Заведующий отделом - доктор физико-математических наук КАРАЧЕВЦЕВ Виктор Алексеевич
тел: +(380)-572-
30-85-35
факс: +(380)-572-32-23-70
E-mail: karachevtsev@ilt.kharkov.ua
Отдел молекулярной биофизики был основан в 1968 г. Основной задачей отдела было использование разработок низкотемпературной физики в исследованиях влияния низких температур на функционирование биомолекул.
В 2000 г. в отделе работают 30 сотрудников, в том числе 4 доктора наук (Карачевцев В.А., Благой Ю.П., Сорокин В.А., Шеина Г.Г.), 14 кандидатов наук (Багатина Н.И., Галетич И.К., Гладченко Г.О., Григорьев Д.А., Зозуля В.Н., Иванов А.Ю., Корнилова С.В., Косевич М.В., Пашинская В.А., Рубин Ю.В., Радченко Е.Д., Степаньян С.Г., Шелковский В.С., Щербакова A.C.), 10 инженеров, 1 рабочий и 4 аспиранта.
Основное направление научных исследований:
Экспериментальное и теоретическое изучение структуры и физико-химических свойств нативных и синтетических нуклеиновых кислот (НК), а также механизмов молекулярного взаимодействия ДНК и ее компонентов с биологически активными веществами (водой, ионами тяжелых металлов, лекарствами, мутагенами, красителями, протеинами и т.п.) в широком диапазоне температур.
Наиболее важные научные результаты, полученные в отделе, суммированы в монографии и обзоре:
Благой Ю.П., Галкин В.Л., Гладченко Г.О., Корнилова С.В., Сорокин В.А., Шкорбатов А.Г. Металлокомплексы нуклеиновых кислот в растворах. - Киев: Наукова думка, 1991. - 272 с.
Благой Ю.П., Шеина Г.Г., Иванов А.Ю., Радченко Е.Д., Косевич М.В., Шелковский В.С., Боряк О.А., Рубин Ю.В. Низкотемпературные экспериментальные исследования в молекулярной биофизике (обзор) // Физика низких температур. - 1999. - Т. 25, N 10. - C. 1003-1020.
Основные темы и научные результаты
1. Взаимодействие нуклеиновых кислот с ионами металлов. Изучено влияние одно- и двухвалентных ионов на стабильность, вторичную и третичную структуры полинуклеотидов, образующих канонические и неканонические мультицепочечные спирали. Определены термодинамические параметры комплексообразования в зависимости от уровня структурной организации нуклеиновых кислот, ионных условий, природы ионов и азотистых оснований.
2. Взаимодействия интеркалирующих красителей и антибиотиков с нуклеиновыми кислотами. Изучено формирование двойных и тройных спиралей, образованных олиготимидилатом, модифицированным новым гликозидным феназиновым красителем, с комплементарными полинуклеотидами. Показано, что ковалентно присоединенный краситель значительно стабилизирует дуплексы и триплексы и является хорошим флуоресцентным зондом для обнаружения молекулярной гибридизации.
3. Изучение молекулярной структуры компонентов биополимеров – оснований нуклеиновых кислот, нуклеозидов и аминокислот, а также их межмолекулярных комплексов, изолированных в низкотемпературных матрицах инертных газов. Впервые получены спектральные и структурные параметры ряда нуклеозидов, рибозы и дезоксирибозы, нейтральных форм аминокислот алифатического ряда. Получена информация о конкуренции двух типов межмолекулярных взаимодействий – водородного связывания и стэкинга при образовании димеров оснований нуклеиновых кислот. С помощью квантово-химических методов ab initio рассчитана пространственная структура перечисленных компонентов биополимеров, определен их конформационный состав.
