ИСТИНА

Исследование механизмов и регуляции процессов трансформации энергии в биологических мембранах, динамических свойств фотоактивных белков, разработка математических моделей регуляторных процессов и новых методов оценки состояния живой клетки. Исследование динамических свойств фотоактивных белков, механизмов и роли конформационных переходов и водородных связей в регуляции процессов трансформации энергии в биологических и искусственных мембранах, а также изучение процессов внутри- и межклеточной сигнализации в клетках. Разработка математических моделей регуляторных процессов, новых методов оценки состояния живой клетки при изменении внешних условий с использованием математических подходов, в том числе, нейронных сетей для использования в биотехнологии, экологическом мониторинге, фармакологии и медицине. Разработка и создания искусственных энергопреобразующих систем и исследование процессов переноса энергии в гибридных комплексах, включающих квантовые точки и фоточувствительные белки. Исследования механизмов продолжительного фотообразования водорода и других полезных продуктов клетками водорослей в условиях голодания с целью увеличения продуктивности.

The study of the dynamic properties of photoactive proteins, the mechanisms and role of conformational transitions and hydrogen bonds in the regulation of energy transformation processes in biological and artificial membranes, as well as the study of processes of intracellular and intercellular signaling in cells.The development and creation of artificial energy-converting systems and the study of energy transfer processes in hybrid complexes, including quantum dots and photosensitive proteins. Studies of the mechanisms of prolonged photoproduction of hydrogen and other useful products by algal cells under conditions of starvation in order to increase productivity.

Будут получены стабильные запасающие световую энергию гибридные структуры широкого спектрального диапазона. Изучение механизмов протонного транспорта в мутантах протеородопсина при различных рН позволит определить роль отдельных аминокислот в формировании протонного канала. Результаты изучения температурной зависимости длительности флуоресценции триптофана в одно-триптофановых белках в диапазоне от -170 °С до 20 °С имеют значение для анализа локальной динамики белков в зависимости от температуры. Полученные результаты могут служить основой для интерпретации экспериментальных зависимостей длительности триптофановой флуоресценции от температуры в белках Исследование фотоциклических переходов в оранжевом каротиноидном белке позволит провести отнесение сигналов дифференциального поглощения оранжевого каротиноидного белка ОСР в сверхбыстрых экспериментах (фс-пс). Будет определена молекулярная структура акцепторной части РЦ с системой водородных связей. Созданная математическая модель, описывающая коллективную динамику протонов водородных связей позволит определить частоты и амплитуды процесса энергообмена между протонами системы водородных связей в структуре РЦ Новые данные о взаимосвязи первичных процессов фотосинтеза, фотоиндуцированного выделения водорода и темнового метаболизма в клетках зеленой водоросли в условиях недостатка серы. Результаты Изучения действия тяжелых металлов будут использованы при разработке методов экологического мониторинга. Будут сконструированы и спектрально проанализированы мутантные клетки Synechocystis sp. PCC 6803, ген арсЕ которых лишен третьего структурного домена (REP3), либо в котором хромофорный РВ-домен заменен на альфа-субъединицу обыкновенного аллофикоцианина. В результате проведенного Расчета и оценки эффективности разрыва водородных связей в системах HEQ-Tyr-Trp (HEQ — 3`-гидроксиэхиненон, Tyr — тирозин, Trp — триптофан), HEQ-Tyr-Tyr, HEQ-Trp-Trp в результате фотовозбуждения будет определен наиболее вероятный механизм фотоактивации и предложены экспериментальные подходы для его доказательства Будет дана характеристика сенсорного рецептора красного света, опосредующего процесс фотозащиты дрожжей. Определены зависимости фотозащитного эффекта от интенсивности, дозы и времени освещения. Определен возможный вклад активации фотосенсорным рецептором ферментов репарации ДНК в эффект фотозащиты. Определены спектральные свойства фотосенсорного рецептора. Будут определены мишени преимущественного воздействия солей кадмия и хрома на реакции фотосинтеза у растений и выявлены наиболее чувствительные параметры флуоресценции хлорофилла для использования при мониторинге. Будут разработаны методические подходы для формирования эффективной технологией диагностики ранних дефектов состояния фотосинтетических пигментов при попадании пестицидов на интактное растение. Впервые будут выявлены чувствительные параметры индукции флуоресценции хлорофилла для использования в экологическом мониторинге водных экосистем. Будут получены данные о влиянии катионных антисептиков на дзета потенциал грамотрицательных и грамположительных бактерий. Будут получены данные о влиянии катионных антисептиков на функционирование электрон-транспортных цепей, ассоциированных с бактериальными мембранами. Будут созданы крупнозернистые модели бактериальных мембран и катионных антисептиков мирамистина и октенидина. Будут получены данные о сродстве катионных антисептиков к бактериальным мембранам. Будет определена роль межмолекулярных Н-связей в микро- и макрофибриллах. Будет установлен характер емкости адсорбированных слоев и константы равновесия биополимеров. Будет установлен способ определения энергии Гиббса, коэффициента поверхностного натяжения и активной удельной поверхности адсорбата. Результаты исследования влияния разных уровней освещения на фотосинтетический аппарат цианобактерии по параметрам флуоресценции хлорофилла, ростовым характеристикам, спектрам поглощения хлорофилла. Результаты воздействия солей кадмия и гуминовых кислот на фотосинтетическую активность зеленых водорослей по параметрам флуоресценции хлорофилла, содержанию хлорофилла, спектрам поглощения хлорофилла. Будет создана математическая модель перемещения клеток фитопланктона в полярных морях. Будет Отработана методика диагностики светового лимитирования и лимитирования по основным элементам минерального питания для фотобиореакторов и фитопланктона в природных условиях. Планируется показать, что подавление эндоцитоза ускоряет дальнюю передачу метаболического сигнала между хлоропластами. В таком случае, замедление (на ~30%) дальней передачи сигналов между пластидами по сравнению со скоростью течения цитоплазмы обусловлено обратимым связыванием выводимых из стромы метаболитов с органеллами эктоплазмы. Планируется показать, что подавление эндоцитоза под действием брефелдина А сопровождается сглаживанием щелочных зон на поверхности клеток Chara и нарушением каналов Н+/OH– проводимости. Планируется показать, что метаболиты, переносимые в потоке цитоплазмы из зоны освещения (NADH), активно поглощаются хлоропластами при затенении центрального участка сигнального пути. Эти данные будут свидетельствовать о двустороннем переносе метаболитов через оболочку хлоропластов. С помощью методов измерения функциональной активности фотосистемы 2 и метода ЭПР планируется исследовать влияние экзогенных катионов кальция на связывание катионов трехвалентных металлов с высокоаффинным Mn-связывающим участком кислород-выделяющего комплекса фотосистемы 2. Планируется исследовать процесс фотоингибирования электрон-транспортной активности препаратов фотосистемы 2 с различными нарушениями кислород-выделяющего комплекса в области трансмембранных значений рН. Планируется выявить характер влияния температуры и рН на функциональную активность препаратов фотосистемы 2 при использовании различных альтернативных акцепторов электронов. Планируется модифицировать установку для измерения диффузионных потоков с целью регистрации скорости выделения кислорода целыми листьями. В предварительных экспериментах обнаружена сложная кинетика фотоиндуци-рованного выделения кислорода целыми листьями Hibiscus sp. Планируется исследовать ее природу. Планируется определить коэффициенты проницаемости мембран эритроцитов и монослоев из суммарных липидов эритроцитов желтого суслика Spermophilus fulvus для воды, глицерола, мочевины и кислорода. Планируется выявить различия коэффициентов проницаемости в период спячки и фазе активности.

