Sibirica александрова Г. П., Сыроватская В. Н




старонка1/5
Дата канвертавання25.04.2016
Памер0.82 Mb.
  1   2   3   4   5
ВЫДЕЛЕНИЕ И МОЛЕКУЛЯРНО-МАССОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АРАБИНОГАЛАКТАНА СОСНЫ СИБИРСКОЙ (PINUS SIBIRICA)
Александрова Г.П., Сыроватская В.Н.

Иркутский институт химии СО РАН, г. Иркутск, E-mail: alexa@irioch.irk.ru
Исследованию полисахаридов растительного происхождения из непищевого сырья в настоящее время уделяется значительное внимание в связи с установлением существования у них и, в частности, у арабиногалактана лиственницы сибирской (Larix sibirica) широкого спектра биологической, в том числе иммуномодуляторной активности. Целью нашей работы явилось изучение физико-химических характеристик арабиногалактана сосны сибирской (Pinus sibirica).

Арабиногалактан выделен по экстракционной схеме, содержание его в древесине сосны сибирской составляет 1,4%. Исследование моносахаридного состава подтвердило наличие в макромолекуле полисахарида мономерных звеньев арабинозы и галактозы, а также 0,6% уроновых кислот. Методом ИК-спектроскопии идентифицировано наличие функциональных групп, аналогичных присутствующим в арабиногалактанах других хвойных пород.

Молекулярно-массовые характеристики полисахарида определены двумя независимыми методами. Вискозиметрическое исследование молекулярно-массовых характеристик арабиногалактана показало, что средневязкостная молекулярная масса не превышает 5 кДа. Методом гель-проникающей хроматографии установлены значительные различия в молекулярно-массовом распределении и величине среднемассовой и среднечисловой молекулярных масс, а также степени полидисперсности арабиногалактанов сосны и лиственницы, обусловленное спецификой биологического своеобразия сосны сибирской как породы древесины.

Работа выполнена при финансовой поддержке грантов РФФИ 07-03-01009-а и 08-03-90204-Монг_а.



Химическая переработка растительного сырья – основа современной экологически безопасной технологии
Базарнова Н.Г., Катраков И.Б., Маркин В.И.

Алтайский государственный университет, г. Барнаул,
656049 (Россия) E-mail: bazarnova@chem.asu.ru

В последнее десятилетие в мире обновился интерес к изучению процессов химического модифицирования древесины. Основное направление этих исследований – поверхностное модифицирование древесины с целью улучшения таких свойств изделий из нее, как сохранение размеров, прочности, биостойкости, придания ей пластичности или термопластичности для последующего формования.

На кафедре органической химии Алтайского государственного университета развивается новое научное направление по химическому модифицированию растительного сырья без предварительного разделения его на отдельные компоненты. Изучены различные направления химического модифицирования сырья, в том числе карбоксиметилирование, бензилирование, ацилирование, нитрование и др. В результате получены данные о поведении основных компонентов клеточной стенки (целлюлоза, лигнин, гемицеллюлозы) и реакционной способности их функциональных групп. Полученные полимерные композиции обладают комплексом полезных свойств, позволяющих использовать их во многих областях деятельности человека (нефтегазодобывающая, строительная промышленность, сельское хозяйство и др.). Следует подчеркнуть, что для их получения используется самое различное растительное сырье (древесина хвойных и лиственных пород, солома злаковых, лузга подсолнечника, костра льна и др.), в том числе и отходы, накапливающиеся на предприятиях деревообработки. Это позволяет рекомендовать данные разработки для организации экологически безопасных технологий переработки растительного сырья, особенно в регионах традиционно занимающихся заготовкой и переработкой древесины.



СТРУКТУРНО-ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛИГНИНОВ ЛЕКАРСТВЕННЫХ РАСТЕНИЙ
Белый В.А., Кочева Л.С., Карманов А.П.

Институт химии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар
В настоявшее время при получения лечебных и профилактических средств используется лишь 1/3 известных лекарственных растений, несмотря на то, что медицинские препараты природного происхождения, в отличие от синтетических, оказывают минимальное побочное действие на организм человека. Одной из причин такого положения на фармацевтическом рынке является крайне недостаточная изученность структуры и свойств основных компонентов лекарственных растений.

Цель работы состояла в исследовании лигнинов травянистых лекарственных растений: родиолы розовой (Rhodiola rosea L.), серпухи венценосной (Serratula coronata L.) и багульника болотного (Ledum L.). Препараты малоизмененных лигнинов получены диоксановым методом – обработкой смесью диоксана с водой (9:1) в присутствии HCl (0,7%) при температуре кипения. Очистку препаратов проводили двукратным переосаждением из диоксана в диэтиловый эфир. Высушивали методом лиофильной сушки. Выход диоксанлигнинов родиолы розовой (ДЛР) составил 30%; серпухи венценосной (ДЛС) – 22%, багульника болотного (ДЛБ) – 20% от общего количества лигнина в растении.

Для характеристики лигнинов ДЛС, ДЛР и ДЛБ использованы элементный и функциональный анализ, методы ИК-, ЭПР- и ЯМР-13С-спектроскопии.

Результаты исследования химической структуры лигнинов свидетельствуют о том, что лигнины родиолы розовой, серпухи венценосной и багульника болотного относятся к полифункциональным биополимерам, содержащим метоксильные, карбоксильные и фенольные гидроксильные группы. Отмечена поливариантность типов связей между структурными единицами лигнинов, причем β-О-4 является наиболее распространенным типом связи. Установлено, что макромолекулы исследуемых лигнинов относятся к композиционно неоднородным биополимерам, состоящим из структурных единиц гваяцильного, сирингильного и n-кумарового типа. Проведенные данные позволят пополнить информационную базу относительно структуры и свойств компонентов лекарственных растений, что позволит в перспективе расширить ассортимент продуктов, получаемых из недревесного растительного сырья.


ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО НАНОКОМПОЗИТА
Боголицын К.Г.

