научный журнал по биологии Биофизика ISSN: 0006-3029

КОЛОБОВ А.В., КУЗНЕЦОВ М.Б. — 2015 г.

Разработана математическая модель роста опухоли в ткани с учетом ангиогенеза. Злокачественные клетки, находящиеся в состоянии метаболического стресса, вырабатывают фактор роста эндотелия сосудов, стимулируя опухолевый ангиогенез, что увеличивает приток питательных веществ. В модели учтена дихотомия миграции и пролиферации клеток опухоли в зависимости от концентрации питательного вещества, а также учитываются конвективные потоки, возникающие в плотной ткани при активном делении клеток опухоли. Численное исследование модели показало, что для инвазивных опухолей ангиогенез практически не влияет на скорость роста в ткани, в то время как рост неинвазивных опухолей значительно изменяется при вариации параметров ангиогенеза, тем не менее никогда не останавливается полностью. Проведено обсуждение причин и значения данного результата для оценки противоопухолевой эффективности антиангиогенной терапии.

БЕЛОБРОДСКИЙ В.А., БОРЗУНОВ С.В., ВАХТИН А.А., КУРГАЛИН С.Д., ТУРОВСКИЙ Я.А. — 2015 г.

Предложен метод исследования вызванных потенциалов головного мозга, основанный на оценке структуры цепочек локальных максимумов, полученных из матрицы квадратов коэффициентов вейвлет-преобразования вызванных потенциалов. Представлен общий подход к анализу вызванных потенциалов, обеспечивающий формирование и выделение цепочек локальных максимумов и минимумов матрицы квадратов коэффициентов вейвлет-преобразования этих потенциалов. Описаны алгоритмы адаптивного восстановления элементов вызванных потенциалов после прямого вейвлет-преобразования на основе полученных областей в пространстве «масштаб вейвлет-преобразования - время», отражающих отдельные элементы компонентов этих потенциалов. При реализации метода для оценки зрительных вызванных потенциалов установлено, что их компоненты формируются не менее чем двумя-тремя элементами, представляющими собой отдельные частотно -временные области. Данные области, на основе которых адаптивно восстанавливались элементы вызванных потенциалов, имеющие свое определенное латентное время и амплитудные характеристики, могут представлять и самостоятельное клинико-физиологическое значение. Продемонстрирована устойчивость предложенного метода к изменению применяемой в анализе вейвлет-функции: при использовании вейвлетов Morlet и WAVE получены сходные результаты. Разработанный метод применен для анализа устойчивых зрительных вызванных потенциалов, возникающих при фотостимуляции. При этом было отмечено наличие, наряду с основным элементом, соответствующем частоте фотостимуляции, и других, не присутствующих постоянно в спектре устойчивых зрительных вызванных потенциалов.

АРТЮХОВ В.Г., МАКИН С.М., ХОЛЯВКА М.Г. — 2015 г.

Созданы компьютерные модели димера инулиназы из Aspergillus ficuum. Экспериментально исследована надмолекулярная организация инулиназы из Aspergillus niger. Обсуждается вопрос о роли различных форм инулиназ в проявлении их функциональной активности. Показано, что в процессе димеризации инулиназы при образовании контактов между мономерными формами фермента определяющая роль принадлежит неполярным аминокислотным остаткам.

БУРХИНА О.Е., ИВАНОВА И.П., ПИСКАРЕВ И.М., ТРОФИМОВА С.В. — 2015 г.

Исследована возможность применения индуцированной хемилюминесценции для оценки способности субстрата к перекисному окислению под действием гидроксильных радикалов и уровня свободнорадикальных процессов, которые произошли в биологических объектах, на основе анализа органических гидроперекисей в пробе. Для этого светосумма хемилюминесценции измерялась в три этапа: при введении Fe 2+ в исследуемую пробу, при проведении реакции Фентона (введение Fe 2+ и Н2О2) и при введении Fe 2+ в пробу после проведения реакции Фентона. Измерена зависимость светосуммы от концентрации (разведения) пробы. Показано, что светосумма достигает максимальной величины при определенном разведении исследуемого субстрата. Положение максимума определяется концентрацией окисляющихся фрагментов RH, а величина светосуммы хемилюминесценции в максимуме - долей ингибитора [lnH]/[RH] и долей оказавшихся в пробе органических гидроперекисей [ROOH]/[RH].

