научный журнал по биологии Биофизика ISSN: 0006-3029

SHULMAN K., ИВАНОВА Ю.Д., МАЖАРОВ В.Ф., СУХОВОЛЬСКИЙ В.Г., ТАРАСОВА И.В., ТАРАСОВА О.В., ХЛЕБОПРОС Р.Г. — 2015 г.

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 модель 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.

ЛЕВАШОВА Н.Т., МЕЛЬНИКОВА А.А., СИДОРОВА А.Э., ЯКОВЕНКО Л.В. — 2015 г.

Представления об активных средах использованы в качестве биофизической основы для построения модели пространственно-временной самоорганизации в природно-антропогенных экосистемах, проявляющейся в образовании регулярных динамических структур, которые характеризуются устойчивыми или неустойчивыми режимами развития. Урбоэкосистемы составлены иерархиями сопряженных активных сред, и их нелинейность объективно формируется экстремальностью антропогенных нагрузок, несоответствием характерных времен и масштабов эволюции природной и антропогенной компонент, а также наличием сложной системы положительных и отрицательных обратных связей между подсистемами. В основе представленной, заведомо упрощенной, модели лежит модифицированное уравнение Фитц-Хью-Нагумо. Разрабатываемый подход носит общий характер и систематизирует описание пространственновременного развития урбоэкосистем как распределенных диссипативных систем.

ГРИГОРЬЕВ П.А., НОВОСЕЛОВ В.И., ШАРАПОВ М.Г. — 2015 г.

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 с проводимостью около 350 пСм в 200 мМ КC1. Среднее время открытого состояния канала- кластера уменьшается при повышении трансмембранного электрического потенциала. Рассмотрен молекулярный механизм инактивации канала-кластера.

ЗАХВАТАЕВ В.Е. — 2015 г.

Рассмотрены возможные сценарии синхронизации некоторых биологических процессов с вариациями ускорения лунно-солнечного гравитационного прилива, основанные на триггерном воздействии приливной силы на геосреду с модуляцией поля эманаций и активности радона и других радиоактивных элементов. Обсуждаются механизмы и модели чувствительности биосистем к приливным вариациям природного радиоактивного фона, включающие митохондриальный переход проницаемости и продуцирование активных форм кислорода и азота, байстендер-факторы и вторичное биогенное излучение, модуляцию клеточной сигнализации и ритмической экспрессии генов.

БРУСКОВ В.И., ГУДКОВ С.В., ПОПОВА Н.Р. — 2015 г.

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, также описаны механизмы их действия и области практического применения. В отдельном разделе рассмотрены дальнейшие перспективы и направления р азвития исследований в этой области.

АРТЮХОВ В.Г., ВАШАНОВ Г.А., ЛАВРИНЕНКО И.А. — 2015 г.

П редложен и обоснован способ разложения УФ-спектра поглощения гемоглобина на спектры поглощения белковой и небелковой составляющих с помощью аддитивной модели. Установлено, что в диапазоне длин волн 240-320 нм гемовая компонента белка имеет полосу поглощения с A, max = 269,2 нм (е = 97163), апобелковая компонента - полосу с A max = 278,4 нм (е = 48669). О^еделена иж^^альная относительная доля поглощения гемовой (78,8%) и апобелковой (21,2%) частей в cпектpе гембелка в указанном диапазоне длин волн.

ОГНЕВА И.В. — 2015 г.

Обзор посвящен различным аспектам раннего развития в условиях космического полета. Рассмотрены различные возможные клеточные механосенсоры. Обсуждены изменения в клетках, преимущественно немышечных, в условиях реальной и моделируемой микрогравитации. Представлены результаты различных эмбриологических экспериментов на рыбах, земноводных, птицах и млекопитающих в микрогравитационных условиях, с обсуждением возможных причин развития морфологических изменений.

ДАВЫДОВ В.А., ДАВЫДОВ Н.В. — 2015 г.

Рассмотрено распространение автоволн в движущейся жидкой возбудимой среде. В рамках кинематического подхода определены формы автоволновых фронтов для случаев куэттова и пуазейлева течений в плоских капиллярах. Показано, что автоволновые фронты должны рваться при достижении скоростью потока определенных критических значений. И сследована возможность появления диодного эффекта - односторонней проводимости капилляра. Результаты проведенных численных экспериментов находятся в хорошем соответствии с теорией.

КЛЮКИН Л.М., НАМИОТ В.А. — 2015 г.

При экспериментальном исследовании температурного режима тканей женских молочных желез впервые обнаружено наличие в них периодических тепловых волн. При этом пространственно-амплитудный рельеф таких волн может маскировать пространственно-амплитудный рельеф теплового профиля, проецируемого на поверхность кожи молочных желез опухолью, скрытой в толще железы. Обнаруженное явление следует учитывать при диагностике патологических состояний молочной железы.

ШАЙТАН К.В. — 2015 г.

Методами теории стохастической динамики исследована 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 минимальной диссипации энергии для кинетики в слабонеравновесных 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 невалентными взаимодействиями узлов цепи. Релаксационная кинетика фолдинга для параболической модели энергетической воронки является практически экспоненциальной.

