ШАНОВНІ КОЛЕГИ !
На базі Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України продовжує свою роботу міждисциплінарний загальноакадемічний семінар у галузі природничих наук «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології».
Чергове засідання семінару відбудеться 19-го КВІТНЯ 2024 р. (П’ЯТНИЦЯ) о 10-30 в Актовій залі Інституту (вул. Леонтовича, 9). З доповіддю «Біоміметичне моделювання металоензимів: від дослідження механізмів до створення інноваційних каталізаторів» виступить член-кореспондент НАН України, доктор хімічних наук, професор ФРИЦЬКИЙ Ігор Олегович, завідувач кафедри фізичної хімії Київського національного університету імені Тараса Шевченка.
До цього листа додаю авторські тези доповіді.
Прийняти участь у роботі семінару можна буде й в онлайн-режимі за адресою:
https://meet.google.com/ete-wanq-rza
Запрошую Вас та Ваших колег до участі у роботі семінару.
Мета загальноакадемічного семінару полягає у періодичному заслуховуванні та обговоренні наукових доповідей, присвячених застосуванню сучасних експериментальних та теоретичних методів хімії, фізики та математики для вирішення нагальних проблем сучасної біології (зокрема – у галузі біохімії, біофізики, молекулярної та клітинної біології, біоенергетики, геномики, медичної біології, фармакології, нанобіотехнології, системної та синтетичної біології та т.і.).
Організація зазначеного семінару була обумовлена прогресуючим розвитком таких «перехресних» наук та наукових напрямів, як біофізична хімія, фізична біохімія, хімічна біофізика, біохімічна фізика, фізико-хімічна біологія, фізика живого, математична біофізика, теоретична біологія, біоінформатика, штучний інтелект в біології та медицині тощо.
У подальшому пропозиції щодо виступів з доповідями (тези доповіді – 1-2 стор.) на міждисциплінарному загальноакадемічному семінарі необхідно надсилати на ім’я Костеріна Сергія Олексійовича за електронними адресами:
Анонси щодо засідань семінару та авторські тези доповідей оприлюднюються на сайтах Інституту біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України ( biochemistry.org.ua ) та НАН України ( НАН України : Головна сторінка (nas.gov.ua) ), а також розповсюджуються електронною поштою. Слідкуйте за нашими повідомленнями, будь ласка.
Наступне засідання семінару заплановано на травень м-ць 2024 р.
Будемо раді зустрітися з Вами на засіданнях нашого міждисциплінарного загальноакадемічного наукового семінару !
З повагою -
керівник семінару,
академік НАН України,
професор С.О.Костерін
5 квітня 2024 р.
Біоміметичне моделювання металоензимів:
від дослідження механізмів до створення інноваційних каталізаторів
Ігор Фрицький
Київський національний університет імені Тараса Шевченка
У живих системах численні біохімічні процеси відбуваються з участю ферментів, які містять іони металів у складі активних центрів. Зокрема, металовмісні активні центри (нерідко у складі кофакторів небілкової природи) входять до складу численних гідролаз та оксидоредуктаз. Найважливішим методом вивчення особливостей будови та функціонування металоферментів є вивчення їх низькомолекулярних моделей. Створення синтетичних модельних сполук на основі комплексів металів не тільки сприяє кращому розумінню механізмів ферментативного каталізу, а й дозволяє вирішувати цілу низку практичних завдань, від створення нових фармацевтичних засобів – інгібіторів функції металоферментів – до розробки біоміметичних каталізаторів. Природа вже давно є джерелом натхнення для створення нових каталітичних систем, і металоензими є взірцем досконалих каталізаторів з неперевершеною ефективністю та вибірковістю.
На прикладі еволюції уявлень про механізм каталітичної дії нікельвмісного ферменту уреази демонструється роль вивчення синтетичних модельних систем, а також досліджень структур типу «ензим – аналог субстрату» та «ензим – аналог перехідного стану» у встановленні й уточненні механізмів ферментативного каталізу.
У доповіді розглядаються основні підходи, що використовуються при створенні структурних та функціональних моделей металовмісних ферментів та основні принципи, що застосовуються при розробці біоміметичних каталізаторів. Аналізуються основні причини низької ефективності сучасних біоміметичних каталізаторів порівняно з їх природними прототипами та обговорюються можливі шляхи її покращення. Зокрема, розглядається застосування багатофакторного підходу при створенні функціональних моделей ферментів, який полягає у одночасному використанні двох або більшої кількості типів взаємодій (зокрема, нековалентних), притаманних активному центру, та/або присутніх в ензим-субстратному комплексі, так, наприклад, як це має місце в лужній фосфатазі.
Доповідь проілюстровано рядом прикладів успішного застосування біоміметичного підходу як з літературних джерел, так і з результатів, отриманих в дослідницькій групі доповідача. Зокрема, для моделювання активних центрів біметалічних гідролаз було синтезовано серію нових лігандів гетероциклічного типу, що містять функціональні групи, здатні до утворення водневих зв’язків, або які можуть виступати у ролі внутрішньомолекулярних нуклеофілів. Це дозволило досягти значного підвищення каталітичної активності біядерних комплексів цинку в реакціях гідролізу фосфоестерів (зокрема, пестициду параоксон-етилу) порівняно з відомими з літератури системами на основі лігандів, що не містять у своєму складі подібних функціональних груп.
Для моделювання алостеричних ферментів з біметалічними активними центрами було запропоновано принципово новий підхід, у якому контроль за відстанню метал-метал і, таким чином, за функціональною активністю досягається шляхом введення третього, алостеричного йону металу. Для цього було синтезовано серію лігандів, що мають чітко відокремлені структурний та функціональний сегменти, причому просторове зближення хелатуючих вузлів, призначених для зв’язування каталітичних іонів металів, здійснюється при зв’язуванні структурного йону металу в алостеричному центрі. Завдяки застосуванню такого підходу вдалося досягти ступінчастного 10-кратного збільшення швидкості реакції гідролізу фосфоестеру при зміні алостеричного йону в ряду паладій – нікель – мідь.
У доповіді обговорюються перспективи застосування біоміметичних каталізаторів у різних процесах, зокрема, фіксації азоту, фотокаталітичного розщеплення води та отримання «зеленого» водню («штучного фотосинтезу»), гідролітичного знешкодження фосфорорганічних екотоксикантів та аналогів бойових отруюючих речовин, тощо.