11 января 2015

Концепции молекулярной биофизики

Концепции молекулярной биофизики до сих пор, насколько нам известно, не привели к каким-либо значительным открытиям в области биологически активных веществ. Однако такие открытия следует ожидать при более глубоком проникновении в понимание физической сущности таких свойств живых организмов, как удивительная термоустойчивость термофилов и ультратермофилов, холодоустойчивость многих растений и животных, способность ряда микроорганизмов выдерживать такие агрессивные среды, как 20%-ную перекись водорода, 30%-ные солевые растворы, среды с рН 1, способность выжить после облучения дозой 5000 эрг/см2 ультрафиолетового излучения (λ≈3000 Ǻ) или сотни тысяч рад ионизирующей радиации.

В качестве удачного молекулярно-биофизического подхода рассмотрим работу В. Поройкова (1981), посвященную анализу связи между пространственной структурой и антифризной активностью некоторых природных соединений, имеющихся у арктических и антарктических рыб в сыворотке крови.

Гликопротеин с антифризной активностью имеет следующее строение: (ала-ала-тре), треонин модифицирован присоединенным 3-0- (β-Д-галактозил)-Д-N-галактозамином, а антифриз пептидной природы представляет собой смесь трех пептидов разного молекулярного веса. Наименьший из них имеет следующую последовательность:

-асп-ала-сер-асп-ала-ала-ала-ала-ала-лей-тре-ала-ала-
ала-ала-ала-ала-ала-ала-лиз-лей-тре-ала-ала-асп-асп-
ала-ала-ала-ала-ала-ала-ала-тре-ала-ала-СООН.

Очевидно, и гликопротеин, и пептид с антифризными свойствами содержат очень много аланина. Но их структура, по данным рентгеноструктурного анализа, существенно различна: пептид на 85% имеет α-спиральную конфигурацию, структура гликопротеина совсем иная. Возник вопрос, каким образом молекулы с весьма различной структурой обладают подобной антифризной активностью и какие свойства молекул вообще существенны для этой активности.

В. Поройков провел расчет энергетического спектра различных конформаций пептидной части гликопротеина и пептида с антифризными свойствами и проанализировал расположение молекул воды вокруг наиболее энергетически выгодных конформаций. В итоге он выявил два механизма антифризного действия: сорбцию молекул воды на поверхности полимера, при этом образуется структура, отличающаяся от таковой во льду, что препятствует образованию зародышей льда; снижение температуры замерзания за счет уменьшения энтропии системы по причине линейной упорядоченности полимера; антифризный эффект может быть усилен тем, что при температурах выше 0 возможна агрегация пептидов. Таким образом, установлены общие физические характеристики молекул с антифризными свойствами и показано, что эти свойства можно реализовать на основе различных вторичных и третичных структур.

Заканчивая рассмотрение роли биофизических концепций, в поиске и конструировании биологически активных веществ, можно сделать следующие заключения: биофизические концепции позволяют выявить новые виды биологических активностей, создать методы и критерии для установления у веществ этих видов; они дают возможность предвидеть, качественно и количественно предсказывать результаты суммации одновременного или последовательного действия на биообъект вещества с данным видом биологической активности и факторов иной природы; эти концепции для ряда видов биологической активности позволяют сформулировать общие физические свойства и структурные особенности вещества с тем, чтобы оно обладало данным видом активности.


«Биологически активные вещества»,
Г.М.Баренбойм, А.Г.Маленков



Среди заболеваний, стимулируемых загрязнением среды, можно выделить некоторые типы, обусловленные различными причинами: непрерывное действие загрязнения в течение длительного времени (аллергические, респираторные, раковые, повреждения генетической системы); кратковременное резкое возрастание загрязнения среды (например, при смогах), многократно превышающее допустимые нормы; влияние искусственного фона физических и химических факторов на инфекционные начала — бактерии и вирусы; появление новой технологии и…

Мы полагаем, что экспериментальная часть базовой линии комплекса для биологических испытаний при модификации методов, технологии и техники, не имеющей принципиального характера, могла бы быть использована как реальная система биологического контроля за состоянием окружающей среды. В ряде случаев для этих же целей могли быть использованы отдельные методы и устройства, входящие в состав базовой линии автоматизированного комплекса….

Эксперименты с яйцами морских ежей позволили японским исследователям предложить для практического использования простой, быстрый и высокоточный анализ загрязненности морской воды по скорости протекания ряда биопроцессов (Technocrat, 1976). У некоторых черноморских водорослей нефть, эмульгированная в морской воде, вызывает одновременное ингибирование биосинтеза РНК и ДНК, причем степень ингибирования у отдельных водорослей отличается в зависимости от продолжительности воздействия…

Применение биологических объектов для контроля загрязненности среды

Сама по себе идея о применении биологических объектов для контроля загрязненности среды не нова. В настоящее время общепринято, что чувствительность биологических объектов к состоянию окружающей среды делает их ценными индикаторами для контроля за состоянием окружающей среды, особенно в случае охраны данного биоценоза. Методы контроля за химическим загрязнением биосферы (вариант классификации) Возможны три различных подхода к…

Очень важным направлением является поиск корреляций между отрицательными видами биологической активности. В настоящее время наука владеет ориентировочными данными о связи между мутагенным, эмбриотропным, гонадотропным и бластомогенным действием веществ. Система биологических испытаний ХС, ориентированная на большие массивы веществ и многие виды биологической «отрицательной» активности, позволит как минимум увеличить темп накопления соответствующих данных об этих связях. Принципиальная…