ЖУРАВЛЕВА Е.В., МИРОНОВ А.А. — 2015 г.

Известно, что некодирующие РНК являются важными регуляторными молекулами клетки и функционируют за счет определенной вторичной структуры. Вторичная структура молекул, определяемая последовательностью некодирующих РНК, 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 некодирующих РНК. Выявление более тонких эволюционных различий в петлях и стеблях, а также р асширенный анализ, проведенный во всех наиболее значимых классах некодирующих РНК, может представлять интерес для разработки алгоритмов по поиску генов некодирующих РНК в геномах. В этой работе рассмотрен отбор в петлях и стеблях пяти основных классов некодирующих РНК генома Drosophila melanogaster.

НАМИОТ В.А., САРКИСЯН Д.Р., ЩУРОВА Л.Ю. — 2015 г.

Когерентные источники излучения электромагнитных волн терагерцового частотного диапазона весьма перспективны для различных приложений, в том числе в биологии и медицине. В работе предложена схема компактного терагерцового источника, в котором эффект генерации электромагнитных волн достигается за счет взаимодействия электронов в квантовой яме с электромагнитной волной гофрированного волновода. Показано, что в предложенной схеме возможна генерация электромагнитных волн с частотой 10 12 с -1 с выходной мощностью излучения до 25 мВт.

БАРАБАШ Ю.М., ДМИТРЕНКО О.П., ЗАБОЛОТНЫЙ М.А., КУЗЬМЕНКО М.О., КУЛИШ Н.П. — 2015 г.

Исследованы спектры капиллярных волн бидистиллированной воды и водного раствора NADH, а также их динамика под воздействием электромагнитного излучения миллиметрового диапазона при разных значениях пространственной частоты поверхностной волны k.

ЕВДОКИМОВ Ю.М., СЕМЕНОВ С.В. — 2015 г.

И сследована оптическая активность жидкокристаллических дисперсий ДНК на основе теории поглощения электромагнитных волн большими молекулярными агрегатами. Изучено влияние на оптические свойства дисперсий взаимодействия комплексов молекул нуклеиновых кислот с наночастицами.

ГОЛЫШЕВ С.А., ОРЛОВ О.Ю., САМОСУДОВА Н.В. — 2015 г.

Представлена ультраструктура пигментного эпителия полевки Брандта, грызуна с дневным типом суточной активности, соотносительно с известными процессами, происходящими в пигментном 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 лк, 4 ч) на темновую (0,1 лк, 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. К роме того, выявлено наличие структур, предположительно отвечающих за транспорт переработанного материала. В пользу этого свидетельствует присутствие в апикальных отростках: 1) пигментного эпителия пузырьков с плотным, зернистым содержимым и 2) микротрубочек, осуществляющих транспорт «груза» в клетках.

ПАНЧЕЛЮГА В.А., ПАНЧЕЛЮГА М.С. — 2015 г.

Приведены результаты анализа 329-суточного массива флуктуаций скорости альфа-распада 2Ри с использованием развитого нами локального фрактального анализа шумоподобных временных рядов методом всех сочетаний. С помощью данного метода в анализируемом массиве данных выявлена устойчивая частотная структура. Обнаружено совпадение найденного набора частот с частотами собственных колебаний Земли. Приведен краткий обзор работ, в которых анализируется временной ход флуктуаций в протекании процессов различной природы. Показано, что периодичности, найденные в этих работах, совпадают с обнаруженными нами, свидетельствуя, таким образом, об универсальном характере обнаруженного феномена.