АЛЕКСЕЕВ С.И., ФЕСЕНКО Е.Е.(МЛ.) — 2015 г.

Проведены расчеты нагрева мембраноформирующего отверстия в тефлоновой пленке при облучении дециметровыми волнами. И сследована зависимость прироста температуры в мембраноформирующем отверстии от его геометрии, 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.

БАЖИН Н.М. — 2015 г.

Системы с градиентом концентрации не обладают потенциальной энергией для производства теплоты или полезной работы. Тем не менее с их помощью можно производить полезную работу благодаря адсорбции теплоты из окружающей среды с помощью специальных инструментов, например электродов в концентрационных элементах. Вто рой закон термодинамики при этом не нарушается, так как производство работы за счет теплоты окружающей среды сопряжено с процессом выравнивания концентраций.

ПЕЧУРКИН Н.С., ШУВАЕВ А.Н. — 2015 г.

П редставлена идея сквозной эволюции длительной реакции планеты Земля на внешний поток лучистой энергии от C олнца. Показано, что из-за ограниченности вещества на Земле, как и на любой другой планете, непрерывная накачка потоком лучистой энергии приводит к циклизации трансформаций и переносов вещества по возникающим градиентам. Эволюция энерговещественных взаимодействий идет по пути захвата и перено са меньшим количеством вещества большего количества энергии, т.е. по пути роста количества энергии, используемого каждой единицей массы. По этому показателю наименее эффективным является простой перенос массы вещества, например вихрей газов, по градиентам температур и давлений, имевший место на первичной поверхности планеты. Особую роль в развитии взаимодействия энергии и вещества сыграл длительный естественный отбор на накопление воды на планете. Ее фазовые трансформации (лед, вода, пар) и механические переносы являются самым распространенным энерговещественным процессом. На основе водных циклов, циклических перено сов и трансформаций оказалась возможной химическая трансформация веществ, развившаяся со временем в биологическую трансформацию. Этот вид взаимодействия энергии и вещества обладает наибольшей эффективностью. В частности, при фотосинтезе «захватывается и утилизируется» энергия нашей звезды в самой активной части спектра ее излучения. В процессе биологической эволюции гетеротрофов наиболее показателен, в сотни раз, рост коэффициента, характеризующего интенсивность энергообмена: от простейших микроорганизмов до млекопитающих. Удивительно, но вполне закономерно с энергетических позиций, развитие и нынешнее доминирование человечества как энергетически наиболее активного вида по захвату энергии и осмысленной организации ее новых потоков, в частности, на основе органических остатков былых биосфер. В процессе технологической эволюции человечества показатель, характеризующий интенсивность энергообмена, для гомойотермных (теплокровных) животных возрос еще в 20 раз в пересчете на технологическую энергию, используемую «средним» жителем планеты. Таким образом, победа нашего вида в планетарной эволюции легко укладывается в магистральное направление сквозной эволюции энерговещественных отношений: многократный рост энергии звезды, использованной для трансформации вещества на поверхности облучаемой планеты.

АСЛАНИДИ К.Б., ГУДКОВ С.В., ЕМЕЛЬЯНЕНКО В.И., ТИРАС Х.П. — 2015 г.

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.

ГОПИН А.В., МАЗИНА С.Е., НИКОЛАЕВ А.Л., ТАЛЬБЕРГ П.И. — 2015 г.

На бактериальных модельных системах показано, что введение в среду растворимого соединения - натриевой соли октакарбоксифталоцианина кобальта (терафтала) - приводит в ультразвуковом поле к уменьшению доли выживших бактерий. Высказано предположение, что терафтал в бактериальной среде образует твердую фазу, которая в ультразвуковом поле вызывает деструкцию примыкающих к нанокристаллам структур вследствие локализованных кавитационных процессов.

БОЙКО Е.Р., ЗЕНЧЕНКО Т.А., МЕДВЕДЕВА А.А., ПАРШУКОВА О.И., ПОТОЛИЦЫНА Н.Н. — 2015 г.

Проведено четыре эксперимента по длительному синхронному мониторингу минутных значений пульса и биохимических показателей крови у четырех практически здоровых добровольцев (женщины). Длительность каждого эксперимента 90 мин, регистрацию электрокардиограммы производили непрерывно, частоту забора проб крови - раз в две минуты. В венозной крови определяли текущие концентрации трийодтиронина, кортизола, глюкозы, стабильных метаболитов оксидов азота (NO*). Обнаружена синхронность колебаний уровней кортизола и свободного трийодтиронина в крови всех четырех волонтеров, а также присутствие в спектрах этих биохимических показателей периодов 7-8 и 15-17 мин. Выявлено наличие периодов в спектрах NO*, равных 7, 13 и 25-30 мин. Показано, что динамика вариаций сердечного ритма в наибольшей степени определяется ритмами колебаний уровня NO a в крови, а периоды в вейвлет-спектрах этих физиологических показателей у всех четверых волонтеров близки к периодам спектров синхронных им вариаций вектора геомагнитного поля в частотном диапазоне 0,5-3,0 мГц. Результаты исследования указывают на оксид азота и его метаболиты в крови как на биохимический фактор, с высокой вероятностью участвующий в развитии процесса тонкой «подстройки» организма к вариациям геомагнитного поля и обеспечивающий синхронизацию вариаций сердечного ритма и геомагнитных колебаний в геомагнитноспокойных условиях.

