3 октября 2024 г. (четверг) в 16-00 состоится заседание семинара “Междисциплинарные подходы и методы точных наук в биологии”. С докладом “Механизм радикальных пар в магнитобиологии: состояние дел” выступит д.ф.-м.н. Бинги Владимир Николаевич (главный научный сотрудник ФНКЦ космической медицины ФМБА).
Доступные на сегодня наблюдательные и теоретические сведения убедительно показывают, что действие на организмы магнитных полей, – даже весьма малых вариаций геомагнитного поля, – есть реальное положение дел, с которым надо считаться в биологических и медицинских исследованиях и приложениях.
Спин-химический механизм радикальных пар (РПМ) рассматривается сегодня как наиболее вероятный молекулярный механизм наблюдаемых эффектов. В неспецифических эффектах биологического ответа на слабое магнитное поле (МП) первичными мишенями являются, скорее всего, спин-коррелированные пары радикалов с типичным временем тепловой спиновой релаксации менее 100 нс. Представлены имеющиеся в литературе экспериментальные и теоретические сведения о скорости релаксации и даны простые оценки времени спиновой декогеренции τ органического радикала в белке по механизмам сверхтонкого, зеемановского, спин-орбитального и обменного взаимодействий. Эти данные и результаты свидетельствуют о том, что часто используемое допущение о временах декогеренции электронов радикалов в белках, превышающих 1 мксек, не является обоснованным. Такое допущение используют для согласования теории с экспериментальными данными о величине магнитных биологических эффектов.
Величина РПМ-эффектов зависит от скорости спиновой релаксации, однако явной функциональной зависимости до сих пор предложено не было. В докладе представлено аналитическое решение уравнения Лиувилля–Неймана для системы двух электронов и ядра с учетом спиновой релаксации и химической кинетики. Аналитическое решение подтверждено численным РК–интегрированием в логарифмически широком диапазоне значений релевантных параметров. Показано, что скорости химической кинетики k и релаксации спиновой когерентности g образуют параметры k+g и k/g, определяющие соответственно форму и величину магнитных эффектов. Для области наиболее релевантных значений параметров РПМ–модели имеется простое аппроксимирующее соотношение. С уменьшением времени спиновой релаксации магнитный РПМ–эффект резко, – быстрее, чем τ3, – спадает. Поэтому первичные химические РПМ–эффекты очень малы, порядка 10^-4–10^-3 и менее. Магнитные РПМ эффекты могут приобретать заметную величину только там, где выполняется фундаментальное соотношение γHτ ~1, «встроенное» в РПМ и согласующееся с опытом спиновой химии.
Обсуждаются разные аспекты решения: влияние РЧ и гипомагнитных полей на магнитную навигацию, роль квантовой запутанности начального состояния и др. Показано, что наибольшее влияние на величину магнитного эффекта в белке следует связывать с тепловыми флуктуациями обменного взаимодействия, что и приводит к подавлению эффекта до очень малых относительных значений. Таким образом при правдоподобных скоростях спиновой декогеренции расчетные эффекты малы и не могут объяснить наблюдения. Несмотря на возросшее теоретическое понимание, проблема магнитобиологии все еще не имеет концептуального решения, свободного от физических и методологических противоречий.
Ближайшей задачей является, по-видимому, измерение времени спиновой декогеренции радикалов в белках in vitro. Важную информацию о природе магнитных биологических эффектов могло бы дать измерение зависимостей магнитного отклика от величины гипомагнитного поля в лог-масштабе. Определение типа белков, инициирующих магнитный отклик, судя по всему, произойдет уже в этом десятилетии. Будет выяснена роль процессов биополимеризации, отличающих живые системы, в которых наблюдают большие магнитные эффекты, от систем in vitro, где наблюдаемые эффекты малы, – процессов, возможно ответственных за усиление незначительных первичных магнитных сигналов. Накопленный опыт теоретических исследований РПМ и других моделей магнитного отклика организмов позволяет надеяться на скорое решение проблемы магнитобиологии. Мы стали ближе к идентификации первичной молекулярной мишени МП, – а это открывает дорогу к разработке технологий направленного действия слабых электромагнитных полей на производство белков в организмах и к появлению новаторских медицинских методов.
Семинар пройдет в Новой аудитории кафедры биофизики (корпус ЛИК, Ленинские горы, д. 1, стр. 24).
Расписание семинаров и дополнительная информация на сайте https://www.biophys.msu.ru/seminar