С использованием метода броуновской динамики проведено качественное исследование взаимодействия последовательности событий, предшествующих формированию функционально-активного комплекса белков пластоцианина и цитохромома f. С помощью иерархического кластерного анализа идентифицированы промежуточные состояния этого процесса. Предложен сценарий сближения этих белков, в котором ключевую роль играет диффузионный захват молекулы пластоцианина. Охарактеризована подвижность пластоцианина при разных значениях энергии электростатического взаимодействия между молекулами.

Созданы компьютерные модели димера инулиназы из Aspergillus ficuum. Экспериментально исследована надмолекулярная организация инулиназы из Aspergillus niger. Обсуждается вопрос о роли различных форм инулиназ в проявлении их функциональной активности. Показано, что в процессе димеризации инулиназы при образовании контактов между мономерными формами фермента определяющая роль принадлежит неполярным аминокислотным остаткам.

Для выявления конформационных изменений, обуславливающих инактивирующее действие мутации Р32Т, рассмотрена структура трех форм димера инозинтрифосфат пирофосфогидролазы человека hITPA. Проведен анализ наносекундной молекулярной динамики, вычислены значения среднеквадратичных отклонений атомов у гомодимеров дикого и мутантного типов, а также гетеродимера. В результате моделирования в течение 3 нс у мутантных протомеров наблюдали более сильные смещения атомов. В процессе моделирования наибольшим изменениям подверглись: петля между α2 и β2 (аминокислотные остатки 28–33, область локализации мутации Р32Т), петля между β5 и β6 и С-концевые аминокислотные остатки. Петля между α2 и β2 имела две конформации, характеризующиеся разным положением боковой группы Phe31. Расстояние между Cys33(Cα) и Phe31(Cz) для протомеров дикого и мутантного типа составляло ~9 и 5,5 Å соответственно. Эти конформации стабильно поддерживались.

Предложена динамическая модель формирования протофибриллы нановолокна паутины. Показано, что стопка параллельных поли-L-аланиновых β-нитей достаточной длины самоорганизуется в устойчивую правую суперспираль. Методами численного эксперимента изучены реологические свойства и дано нелинейное обобщение модели Зинера для описания реологии суперспирали.

Согласно Д.У. Гиббсу число независимых компонентов – это наименьшее число тех химических составных частей, комбинацией которых могут быть получены составы всех возможных фаз системы, и на первых этапах развития первичного метаболизма трехкомпонентной системы С-Н-О источником энергии для нее являлись различные углеводороды и молекулярный водород. В гидротермальных условиях Архея под воздействием химического потенциала фосфора система С-Н-О преобразовывалась в четырехкомпонентную систему С-Н-О-Р с формированием системы глюконеогенеза, ставшей основой снабжения протометаболизма энергией, и образования нового цикла фиксации СО2 (восстановительного пентозофосфатного пути). Показано, что модулярные конструкции центрального метаболизма системы С-Н-О-Р формируются из парагенезисов (ассоциаций) определенных веществ, а формирующиеся модули в свою очередь находятся в парагенезисе друг с другом в определенных физико-химических гидротермальных условиях. Малат, оксалоацетат, пируват и фософенолпируват представляют собой обратимый «турникет – подобный» механизм переключения направления реакций.

Методом усиленной хемилюминесценции в системе люминол–пара-иодофенол–пероксидаза показана длительная генерация перекиси водорода, катализируемая низкими концентрациями 1,1-диметилгидразина (гептила) – компонента ракетного топлива – в воде, насыщенной воздухом. Исследованы концентрационная зависимость и влияние тепла и света на образование перекиси водорода в воде под воздействием гептила в концентрациях, значительно ниже предельно допустимых концентраций, и рассмотрен возможный физико-химический механизм этого процесса. Предполагается, что в сверхнизких концентрациях гептил связан с нанопузырьками воздуха и представляет собой долгоживущий комплекс, осуществляющий катализ образования перекиси водорода под влиянием тепловых и световых воздействий. Предложена новая концепция токсичности гептила в сверхнизких концентрациях, обусловленная нарушением гомеостаза активных форм кислорода в водных растворах, поступающих в организмы человека и животных.