ГУНАР Л.Э., КАЛМАЦКАЯ О.А., КАРАВАЕВ В.А., МЯКИНЬКОВ А.Г. — 2015 г.

Показано, что предпосевная обработка семян тритикале регуляторами роста эпином и цирконом приводит к увеличению отношения F742/F686 стационарных значений интенсивности флуоресценции листьев растений на длинах волн 742 и 686 нм, соответствующих максимумам в спектре флуоресценции листа. У тритикале, выращенных из семян, которые были обработаны регуляторами роста, наблюдалось увеличение содержания хлорофилла, урожайности и основных показателей структуры урожая.

ФЕДОТОВ А.А. — 2015 г.

Рассмотрена математическая модель процессов формирования сигнала периферической пульсовой волны в сосудах верхних конечностей. Формирование периферической пульсовой волны представлено в виде композиции прямой и отраженной пульсовых волн, распространяющихся по артериальной системе человека. Предложена система формальной аналогии между процессами распространения пульсовых волн по артериальной системе человека и распространением электрических колебаний по линиям с распределенными параметрами. Зависимости распространения пульсовых волн по артериальной системе человека были получены на основе решения одномерных уравнений Навье-Стокса для нескольких частных случаев.

ШАТАЛИН Ю.В., ШУБИНА В.С. — 2015 г.

Изучена возможность получения материала на основе коллагена и биологически активного полифенола - таксифолина и исследованы его свойства. Получены данные по динамике высвобождения полифенола, химически связанного с коллагеном, и определена его металл- воостанавливающая активность. Изучено действие таксифолина, глутарата таксифолина и геля, содержащего полифенол, на продукцию активных форм кислорода нейтрофилами, стимулированными форбол-миристат-ацетатом. Показано наличие антиоксидантных и металл- восстанавливающих свойств полифенола, высвобождаемого из гелевого материала, что свидетельствует об эффективном включении неокисленной формы полифенола в состав коллагенового геля.

АБАТУРОВА А.М., ДЬЯКОНОВА А.Н., КОВАЛЕНКО И.Б., РИЗНИЧЕНКО Г.Ю., РУБИН А.Б., УСТИНИН Д.М., ФЕДОРОВ В.А., ХРУЩЕВ С.С. — 2015 г.

Дан обзор метода броуновской динамики в его приложении к изучению динамических короткоживущих белок-белковых комплексов. Приводится обзор теоретических предпосылок метода и обсуждаются конкретные его реализации. Рассматриваются ограничения этого метода и обсуждаются перспективы его развития. Дано описание основных подходов, используемых при анализе результатов вычислительного эксперимента. Во второй части статьи даны примеры использования метода броуновской динамики для исследования работы фотосинтетической электрон-транспортной цепи. Рассматривается взаимодействие мобильных переносчиков электронов - пластоцианина, цитохрома сб и ферредоксина - с их реакционными партнерами: цитохромным bf-комплексом, фотосистемой I, ферредоксин:НАДФ-редуктазой и гидрогеназой.

АЛИЕВ Р.Р., СЮНЯЕВ Р.А., ТОЛСТОКОРОВ А.С. — 2015 г.

При математическом моделировании влияния фибробластов на электрическую активность клеток синоатриального узла обнаружено, что взаимодействие с фибробластами через щелевые контакты увеличивает частоту колебаний водителей ритма. Под влиянием фибробластов амплитуда колебаний истинных водителей р итма уменьшается вплоть до прекращения спонтанной активности. Амплитуда колебаний латентных водителей ритма уменьшается значительно слабее.

ДУШАНОВ Э.Б., КОЛТОВАЯ Н.А., ХОЛМУРОДОВ Х.Т. — 2015 г.

