Химия – высокоинтеллектуальная наука, с внутренними источниками вдохновения и
прогресса, она стимулирует интерес и интригует мышление. В ней есть внутренняя музыка и творят ее двое – Природа и Химик
Анатолий Бучаченко. Химия как музыка. Нобеллистика. 2004
За гранью гранта
5 лет для истории развития науки – цифра незаметная, а для продолжительности отдельного гранта – максимальная. В общем – юбилей! Поскольку в этом случае принято подводить итоги, подведем и мы. Итак, гранту РНФ № 14-23-00018 «Исследование механизма химических и биохимических реакций с участием парамагнитных частиц» - 5 лет…
Область фундаментальной науки, в рамках которой выполнен грант, формулируется так: «Стабильные нитроксильные радикалы как акцепторы лабильных радикалов в химических и биологических цепных процессах. Кинетика и механизм элементарных реакций». Достаточно туманно для неподготовленного читателя, но попробуем разобраться. К моменту подачи заявки на грант сотрудники научно-образовательного центра «Физическая органическая химия» ЯрГУ обнаружили и опубликовали в отечественных и международных изданиях теоретически интересный и практически важный эффект: многократный обрыв цепей окисления на стабильных нитроксильных радикалах. Смысл этого результата в том, что нитроксильные радикалы эффективно препятствуют окислению ряда непредельных соединений каталитически. Для практики это означает, что при выяснении механизма этого процесса можно пытаться тормозить окислительные превращения как в лабораторных условиях, так и в живом организме.
Предложенный механизм каталитического цикла позволил объяснить известные биологам факты защиты нитроксильными радикалами наследственного вещества (ДНК) живых организмов от повреждения. В настоящее время считается общепринятым, что в основе многих патологических процессов в организме, приводящих к различным заболеваниям и в конечном итоге к старению, лежит одно и то же явление. Это повреждение клеточных оболочек и других структур внутри клетки свободными радикалами, частицами с очень высокой химической активностью. Они возникают, в частности, в результате окислительных процессов в организме. В зависимости от того, какие структуры повреждены - ДНК или наружная мембрана, - либо развивается онкологическое заболевание, либо наблюдаются другие нарушения: инсульт, инфаркт, болезни сосудов, нервной системы, различные кожные заболевания. Поэтому, тормозя окисление, нитроксильные радикалы защищают организм от старения. Разумеется, предстояла работа по выяснению деталей этого сложнейшего процесса.
Полученные данные и их трактовка заинтересовали академика Анатолия Бучаченко, которой стоял у истоков выяснения механизма торможения нитроксильными радикалами процессов окисления. Под его руководством была сформирована команда исследователей, написана заявка, которая победила на конкурсе Российского научного фонда.
Анатолий Бучаченко – один из основателей спиновой химии и ведущих специалистов в этой области. Он открыл магнитный изотопный эффект, обнаружил микроволновое излучение при протекании химической реакции и сформулировал принципы радиофизики. Анатолию Бучаченко принадлежит также открытие радиоиндуцируемого магнитного изотопного эффекта и спинового катализа.

Он высказал новые идеи, важные для конструирования и синтеза молекулярных ферромагнетиков. Сформулировал новый принцип разделения изотопов, предсказал важные следствия этого эффекта для геологии, геохимии, космохимии. Внес и вносит вклад в разработку "магнитных" принципов управления химическими процессами и "магнитных" методов диагностики механизмов химических реакций. В 2015 году Анатолий Бучаченко открыл новый, ион-радикальный механизм синтеза ДНК. Широкие перспективы использования этого открытия для биохимии и медицины еще предстоит выяснять.

С 1992 года Анатолий Бучаченко – действительный член РАН. Он лауреат Государственной и Ленинской премий, премии РАН имени В.В.Воеводского, премии Президента России в области образования, премии Триумф в области науки. Анатолий Бучаченко – член Американского физического общества, член редколлегий журналов «Chemical Physics Letters», «Journal of Physical Chemistry», «Mendeleev Communications», «Успехи химии», «Известия Академии наук (серия химическая)», «Журнала физической химии», главный редактор журнала «Химическая физика».
Ученые поставили перед собой цель – добиться понимания химии и физики преобразования биологически значимых молекул в тех процессах, которые происходят при участии кислорода и составляют то, что биологи и медики называют окислительным метаболизмом. Биологически значимые молекулы – это полиненасыщенные кислоты арахидонового семейства: линолевая, линоленовая, арахидоновая и др. Они играют важнейшую роль в живых организмах: создают те средства, с помощью которых клетки „разговаривают" друг с другом, договариваясь о совместной работе и защищая организм. Именно поэтому детям, да и не только им, дают рыбий жир, в котором много полиненасыщенных кислот.