Институт экологических проблем Севера АНЦ УрО РАН

Архангельский государственный университет, г.Архангельск
Одним из важнейших направлений развития современной науки, отвечающих вызовам XXI века, является создание научных основ новых инновационных технологий производства сырья, материалов и энергии из возобновляемых источников с целью достижения долгосрочного устойчивого развития глобальной экономики и решения насущных экологических проблем. В этом плане в последние годы особую актуальность приобрели исследования, направленные на вовлечение в оборот колоссальных ресурсов биомассы растений, ежегодный прирост которой способен полностью покрыть потребности многих отраслей промышленности. Работы в данном направлении, объединяемые популярным термином «biorefinery», получили бурное развитие в ведущих исследовательских центрах развитых стран. Они охватывают такие аспекты, как получение топлив, альтернативных нефти, путем ожижения растительного сырья, новых эффективных сорбентов, применяемых в медицине и технологиях очистки промышленных выбросов, в производстве лекарств, в том числе противоопухолевых препаратов с антиоксидантным действием, кормов для животных, химических и биотехнологических препаратов, полимеров, конструкционных материалов и наноматериалов с уникальными свойствами.

Биомасса растений представляет собой природный композиционный материал, состоящий, в основном, из трех полимеров: - целлюлозы, гемицеллюлоз и лигнина, связанных как механически, так и ковалентными связями. Вовлечение лигноцеллюлозных материалов в химическую переработку предусматривает, как правило, предварительное разделение лигнинной и полисахаридной составляющих (делигнификацию). Используемые до настоящего времени технологии делигнификации были ориентированы исключительно на производство целлюлозы как сырья для бумажной и некоторых других менее значимых отраслей промышленности, в связи с чем не предусматривали переработку образующихся в качестве отходов технических лигнинов, в лучшем случае осуществляя сжигание последних для покрытия части потребности в тепловой энергии. Кроме того, эти технологии отличаются повышенной экологической опасностью и крайне высоким энергопотреблением, поскольку используют архаичные технологические процессы, разработанные еще в конце XIX - начале XX века. Речь идет о варке древесины с водными растворами сернистых соединений (оксид серы, сульфид натрия и пр.) при высоких температурах и давлениях, в результате чего образуется множество токсичных побочных продуктов, загрязняющих атмосферу и водоемы. Недостаточная степень извлечения лигнина требует дальнейшей отбелки целлюлозы, в ходе которой часто используется хлор и его соединения, что способствует образованию супертоксикантов – диоксинов.



Совершенствование технологии делигнификации принято связывать с внедрением новых делигнифицирующих агентов и эффективных растворителей лигнина для экстракции его из древесины (органосольвентные процессы). Они позволяют не только получать качественные целлюлозные полуфабрикаты с заданными свойствами, но также производить относительно малоизмененный лигнин, обладающий высокой реакционной способностью и пригодный для дальнейшей переработки в ценные ароматические соединения, пластмассы и т. п. В то же время, в соответствии с принципами «зеленой химии», в качестве наиболее перспективных сред для проведения технологических процессов переработки растительного сырья используются, помимо воды, сверхкритические флюиды (СКФ) и ионные жидкости (ИЖ), которые, помимо достоинств высокоэффективных органических растворителей, обладают также негорючестью и нетоксичностью, наряду с высокими коэффициентами диффузии (в случае диоксида углерода - важнейшего растворителя среди сверхкритических флюидов), чрезвычайно малым давлением паров и высокой растворяющей способностью по отношению ко многим полимерам (ионные жидкости). Перспективы внедрения таких растворителей в химию и химическую технологию лигноцеллюлозных материалов напрямую связаны с получением фундаментальных данных по их физико-химическим свойствам, особенностям формирования бинарных систем растворителей, физико-химическим свойствам, своеобразию сольватации и реакционной способности лигнина и полисахаридов в таких средах. На решение данной фундаментальной проблемы направлены научные исследования кафедры теоретической и прикладной химии АГТУ, предусматривающие междисциплинарные исследования на стыке таких наук, как физическая химия растворов, химия высокомолекулярных соединений, органическая химия, фундаментальные основы химической технологии.

Влияние техногенных факторов

целлюлозно-бумажного производства на показатели здоровья работников на европейском севере
Бойко Е. Р.

Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар
Производственные факторы способны неблагоприятно воздействовать на организм человека, обуславливая развитие патологии [2]. Это особенно актуально для работников целлюлозно-бумажной индустрии (ЦБИ), поскольку многие предприятия расположены на «северных территориях», и климатогеографические факторы среды могут усилить техногенные воздействия. Известно, что процессы свободнорадикального окисления (СРО) зачастую являются важнейшим патогенетическим звеном целого ряда заболеваний, а их интенсивность может служить своего рода биохимическим маркером развивающейся патологии. Защитные механизмы организма человека, противодействующие процессам СРО представлены ферментативным и неферментативным звеньями антиоксидантной системы (АОС) организма. Неферментативное звено АОС представлено соединениями антиоксидантами, важнейшие их которых α-токоферол (витамин Е) и ретинол (витамин А). Ферментативное звено АОС составляют ферменты-антиоксиданты, среди которых важнейшее место занимают супероксиддисмутаза -СОД (КФ1.15.1.1.) и глутатионпероксидаза -ГП (КФ1.11.1.9). Роль этих энзимов состоит в угнетении и прерывании образования цепей окисления посредством элиминации супероксид радикала, перекиси водорода и перекисных продуктов. Полагают, что устойчивость организма к внешним воздействиям, а также способность адаптироваться к ним в значительной мере определяется именно этими ферментами. Кроме того, в функционировании ферментативного звена АОС важную роль играет рибофлавин (витамин В2), являющийся коферментом антиоксидантного энзима глутатионредуктазы -ГР (КФ1.6.4.2.) – одного из важнейших ферментов АОС, ответственного за генерацию восстановленного глутатиона. Особенное значение витамин В2 имеет в условиях Севера, поскольку он необходим для функционирования и ряда важнейших тканевых метаболических путей, ответственных за энергетический обмен, пластические процессы и процессы детоксикации. Считается, что формирование особого варианта метаболизма в условиях Севера обусловлено двумя основными причинами: первая связана с переходом организма человека на новый уровень энергообеспечения, вторая – с сезонными перестройками обмена в связи с годовой цикличностью экстремальных природно-климатических факторов [1].