В настоящее время очевидно, что биофизические механизмы трансдукции стрессовых сигналов являются объектом пристального внимания исследователей в связи с острой необходимостью разработки новых методов повышения устойчивости и продуктивности сельскохозяйственных растений. Разработка высокочувствительных методов определения содержания циклического гуанозинмонофосфата и сравнительный анализ зависимых от него событий в биологических системах способствовал прогрессу в понимании функционирования циклического гуанозинмонофосфата в растительных клетках. В настоящее время показано, что циклический гуанозинмонофосфат как вторичный медиатор участвует в таких жизненно важных процессах роста и развития растений как прорастание семян, клеточное деление, развитие хлоропластов, цветение и регуляция устьичных движений. В данном обзоре обобщены имеющиеся в литературе данные о роли циклического гуанозинмонофосфата в ответах растительных организмов на действие стресс-факторов абиотической и биотической природы и его взаимодействии с другими внутриклеточными медиаторами. С привлечением существующих представлений о биофизических механизмах стресса в растениях рассмотрены основные элементы цГМФ-зависимой системы трансдукции сигналов в растительной клетке.

Впервые экспериментально показано, что антиоксидантный фермент пероксиредоксин-6 образует в липидном бислое из фосфатидихолина катион селективные ионные каналы-кластеры; канал-кластер, как олигомерная структура, состоит из трех и более субъединиц – каналов проводимостью около 350 пСм в 200 мМ КС1. Среднее время открытого состояния канала-кластера уменьшается при повышении трансмембранного электрического потенциала. Рассмотрен молекулярный механизм инактивации канала-кластера.

Проведено сравнительное исследование антиоксидантных (радикал-перехватывающих) свойств триптантрина (хиназолиновлого алкалоида, обладающего высокой противовоспалительной активностью и найденного во многих видах различных семейств высших растений и микроорганизмах, включая микробиом человека) в системах 2,2’-азобис(2-метилпропионамидин) дигидрохлорид−люминол и гемоглобин−пероксид водорода−люминол и оценено его влияние на проницаемость плоских бислойных липидных мембран. В качестве эталонного антиоксиданта был использован тролокс, а в качестве стандартов − аскорбиновая кислота и дигидрокверцетин. Показано, что триптантрин проявляет очень слабую антиоксидантную активность, заметно уступая эталонному и стандартным антиоксидантам в тестах по антиоксидантной активности в обеих исследованных системах. По эффективности антиоксидантного действия исследуемые вещества могут быть выстроены в следующий ряд: дигидрокверцетин > тролокс > аскорбиновая кислота > триптантрин. Антиоксидантный потенциал триптантрина приблизительно в 1000 и 3000 раз меньше, чем у тролокса и у биофлавоноида дигидрокверцетина соответственно. Триптантрин не вызывает достоверного изменения проницаемости плоских бислойных мембран в диапазоне доз от 0,5 до 10 мкг/мл. Полученные данные свидетельствуют об отсутствии у триптантрина значимой радикал-перехватывающей и мембранотропной активности. Можно предположить, что отмеченная для триптантрина высокая противовоспалительная активность не связана с нейтрализующим действием в отношении активных форм кислорода и влиянием на проницаемость клеточных мембран. Предполагаемые механизмы биологической активности триптантрина обсуждаются.