Исследован процесс переноса энергии в гибридных комплексах из квантовых точек и фоточувствительных белков. Изучены механизмы фотоиндуцированных изменений и роль конформационных переходов в хромофорах и в белковых глобулах. Определены модельные объекты – природные пигмент-белковые комплексы, осуществляющие фотоиндуцируемую регуляцию физиологических процессов. Исследованы спектральные и кинетические свойства природных пигмент-белковых комплексов в кристаллических структурах с развитой системой водородных связей. Исследовано влияние фотосинтетических и дыхательных ингибиторов и разобщителей на фотопродукцию водорода, подобраны условия для оптимизации в иммобилиз. голодающей культуре. Исследована взаимосвязь механизмов обеспечения устойчивости живых систем и их реакции на внешние воздействия; механизмы приспособления живых систем к условиям низких температур и влажности, к УФ- и видимому свету, гипоксии и реоксигенации; механизмы адаптационной структурной и функциональной перестройки мембран хлоропластов, фотоокислительного повреждения организмов и роль функциональной вариабельности ответа популяций микроводорослей на экстремальные факторы. Разработаны новые методы биоиндикации среды. При сочетании измерений модулированной флуоресценции хлорофилла на микроучастке клетки, микроэлектродных измерений внеклеточного рНо, регистрации концентрации О2 на поверхности клетки с помощью наноразмерных электрохимических датчиков изучены ранние физико-химические процессы в растительной клетке при локальных воздействиях различной природы. Разработаны методы контролируемого замещения катионов Mn на катионы Fe в кислород-выделяющем комплексе ФС2. Отработан высокочувствительный метод регистрации транспорта кислорода через липидные монослойные мембраны с помощью сканирующего электрохимического микроскопа с инвертированным платиновым кислородным электродом, смонтированного на ванне Ленгмюра. 06-1-21 - продолжение АААА-А16-116021660032-2, АААА-А16-116021660035-3 и АААА-А16-116021660033-9.