Предварительное обследование работников вредных производств (варочный, отбельные цеха. др.) крупнейшего на европейском Севере целлюлозно-бумажного производства показало, что практически все обследованные лица имеют глубокий дефицит α-токоферола и ретинола. Следует учитывать, что в организме человека обычно имеется определенный запас жирорастворимых витаминов, тогда как запаса водорастворимых витаминов у человека нет. Плохие показатели обеспеченности выявляются для витамина В2 у работников вредных производств. В связи с несостоятельностью неферментативного звена ферментативное звено АОС испытывает повышенную нагрузку у этих лиц и не может обеспечить адекватную компенсацию процессов СРО.

С учетом изложенного выше, нами была проведена работа по коррекции АОС у работников вредных производств ЦБИ. Известно, что жирорастворимые витамины имеют выраженную токсичность и их применение в больших дозах для целей профилактики недопустимо. Кроме того, у человека на Севере для каждого периода года характерен свой особый метаболический профиль и своя специфическая структура гормональной регуляции в связи с воздействием природно-климатических раздражителей и состоянием процессов СРО. В течение года несколько раз происходят своеобразные «переключения метаболизма», связанные с изменениями приоритетов на тканевом уровне относительно утилизируемых энергетических субстратов.

Нами разработана и практически внедрена на предприятии схема коррекции витаминного статуса работников вредных производств. Постулировано троекратное в строго определенные периоды года проведение витаминизации. Результаты исследования свидетельствуют о том, что коррекция витаминного статуса у работников этих производств ЦБИ представляет сложную проблему, но при условии соблюдения предложенных рекомендаций выявляется отчетливый позитивный эффект, который, проявляется прежде в постепенной оптимизации витаминного статуса работников. Длительное наблюдение этих контингентов показало, что в ряде случаев требуется от 3 до 5 курсов витаминизации (до 1,5 лет) для стойкой нормализации баланса жирорастворимых витаминов. Нами найдено, что даже среди самых изначально неблагополучных по обеспеченности жирорастворимыми витаминами контингентов работников при регулярном проведении витаминизации по разработанной нами схеме происходит компенсация витаминного статуса в полном объеме. Кроме того, наблюдается оптимизация показателей, отражающих работу ферментативного звена АОС. Важное практическое значение имеет тот факт, что проведение «зрячей» коррекции витаминного статуса работников вредных производств реализовалось в существенном снижении регистрируемой медицинской службой заболеваемости этих лиц.


Литература

  1. Бойко Е.Р. Физиолого-биохимические основы жизнедеятельности человека на Севере.- Екатеринбург: УрО РАН, 2005, 190с.

  2. Измеров Н.Ф., Оганов Р.Г., Зверев В.В., Ушаков И.Б. Обзор современых концепций качества жизни с позиций профилактической медицины //Мед. акад. журнал.- 2005.- Т.5.- №3.- С.3-12.

ВЛИЯНИЕ КЛИМАТИЧЕСКИХ И СОЦИАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ СЕВЕРА

НА РЕЖИМ СНА-БОДРТСВОВАНИЯ И УСПЕВАЕМОСТЬ СТУДЕНТОВ
Борисенков М.Ф.

Институт физиологии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар
Климатические факторы Севера (сезонные изменения светового и температурного режимов) оказывают негативное влияние на ритм сна-бодрствования человека. Социальные факторы (график работы, учебы) также оказывают негативное влияние на режим сна-бодрствования, однако эти факторы неодинаково действуют на людей с различными хронотипами. Целью настоящего исследования является анализ влияния климатических и социальных факторов Севера на режим сна-бодрствования жителей Республики Коми. В работе был использован Мюнхенский тест для оценки хронотипа (MCTQ), который позволяет не только строго количественно оценить хронотип, но и оценить влияние климатических и социальных факторов на человека. Влияние климатических факторов оценивали путем сравнения жителей Центральной Европы с жителями Республики Коми (данные по жителям Центральной Европы взяты из публикаций с разрешения авторов). Влияние графика учебы на ритм сна-бодрствования и успеваемость изучали у студентов двух ВУЗов г. Сыктывкара. Всего проанализировано 774 анкеты, заполненные жителями РК, и 164 анкеты, заполненные студентами Сыктывкарского госуниверситета и Сыктывкарского лесного института. В результате исследований установлено:

  1. У жителей РК по сравнению с жителями Центральной Европы наблюдается достоверное смещение в сторону преобладания позднего хронотипа.

  2. Студенты г. Сыктывкара в течение учебной недели в среднем спят на 3,5 часа меньше, чем в выходные дни, что свидетельствует о недостатке сна во время учебы, который они компенсируют в выходные дни.

  3. Наблюдается задержка фазы сна в среднем на 2 часа (у позднего хронотипа – на 4 часа) в выходные дни, по сравнению с учебными днями.

  4. У студентов, относящихся к позднему хронотипу, успеваемость (средний балл за четверть) ниже, чем у студентов с ранним хронотипом.

Таким образом, проведенные исследования показывают, что среди жителей Республики Коми более высока частота встречаемости представителей позднего хронотипа, на которых социальные факторы (график учебы) оказывают наиболее сильное негативное действие, что выражается в недостатке сна во время учебной недели и более низкой успеваемости.

Сорбенты нового поколения на основе растительных биоматериалов
Броварова О.В., Прудова Т.А.