Исследовано влияние сукцината и 3-гидроксибутирата на кинетику перекисного окисления липидов, индуцированного AТФ-Fe²⁺ комплексом в изолированных митохондриях печени старых (1,0–1,5 года) и молодых (3 месяца) самцов крыс. С этой целью полярографически регистрировали скорость индуцированного в митохондриях печени крыс перекисного окисления липидов V_ПОЛ и определяли полувремя максимального потребления кислорода ∆t50, включающее лаг-период и фазу инициации. В отсутствие экзогенного субстрата V_ПОЛ в митохондриях старых животных была несколько выше, а запуск каскада перекисного окисления липидов происходил значительно раньше, чем у молодых животных. Инкубация интактных митохондрий с 5 мМ сукцината в течение 1 мин в снижала V_ПОЛ на 15% и 35 % у молодых и старых животных соответственно, однако только в митохондриях старых животных происходило увеличение ∆t50 на 19%. При окислении 3-гидроксибутирата скорость перекисного окисления липидов в митохондриях молодых животных заметно не менялась, тогда как в митохондриях старых животных она понизилась на 19% вместе с незначительным увеличением ∆t50. Для моделирования возрастной дисфункции изолированные митохондрии повреждали серией циклов замораживания-оттаивания, что приводило к значительному увеличению V_ПОЛ у обеих возрастных групп. Окисление сукцината во всех случаях снижало V_ПОЛ в поврежденных митохондриях на 56% по сравнению с V_ПОЛ в отсутствие субстратов и двукратно увеличивало ∆t50 у молодых животных. Окисление 3-гидроксибутирата не влияло на V_ПОЛ поврежденных митохондрий обеих возрастных групп, но увеличивало ∆t50 на 48% в митохондриях молодых животных. Таким образом, антиоксидантный эффект окисления сукцината может предотвращать повреждение митохондрий при перекисном окислении липидов и оказывать геропротекторное действие на стареющие митохондрии. Добавление любого из субстратов к фосфолипидной эмульсии не влияло на параметры перекисного окисления липидов. Следовательно, антиоксидантный эффект обусловлен процессом окисления самих субстратов в дыхательной цепи, а не прямым взаимодействием их с липидами мембран. Данный эффект обусловлен окислением самих субстратов в дыхательной цепи, а не прямым взаимодействием их с липидами мембран.

Статья посвящена современным представлениям о двигательной активности обонятельных жгутиков как варианту хемотаксиса. Она включает анализ литературных данных, а также результаты экспериментальных исследований авторов.

Изучены изменения электроакустических параметров суспензии клеток при взаимодействии с бактериофагами, как в чистой культуре, так и в смешанной суспензии клеток. Установлено, что специфические изменения параметров клеточных суспензий под действием фага происходят только у микробных клеток, чувствительных к изучаемому бактериофагу. Установлено, что датчик позволяет разграничивать ситуации, когда происходит инфицирование бактериальных клеток специфическими бактериофагами от контрольных экспериментов, когда такого инфицирования не происходило. Выработан ориентировочный критерий наличия специфического взаимодействия бактериофагов и клеток в анализируемой суспензии, который заключается в том, что изменение модуля электрического импеданса датчика не должно быть менее ~10%. Проведены контрольные эксперименты инфицирования клеток бактериофагом с помощью стандартного микробиологического высева на плотные питательные среды. Впервые показана возможность использования метода электроакустического анализа для определения спектра литической активности бактериофагов. Полученные результаты могут быть использованы для создания экспресс-метода определения чувствительности микробных клеток к бактериофагам.

На основе совместного анализа прецизионных рентгеноструктурных данных, полученных для хлорофилл-белковых комплексов пурпурных бактерий, и их спектров абсорбции высокого спектрального разрешения разработан методический подход, позволивший определить коэффициент диэлектрической проницаемости в микрообъеме, включающем специальные пары реакционных центров из бактерии Rhodobacter sphaeroides. Наиболее вероятное значение этого параметра определено в пределах 1,66–1,76. На этой основе рассчитана средняя величина этого коэффициента во внутренних слоях мембран пурпурных бактерий и растений как 1,70–1,85. Низкая величина этого параметра в мембранах фотосинтезирующих организмов значительно повышает эффективность миграции энергии от масс «антенных» хлорофиллов на реакционные центры, что заметно увеличивает квантовый выход фотосинтеза в целом.

Показано, что динитрозильные комплексы железа с тиолсодержащими лигандами, возникающие в сывороточном альбумине быка с высоким содержанием тиоловых групп, в пекарских дрожжах или в тканях животных, обработанных монооксидом азота (NO) соответственно экзогенного или эндогенного происхождения, представлены в подавляющей своей части ЭПР-неактивной биядерной формой. Эта форма может переходить в ЭПР-активную моноядерную форму при подщелачивании окружающей среды, в ЭПР-активную форму моноядерных нитеозильных комплексов железа при двухэлектронном восстановлении биядерной формы динитрозильных комплексов железа или при воздействии на них производных дитиокарбаматов, приводящем к образованию соответствующих ЭПР-активных мононитрозильных комплексов железа с дитиокарбаматами. Значительное содержание биядерной формы динитрозильных комплексов железа в живых системах и идентичность биологического действия этих комплексов и системы эндогенного монооксида азота позволяют предполагать, что эндогенные биядерные динитрозильные комплексы железа представляют собой «рабочую форму» эндогенного монооксида азота как универсального регулятора биологических процессов.