4. Изучение механизмов и термодинамики межмолекулярных взаимодействий компонентов биополимеров в рамках проблем гидратации, молекулярного узнавания, молекулярных механизмов действия биологически активных веществ. Получены структурно-энергетические схемы взаимодействий в комплексах азотистых оснований ДНК с аналогами аминокислот, которые моделируют белково-нуклеиновое узнавание на мономерном уровне, и построен ряд стабильности. Изучены особенности межмолекулярных взаимодействий биомолекул с биологически активными соединениями в конденсированном состоянии при температурах ниже 273 К. Установлены различия в связывании ионов щелочных металлов и воды с азотистыми основаниями в замороженных водных и криопротекторных растворах и показаны их корреляции с эффектами криопровреждения и криопротекции. Установлены молекулярные механизмы действия ряда химиотерапевтических препаратов.
5. Низкотемпературные технологии в фармакологии - криогенное измельчение. Разработаны эффективные технологические низкотемпературной обработки лекарственного сырья и показано, что криогенное измельчение растительного сырья обеспечивает максимальную экстракцию вследствие ультратонкой дисперсии материалов, а для синтетических материалов повышает их биологическую активность.
Отдел располагает следующим экспериментальным оборудованием:
v ИК-Фурье спектрометр (разрешение 0.2 см-1) с криогенной вакуумной приставкой и прецизионными низкотемпературными кварцевыми микровесами для исследования колебательных спектров и структуры органических молекул в матрицах инертных газов при температурах 5-273 К.
v ИК-спектрометр для исследования спектров поглощения растворов и газов в диапазоне частот 12500-400 см-1 .
v Спектрально-кинетическая установка (300-800 нм, обратная дисперсия 5 А/мм, временное разрешение 10 нс) для изучения спектров (поглощения, люминесценции и спектров возбуждения) и кинетики затухания свечения объектов, находящихся при температуре 1.5-300 К. Источники возбуждения: лазер на красителях, N2 - лазер, Cu-лазер, тведотельный лазер YAG, различные лампы с соответствующими фильтрами.
v Автоматизированные установки для изучения фазовых переходов в биополимерах и их комплексах с абсорбционной и флуоресцентной регистрацией кривых плавления (270-373 К, 200-800 нм).
v Установки на базе масс-спектрометров серии МИ-1201 для низкотемпературных (77-273 К) вторично-эмиссионных исследований растворов биологически активных соединений и для изучения термодинамических параметров межмолекулярных взаимодействий биомолекул посредством температурно-зависимой (77-350 К) ионизационно-полевой масс-спектрометрии.
v Установка для вакуумной сушки и сверхтонкого измельчения лекарственных и парфюмерных веществ растительного происхождения (размер измельченных частиц не превышает 0.03 мм).
Сотрудничество
В рамках ФТИНТ осуществляется сотрудничество с научными группами других отделов, занимающихся разработкой медицинского оборудования, изучающими проблемы внедрения криогенных технологий в пищевой промышленности и фармакологии. Выполняется несколько совместных проектов с биологическими, медицинскими и фармакологическими организациями Украины.
Ряд работ проводится совместно с зарубежными научными центрами в США (Университет штата Аризона, Университет штата Миссисипи, Университет штата Техас), Англии (Институт масс-спектрометрии при Университете Варвика, Университет Сасекса), Германии (Макса Планка институт радиационной химии, Институт молекулярной биотехнологии, г. Йена, Университет Фридриха Шиллера, г. Йена), Австрии (Институт ионной физики при Университете Иннсбрука), Швейцарии (Университет г. Базеля), Португалии (Университет г. Коимбра), Дании (Университет г. Оденса), России (Московский государственный университет, Институт молекулярной биологии РАН, Институт энергетических проблем химической физики, г. Москва, Институт экспериментальной и теоретической биофизики РАН, г. Пущино), Венгрии (Технический университет, Центральный институт химии Венгерской АН, г. Будапешт), Словакии (Университет имени Шафарика, г. Кошице), Польши (Институт молекулярной физики, г. Познань, Вроцлавский университет).
Отдел участвовал в выполнении ряда международных проектов, из которых 2 финансировались фондом Дж. Сороса, 1 - CRDF, 4 - INTAS.
Отдел приглашает к сотрудничеству по вышеперечисленным направлениям исследований организации биологического, химического и медицинского профиля.
Декабрь 2000