Анотація до роботи:

Петрушко І.А. Структурні зміни в основах нуклеїнових кислот і 5-бромуридині, ініційовані повільними електронами та ультрафіолетовим випромінюванням. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наук за спеціальністю 03.00.02 – біофізика. Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, Харків, 2008.

Дисертацію присвячено порівняльному вивченню молекулярних механізмів дії повільних електронів та довгохвильового ультрафіолетового випромінювання на молекулярні складові нуклеїнових кислот (НК). Мас-спектрометричним методом з використанням джерел електронів високої монокінетичності досліджено процеси іонізації та дисоціації молекул цитозину, урацилу та 5-бромуридину. З’ясовані домінуючі канали декомпозиції даних молекул при дії електронів з енергіями 10^-1-10¹ еВ. Виявлена резонансна залежність фрагментації 5-бромуридину електронами з енергією менше 12 еВ, причому електрони з близькою до 0 еВ енергією руйнують С5-Br та глікозидний зв’язки.

Методом інфрачервоної абсорбційної спектроскопії досліджено вплив ультрафіолетового випромінювання (Е=3,56 еВ) на плівки цитозину, гуаніну та їх комплексу. На підставі аналізу експериментальних даних та квантово-хімічних напівемпіричних розрахунків з’ясовано, що на відміну від електронів, довгохвильовий ультрафіолет змінює міжмолекулярні взаємодії в складових НК, не руйнуючи структуру молекул.

1. Виявлено закономірності взаємодії повільних електронів з компонентами НК з використанням методу мас-спектрометрії. Встановлено, що наслідком взаємодії повільних електронів з молекулами цитозину та урацилу є їх іонізація та мультиканальна фрагментація; для 5-бромуридину характерним є захоплення електрону та формування негативних іонів. Отримано енергетичні залежності виходу іонів (функції виходу) в інтервалі енергій електронів, що налітають, від 0 до 12 еВ для найбільш вагомих іонів у мас-спектрах. Функції виходу для іонів 5-бромуридину демонструють резонансний характер і мають максимуми для [BrUra-H], m/z=189 тa Br, m/z=79 при енергії електронів близькій до 0 еВ, а для [OCN], m/z=42, O , m/z=16, Н, m/z=1 при 5,0; 8,0 та 5,8 еВ, відповідно.

2. Встановлено, що основним механізмом радіосенсибілізуючої дії галогензаміщених компонентів НК, є утворення квазістаціонарного негативного іона вихідної молекули з подальшою резонансною мультиканальною фрагментацією структури молекули. Причому при енергіях електронів близьких до 0 еВ, домінує руйнування С5-Br та глікозидного зв’язків в даній молекулі.

3. Дослідження підданих дії УФ світла (Е=3,56 еВ) плівок цитозину, гуаніну, їх комплексу та контрольних зразків за допомогою ІЧ спектроскопії поглинання в діапазоні від 1100 до 3600 см^-1 дозволило з’ясувати, що в структурі усіх плівок наявні різнотипні гідратовмісні асоціати. Показано, що УФ опромінення спричинює зміну структури міжмолекулярних взаємодій завдяки перерозподілові відносного вмісту різнотипних гідратовмісних асоціатів.

4. Напівемпіричним квантовохімічним методом, який належить до методів самоузгодженого поля (SCF), розраховано порядки зв’язків та коливні спектри нейтральної та аніонної форм компонентів НК. З’ясовано, що домінуючим каналом дисоціації аніонів 5-бромуридину є руйнування С5-Br-зв’язку. Аніоноутворення супроводжується збуренням коливної структури, яке свідчить про те, що електронне захоплення відбувається за механізмом коливально-збудженого Фешбахівського резонансу. За допомогою квантовохімічного моделювання асоціатоутворення цитозину, яке моделює міжмолекулярні взаємодії в плівках, розраховано структурні параметри асоціатів, а також спектральні характеристики (частоти та інтенсивності нормальних коливань, параметри електронних переходів). Виявлено, що при збільшенні кількості молекул в асоціаті зростає інтенсивність поглинання в довгохвильовій області (Е<3,75 еВ), що вказує на можливість прямої дії довгохвильового УФ світла.

5. Вплив довгохвильового УФ світла (E3,59 еВ) на ДНК in vivo досліджено на біологічній моделі за критерієм зміни швидкості регенерації. Показано, що УФ випромінювання експозицією 20 хв. сповільнює швидкість регенерації. Ці результати узгоджуються з даними, отриманими для конденсованого стану азотистих основ, тобто УФ промені можуть пригнічувати функціональну активність ДНК, в тому числі і завдяки перерозподілу енергії в її коливній структурі та зміні міжмолекулярних взаємодій.

6. Оптимізовані методи отримання нуклеотидних основ і нуклеозидів в ізольованому і конденсованому станах, та розроблено оригінальну методику створення плівок молекул складових НК методом квазірівноважного термічного напилення у вакуумі.

Публікації автора:

1. Крочко Ю. І., Куртяк Ф. Ф., Петрушко І. А., Суховія М. І. Експериментальне та теоретичне вивчення посттравматичної регенерації у тритонів при дії ультрафіолетового випромінювання // Науковий вісник УжДУ, с. біологія. – 2000. – № 8. – С. 163-166.

