Изучено возможное влияние высокого давления на тепловую денатурацию биополимеров. Анализ проведен с использованием равновесной модели перехода между двумя состояниями. Получены формулы определяющие зависимость термодинамических параметров перехода (энтальпия, энтропия и температура перехода) от давления. Давление может оказывать на структуру макромолекулы как стабилизирующее, так и дестабилизирующее влияние в зависимости от изменения объема при переходе. Зависимость температуры перехода от давления не может иметь локальных экстремумов. Показано, что в зависимости от скачка (инкремента) коэффициента расширения и изменения температуры перехода энтальпия перехода может как расти с ростом давления, так и падать. Показано также, что при увеличении давления изменения объема и энтальпии при переходе не могут менять знак.

Методами теории стохастической динамики исследуется проблема формирования пространственной структуры взаимодействующих узлов модельной полимерной цепи. Формулируется вариационный принцип для элементарных смещений и скоростей конформационных движений и его следствия для процесса сворачивания полимерной цепи в вязкой среде. Результатом является максимально плавное снижение потенциальной энергии системы при конформационной релаксации (принцип начинающего горнолыжника), что согласуется с принципом Онзагера для кинетики в слабо неравновесных системах. Предсказания модели согласуются с результатами молекулярного моделирования аналогичных систем. Обсуждается взаимосвязь между строением многомерной поверхности потенциальной энергии и кинетикой фолдинга. Развивается модель параболической энергетической воронки, формируемой не валентными взаимодействиями узлов цепи. Релаксационная кинетика фолдинга для параболической модели энергетической воронки является практически экспоненциальной.

Выполнены квантово-меxаничеcкие ab initio иccледования по выявлению cтpуктуpныx и cтpуктуpно-дипольныx оcобенноcтей xугcтиновcкиx димеpов по отношению к уотcон-кpиковcким, обpазующиxcя пpи взаимодейcтвии комплементаpныx паp оcнований. Уcтановлено, что в завиcимоcти от иcxодного взаимоpаcположения аденина и тимина могут обpазовыватьcя как уотcон-кpиковcкие, так и xугcтиновcкие димеpы. Из гуанина и цитозина димеpы xугcтиновcкого типа обpазуютcя только в cлучае, еcли иcxодно цитозин был пpотониpован. Оба вида xугcтиновcкиx димеpов заметно отличаютcя от уотcон-кpиковcкиx по длинам cвязей и углам между cмежными cвязями, как в пуpиновой, так и в пиpимидиновой чаcтяx димеpов. Длины водоpодныx cвязей у xугcтиновcкиx димеpов, в общем, коpоче, а углы водоpодныx cвязей и углы между ними заметно больше, чем у уотcон-кpиковcкиx. Cущеcтвенные pазличия наблюдаютcя также по pаcпpеделению заpядов на атомаx и дипольным моментам. В pаботе пpедложен cпоcоб опpеделения тонкой cтpуктуpы дипольныx моментов и на его оcнове пpиведены количеcтвенные данные о xаpактеpе этиx pазличий. Также показано, что значения локальныx паpаметpов, в cоответcтвии c кембpиджcким cтандаpтом клаccификации паpаметpов, опpеделяющиx cвойcтва ДНК, у xугcтиновcкиx и уотcон-кpиковcкиx димеpов cильно pазличаютcя.

В случае низкомолекулярных соединений ответ на вопрос об организации молекул в холестерической фазе достаточно хорошо обоснован. Однако в случае молекул двухцепочечных нуклеиновых кислот однозначный ответ на такой вопрос является предметом дискуссий.
В работе предпринята попытка обобщить хорошо известные литературные данные о структуре холестерической фазы, образуемой молекулами двухцепочечных ДНК. Кроме того, к этим данным добавлены экспериментальные результаты авторов, характеризующие упаковку этих молекул в частицах холестерической жидкокристаллической дисперсии. Сопоставление этих данных позволяет высказать предположение о высокой вероятности существования как «ближнего» позиционного, так и «дальнего» ориентационного порядка в расположении двухцепочечных молекул ДНК как жидкокристаллической фазы, так и частицах дисперсий этой фазы, сформированных при определенных условиях. Возникновение ориентационного порядка, т.е. поворот «квазинематических» слоев из двухцепочечных молекул ДНК на небольшой угол, определяет формирование пространственно закрученной (холестерической) структуры с характерными для нее физико-химическими свойствами.