Исследованы особенности распространения волны возбуждения в неоднородно анизотропных конечноэлементных моделях миокарда. Неоднородность в данной модели заключается в повороте осей анизотропии по толщине стенки и обусловлена волокнисто-слоистой структурой сердечной мышцы. Для описания проводимости сердечной мышцы взята однодоменная модель, а в качестве соотношений между трансмембранным током и трансмембранным потенциалом – уравнения Алиева–Панфилова. Численное решение осуществляли с помощью алгоритма метода расщепления, в котором нелинейная краевая задача в частных производных сводится к последовательности более простых: обыкновенных дифференциальных уравнений и линейных краевых задач в частных производных. В качестве моделируемой области взят прямоугольный блок сердечной ткани, наименьший размер которого соответствует толщине сердечной стенки. Показано, что анизотропия сердечной ткани, обусловленная ее волокнисто-слоистой структурой, оказывает значительное влияние на форму фронта волны электрического возбуждения. Представлены два типа распределения угла ориентации волокон. Первый случай соответствует левому желудочку собаки. На эндокарде и эпикарде волокна ориентированы, в основном, в меридиональном направлении. Угол ориентации плавно меняется по толщине, изменяя свое значение примерно на 180 градусов. Кольцевой слой, где волокна ориентированы в окружном направлении, расположен в толще стенки. Результаты расчетов показывают, что для этого случая форма фронта волны сильно зависит от места первоначального возмущения. При эндокардиальном и эпикардиальном начальном возбуждении наблюдается значительное опережение на эндокарде и эпикарде соответственно. При интрамуральном начальном возбуждении возбуждение эндокарда и эпикарда происходит практически одновременно, но наблюдается отставание в толще стенки. Второй случай соответствует правому желудочку свиньи. Для него характерны ориентация волокон в окружном направлении на эндокарде и эпикарде и резкое изменение угла ориентации в субэпикардиальной области. В этом случае результаты показывают слабую зависимость формы фронта волны от места первоначального возмущения: имеет место опережение в середине стенки. Однако скорость формирования этого фронта разная. раньше всего фронт формируется при интрамуральном возмущении, позже всего – при эндокардиальном.

Рассмотрена модель конкуренции популяций с учетом миграции, вызываемой неравномерностью распределения ресурсов и биологических видов. Для анализа сценариев распространения популяций применен аппарат теории косимметрии в сочетании в вычислительным экспериментом. Построены карты миграционных параметров, соответствующих сосуществованию и вытеснению видов.

Представлен анализ многолетней динамики концентрации хлорофилла а в трех Нарочанских озерах. Известно, что усиление биогенной нагрузки на водосбор привели в 70-х гг. к прогрессирующему эвтрофированию Нарочанских озер. Затем, начиная с середины 80-х годов, отмечено увеличение прозрачности воды и снижение концентрации азота и фосфора в этих озерах в результате программы их экологического оздоровления. В 80-х годах все три озера ощутили на себе действие сильного фактора – вселения и массового развития моллюска-фильтратора Dreissena polymorpha Pallas. Проведенный в данной статье анализ показал, что реакция всех трех озер на интенсивную биогенную нагрузку и последующее ее снижение в результате природоохранных мероприятий была скорелирована. В то же время, различная степень влияния на озера вселенца, моллюска Dreissena polymorpha, инвазия которого существенно трансформирует экосистемные процессы, вызвала дивергенцию динамики хлорофилла, что проявилось в резком уменьшении корреляции между колебаниями концентрации хлорофилла в каждом из озер.

Рассмотрен подход к описанию возрастной и временной динамики онкозаболеваний, основанный на модели, описывающей возрастную динамику онкозаболеваний как фазовый переход второго рода, широко используемый при исследовании физических систем. Предложенная модели развития онкозаболеваний как фазовых переходов второго рода хорошо согласуется с данными медицинской статистики, описывается с помощью всего двух свободных параметров, легко верифицируется по данным статистики и хорошо интерпретируется. Применимость модели фазовых переходов второго рода к описанию процессов в нефизической системе, по всей видимости, определяется универсальным характером процессов, происходящих при фазовых переходах.

