19-го квітня 2024 р. в Інституті біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України відбулося чергове засідання загальноакадемічного міждисциплінарного семінару у галузі природничих наук «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології».
На початку засідання його учасники хвилиною скорботи вшанували пам’ять академіка НАН України Марини Володимирівни Скок, яка була активною учасницею міждисциплінарного семінару.
Із міждисциплінарною доповіддю «Біоміметичне моделювання металоензимів: від дослідження механізмів до створення інноваційних каталізаторів» виступив член-кореспондент НАН України, доктор хімічних наук, професор ФРИЦЬКИЙ Ігор Олегович, завідувач кафедри фізичної хімії Київського національного університету імені Тараса Шевченка.
У своєму вступному слові головуючий – академік НАН України професор С.О.Костерін розповів присутнім про наукові інтереси доповідача. Було підкреслено, що у сфері наукової уваги професора І.О.Фрицького є проблеми: - фізико-неорганічної та супрамолекулярної хімії; - алостеричного біоміметичного каталізу; - біонеорганічного моделювання металоферментів; - синтезу, будови та магнітних і електрохімічних властивостей поліядерних координаційних сполук; - протікання реакцій комплексоутворення в розчині. Доповідач є Заслуженим діячем науки і техніки України, Лауреатом Державної премії України в галузі науки і техніки та Премії Ґеорґа Форстера (це премія від Фонду Олександра фон Гумбольдта у Німеччині, вона щороку вручається лише до шести видатним дослідникам за їх значні досягнення у науці й освіті – мова йде за фундаментальні теорії, відкриття й розробки, що впливають на розвиток у певній галузі науки). Ігор Олегович неодноразово перебував на стажуваннях в університетах Лондону, Лідсу (Великобританія), Севільї (Іспанія), Геттінгену (ФРН), Вроцлаву (Польща). У 1998-2001 рр. займався науково-дослідницькою роботою в університетах м. Майнц та м. Гейдельберг (ФРН). Під його керівництвом захищені 3 докторські та 18 кандидатських дисертацій. Професор Фрицький читає лекції з класичного курсу «Фізична хімія», а також з міждисциплінарних курсів "Хімічні основи життя", “Біофізична хімія”, “Хімічна ензимологія”, “Магнетохімія”, “Хімія металопротеїнів” для студентів та аспірантів хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка.
Далі слово для наукової доповіді було надано професору І.О.Фрицькому.
Доповідач акцентував увагу на тому, що в 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 дослідження 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. По-суті, можна стверджувати, що ПРИРОДА 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 проф. І.О.Фрицький продемонстрував значення вивчення синтетичних модельних систем, а також досліджень структур типу «ензим – аналог субстрату» та «ензим – аналог перехідного стану», у встановлення й уточнення механізмів ферментативного каталізу.
У доповіді розглядалися основні підходи, що використовувалися при створенні структурних та функціональних моделей металовмісних ферментів та основні принципи, що застосовуються при розробці біоміметичних каталізаторів. Аналізувалися основні причини низької ефективності сучасних біоміметичних каталізаторів порівняно з їх природними прототипами та обговорюювалися можливі шляхи її покращення. Зокрема, розглядалося 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 (це має місце, наприклад) у випадку лужної фосфатази).
Доповідь було проілюстровано рядом прикладів успішного застосування біоміметичного підходу як у випадку використання літературних джерел, так результатів, одержаних 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.
В доповіді також акцентувалася увага до 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».
І, нарешті, у доповіді обговорювалися перспективи застосування біоміметичних каталізаторів у різних процесах, зокрема, у випадку фіксації азоту, фотокаталітичного розщеплення води та отримання «зеленого» водню («штучний фотосинтез»), гідролітичного знешкодження фосфорорганічних екотоксикантів та аналогів бойових отруюючих речовин, тощо.
Із запитаннями до доповідача та обговоренням доповіді виступили: акад. НАН У С.Костерін, акад. НАН У А.Наумовець, акад. НАН У В.Кальченко, член-кор. НАН У М.Куліш, проф. М.Гончар, проф. О.Матишевська, проф. Д.Колибо, д.б.н. А.Тихомиров, д.б.н. Ю.Данилович та інші.
Після закінчення семінару головуючий академік НАН У Сергій Костерін подякував доповідачеві за чудову наукову міждисциплінарну доповідь та побажав йому подальших значних наукових успіхів.
ПОСИЛАННЯ НА ЗАПИС СЕМІНАРУ:
https://youtu.be/LWs-6UYbibc https://youtu.be/LWs-6UYbibc
Ф О Т О Р Е П О Р Т А Ж З С Е М І Н А Р У
(фото – к.б.н. М.В.Григор’євої)
Доповідач – член-кор. НАН України проф. Ігор Фрицький.
В залі засідань.
Запитання до доповідача від д.б.н. Юрія Даниловича.
Запитання до доповідача від д.б.н. Артема Тихомирова.
Запитання до доповідача в режимі онлайн від проф. Михайла Гончара.
Запитання до доповідача від проф. Дениса Колиби.
Після завершення семінару…
Керівник семінару академік НАН У Сергій Костерін,
доповідач - член-кор. НАН У Ігор Фрицький
та академік НАН У Віталій Кальченко.
Наступне засідання загальноакадемічного міждисциплінарного наукового семінару «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології» заплановано на травень м-ць 2024 р.