Институт химии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар
На сегодняшний день современное производство выдвигает задачи, которые могут быть решены с использованием принципиально новых перспективных материалов. Одно из ведущих мест среди них занимают сорбционные, в частности разработка новых сорбционных материалов на основе модифицированного растительного сырья. Возможности сорбционных материалов растительного происхождения достаточно велики, поскольку они способны удалять из загрязненных вод не только тяжелые металлы, радионуклиды, но и органические вещества

Цель данной работы заключалась в получении модифицированных образцов биосорбентов растительного происхождения и изучении кинетики сорбции токсичных металлов из растворов. Исходным сырьем для подобных сорбционных материалов использован лигноцеллюлозный материал (ЛЦМ) – солома однолетних злаковых растений, без разделения растительной ткани на отдельные высокомолекулярные компоненты. Модификацию проводили методами кислотного гидролиза в мягких условиях и карбоксиметилирования с предварительной сшивкой формальдегидом. Сорбцию проводили из модельных растворов хлорида железа, хромовой кислоты и метиленовой сини заданной концентрации.

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что проведенная модификация позволяет повысить обменную емкость в несколько раз по сравнению с исходным образцом. Результаты модификации положительно сказываются на сорбционной способности в отношении катионов металлов. Также для всех образцов определен такой показатель, как сорбционная емкость, которая характеризует способность поглощать максимально возможное количество сорбата единицей массы сорбента и для полученных образцов данный показатель составил: по железу 750 мг/г, по хрому 50 мг/г. Эти результаты сопоставимы с приводимыми в литературе данными для целлюлозосодержащих сорбентов.

В целом полученные данные свидетельствуют о перспективности использования недревесных растений в качестве сырьевой базы для получения сорбентов с целью очистки различных жидких сред от примесей тяжелых металлов и вредных органических примесей.



ОБЛАГОРАЖИВАНИЕ ЧЕРНЫХ ЩЕЛОКОВ ПУТЕМ ОКИСЛЕНИЯ
Варфоломеев А.А., Синегибская А.Д., Гоготов А.Ф., Стромская Г.И., Ханипова Н.И.

Иркутский государственный технический университет, г. Иркутск

Братский государственный университет, ОАО «Сибирский НИИ ЦБП», г. Братск
Сульфатный щелочной лигнин в силу своей высокой реакционной способности продолжает оставаться перспективным фенольным полуфабрикатом во многих синтезах. Однако как товарный продукт он в отличие от лигносульфонатов на рынке практически отсутствует. Наиболее реальная его товарная форма представлена в виде отработанного черного щелока (ЧЩ). Объемы его поставки на рынок без ущерба технологии целлюлозного производства могут достигать 10% от объема их производства. Существенным недостатком ЧЩ является присутствие в нем сернистых соединений и, особенно, дурнопахнущих летучих соединений – H2S, CH3SH, (CH3)2S, (CH3S)2, высвобождающихся при подкислении щелока, что определяет токсичность щелоков. Известно, что для снижения токсичности щелоков их перед выпаркой окисляют кислородом воздуха. С целью дальнейшего рационального использования щелоков нами проведено окисление ЧЩ в нетоксичные формы связанной серы растворами гипохлорита натрия (47 г/дм3 активного хлора) и пероксида водорода (223 г/дм3). Определены оптимальные условия окисления ЧЩ в щелочной среде и методами хроматографии показано, что глубина окисления H2S и CH3SH достигает 99-100%. Содержание диметилсульфида снижается более чем на 90%, а диметилдисульфида – на 87%. Максимальная эффективность окисления растворов неорганических солей: сульфида и тиосульфата натрия, – в инертный сульфат в модельных экспериментах превысила 98%. Окисление полуупаренных ЧЩ указанными окислителями позволяет существенно снизить содержание сульфида (до 90%) и тиосульфата натрия (до 82%). Достичь указанных результатов удалось лишь при соотношении щелока и гипохлорита (или эквивалентного количества перекиси) равного 1 : 1,5 масс. частей. Дальнейшее увеличение расхода окислителя нецелесообразно, т.к. может привести к полной нейтрализации щелока и выделения деструктированных лигнинных веществ. Окисленные щелока применяли в разработке рецептур ЛФФС с заменой фенола в синтезе на 20-30 %. Полученные смолы прошли испытания при проклейки фанеры и имеют удовлетворительный результат по величине определения прочности на скалывание по клеевому слою (1,13-1,70 Н/мм2 при нормативе для СФЖ 3013 – не менее 1 Н/мм2).

ОТДЕЛЕНИЕ БИООРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ И БИОТЕХНОЛОГИИ ДВГУ - УНИКАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ
Васьковский В.Е., Спиченкова Н.Е.

Тихоокеанский институт биоорганической химии ДВО РАН

Дальневосточный государственный университет, г. Владивосток
Отделение было создано в 1996 г. совместно ДВГУ и ТИБОХ ДВО РАН на базе существовавшей с 1975 г. кафедры, возглавляемой академиком Г.Б.Еляковым, который возглавил и Отделение. Важную роль в становлении и развитии Отделения сыграла программа "Интеграция" (1997 - 2001 гг.), а с 1999 г. - Научно-учебный центр ДВГУ.

Учебная программа Отделения составлена в соответствии со стандартом химического образования с рядом допустимых в его пределах изменений. Органическую химию студенты проходят во втором и третьем семестрах. Большой (свыше 100 часов) курс лекций по биоорганической химии слушают в четвертом. А затем проходят практикум в Институте. Большое внимание на первых курсах уделяется изучению английского языка, работе с научной литературой.

Студенты-химики Отделения получают также фундаментальные знания по биологии. Специалисты из академических институтов читают им курсы по общей биологии и цитологии, микробиологии, молекулярной биологии, генетике, биотехнологии, биохимии. Важную роль в системе биологического образования студентов, подготовке их к научной работе играет работа на Морской экспериментальной станции (МЭС) Института, начиная с летней полевой практики по биологии после первого курса. Летом после второго курса студенты начинают здесь вести научный эксперимент. На МЭС студенты проходят также практику по биотехнологии на опытном производстве, ведут научную работу. Уже во время второго семестра они пишут научные рефераты, которые защищают во время первой практики на МЭС. Во время практикума по биоорганической химии студенты знакомятся с лабораториями, находят себе будущих руководителей курсовых и дипломных работ.