Приведены результаты исследования отклика сенсорных структур резистивного типа на основе ДНК-модифицированных углеродных нанотрубок в присутствии белков тромбина и альбумина. Проведен анализ взаимодействия ДНК-аптамеров (коротких ДНК-последовательностей) с углеродными нанотрубками методами спектроскопии комбинационного рассеяния, с помощью анализа сопротивления полученных структур на разных стадиях сборки сенсора. Показано, что присоединение аптамеров к нанотрубке значительно уменьшает G-пик углеродных нанотрубок и вызывает понижение сопротивления сенсорной структуры. Показано, что отклик на экспонирование белками существенно отличается для тромбина и альбумина, что даёт предпосылки к реализации высокоселективного биосенсора. Результаты проведенных исследований могут быть использованы при создании биологических сенсоров нового поколения, в том числе встраиваемых в персональные системы мониторинга состояния здоровья.

Гистон Н2А способен доставлять трансгенную ДНК в клетки млекопитающих в условиях in vitro. Способность доставлять ДНК в условиях in vivo еще предстоит оценить, но в экспериментах in vitro можно определить факторы, способные определять эффективность доставки in vivo. Первый шаг в этом направлении – определение размеров и ζ-потенциалов комплексов Н2А с ДНК. В данной работе были получены рекомбинантный гистон H2A и его модификация, содержащая пептид белка TAT вируса иммунодефицита человека (TAT-пептид), способный обеспечивать усиление доставки макромолекул в клетки млекопитающих. В работе измерены эффективные диаметры и ζ-потенциалы частиц, образующихся при смешивании гистона Н2А с ДНК, и исследовано влияние ТАТ-пептида на эти параметры. Комплексы с гистоном Н2А и комплексы с модифицированным гистоном Н2А-ТАТ обладали положительным ζ-потенциалом. Комплексы гистона Н2А с ДНК имели эффективный диаметр около 200 нм, модификация гистона ТАТ-пептидом приводила к агрегации комплексов и формированию крупных частиц диаметром около 1 мкм.

С помощью щелочного варианта метода «комета-тест» исследованы защитные эффекты электромагнитного излучения крайне высоких частот при повреждающем действии рентгеновского излучения, перекиси водорода и алкилирующего агента метилметансульфоната на ДНК лейкоцитов периферической крови мыши. Показано, что предварительное облучение клеток низкоинтенсивным импульсно-модулированным электромагнитным излучением (42,2 ГГц, 100 мкВт/см2, экспозиция 20 мин, частоты модуляции 1 и 16 Гц) оказывало защитное действие, снижая уровень повреждений ДНК на 20–45% в зависимости от типа генотоксического агента. Эффективность импульсно-модулированного излучения возрастала в ряду метилметансульфонат – рентгеновское излучение – перекись водорода. Непрерывное электромагнитное излучение не оказывало защитного действия. Механизмы обнаруженных защитных эффектов могут быть связаны с индукцией адаптивного ответа наномолярными концентрациями активных форм кислорода, образующимися под действием импульсно-модулированного излучения.

УФ-резистентность люминесцирующих бактерий Escherichia coli AB1886 uvrA6 (pLeo1), содержащих плазмиду с генами luxCDABE морской бактерии Photobacterium leiognathi, примерно в два раза превышает УФ-резистентность несветящихся бактерий E. coli AB1886 uvrA6. Введение в геном E. coli AB1886 uvrA6 (pLeo1) мутации phr::kanr (дефект функциональной активности фотолиазы) полностью снимает повышенную УФ-резистентность клеток. Следовательно, основной вклад в индуцируемую биолюминесценцией репарацию ДНК вносит бактериальная фотолиаза, осуществляющая фотореактивацию. Показано, что фотореактивирующая активность биолюминесценции Photobacterium leiognathi примерно в 2,5 раза ниже по сравнению таковой, индуцируемой источником света с λ > 385 нм. Показано, что индуцируемое УФ-излучением в бактериальных клетках E. coli с плазмидами, содержащими гены luxCDABE под RecA-LexA –регулируемыми промоторами, нарастание интенсивности биолюминесценции происходит лишь через 25-30 мин после УФ-облучения клеток и не способствует репарации ДНК. Quorum sensing регуляция так же не способствует репарации ДНК с помощью фотолиазы

