English
!

Доклады

Ядерный спиновый катализ в нанореакторах живых клеток: биофизические предпосылки и биомедицинские перспективы

Кольтовер В.К.

Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка, Московская область, Россия E-mail: koltover@icp.ac.ru

Живые клетки состоят из атомов химических элементов, многие из которых имеют магнитные и немагнитные стабильные изотопы. В химии и физике давно известен магнитно-изотопный эффект (МИЭ) [1]. Не так давно было обнаружено, что живые клетки способны «ощущать» ядерный магнетизм. Например, клетки E. coli, обогащенные магнитным изотопом магния, 25Mg, по сравнению с клетками, обогащенными немагнитным изотопом магния, демонстрируют пониженную активность супероксиддисмутазы [2]. В экспериментах с дрожжами S. cerevisiae было обнаружено, что константа скорости пост-радиационного восстановления клеток, обогащенных изотопом 25Mg, вдвое больше, чем в аналогичных экспериментах с клетками, обогащенными немагнитным 24Mg [3]. Обнаружены МИЭ в ‘экспериментах c важнейшим биомолекулярным мотором – миозином. В среде с магнитным изотопом, 25Mg, скорость ферментативного гидролиза АТФ в 2.0-2.5 раза выше, чем в среде с немагнитными 24Mg или 26Mg. В экспериментах с миозином также был обнаружен МИЭ цинка. Ион Zn2+ в качестве кофактора миозина существенно менее эффективен, чем Mg2+. Однако скорость ферментативного гидролиза АТФ c магнитным 67Zn на 40-50% выше, чем с немагнитными 64Zn или 68Zn [4]. Кроме того, ускоряющий ‘эффект 25Mg обнаружен в реакции гидролиза АТФ, катализируемой H+-АТФ-азой, изолированной из митохондрий дрожжей. МИЭ свидетельствует о том, что в ферментативном хемомеханическом процессе имеется «узкое место» - лимитирующая стадия, и что ядерный спин изотопа ускоряет эту стадию [5]. Детальные механизмы ядерного спинового катализа в биомолекулярных моторах и живых клетках – задачи дальнейших исследований. Полученные результаты демонстрируют принципиальную возможность использования соединений, обогащенных магнитным изотопом магния, и, возможно, другими магнитными изотопами для создания новых радиопротекторов и радиомитигаторов.

References

1. Zeldovich Ya.B., Buchachenko A.L., Frankevich E.L. Magnetic spin effects in chemistry and molecular physics. // Sov. Phys. Usp. 155. 1988. Pp. 3-45.

2. Avdeeva L.V., Koltover V.K. Nuclear Spin Catalysis in Living Nature. // Moscow Univ. Chemistry Bull. 71. 2016. Pp. 160-166.

3. Avdeeva L.V., Evstyukhina T.A., Koltover V.K., Korolev V.G., Kutlakhmedov Y.A. Recovery of the yeast cells from radiation injuries with aid of the magnetic isotopes: a new trend in anti-radiation biomedicine. // Nuclear Physics and Atomic Energy, 20. 2019. No. 3 (in press).

4. Koltover V.K., Labyntseva R.D., Kosterin S.O. Stable magnetic isotopes as modulators of ATPase activity of smooth muscle myosin. In: Myosin: Biosynthesis, Classes and Function – New York: Nova Science Publ. 2018. Pp. 135-158.

5. Koltover V.K. Nuclear spin catalysis: from physics of liquid matter to medical physics. // J. Molecular Liquids, 2017, 235, 44-48.

© 2004 Дизайн Лицея Информационных технологий №1533