Выполнение учебной и научной программ обеспечивается в основном преподавателями - сотрудниками ТИБОХ и других институтов. Среди них один академик, три члена-корреспондента РАН, до 10 докторов наук.

Система Отделения дает хорошие результаты. Среди его студентов - обладатели различных стипендий и грантов, победители конкурсов научных работ. 10 выпускников уже защитили кандидатские диссертации.

РАСТВОРИМЫЕ КОМПЛЕКСЫ ХИТОЗАН-КАРРАГИНАН
Володько1 А.В., Давыдова2 В.Н., Ермак2 И.М.

1Институт химии и прикладной экологии ДВГУ, г. Владивосток,

2Тихоокеанский институт биоорганической химии ДВО РАН, г. Владивосток
Полисахариды морских гидробионтов - хитозан и каррагинан - обладают разносторонней биологической активностью и разнообразными физико-химическими свойствами, что обуславливает их широкое использование в различных областях промышленности и медицине. Благодаря полиионной природе хитозан и каррагинан являются основой для получения полиэлектролитных комплексов с другими полимерами. В литературе описаны комплексы хитозан-каррагинан, полученные в гелевой форме. Вместе с тем растворимые комплексы могут найти широкое применение в биотехнологии и медицине.

Для получения комплексов использовали хитозан с молекулярной массой 130 кДа и каррагинаны различных структурных типов (κ/β-, κ-, λ-каррагинан), выделенные из красных водорослей семейств Gigartinaceae и Tichocarpaceae. Показано, что при соотношении хитозан-каррагинан 1:1 в/в в диапазоне концентраций исходных полимеров от 0,1 - 10 мг/мл образуется гель, тогда как при соотношении хитозан-каррагинан 1:10 и 10:1 в/в в области низких концентраций 0,1-1,0 мг/мл формирование геля или осадка не наблюдается.

Методами гель-проникающей хроматографии и скоростного центрифугирования в градиенте перколла установлено, что при концентрация 1 мг/мл и соотношении исходных компонентов хитозан-каррагинан 10:1 в/в образуются растворимые комплексы. Характер комплексообразования зависит от структуры каррагинана. Показано, что λ-каррагинан образует с хитозаном 2 типа комплексов, различающихся по молекулярной массе, а κ/β и κ-каррагинаны связываются с хитозаном не полностью.

На модели вируса табачной мозаики показано, что антивирусная активность растворимых комплексов хитозан-каррагинан выше, чем активность исходных полисахаридов.

Работа выполнена в гранта № 09-II-УО-05-001 и научной школы академика Ю.С. Оводова.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСТАТОЧНОГО ЛИГНИНА СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ
Гляд В.М.
Сыктывкарский лесной институт, Сыктывкар
Выделение и определение строения и свойств остаточного лигнина является одним из основных методов исследования механизма делигнификации в процессах варки и отбелки целлюлозы. Вопрос о том, каким образом происходит удаление остаточного лигнина при действии на сульфатную целлюлозу различных отбеливающих реагентов, представляет большой теоретический и практический интерес.

Для изучения свойств и структуры остаточного лигнина необходимо применение методов выделения, позволяющих получить остаточный лигнин в наименее измененном виде. Известные методы выделения лигнина, такие как лигнин Бъеркмана, диоксанлигнин, энзиматический лигнин, лигнин Браунса и другие обладают рядом недостатков. Среди них получение лигнина с низким выходом, загрязнение его углеводами и ферментами, изменение в полимерной структуре (как деполимеризация, так и конденсация).

В нашей работе представлены результаты по выделению остаточного лигнина из сульфатной лиственной целлюлозы уксуснокислотным методом и физико-химические характеристики выделенных образцов.

Остаточный лигнин извлекался из предварительно обессмоленной воздушно-сухой целлюлозы (в.с.ц.) смесью CH3COOH (70 % по объему)–H2O–ZnCl2 (35 % от массы в.с.ц.) за 30 минут при 115 оС. Объектами исследований служили образцы небеленой лиственной сульфатной целлюлозы производства ОАО «Монди СЛПК» после варки и различных стадий TCF-отбелки, проведенных в лабораторных условиях на кафедре химии Сыктывкарского лесного института.

Полученные методами ультрафиолетовой и инфракрасной спектроскопии, потенциометрического титрования и криоскопии физико-химические и спектральные характеристики свидетельствуют о деструкции остаточного лигнина в ходе отбелки целлюлозы, что подтверждается уменьшением молекулярной массы остаточного лигнина, выделенного из полубеленой целлюлозы, и увеличением числа фенольных гидроксильных и карбоксильных групп под воздействием отбеливающих реагентов. Согласно ИК-спектрам, в структуре остаточного лигнина после отбелки происходит уменьшение числа гваяцил-сирингильных единиц.

Пектиновые полисахариды
Головченко В.В., Оводова Р.Г., Попов С.В., Оводов Ю.С.

Институт физиологии коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар
Пектиновые полисахариды локализуются в стенках всех растительных клеток и представляют собой производные 1,4-α-D-галактуронана. Пектиновые вещества выполняют в растениях многочисленные биологические функции, включая поддержание тургора растений, влияние на прорастание семян и рост проростков, они обусловливают зимостойкость и засухоустойчивость растений.

Кроме того, они представляют собой важные компоненты питания, входя в состав так называемых «пищевых волокон», недостаток которых в пищевом рационе вызывает серьезные заболевания и недомогания. Пектиновые вещества обладают высокой и многоплановой физиологической активностью: связывают и выводят из организма соли тяжелых металлов, радионуклиды, токсические органические соединения; способствуют лечению язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки; проявляют выраженное иммуномодулирующее действие, стимулируя прежде всего фагоцитоз; снижают уровень сахара в крови.

Несмотря на то, что многие главные черты химической структуры этих природных соединений выяснены, тонкие элементы строения остаются недоступными для выяснения с помощью существующих структурных методов исследования углеводных биополимеров. Именно они часто играют определяющую роль в физиологической активности и в проявлении физических свойств этих соединений. Всестороннее изучение пектиновых веществ продолжается широким фронтом, включая усилия химиков, биохимиков, биотехнологов, физиологов растений, физиков, медиков и т.д.