Некодирующие РНК являются важными регуляторными молекулами клетки и функционируют за счет определенной вторичной структуры. Вторичная структура молекул определяется последовательностью нкРНК и может быть представлена такими элементами вторичной структуры как петли, стебли, псевдоузлы. Каждый локальный участок молекулы РНК, как и вся молекула стремится к достижению структуры с наименьшей свободной энергией. Новые мутации могут изменить свободную энергию структуры и, таким образом, изменить оптимальную структуру молекулы, что может привести к изменению функциональности. Вероятность того, что замена нуклеотида приведет к изменению структуры молекулы, определяется тем, в каком элементе структуры произошла мутация. В предыдущих исследованиях были показаны различные значения по дивергенции в спаренных и неспаренных участках, что объясняется отбором на поддержание вторичной структуры нкРНК. Выявление более тонких эволюционных различий в петлях и стеблях, а также расширенный анализ, проведенный во всех наиболее значимых классах некодирующих РНК, может представлять интерес для разработки алгоритмов по поиску генов нкРНК в геномах. В этой работе рассматривается отбор в петлях и стеблях пяти основных классов нкРНК генома Drosophila melanogaster.

Проведен теоретический анализ эффективности тушения флуоресценции фикобилисом оранжевым каротиноид-протеином. Создана компьютерная 3D-модель ядра фикобилисомы, благодаря чему определены расстояния между центрами масс фикобилиновых хромофоров в составе трех аллофикоцианиновых цилиндров ядра и рассчитаны время и число актов миграции, необходимых для итогового безызлучательного переноса энергии от фикобилисом к фотосистеме II. Анализ кинетической модели процесса миграции энергии подтвердил возможность эффективного перехвата и тушения поглощенной фикобилисомами энергии с помощью оранжевого каротиноид-протеина, однако, полного тушения флуоресценции фикобилисом при этом не происходит. Теоретические оценки эффективности тушения фикобилисом находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными.

Проведено исследование фотофизических свойств и фотосенсибилизирующей активности этерифицированных производных хлорина е6 (ПХл е6) – диметилового эфира хлорина е6 (ДМЭ) и триметилового эфира хлорина е6 (ТМЭ), в различных растворах и в составе липосомальных форм (ЛФ). Включение в липосомальную форму ПХл е6 обеспечивает их мономерность в водных растворах, позволяет полностью сохранять оптимальные фотофизические свойства и фотохимическую активность. Установлено, что скорость перераспределения ДМЭ из липидных везикул на клетки значительно выше в сравнении с ТМЭ, белки сыворотки крови оказывают разнонаправленное влияние на данный процесс. На клеточных культурах показано, что применение липосомальных форм ПХл е6 значительно снижает их цитотоксичность при этом сохраняется высокий цитотоксический эффект фотодинамического воздействия этерифицированных производных хлорина е6.

В статье проведено исследование влияния NT-1505 на мембраны эндоплазматического ретикулума (ЭР). Было показано, что динамика изменений липидной и прибелковой областей микровязкости мембран ЭР при введении препарата носит антибатный характер, что указывает на отсутствие патологических нарушений в структуре мембран. Микровязкость мембран измеряли методом электронного парамагнитного резонанса спиновых зондов 2,2,6,6-тетраметил-4-каприлоилоксилпиперидин-1-оксила (липидный зонд) и 5,6-бензо-2,2,6,6-тетраметил-1,2,3,4-тетрагидро-γ-карболин-3-оксила (прибелковый зонд). С целью получения более полной информации об изменениях структуры мембран при воздействии нейропротектора NT-1505 измерялась температурная зависимость времени корреляции вращательной диффузии в диапазоне температур 283 – 317К (10 – 44°С). Для контрольной группы было характерно два структурных перехода в температурных интервалах 16-20°С и 32-38°С для обеих областей мембран, которые сохранялись при введении NT 1505. Таким образом, NT-1505 не влияет существенно на структуру мембран эндоплазматического ретикулума.

Проведены расчеты нагрева мембраноформирующего отверстия в тефлоновой пленке при облучении дециметровыми волнами. Исследована зависимость прироста температуры в отверстии от геометрии отверстия, концентрации раствора электролита, частоты дециметрового облучения. Получена кинетика нагрева отверстия в зависимости от его диаметра. Делается вывод о том, что обнаруженные в экспериментах эффекты дециметровых волн на бислойные липидные мембраны обусловлены концентрированием электромагнитного поля дециметровых волн в мембраноформирующем отверстии, приводящим к селективному нагреву электролита в отверстии с бислойными липидными мембранами.