Для выявления конформационных изменений, обуславливающих инактивирующее действие мутации Р32Т, рассмотрена структура трех форм димера инозинтрифосфат пирофосфогидролазы человека hITPA. Проведен анализ наносекундной молекулярной динамики, вычислены значения среднеквадратичных отклонений атомов у гомодимеров дикого и мутантного типов, а также гетеродимера. В результате моделирования в течение 3 нс у мутантных протомеров наблюдали более сильные смещения атомов. В процессе моделирования наибольшим изменениям подверглись: петля между α2 и β2 (аминокислотные остатки 28-33, область локализации мутации P32Т), петля между β5 и β6 и C-концевые аминокислотные остатки. Петля между α2 и β2 имела две конформации, характеризующиеся разным положением боковой группы Phe31. Расстояние между Cys33(C a) и Phe31(C z) для протомеров дикого и мутантного типа составляло ~9,0 и 5,5 А соответственно. Эти конформации стабильно поддерживались.

АНДРЕЕВ С.А., ГУРСКИЙ В.В., САМСОНОВА М.Г. — 2015 г.

На ранних стадиях эмбриогенеза плодовой мушки дрозофилы картины экспрессии генов сегментации формируются под влиянием материнских градиентов транскрипционных факторов, которые запускают пространственно локализованную экспрессию в каскаде сегментационных генов. Одним из таких активаторов является Всё. И сследована одна из моделей регуляции в сети генов gар в условиях вариации концентрации этого белка. Показано, что известная информация о топологии взаимодействий генов в сети не достаточна для объяснения экспериментальных данных по сдвигам антериорного домена экспрессии гена hb при изменении концентрации Всё в эмбрионе. В результате моделирования с учетом этих данных выявляется новая топология, определяющая правильные сдвиги домена экспрессии hb. Полученные результаты свидетельствуют о том, что взаимодействия в тройке генов hb, Кr и gt являются ключевыми для правильного поведения картины экспрессии hb при вариации концентрации Всё. П роведенное исследование позволяет уточнить границы применимости феноменологических моделей генных сетей.

НЕДОРЕЗОВ Л.В. — 2015 г.

Анализ отклонений между траекториями модели Лотки-Вольтерра конкуренции двух видов и экспериментальными данными Г.Ф. Гаузе по совместному культивированию Paramecium aurelia и Paramecium caudatum показывает, что с большой вероятностью никакого соответствия между модельными и экспериментальными данными нет. Тестирование совокупностей отклонений проводили 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 тест «скачков вверх- скачков вниз»).

ВОЛОХ О.И., КОРОМЫСЛОВА А.Д., ОРШАНСКИЙ И.А., ПОПИНАКО А.В., СОКОЛОВА О.С., ШАЙТАН К.В. — 2015 г.

Методом управляемой молекулярной динамики были определены пары аминокислотных остатков на поверхности взаимодействующих доменов формина mDial: DID-DAD, контролирующих автоингибирование формина и DID с ГТФазой Rho, отвечающих за активацию. Наиболее стабильными являются ионные взаимодействия между остатками Glu178 и Arg248, а также гидрофобные взаимодействия атома углерода Thr175 с ароматическим кольцом Phe247. Взаимодействия DID с Rho оказались наиболее сильными. Они опосредованы специфическими тройными ионными взаимодействиями между положительно заряженными аминокислотами из Rho и триплета аминокислот в составе домена DID, состоящего из двух отрицательно заряженных аминокислот, разделенных одной незаряженной. Сайты связывания домена DID с Rho и DAD частично перекрываются, но во взаимодействиях с различными партнерами принимают участие различные аминокислоты DID. Обсуждаются возможные конформационные изменения доменов формина при активации и инактивации.

ОРШАНСКИЙ И.А., ШАЙТАН К.В. — 2015 г.

Предложена динамическая модель формирования протофибриллы нановолокна паутины. Показано, что стопка параллельных поли-Ь-аланиновых в-нитей достаточной длины самоорганизуется в устойчивую правую суперспираль. Методами численного эксперимента изучены реологические свойства и дано нелинейное обобщение модели Зинера для описания реологии суперспирали.