Выяснение влияния структурных элементов пектиновых макромолекул на их биологические функции, физиологическую активность и реологические свойства является одной из принципиальных задач современной биоорганической химии.


Регуляция роста и развития растений

пектиновыми полисахаридами
Елькина Е.А., Шубаков А.А.

Учреждение Российской академии наук Институт физиологии

Коми научного центра Уральского отделения РАН, г. Сыктывкар
Пектиновые полисахариды играют важную и уникальную роль в жизнедеятельности растений. Они выполняют множество функций: определяют прочность, растяжимость и пористость клеточной стенки, обеспечивают заряд на ее поверхности с помощью модулирования рН и ионного баланса; служат «цементирующим» материалом, объединяющим клетки; влияют на прорастание семян и рост клеток; предохраняют растения от высыхания и вымерзания, усиливая их засухоустойчивость и морозостойкость; защищают растения от поражения фитопатогенами. В этой связи представляется весьма актуальным выяснение роли пектинов в регуляции роста и развития растений.

Для исследования нами были использованы следующие пектиновые полисахариды: лемнан из ряски малой Lemna minor L., силенан из интактного растения и каллусной культуры смолевки обыкновенной Silene vulgaris (M.) G. Целый ряд пектинов из других растений Республики Коми был использован для предварительного скрининга. Все пектины были протестированы на ряде двудольных и однодольных растений. В качестве положительного контроля выбран линейный яблочный пектин.

Объектами исследования служили семена двудольных культур: томатов Lycopersicon esculentum сорта «Белый налив 241» и огурцов Cucumis sativus сорта «Зозуля F-1» и однодольных культур: пшеницы мягкой Triticum aestivum сорта «Иргина» и ржи посевной Secale cereale сорта «Фаленская».

В результате исследований показано, что экзогенные пектины оказывают стимулирующее действие на всхожесть, прорастание семян, рост и развитие растения и способствуют увеличению урожая сельскохозяйственных культур. При этом найдено, что пектины из разных растений отличаются по характеру влияния на прорастание семян овощных и зерновых культур. Можно предполагать, что это связано с различиями в молекулярных размерах и в особенностях структуры пектиновых полисахаридов.



антимикробная активность пектиновых веществ

ПЛОДОВ и шрота ШИПОВНИКА
Злобин А.А., Мубаракшина Р.Р.

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Вятский государственный университет», г. Киров
В настоящее время большой интерес у исследователей вызывает изучение пектиновых веществ как эффективных и безопасных антибактериальных средств для лечения гнойно-воспалительных процессов. Установлено, что пектины оказывают антибактериальное действие на представителей наиболее распространенных патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.

Цель работы – исследование антимикробной активности пектиновых веществ, выделенных экстракцией водными растворами из плодов шиповника и шрота шиповника (отхода после извлечения из плодов масла).

Определение антимикробной активности проводили в отношении культур бактерий Bacilus subtilis, Escherichia coli М-15, Pseudomonas aeruginosa ATCC 27853, Staphylococcus aureus ATCC 6538-p и дрожжей Hansenula аnomala Kup-5 с титром клеток 106 кл./мл. Для этого суспензию исследуемых микроорганизмов выдерживали в 1, 2 и 4%-ных растворах пектиновых веществ в физиологическом растворе в течение 30, 60 и 120 мин и высевали на плотные питательные среды. Количество жизнеспособных клеток определяли по числу выросших колоний. Было поставлено более 500 экспериментов. Показано, что в изученном диапазоне концентраций ингибирование B. subtilis растворами пектинов плодов шиповника наступает на первых минутах выдержки (остается не более 2-3% выживших колоний), а угнетение роста клеток E. сoli М-15 наступает лишь через 120 мин воздействия. 1%-ный раствор пектиновых веществ шрота шиповника подавляет рост клеток B. subtilis и E. coli М-15 через 30 мин действия, а рост клеток P. аeruginosa ATCC 27853 и S. аureus ATCC 6538-p – через 120 мин выдержки. Дрожжи проявляют устойчивость ко всем исследуемым образцам пектиновых веществ. В ряде случаев наблюдается даже рост численности клеток дрожжей по сравнению с контролем.

Таким образом, водные растворы исследуемых пектиновых веществ в концентрации 1-4 % обладают выраженным антимикробным действием в отношении грамм-положительных и грам-отрицательных бактерий. В работе не выявлено чёткой зависимости между составом, свойствами и структурными особенностями выделенных пектиновых веществ и антимикробной активностью их водных растворов.



ОПЫТ ИНТЕГРАЦИИ АКАДЕМИЧЕСКОЙ И ВУЗОВСКОЙ НАУКИ: ВОЗМОЖНОСТИ ОБЩЕСТВЕННЫХ НАУЧНЫХ ОБЪЕДИНЕНИЙ

Иванов С.В.

Коми филиал ГОУ ВПО «Кировская ГМА Росздрава», г. Сыктывкар
Интеграция академической и вузовской науки – важная составляющая одного из ключевых трендов XXI века – создания учебно-научно-производственных комплексов. Другие компоненты этой императивной тенденции: внутри- и межотраслевая интеграция науки и формирование новых синтетических научных дисциплин; организационные меры по сближению науки и практики, стирание грани между фундаментальными и прикладными отраслями знаний; концепция пролонгированного («через всю жизнь») и непрерывного образования, преломляющаяся в гибких и жестких моделях университетских комплексов, интегрирующих до- и послевузовские этапы обучения; создание учебных подразделений в классических НИИ, организация учебно-научных центров, а также ЦНИЛов нового поколения в инфраструктуре вузов.

