Сайт кафедры биофизики физического факультета МГУ

Направления

Физика и биофизика водных систем и биополимеров

Изотопные эффекты D2O, термодинамика белков. Электрические свойства биополимеров. Исследование воды, специфически связанной с биополимерами, ее роли в стабилизации белков и липидных мембран. Исследование влияния слабых магнитных и электромагнитных полей на оптические характеристики разбавленных водных растворов белков, пептидов и воды.


Вода играет большую роль в живых организмах. Как хорошо известно, "потому что без воды и не туды и не сюды". Одно из направлений кафедры - выяснение роли воды в стабилизации и функционировании белковых, надмолекулярных и клеточных структур. С использованием метода замещения обычной воды на тяжелую было установлено, что определенное количество воды, связанное с белком и различное для разных белков, ответственно за устойчивость их нативного, т.е. функционального состояния. Был разработан метод исследования и предложена математическая модель, описывающая характер связи с белками этой существенной фракции воды. Была выполнена серия работ по выяснению влияния малых концентраций дейтерия в воде на живые организмы и модельные системы. Оказалось, что, вопреки ингибированию живых организмов и ферментов тяжелой водой, в растворах с концентрацией дейтерия в воде менее 1% наблюдается значительное увеличение активности мембранных ферментов Na, K - ATP-азы и Са - АТР-азы, а также скорости регенерации гидроидных полипов. Более того, было установлено, что малые вариации изотопного состава воды, происходящие вследствие естественного фракционирования в кругообороте воды в природе, также приводят к активации роста одноклеточных водорослей. Эта работа была выполнена на дрейфующей станции "Северный полюс 22" в связи с проблемой "вспышки водорослей" на границе тающего льда, что было обнаружено еще в первых полярных экспедициях. 
Одной из гипотез, обосновывающих влияние слабых электромагнитных полей на биологические объекты, является гипотеза о влиянии полей на воду, составляющую значительную часть клеточного состава. Эта гипотеза базируется на небольшом множестве разрозненных, часто невоспроизводимых данных о влиянии магнитных (МП) и электромагнитных (ЭМП) полей на свойства воды. В результате систематических исследований люминесценции сильно разбавленных растворов глицилтриптофана (выполненных совместно с Б.Д.Рыжиковым и Р.Э.Шихлинской) обнаружена люминесценция дистиллированной воды. Интенсивность люминесценции зависит от времени хранения воды, а также от малых примесей как обладающих, так и не обладающих собственной люминесценцией. Судя по спектрам люминесценции, структура воды и разбавленных водных растворов после приготовления испытывает длительную эволюцию в течение нескольких суток, а затем приходит к равновесию. Длительность эволюции системы значительно превышает характерные “молекулярные” времена, а характер динамики переходных процессов релаксации может быть как монотонным, так и колебательным. Величина интенсивности люминесценции оказалась весьма чувствительна к слабым внешним полям электромагнитной природы. К ним можно отнести постоянные магнитные поля, СВЧ излучение, поляризованный свет видимого диапазона, близкий УФ, мягкое рентгеновское облучение. В отличие от традиционных физических экспериментов, здесь для получения реакции системы на внешнее облучение необходимо длительное время - десятки минут. Важно, что реакция водных растворов на внешнее поле существенно зависит от состояния раствора в момент включения поля и максимальна, когда система далека от равновесия. Полученные результаты побуждают рассматривать воду и водные растворы как неравновесные системы с динамическим хаосом, способные к самоорганизации, а также убедительно показывают, что структуру воды и водных растворов можно рассматривать как первичную мишень для слабых внешних полей и, повидимому, не только электромагнитной природы.

Результаты за 2007 г.

1. Вода как сенсор и преобразователь слабых воздействий в биологических системах.
2. Разработан алгоритм и осуществлено моделирование ансамблей водных структур на основе параметрической тетраэдрической модели. Впервые получены такие структуры, минимизированные по энергии с использованием потенциала ТIP3P. В рамках разработанного метода получены спиральные структуры и фрактальные кластеры, состоящие из молекул воды, рассчитаны энергетические характеристики таких структур.
Исследован ответ микроорганизмов на экспозицию в низкочастотном магнитном поле (0,001-2000Гц), показано наличие активации роста в диапазоне частот 1-10 Гц.
3. Впервые осуществлено моделирование ансамблей водных структур на основе параметрической модели, минимизированные по энергии с использованием потенциала TIP3P.
Показано активирующее влияние слабых магнитных полей на рост микроорганизмов в диапазоне частот 1-10 Гц.

  Руководитель направления Лобышев Валентин Иванович (комн. 5-22, тел. 939-16-87).
Список публикаций:

1.В.И. Лобышев. Вода как сенсор слабых воздействий физической и химической природы. Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим. об-ва им. Д.И. Менделеева), 2007, т.51, №1, с.107-114. (скачать)
2. Solovei A.B. and Lobyshev V.I, An Intermediate Radial Distribution Curve Maximum
of Water and Its Relation to the Topology of the Network of H-Bonds in Liquid Water// 
Russian Journal of Physical Chemistry, 2006, Vol. 80, No. 10, pp. 1578–1583.(скачать)
3. А.А.Дубровский, В.И.Лобышев. Люминесценция водных растворов глицина и его N-метилпроизводных// Биофизика, 2007, т.52, вып.4, с.593-599.

Участие в конференциях

1. В.И.Лобышев. Возможные способы биологической активации воды. Международный форум «Живая вода России - 2007». Москва, 11-14 апреля 2007, с.28-29.
2.V . Lobyshev. Role of specifically bound water in thermostability of biopolymers. 10th ISOPOW. X International Symposium on the properties of Water. 2-7 September 2007. Bangkok, Thailand p.66.
3. Valentin Lobyshev. Electrochemically activated water. Second Annual Conf. on the Physics, Chemistry and Biology of Water 2007. Mount Snow, Vermont. October 18-21, 2007. http://www.vermontphotonics.net/water/2007