Представлена ультраструктура пигментного эпителия (ПЭ) полевки Брандта – грызуна с дневным типом суточной активности, соотносительно с известными процессами, происходящими в пигментного эпителии: 1) поступлением отделенных от фоторецепторных мембран наружных сегментов и 2) перевариванием их в фагосомах пигментного эпителия. Для выявления миелоидных тел была использована фаза смены светового режима: световой (200 люкс, 4 ч) на темновую (0,1 люкс, 1,5 ч). В цитоплазме пигментного эпителия полевки миелоидные тела не были найдены, однако были обнаружены, так называемые, ламеллярные включения, которые по своим размерам отличаются от миелоидных тел. Описана их структура, даны размеры (от 200 до 400 нм) и местоположение. Кроме того, выявлено наличие структур, предположительно отвечающих за транспорт переработанного материала. В пользу этого свидетельствует: 1) присутствие в апикальных отростках пигментного эпителия пузырьков с плотным, зернистым содержимым и 2) микротрубочек, осуществляющих транспорт «груза» в клетках.

Предпринята попытка оценить известные свойства газогидратов и образующих их газов с точки зрения механизмов криоповреждений и криозащиты, рассмотреть работы по замораживанию биологического материала в присутствии инертных газов и проанализировать перспективы развития этого направления. Для этого был проведен поиск информации по физическим свойствам газов и газогидратов, проведено сопоставление процессов, протекающих при образовании газовых гидратов и водного льда, проанализировано влияние образования и роста газовых гидратов на структуру биологических объектов. Сделан краткий обзор биологического действия ксенона, криптона, аргона, углекислого газа, сероводорода, угарного газа с акцентом на гипотермические условия и возможное применение данных свойств в технологиях криоконсервации. Проанализированы описания существующих экспериментов по криоконсервации биологических объектов с применением газов. На основании найденной информации очерчены наиболее перспективные направления работ в области криоконсервации биологических объектов с применением газов и сделана попытка прогнозирования потенциальных проблем в этой области.

Исследованы кинетики люминесценции, индуцированной активными формами кислорода у планарий в процессе регенерации. Установлено, что регенерация сопровождается изменениями концентрации активных форм кислорода, коррелирующими с энергозатратными процессами, такими как окислительный стресс, вызванный повреждениями клеточных мембран при рассечении планарии, фагоцитоз погибающих клеток и митоз необластов. Впервые показана возможность регистрации физиологического состояния плюрипотентных стволовых клеток на уровне организма in vivo.

Разработан метод численного анализа траекторий частиц в живых клетках, в котором тип движения частицы определяется с применением информационного критерия Akaike, а идентификация параметров модели выполняется методом взвешенных наименьших квадратов. Метод реализован в программном комплексе на языке Java и позволяет выполнять анализ траекторий в автоматическом режиме. Метод апробирован на синтетических траекториях с известными значениями параметров моделей движения, a затем применен для анализа траекторий движения репликационных комплексов в клетках, инфицированных HCV. Полученные результаты согласуются с известными данными о движении биологических объектов по микротрубочкам.

Cопоставлена мутагенность в бактериальном тесте Эймса с использованием для активации печеночных ферментов крыс четырех аминоазосоединений, изученных ранее другими исследователями в отношении канцерогенности для печени крыс. Оказалось, что в условиях теста все они проявляют мутагенную активность, которая, однако, количественно не коррелирует с чувствительностью крыс к их гепатоканцерогенному действию. Так, наиболее активный канцероген 3’-метил-4-диметиламиноазобензол вызывает мутаций почти в 2,5 раза меньше, чем слабоканцерогенный орто-аминоазотолуол, и ровно столько же, сколько совсем неканцерогенный N,N-диэтил-4-аминоазобензол.

Компьютерное моделирование выявило наличие трех различных режимов кардиодинамики: линейный, режим «хаос 1-й степени» и режим «хаос 2-й степени». Настоящее исследование посвящено изучению персистентности этих режимов методом показателя Херста. Результаты исследования показали, что наиболее высокая величина индекса Херста имеет место для режима «хаос 2-й степени» (H = 0,671 ± 0,028). Величина индекса Херста для режима «хаос 1-й степени» ниже по сравнению с режимом «хаос 2-й степени» (H = 0,473 ± 0, 015). Повышенная персистентность процессов кардиоритмогенеза в режиме «хаос 2-й степени» означает их нестационарность, прогностическую неустойчивость и риск возникновения сердечных патологий.

