Введение 6
1 Литературный обзор 8
1.1 Магнитное поле 8
1.1.1 Влияние магнитного поля на живые организмы 9
1.1.2 Влияние магнитного поля на бактериальные клетки 9
1.1.3 Влияние магнитно-изотопного эффекта на радикальные реакции 10
1.1.4 Синглет-триплетная эволюция радикальных пар 12
1.2 АТФ и её значение для живых организмов 15
1.2.1 АТФ - основной источник энергии в живых организмах 15
1.2.2 Значение АТФ для живых организмов 16
1.2.3 Электронные механизмы синтеза АТФ 17
1.2.4 Влияние магнитных изотопов на синтез АТФ 20
1.2.5 Магнитно-изотопные и магнитно-полевые эффекты на синтез АТФ in
vivo 23
2 Кинетика и элементарные спин зависимые процессы ферментативного
синтеза АТФ 30
2.1 Постановка задачи 30
2.2 Феноменологическая кинетика “двухканального” ферментативного
синтеза АТФ 30
2.3 Сверхтонкое взаимодействие как причина S-T эволюции неподеленной
электронной пары в молекулах 35
2.4 Основные результаты и выводы 42
Заключение 43
Список использованных источников
Влияние магнитных полей на биохимические реакции и на биологические процессы - малоисследованная область молекулярной биологии, химии и физики конденсированного состоянии. Ясность начала появляться после открытия спиновой химической поляризации ядер, радиочастот полей, эффекта магнитного поля и магнитного изотопного эффекта фосфорилирования на выделенных ферментах in vitro.
Все известные магнитные и спиновые эффекты в химических реакциях объяснялись влиянием магнитного поля и ядерных спинов на синглет триплетную эволюцию в ион радикальных парах. Для таких пар предполагают существование разделенных неспаренных неэквивалентных электронов- носителей не спаренного электронного спина. Для реализации синглет триплетной конверсии необходима магнитная неэквивалентная электронных спинов в партнерах электронной радикальной пары. Тот механизм успешно объяснял магнитно-спиновые эффекты в жидко-фазных радикальных реакциях.
Применение свободно радикальных теорий магнитных эффектов для ферментативных реакций позволила объяснить магнитно- полевые эффекты в слабых магнитных полях и не объясняет биологические магнитные эффекты в промежуточных и сильных полях.
Цель выпускной квалификационной работы - построить кинетическую теорию биологических магнитных эффектов для ферментативных реакций протекающих без разделения электронов и без образования радикальных пар, способную объяснить магнитные и спиновые полевые биологические эффекты в промежуточных и сильных полях.
Будет показано, что сверхтонкое взаимодействие неподеленной электронной пары с ядерным спином способна вызывать S-T- переходы в области пересечения синглетного и триплетного |T->состояния в области пересечения соответствующих уровней.
В данной работе будет использована модель, подобная идеализированной модели реакции образования АТФ из АДФ и неорганического фосфата.
Задачи выпускной квалификационной работы:
- найти механизм влияния магнитных полей на живые организмы в промежуточных и сильных полях;
- проверить предположение о возможных биохимических и ферментативных реакциях идущих без образования радикальных пар, то есть без разделения электронных пар.
Предполагаем, что в начальный момент электронная плотность сосредоточенна на (кольцевых) двух неспаренных электронах, расположенных на двух концах фосфатных группах. Она описывается молекулярной волновой функцией Vi(r), а состояние неподеленной электронной пары описывается волновой функцией Т(^,г2,5)= 2-1/2ф1 (jj)ф1(г!)('^2-Р1а^.
Если в процессе синтеза АТФ к кольцевым фосфатным группам АДФ приближается отрицательно заряженная группа неорганического фосфата PO3, то электрическая плотность АДФ частично “перетекает” на ион Mg+2и, возможно, на адениновый фрагмент АДФ.
При таком переносе электронная пара остается не поделенной, но начинает взаимодействовать с ядерным спином ионом магния в результате сверхтонкого взаимодействия. Далее будет показано, как сверхтонкое взаимодействие переводит не поделенную электронную пару из синглетного в триплетное состояние. Как правило, из-за действия принципа Паули переход неподеленной электронной пары из синглетного в триплетное состояние должен сопровождаться перераспределением пространственной плотности электронов и снижением активационного барьера реакции.
Кинетический и квантовомеханический анализ реакции ферментативного фосфорилирования и ее элементарного акта - присоединение нерганического фосфата к комплексу Mg-АДФ - показали, что внешнее магнитное поле Н и ядерный спин иона 25Mg способны увеличивать скорость реакции и выход АТФ в области магнитных полей, соответствующих квазипересечению синглетного и триплетного терма участников реакции.
В процессе выполнения квалификационной работы освоены методы феноменологической кинетики и их применение для анализа биохимических ферментативных реакций. Освоены основные методы квантовомеханического описания спин зависимых процессов в конденсированных средах.
Получены оригинальные результаты о влиянии ядерных спинов и магнитных полей на ферментативные реакции.
Задачи выпускной квалификационной работы выполнены.
