Магнитно-изотопные эффекты магния в клетках E.coli

• Автор: Летута, Ульяна Григорьевна
• Шифр специальности: 03.01.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Оренбург
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1 Магний в живых организмах
1.1 Биологические функции магния
1.2 М§2+-зависимый метаболизм бактерий
1.3 Синтез и гидролиз АТФ с участием ионов Mg2+
1.4 Особенности метаболизма бактерий E.coli в присутствии ионов магния
1.5 Магнитно-изотопные эффекты в биохимии
1.5.1 МИЭ магния в процессах ферментативного фосфорилирования в митохондриях
1.5.2 Фосфорилирование креатинкиназой в присутствии магнитного изотопа магния
1.5.3 МИЭ магния для АТФ-синтазы
1.5.4 МИЭ магния для глицерофосфаткиназы
1.5.5 МИЭ магния для пируваткиназы
1.5.6 МИЭ в биохимии для других изотопов непереходных металлов: 43Са и 67Zn
1.6 Магнитно-полевые эффекты изотопов магния
1.7 Применение магнитно-изотопных эффектов магния в медицине
Глава 2 Спин-зависимые ферментативные реакции как механизм биологической магниточувствительности
2.1 Внутриклеточные ферментативные реакции с переносом электрона как «первичный рецептор» магнитных полей
2.2 Кинетическая схема ферментативной реакции с образованием ион-
радикальной пары
2.3 Применение квазистационарного приближения для нахождения
магнитнополевых зависимостей констант скоростей ферментативной реакции. «Биохимический усилитель» ферментативной реакции
2.4 Магнитнополевые зависимости констант скоростей ферментативной реакции Ag-механизм спиновой конверсии
2.5 Магнитнополевые зависимости констант скоростей ферментативной реакции для СТВ-механизма спиновой конверсии
2.6 Резюме
Глава 3 Магнитно-изотопные эффекты магния в клетках Escherichia coli
3.1 Материала и методы
3.2 Влияние изотопов магния на скорость роста и продолжительность адаптационной фазы клеток E.coli
3.3 Влияние изотопов магния на колониеобразующую способность клеток E.coli
3.4 Влияние внутриклеточного обогащения изотопами магния на рост бактерий E.coli
3.5 Влияние изотопов магния на внутриклеточный элементный состав бактерий E.coli
3.6 Резюме
Заключение
Список использованных источников

Введение
Большинство химических элементов имеют стабильные изотопы, отличающиеся и массой, и магнитными характеристиками атомных ядер. Некоторые изотопы, например, 'Н, 13С, 131Ч, 25М, 31Р, характеризуются наличием ядерных магнитных моментов, или ядерных спинов, и называются магнитными. Все остальные бесспиновые изотопы немагнитны.
Различия атомных масс и магнитных свойств изотопов являются причиной масс-зависимых и магнитно-изотопных эффектов, соответственно. Известно множество масс-зависимых изотопных эффектов, проявляющихся как изменение скорости протекания химических реакций [1-2]. Магнитноизотопные же эффекты в химии характерны только для радикальных реакций [3]. Они обусловлены, главным образом, влиянием ядерного магнитного момента на спиновую эволюцию радикальных пар (РП), судьба которых (внутриклеточная рекомбинация или внеклеточные реакции) определяется действием спиновых запретов и правил отбора.
Вплоть до открытия магнитно-изотопных эффектов в биохимии [4-8] - в реакциях ферментативного фосфорилирования, - возможное влияние магнитных изотопов на живые организмы не предполагалось. Это было обусловлено несколькими причинами, главная из которых - отсутствие в живых организмах радикальных реакций с участием радикальных пар. Существуют свободно-радикальные биохимические реакции, подобные цепным неразветвленным радикальным реакциям [9-11]. Но магнитные и спиновые эффекты в таких реакциях невозможны из-за отсутствия радикальных пар.
Открытие магнитного изотопного эффекта на синтез аденозитрифосфорной кислоты (АТФ) для магнитного изотопа магния 25121 [4-6], а также для б7гп2+ [7] и ‘,3Са2+ [8], показало, что скорость ферментативных реакций зависит от наличия ядерного магнитного момента у иона металла, находящегося в активном сайте фосфорилирующего энзима. Производство

Эксперименты по влиянию магний-изотопного обогащения на эффективность работы фермента были проведены Кузнецовым с соавторами [66-67]: на выделенном из змеиного яда и очищенном ферменте и на целых митохондриях, выделенных из сердечной мышцы. Синтез АТФ в митохондриях осуществлялся только за счёт субстратного фосфорилирования, т.е. работы креатинкиназы, так как окислительное фосфорилирование было подавлено добавлением метилникотинамида. Ферменты обогащались изотопно-чистыми формами магния 24М£, 25М, 2б1У с помощью электрофоретического метода.
Рисунок 12 - Выход АТФ (в миллимолях на грамм фермента в минуту) как функция изотопии магния: 1 - выход АТФ в митохондриях в присутствии метилникотинамида, 2 - выход АТФ при работе чистого фермента
креатинкиназы
На рисунке 12 представлены полученные экспериментальные зависимости выхода АТФ как функции изотопии магния. И для митохондриальной, и для чистой формы фермента не наблюдается различий между влиянием немагнитных изотопов магния 24,261У на синтез АТФ. Однако в присутствии магнитного изотопа магния 251У выход АТФ возрастает в 2 раза в обоих случаях. Это говорит об обнаружении нового, магнитно-изотопного эффекта, не соответствующего классическим представлениям о механизме ферментативного фосфорилирования и роли ионов магния в нём. В работе [65] предложен новый физико-химический механизм фосфорилирования, отражающий ядерно-спиновую селективность процесса по отношению к