Настоящая статья представляет анализ зависимостей между геометрическими параметрами тубулярного створчатого аппарата и его функциональными характеристиками. Кроме того, в работе оценивали степень влияния деформации различных участков створчатого аппарат на его способность осуществлять свою функцию. Результаты исследования могут быть использованы при разработке створчатого аппарата новых моделей транскатетерных протезов клапанов сердца или в ходе анализа уже существующих конструкций.

Девственных самок дрозофил стрессировали помещением в ограниченное пространство без корма на 3 часа. Часть мух в течение 30 мин подвергли терагерцовому облучению в диапазоне частот 0,1–2,2 ТГц. Затем облученных и необлученных мух спаривали с самцами. Исследовали потомство F1 зрелых и незрелых на момент облучения яйцеклеток (кладки на 1-2 и 9-10 дни после облучения). Регистрировали продолжительность жизни отдельных особей. Показано, что терагерцовое излучение не оказывает влияния на среднюю и абсолютную продолжительность жизни потомства F1 обоего пола. В отклике выживаемости на терагерцовое излучение обнаружен половой диморфизм. Кривые выживаемости самцов, развившихся из зрелых и незрелых на момент облучения яйцеклеток, достоверно отличаются от соответствующего контроля, тогда как в случае самок кривые выживаемости сходны с контролем. Сделан вывод о том, что терагерцовое излучение оказывает отдаленное влияние на выживаемость потомства F1 мужского пола.

Установлено, что обработка листьев бобов раствором NaF в концентрации 10^-2 М приводит к изменению флуоресцентных показателей, регистрируемых методом импульсной флуориметрии. Значения F₀, F_m уменьшались, а отношение F_v/F_m = (F_m-F₀)/F_m, характеризующее максимальную фотохимическую активность фотосистемы 2, оставалось неизменным. Фотохимическое тушение флуоресценции (qP) в первые минуты освещения действующим светом было больше, чем в контроле, а при последующем освещении заметно уменьшалось. Нефотохимическое тушение (qN), напротив, вначале уменьшалось, а затем увеличивалось. Фотосинтетическая активность (показатель (F_M-F_T)/F_T) после обработки листьев NaF снижалась. Полученные результаты интерпретируются, исходя из ингибирующего действия NaF на фосфатазу и его влияния на перераспределение энергии возбуждения хлорофилла между фотосистемами 2 и 1, с одной стороны, и негативного воздействия фторида на АТФазный комплекс и цикл Кальвина–Бенсона, - с другой.

Обзор посвящен различным аспектам раннего развития в условиях космического полета. Рассмотрены различные возможные клеточные механосенсоры. Представлены результаты различных эмбриологических экспериментов на рыбах, земноводных, птицах и млекопитающих в микрогравитационных условиях.

Изучено влияние антиоксиданта α-токоферола на активность протеинкиназы С, выделенной из мозга крысы, как модельной системы для исследования бимодальной дозовой зависимости. Для измерения активности фермента применен фотометрический метод на основе люциферазной реакции с определением количества АДФ, образовавшегося в ходе реакции фосфорилирования. Исследование действия α-токоферола на активность протеинкиназы С in vitro выявило ингибирующий эффект препарата в диапазоне концентраций 10^-3М - 10^-6 М, но не подтвердило наличие второго максимума биоэффекта при применении сверхмалых доз α -токоферола (10^-12 М и ниже), что может быть связано с природой источника выделяемого фермента.

Анализ отклонений между траекториями модели Лотки-Вольтерра конкуренции двух видов и экспериментальными данными Г.Ф. Гаузе по совместному культивированию Paramecia aurelia и Paramecia caudatum показывает, что с большой вероятностью никакого соответствия между модельными и экспериментальными данными нет. Тестирование совокупностей отклонений проводилось на симметричность относительно начала координат (критерии Колмогорова–Смирнова, Лемана–Розенблатта, Вальда–Вольфовица и Манна–Уитни), а также на наличие/отсутствие сериальной корреляции (критерии Сведа–Эйзенхарта и «скачков вверх–скачков вниз»).