2. Шафраньош І.І., Петрушко І.А., Славік В.М., Суховія М. І. Структурні зміни азотистих основ нуклеїнових кислот, викликані низькоенергетичними електронами // Науковий вісник УжДУ, с. фізика. – 2000. – № 6. – С. 259-263.

3. Крочко Ю. І., Куртяк Ф. Ф., Петрушко І. А., Суховія М. І. Вплив фізичних факторів на регенерацію біологічних тканин // Науковий вісник УжДУ, с. медицина. – 2001. – Вип. 15. – С. 17-20.

4. Петрушко І. А., Цуд Н. М., Суховія М. І. Інфрачервона спектроскопія впливу ультрафіолету на структуру плівок цитозину, гуаніну та їх комплексу // Вісник ХНУ. - № 637.- “Біофізичний вісник”. – 2004. - Вип. 14. - С. 23-26.

5. Abdoul-Carime H., Limao-Vieira P., Gohlke S., Petrushko I., Mason N., Illenberger E. Sensitization of 5-bromouridine by slow electrons // Chem. Phys. Lett. – 2004. – Vol. 393, - Р. 442-447.

6. Петрушко І. А., Суховія М. І. Сендвічоподібна асоціація цитозину та її прояви в оптичних спектрах// Біополімери і клітина. - 2005.- Т.21, №5. - С. 440-445.

7. Петрушко І. А., Суховія М. І. Структурні перетворення в молекулах компонентів нуклеїнових кислот при аніоноутворенні та їх біологічне значення // Науковий вісник УжНУ, с. фізика. - 2005.- № 17. - С. 103-110.

8. Петрушко І. А., Суховія М. І. Квантовохімічне вивчення аніоноутворення в тимідині та 5-бромуридині // Науковий вісник УжНУ, с. фізика. - 2007.- № 25. С. 39-46.

9. Sukhoviya M.I., Shondoly (Petrushko) I.A., Shafranyosh I.I., Shimon L.L. Electron-impact ionization of the nucleic acid bases molecules // Book of Abstract CCI International Conference of the Physics of Еlectronic and Аtomic Collisions. - Sendai (Japan). - 1999, v. 1.- Р. 320-TU 038.

10. Sukhoviya M.I., Petrushko I.A., Shafranyosh M.I., Shafranyosh I.I., Shimon L.L. Spectral study of slow electrons inelastic interactions with thymine molecules in gas phase // Book of Abstract XXVI European Congress on Molecular Spectroscopy. – Villeneuve d’Ascq (France). – 2002. – P. 128.

11. Petrushko I.A., Kurtyak F.F., Tarkany Y.I. Physical factors influencing posttraumatic cells regeneration // Book of Abstract I International Young Scientists’ Conference on Applied Physics. - Kyiv (Ukraine). - 2001. – P. 154.

12. Суховія М.І., Петрушко І.А., Шимон Л.Л., Шафраньош І.І. Фізичні процеси в азотистих основах нуклеїнових кислот під дією повільних електронів та їх біофізична роль // Тези доповідей ІІІ з'їзду Українського Біофізичного товариства. – Львів (Україна). – 2002. – с.18.

13. Куртяк Ф. Ф., Петрушко І.А., Суховія М.І., Крочко Ю. І. Вплив фізичних факторів довкілля на процесс регенерації біологічних тканин // Тези Доповідей ІІІ З'їзду Українського Біофізичного товариства. – Львів (Україна). – 2002. – с. 241.

14. Petrushko І.А, Tsud N.M. Sukhoviуa М.І. Spectral study of UV-irradiated films of nucleobases pairs // Book of Аbstract X European Conference on the Spectroscopy of Biological Molecules. – Szeget (Hungary). – 2003. – P.144.

15. Каріме Х.А., Петрушко І.А., Ілленбергер Є. Структурні перетворення 5-бромоурацилу під дією повільних електронів та їх біофізична роль // Тези доповідей І Української наукової конференції „Проблеми біологічної і медичної фізики”. – Харків (Україна). - 2004. – С.86.

16. Суховія М.І., Петрушко І.А. Структурні перетворення в молекулах компонентів нуклеїнових кислот при аніоноутворенні та їх біологічне значення // Тези доповідей Конференції молодих вчених і аспірантів Інституту електронної фізики НАН України. – Ужгород (Україна). – 2005. – С.146.

17. Суховия М.И., Шафраньош М.И., Петрушко И.А., Шафраньош И.И. О значнии медленных электронов в радиобиологических применениях // Материалы ІІ Евразийского Конгресса по медицинской физике и инженерии. – Москва (Россия). – 2005. – С.137.

18. Петрушко І.А., Суховія М.І. Квантовохімічне вивчення структурних перетворень в нуклеозидах при аніоноутворенні // Тези доповідей IV З'їзду Українського біофізичного товариства. – Донецьк (Україна). – 2006. – С.316-317.

19. Petrushko I.A., Sukhoviya M.I., Shafranyosh I.I. Thymidine and 5-bromouridine perturbation upon anion formation. Quantum chemical study// Book of Abstract CCV International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions. - Freiburg (Germany). – 2007 - Р. Th 069.

20. Петрушко И. А., Суховия М.И., Шафраньош И.И. Роль медленных электронов в молекулярных механизмах влияния солнечной активности на биосистемы // Тезисы докладов VІІ Международной крымской конференции “Космос и биосфера”. – Судак (Украина). – 2007. – С. 176.