19 квітня 2024 року в Інституті біохімії ім. О.В.Палладіна НАН України відбулося чергове засідання загальноакадемічного міждисциплінарного семінару у галузі природничих наук «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології».
 Член-кореспондент НАН України Ігор Фрицький |
Із міждисциплінарною доповіддю «Біоміметичне моделювання металоензимів: від дослідження механізмів до створення інноваційних каталізаторів» виступив член-кореспондент НАН України Ігор Фрицький.
Головуючий на засіданні академік НАН України Сергій Костерін у своєму вступному слові розповів присутнім про наукові інтереси доповідача. Він підкреслив, що у сфері наукової уваги І.О. Фрицького проблеми: фізико-неорганічної та супрамолекулярної хімії; алостеричного біоміметичного каталізу; біонеорганічного моделювання металоферментів; синтезу, будови та магнітних і електрохімічних властивостей поліядерних координаційних сполук; протікання реакцій комплексоутворення в розчині. Доповідач є Заслуженим діячем науки і техніки України, Лауреатом Державної премії України в галузі науки і техніки та Премії Ґеорґа Форстера (це премія від Фонду Олександра фон Гумбольдта у Німеччині, яка щороку вручається за значні досягнення у науці й освіті. Ігор Фрицький неодноразово перебував на стажуваннях за кордоном: в університетах Лондону, Лідсу (Великобританія), Севільї (Іспанія), Геттінгену (ФРН), Вроцлаву (Польща). У 1998-2001 рр. займався науково-дослідницькою роботою в університетах м. Майнц та м. Гейдельберг (ФРН). Під його керівництвом захищені 3 докторські та 18 кандидатських дисертацій. Член-кореспондент НАН України І.О. Фрицький читає лекції з класичного курсу «Фізична хімія», а також з міждисциплінарних курсів "Хімічні основи життя", “Біофізична хімія”, “Хімічна ензимологія”, “Магнетохімія”, “Хімія металопротеїнів” для студентів та аспірантів хімічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка.
Під час виступу доповідач акцентував увагу на тому, що в живих системах численні біохімічні процеси відбуваються з участю ферментів, які містять іони металів у складі активних центрів. Зокрема, металовмісні активні центри (нерідко у складі кофакторів небілкової природи) входять до складу численних гідролаз та оксидоредуктаз. Найважливішим методом вивчення особливостей будови та функціонування металоферментів є дослідження їх низькомолекулярних моделей. Створення синтетичних модельних сполук на основі комплексів металів не тільки сприяє кращому розумінню механізмів ферментативного каталізу, а й дозволяє вирішувати цілу низку практичних завдань, від створення нових фармацевтичних засобів – інгібіторів функції металоферментів – до розробки біоміметичних каталізаторів. По-суті, можна стверджувати, що ПРИРОДА є джерелом натхнення для створення нових каталітичних систем, і металоензими є взірцем досконалих каталізаторів з неперевершеною ефективністю та вибірковістю.
На прикладі еволюції уявлень про механізм каталітичної дії нікельвмісного ферменту уреази член-кореспондент НАН України І.О.Фрицький продемонстрував значення вивчення синтетичних модельних систем, а також досліджень структур типу «ензим – аналог субстрату» та «ензим – аналог перехідного стану», у встановлення й уточнення механізмів ферментативного каталізу.
 У залі засідань |
У доповіді також розглядалися основні підходи, що використовувалися при створенні структурних та функціональних моделей металовмісних ферментів та основні принципи, що застосовуються при розробці біоміметичних каталізаторів. Аналізувалися основні причини низької ефективності сучасних біоміметичних каталізаторів порівняно з їх природними прототипами та обговорюювалися можливі шляхи її покращення. Зокрема, розглядалося застосування багатофакторного підходу при створенні функціональних моделей ферментів, який полягає у одночасному використанні двох або більшої кількості типів взаємодій (зокрема, нековалентних), притаманних активному центру, та/або присутніх в ензим-субстратному комплексі (це має місце, наприклад) у випадку лужної фосфатази).
Доповідь було проілюстровано рядом прикладів успішного застосування біоміметичного підходу як у випадку використання літературних джерел, так результатів, одержаних в дослідницькій групі доповідача. Зокрема, для моделювання активних центрів біметалічних гідролаз було синтезовано серію нових лігандів гетероциклічного типу, що містять функціональні групи, здатні до утворення водневих зв’язків, або які можуть виступати у ролі внутрішньомолекулярних нуклеофілів. Це дозволило досягти значного підвищення каталітичної активності біядерних комплексів цинку в реакціях гідролізу фосфоестерів (зокрема, пестициду параоксон-етилу) порівняно з відомими з літератури системами на основі лігандів, що не містять у своєму складі подібних функціональних груп.
Науковець у доповіді зупинився на моделюванні алостеричних ферментів з біметалічними активними центрами. Було запропоновано принципово новий підхід, у якому контроль за відстанню «метал-метал» і, таким чином, за функціональною активністю досягається шляхом введення третього, алостеричного йону металу. Для цього було синтезовано серію лігандів, що мають чітко відокремлені структурний та функціональний сегменти, причому просторове зближення хелатуючих вузлів, призначених для зв’язування каталітичних іонів металів, здійснюється при зв’язуванні структурного йону металу в алостеричному центрі. Завдяки застосуванню такого підходу вдалося досягти ступінчастного 10-кратного збільшення швидкості реакції гідролізу фосфоестеру при зміні алостеричного йону в ряду «паладій – нікель – мідь».
Крім цього, у доповіді обговорювалися перспективи застосування біоміметичних каталізаторів у різних процесах, зокрема, у випадку фіксації азоту, фотокаталітичного розщеплення води та отримання «зеленого» водню («штучний фотосинтез»), гідролітичного знешкодження фосфорорганічних екотоксикантів та аналогів бойових отруюючих речовин, тощо.
Із запитаннями до доповідача та обговоренням доповіді виступили: академіки НАН України Сергій Костерін, Антон Наумовець, Віталій Кальченко, член-кореспондент НАН України Микола Куліш, професори Михайло Гончар, Ольга Матишевська, Денис Колибо, доктори біологічних наук Артем Тихомиров, Юрій Данилович та інші.
 Академік НАН України Сергій Костерін,член-кореспондент НАН України Ігор Фрицький і академік НАН України Віталій Кальченко |
Наступне засідання загальноакадемічного міждисциплінарного наукового семінару «Актуальні питання фізико-хімічної та математичної біології» заплановано на травень 2024 року.
За інформацією Інституту біохімії ім. О.В. Палладіна НАН України
Автор світлин: Майя Григор’єва