Сыктывкарское отделение Геронтологического общества (СО ГО) РАН работает с 2001 г., объединяет 92 специалистов – представителей трех профильных учреждений Коми научного центра Уральского отделения РАН – институтов физиологии, биологии и химии, Коми научного медицинского центра Северо-западного отделения РАМН, вузов Сыктывкара, лечебно-профилактических и медико-социальных учреждений республиканского и муниципального подчинения. Таким образом, СО ГО РАН «по определению» и реально интегрирует возможности академической и вузовской науки, а также использует собственные «производственные площадки» - полигоны внедрения теоретических (кафедры вузов) и практических инноваций (клинические и медико-социальные базы). С целью расширения спектра инноваций и неформального повышения квалификации научных, научно-педагогических, социальных работников и врачей СО ГО РАН организует научно-практические конференции межрегионального и федерального уровня – всего 11 за 8 лет работы.

Геронтология - синтетическая наука, изучающая временные закономерности жизни и смерти, возможности пролонгации активного отрезка онтогенеза. Ее прикладная составляющая – гериатрия – особое внимание уделяет заболеваниям, связанным со старением, а эта группа нозологий совпадает с перечнем «болезней цивилизации», как и «болезней образа жизни». Очевидно, решение геронтологических задач отражает общие чаяния всех и каждого, что преломляется во все возрастающем общественном звучании геронтологического движения.

УЧЕБНО-НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ САРАТОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА И ИНСТИТУТА БИОХИМИИ

И ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ И МИКРООРГАНИЗМОВ РАН

Игнатов В.В.

Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, г. Саратов
Катастрофическими последствиями для нашей страны может стать в ближайшие годы дефицит талантливых молодых ученых. За двадцать последних лет социально-экономических экспериментов нанесен удар разрушительной силы авторитету науки, престижности профессии ученого в глазах общества и физическому выживанию научного сообщества. Может случится так, что пройдет несколько лет, и мы сможем перейти точку невозврата, после которой станет трудно понимать язык современной молекулярной биологии, грамотно пользоваться современной аппаратурой и на равных говорить с коллегами, работающими в зарубежных лабораториях. Это в полной мере относится к отраслям современной молекулярной биологии, биофизики, биоинформатики и нанобиотехнологии.

Стратегия развития страны до 2020 года, заявленная президентом страны, и ряд документов, среди которых наиболее ярко отражают проблему «Основы политики Российской Федерации в области развития науки и технологий на период до 2010 года и дальнейшую перспективу», федеральные законы «Об образовании», «О высшем и послевузовском профессиональном образовании», а также сформированная Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» ориентируют всех нас, работающих в системе Академии наук и в университетах, на активную работу по интеграции образовательной и научной работы.

Только в академических и университетских лабораториях рядом с опытным учителем и наставником при проведении экспериментов и на семинарах молодой любознательный человек может быть и выберет профессию исследователя, а в ряде случаев и наставника последующих поколений естествоиспытателей. Это крайне важно и для ведущих ученых, т.к. рядом с молодежью он тоже учится и воспринимает многое глазами нового поколения. Эту истину знают многие. Реально интеграция вузов и НИИ в нашей стране берет свое начало с провозглашения легендарного академика П.Л. Капицы принципов «Системы Физтеха»:

«1. Подготовка студентов по специальности проводится непосредственно научными работниками базовых институтов на новом техническом оборудовании этих учреждений;

2. Подготовка в базовых институтах предусматривает индивидуальную работу с каждым студентом;

3. Каждый студент должен участвовать в научной работе с второго-третьего курса;

4. При окончании института студент должен владеть современными методами теоретических и экспериментальных исследований, иметь достаточные инженерные знания для решения современных технических задач».

В Саратове опыт интеграции вузовской (университетской) науки с институтом Академии наук начался практически с 1980 года, когда в городе на базе одного из старейших университетов России, организованном в 1909 году, были созданы первые в Нижнем Поволжье академические институты.

Учебно-научный центр физико-химической биологии ИБФРМ РАН и СГУ сформирован из трех подразделений: базовой кафедры биохимии и биофизики биологического факультета, базовой кафедры органической и биоорганической химии химического факультета и кафедры биофизики факультета нелинейных процессов.

Поскольку основным направлением института является исследование молекулярных механизмов взаимоотношений мира растений и микроорганизма, лежащих в основе фундаментальной науки симбиологии, то в этой отрасли науки проблемы легче всего решаются в «симбиозе» специалистов разного профиля химиков, биологов, физиков.

Как известно, учебные планы подготовки специалистов на физическом, химическом и биологическом факультетах существенным образом разнятся. Для студентов, специализирующихся по тематике научных исследований, читаются спецкурсы по смежным предметам с целью ликвидации пробелов в пограничных областях знаний. У студентов имеется уникальная возможность пользоваться не только познаниями и опытом своих наставников, но и работать на современном научном оборудовании, черпать информацию с сайтов российских и европейских баз данных, участвовать в семинарах института и предоставлять свои научные разработки в нашей стране и за рубежом.

Как правило, выпускники Учебно-научного центра с отличием защищают дипломные работы; некоторые из них продолжают учебу в аспирантуре в Саратове и других городах, но реальная жизнь, по большей части, заставляет их идти в иные, более материально обеспеченные, сферы труда, такие как престижные фирмы, банки и т.п. До мирового кризиса более двадцати из них нашли свое место в лабораториях Америки, Израиля, Германии и т.д. Можно сказать, что проблема сохранения молодежи, несмотря на все усилия академии, далека от реального решения. Комиссия Президиума РАН по работе с научной молодежью, возглавляемая академиком В.В. Козловым, прилагает немалые усилия в поисках подхода к проблеме закрепления молодежи в науке и придания этим мероприятиям правового статуса; на это же направлена и деятельность думского Комитета по науке и наукоемким технологиям, руководит которой академик В.А. Черешнев, но без широкой поддержки и комплексных мер по подготовке специалистов высокой квалификации и интеграции усилий работников академии и университетов трудно рассчитывать на существенный прорыв в законодательной базе и реальных делах.

В этой связи особенное внимание следует обратить на опыт и практику работ учебно-научных и научно-образовательных центров, базовых кафедр и филиалов кафедр в стенах академических учреждений. По данным академика В.В. Козлова в академии сейчас насчитывается более 450 базовых кафедр и 200 научно-образовательных центров. Они являются животворным источником кадрового пополнения учеными университетских аудиторий и академических лабораторий.