АНОСОВ А.А., КУПРИЯНОВА М.С., НЕМЧЕНКО О.Ю., НОРИК В.П., СЕРГЕЕНКО Е.В., СМИРНОВА Е.Ю. — 2015 г.

Экспериментально исследована статистика времен открытого и закрытого состояний липидных пор в плоских бислойных липидных мембранах из дипальмитоилфосфатидилхолина при температуре фазового перехода в 1 М растворе LiCl при добавлении водорастворимых молекул полиэтиленгликоля различной молекулярной массы. Измерены трансмембранные импульсы тока в режиме фиксации напряжения (50 мВ). Гистограмма длительности импульсов и гистограмма межимпульсных интервалов имеют не экспоненциальный характер, а выраженный характерный максимум. Это означает, что регистрируемая в условиях фазового перехода последовательность импульсов трансмембранного тока является зависимой: появление новых импульсов зависит от того, когда возникали предыдущие; момент окончания импульса зависит от момента его начала. Предложенная модель Эрланга достаточно точно аппроксимирует экспериментальные гистограммы. Следуя модели, можно говорить о том, что липидная пора имеет несколько открытых и закрытых состояний.

АСЛАНИДИ К.Б. — 2015 г.

Методом микроспектрального анализа, позволяющим проводить оптические измерения при охлаждении вплоть до температуры жидкого азота, проведена идентификация молекулярных компонентов ряда растительных и животных клеток. Выявленная биохимическая гетерогенность свидетельствует о функциональной специализации отдельных клеток внутри популяции. Анализ тушения флуоресценции позволил выявить температурные области, в которых происходят процессы перекристализации внутриклеточной воды, связанной с конкретными пигмент-белковыми комплексами. Предложенный экспериментальный подход может найти применение в современной корреляционной микроскопии, а также в криобиологии для отработки оптимальных режимов замораживания и размораживания различных клеток с целью криоконсервации генетического материала.

ГЕНЕРАЛОВ Е.А. — 2015 г.

Представлены результаты спектрального и моносахаридного анализа полисахарида из Heliantnus tuberosus L. и изучены его интерферониндуцирующие свойства. На основании спектральных характеристик и моносахаридного состава сделан вывод о принадлежности полисахарида к классу глюканов, предположительно - в-глюканов. Показано, что полисахаридный комплекс из клеточной стенки Heliantnus tuberosus L. проявляет интерферониндуцирующие свойства как в опытах in vitro, так и in vivo. Выдвинуто предположение, что в моделях, простимулированных полисахаридом, вырабатывается интерферон всех трех видов - а, в, у. Были показаны противовирусное и терапевтическое действия полисахарида.

ДЖЕЙН Н., ТАПЛИЯЛ Ч., ЧАУДХУРИ ( ЧАТТОПАДХУАЙ) П. — 2015 г.

Различающиеся по происхождению белки могут проявлять разное физико-химическое поведение, иметь отличия в гомологии последовательностей, фолдинге, функциях. Поэтому изучение структурно-функциональной взаимосвязи белков из разных источников значимо в том смысле, что может привести к открытию сравнительных особенностей их взаимосвязей в ряду «последовательность-структура-функции». Дигидрофолатредуктаза - не только фермент, участвующий в регуляции клеточного цикла, но и значимый фермент при разработке противораковых препаратов. Поэтому детальное понимание структурно-функциональных взаимоотношений обширного числа вариантов дигидрофолатредуктазы будет иметь важное значение при подборе ингибитора или антагониста к данному ферменту, участвующему в процессах клеточного процессах развития. В представленной работе сообщается о сравнительной структурно-функциональной связи между дигидрофолатредуктазой E.coli и человека. Различия в характере разворачивания этих двух белков исследовались для понимания различий таких свойств этих белков, как их относительная стабильность и конформационные изменения при идентичных условиях денатурации. Механизм равновесного разворачивания дигидрофолатредуктазы при использовании гидрохлорида гуанидина в качестве денатурирующего агента и в присутствии различных типов осмолитов наблюдали путем регистрации ферментативной активности, а также собственной флуоресценции триптофана и внешнего флуорофора 8-анилино-1-нафталинсульфоновой кислоты в качестве зонда. Обнаружено, что такие осмолиты, как 1 М сахароза и 30% глицерин, обеспечивают повышенную стабильность обеих дигидрофолатредуктаз, причем степень стабилизации зависит от собственной стабильности белка, тогда как 100 мМ пролина не оказывают значимого стабилизирующего эффекта. Показано также, что дигидрофолатредуктаза человека относительно менее стабильна, чем ее аналог из E.coli.