Но есть и другая, тёмная сторона: их окислительный метаболизм создает очень активные и экстремально вредные вещества, которые инициируют окисление компонентов клетки и ее мембран, нарушая их проницаемость; происходит, как выражаются медики и биологи, окислительный стресс. Наша цель – установить его химический механизм, найти пути и механизмы торможения окислительных процессов, снизить выход вредных веществ и предотвратить опасные медицинские следствия их функционирования.
Исследования проводили ученые ЯрГУ им. П.Г. Демидова, Института проблем химической физики РАН, Института химической физики им. Н.Н. Семёнова РАН: доктора наук, профессора, кандидаты наук, молодые ученые и аспиранты. Общее число молодых ученых – исполнителей гранта превысило 65%. Опубликовано свыше 100 работ, из которых более 40 входят в базы цитирования W&S и Scopus. Участники проекта выступали с докладами на Международных форумах в Орландо (США), Падуе (Италия), Барселоне (Испания), Порто (Португалия), Граце (Австрия); участвовали в международных встречах и на территории России: в симпозиуме «Современная химическая физика», конференции «Биоантиоксидант», конференции «Химическая термодинамика и кинетика» и многих других. Работы авторов проекта активно цитируются в международных изданиях такими корифеями мировой науки, как Портер, Пратт (США), Аморати (Италия), Вайнер (Израиль), Габор (Венгрия). За период выполнения гранта 4 аспиранта успешно защитили кандидатские диссертации, 3 кандидатских исследования подготовлены к защите, а 2 докторских представлены к рассмотрению в диссертационных советах.
В результате продолжительной и кропотливой работы научный коллектив сделал ряд открытий, значимых как для теории, так для практики. Ученые установили принципиально новые механизмы окислительных превращений различных непредельных соединений. Речь идет о моделях фрагментов липидных мембран - компонента клеток живых организмов. Эти результаты касаются как процессов в отсутствие ингибиторов, или антиоксидантов, так и при их наличии. В качестве антиоксидантов использовались нитроксильные радикалы и ингибиторы других классов.

Кроме того, ученые обнаружили и объяснили ряд эффектов, возникающих при окислении в жидкой фазе и в мицеллах. Кинетический изотопный эффект важен для понимания процессов, протекающих в живом организме. Эффект влияния постоянного магнитного поля, который проявляется в элементарных химических реакциях, объясняется физическими факторами. Эффект воздействия естественного магнитного поля на функционирование живого организма связан с процессами окисления компонентов крови.

Авторам проекта удалось выявить причины неожиданной антиоксидантной активности нитроксильных радикалов при окислении некоторых непредельных соединений в жидкой фазе и мицеллах. Это важно как для теоретической химии, так и для практической биохимии, фармацевтики и медицины.

Ученым также удалось разработать физико-химические основы модели процессов, протекающих при окислении в мицеллах метиллинолеата без антиоксидантов и в присутствии стабильных нитроксильных радикалов in vitro - вне живого организма. А это шаг к пониманию процессов in vivo, внутри живого организма.

Важнейшим практическим итогом проекта стало получение наноструктур на основе хитозан-полинитроксилов, которые обладают антиоксидантными свойствами. Они являются перспективными наноконтейнерами для целевой доставки в раковые клетки противоопухолевых препаратов.


Проект прошел и завершился успешно, без сомнения. И еще одним важным итогом его выполнения стало создание базы для успешного продолжения поведенных исследований in vivo. А это значит – продолжение следует…
И в заключение еще одна цитата из творчества академика Анатолия Бучаченко: «…химик – это ловкий человек, умело похищающий у Природы её тайны. И отдаёт их на служение людям. И это прекрасная служба…».
А.Л. Бучаченко. От квантовых струн до тайн мышления…Экскурс по самым завораживающим вопросам физики, химии, биологии, математики. ЛЕНАНД. 2017
Центр научных коммуникаций ЯрГУ
Made on
Tilda