс-анализа функционального состояния сердечно-сосудистой системы и характера ее автономной регуляции у пациентов, отличающихся по возрасту и состоянию своего здоровья. Оценивается участие и роль сократительного компонента миоцитов левого желудочка сердца в качестве универсального мышечного эффектора, обеспечивающего как основную насосную функцию сердца, так и реализацию автономной регуляции его сокращений с помощью периферических нейрогуморальных механизмов, поддерживающих оптимальный уровень кардиогемодинамики. Такой анализ обеспечивает высокую прогностическую значимость ранней индивидуальной неинвазивной пульсометрической диагностики функционального состояния и характера регуляции сердечно-сосудистой системы у человека в ходе его онтогенеза. Эти знания способствуют выявлению риска снижения сложившейся в процессе его эволюции способности сердечно-сосудистой системы к поддержанию динамического равновесия, саморегуляции и адаптации к изменяющимся условиям среды обитания, что связано с нарушением гомеостаза организма.

Процесс амилоидной агрегации достаточно сложный и малоизученный. В данной работе, обобщив полученные ранее результаты по агрегации мультидоменного гладкомышечного белка титина, мы постарались дополнить представление о его амилоидной агрегации, представив новый, на наш взгляд, возможный механизм. Основной вывод заключается в том, что способность титина формировать аморфные агрегаты представляется единственно возможным путем агрегации этого белка. В образовании амилоидной структуры у аморфных агрегатов гладкомышечного титина участвуют, по всей видимости, лишь отдельные участки молекул, а не весь белок. Эта особенность, учитывая большие размеры молекулы белка, отличает титин от остальных амилоидных или амилоидо-подобных белков. Обсуждается возможный энергетический ландшафт, лежащий в основе образования амилоидных агрегатов титина.