Когерентные источники излучения электромагнитных волн терагерцового частотного диапазона весьма перспективны для различных приложений, в том числе в биологии и медицине. В этой работе предложена схема компактного терагерцового источника, в котором эффект генерации электромагнитных волн достигается за счет взаимодействия электронов в квантовой яме с электромагнитной волной гофрированного волновода. Показано, что в предложенной схеме возможна генерация электромагнитных волн с частотой 10¹²sec^-1 с выходной мощностью излучения до 25mW.

Целью настоящей работы было выявление отрицательных эффектов устранения сетевой частоты из сигнала ЭКГ узкополосным рекурсивным режекторным фильтром и поиск метода фильтрации, не имеющего выявленных недостатков. В ходе исследования был описан метод фильтрации сигнала узкополосным рекурсивным фильтром, основным выявленным недостатком которого являлось наличие переходного процесса (переходного шума) в виде реакции на единичные импульсы, которыми на ЭКГ-сигнале являются R-зубцы. Выяснено, что эффект переходного шума возникает справа от единичного импульса при прямой фильтрации и слева от единичного импульса при обратной фильтрации. На основе данного эффекта был предложен метод, формирующий конечный сигнал из областей, не содержащих переходный процесс.

Поиск эффективных радиозащитных веществ для использования в различных сценариях взаимодействия ионизирующих излучений с организмом продолжается уже более шести десятилетий. В обзоре изложена хронология основных открытий в этой области, показаны изменения взглядов, тенденций и парадигм. Рассмотрены различные классы химических соединений, способных защищать биологические объекты от краткосрочных и отдаленных последствий ионизирующего излучения при введении их в организм, как до, так и после облучения. Для разных классов радиозащитных веществ рассмотрены такие характеристики, как фактор изменения дозы, время введения, тканеспецифичность, токсичность, так же описаны механизмы их действия и области практического применения. В отдельном разделе рассмотрены дальнейшие перспективы и направления развития исследований в этой области.

В работе представлен анализ исследований поляризационной компоненты фактора отражения R_q и степени поляризации Р кукурузы и пшеницы в зависимости от длины волны. Регистрация поляризационных характеристик проводилась в полевых условиях оптическим дистанционным методом с автовышки (высота от 10 до 18 м) в июне – июле. Измерения выполнялись с помощью двулучевого спектрофотометра с применением поляризационного светофильтра в спектральном диапазоне от 400 до 820 нм. Угол визирования составлял не более 20° от надира. Исследованы спектры отражения посевов кукурузы и пшеницы, полученных при использовании поляризатора, когда происходит передача максимального и минимального количества света (R_max и R_min). На их основе определены и анализированы поляризационные характеристики, которые различаются в видимой и инфракрасной области спектра для исследуемых культур.

Исследованы изменения надмолекулярной структуры дистиллированной воды при прорастании в ней семян кабачка. Использовались методы гравиметрии, прецизионного термического анализа, измерения работы выхода электрона. На первой стадии прорастания семян – набухании – семена экстрагирует когерентные домены воды, при этом за счет перехода когерентных доменов, сорбированных в нанополостях, в стабильное состояние возникает поток электромагнитной энергии. На второй стадии эксперимента – появления ростка – появляется поток излучения (биофотоны), о чем свидетельствуют увеличение работы выхода электрона воды. Предложена гипотетическая модель процесса прорастания семени кабачка.

Представлены результаты экспериментов по изучению причин отклонения температурного коэффициента электропроводности воды при нагревании ее рукой человека в сравнении с нагреванием электрическим источником тепла той же температуры. Полученные результаты позволяют сделать предположение о двух возможных причинах наблюдаемого явления, которые связаны с различием спектрального состава излучения руки по сравнению с электрическим источником тепла и с растворением в воде углекислого газа, выделяемого через кожу руки.

На основании проведенных нами ранее экспериментов по изучению изменений содержания тайтина и уровня его фосфорилирования в скелетных мышцах, атрофированных в условиях космического полета, при зимней спячке, а также вследствие развития алкоголь-индуцируемых нарушений, сделано предположение, что увеличение степени фосфорилирования тайтина приводит к повышению протеолитической деградации этого белка, что вносит вклад в развитие атрофии скелетных мышц.