ВОЗМОЖНОСТИ ПЬЕЗОКВАРЦЕВЫХ БИОСЕНСОРОВ
Калмыкова Е.Н.

Липецкий государственный технический университет, Россия

kalmyken@stu.lipetsk.ru; veter1407@rambler.ru
Пьезокварцевые биосенсоры (ПКБ), представляющие собой аналитические устройства для регистрации биохимических взаимодействий, вызывают в последнее время повышенный интерес исследователей различных направлений – аналитиков, иммунохимиков, медиков, экологов и др. Это связано с такими достоинствами ПКБ, как высокая чувствительность детектирования (на уровне мкг и нг в зависимости от массы сорбированного вещества или микроорганизма); возможность наблюдения за протеканием биохимических реакций в мутных или сильно окрашенных жидких средах (в том числе в биологических жидкостях) в режиме реального времени. Причем для этих целей не требуется использование дополнительных меток и предварительная пробоподготовка. Сигналом сенсора служит уменьшение частоты колебаний при увеличении массы биослоя в результате биохимического связывания молекул рецепторного слоя, нанесенного непосредственно на поверхность электрода пьезокварцевого резонатора, с определяемым компонентом жидкости.

В докладе будет рассмотрен принцип действия ПКБ, особенности конструкции установок для выполнения анализа в статических и динамических условиях с применением биомолекул различной природы (иммуноглобулины, ДНК, липополисахариды и гликоконъюгаты, гаптен-белковые конъюгаты, а также полисахариды). Предусмотрено сопоставление различных методов иммобилизации биомолекул, поскольку эта стадия разработки ПКБ в значительной степени определяет чувствительность, селективность и продолжительность эксплуатации сенсора.

Более детально будут представлены наиболее часто используемые форматы анализа (прямой, конкурентный, сэндвич-, вытеснительный, а также некоторые способы усиления аналитического сигнала сенсора за счет использования вторичных антител, лактексных и золотых наночастиц).

Особое внимание будет уделено углеводным ПКБ, поскольку этот класс биомолекул участвует во многих биохимических процессах (иммунное распознавание, лектин-специфичные взаимодействия, связывание и нейтрализация токсичных веществ и ионов тяжелых металлов и др.). Поэтому планируется рассмотрение примеров использования углеводных молекул и гликоконъюгатов в конструкции ПКБ, предназначенных для проведения медико-биологических исследований по определению специфических биомаркеров при выявлении инфекционных, аутоиммунных, онкологических и др. заболеваний на ранних стадиях. Кроме того, углеводные молекулы (полисахариды и производные моносахаридов) могут также использоваться при формировании подложки биослоя сенсора. Будут приведены результаты исследований, выполненные на кафедре химии Липецкого государственного технического университета:

1. Сульфатированный полисахарид (каррагинан) для повышения прочности биослоя сенсора.

2. Биосенсор на основе иммобилизованного глюкана для определения концентрации конканавалина А и порина, выделенного из бактерий Yersinia enterocolitica.

3. Использование гликолипидов (бактериальных О-антигенов бактерий Y. enterocolitica различного химического строения) при разработке иммуносенсоров для определения специфических иммуноглобулинов на уровне 3-100 мкг/мл в сыворотке крови.

4. Сенсоры с рецепторным слоем на основе гидрогелей полисахаридов различного химического строения (гиалуроновая кислота и зостеран) для исследования эффективности сорбции ионов Pb2+ и Cd2+ .



ИЗУЧЕНИЕ СОРБЦИИ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

ГИАЛУРОНОВОЙ КИСЛОТОЙ С ПОМОЩЬЮ

ПЬЕЗОКВАРЦЕВОГО СЕНСОРА
Калмыкова Е.Н., Пушилина М.Ю.

Липецкий государственный технический университет, Россия

kalmyken@stu.lipetsk.ru; veter1407@rambler.ru

В последнее время гиалуроновая кислота активно используется в офтальмологии, хирургии, фармацевтической и косметической промышленности, поскольку представляет собой высокомолекулярный полисахарид, обладающий противовирусным, антибактериальным, противовоспалительным, обезболивающим, ранозаживляющим действием, в том числе способностью связывать ионы тяжелых металлов. Расширение возможностей практического применения гравиметрических пьезокварцевых сенсоров, функционирующих по принципу микро- (или нановесов), продемонстрировано на примере изучения эффективности сорбции тяжелых металлов (Pb2+; Cd2+) препаратами гиалуроновой кислоты, выделенными из различных источников (пуповина, петушиные гребни). Представлены результаты исследования гиалуроновой кислоты в качестве рецепторного слоя сенсора, работающего в статическом режиме (увеличение массы биослоя регистрируется на воздухе после экспонирования сенсора в растворе, содержащем катионы и последующего высушивания до постоянной массы). Аналитический сигнал «безметочного» пьезокварцевого сенсора обратно пропорционален приращению массы биослоя. В работе использовали пьезокварцевые резонаторы АТ-среза (собственная частота колебаний 10 МГц) отечественного производства с золотыми электродами диаметром 5 мм, ЗАО «ЭТНА», Россия.

Исследована зависимость качества рецепторного слоя от источника выделения и концентрации гиалуроновой кислоты и глутарового альдегида, температуры и рН среды при различных способах формирования тонких пленок (ковалентное закрепление к предварительно полученной силоксановой подложке а и кросс-связывание). Эффективность сорбции катионов и устойчивость покрытий оценивали по массе полученных пленок (m, мкг), чувствительности сенсора (Sm, Гц∙мкг-1), удельной сорбционной емкости подложки (Cуд), линейному диапазону определяемых содержаний, пределу обнаружения (ПрО), числу измерительных циклов (N) без снижения аналитического сигнала сенсора. Отмечена более высокая сорбционная активность препарата гиалуроновой кислоты, выделенной из петушиных гребней, по сравнению со стандартным образцом, что может быть связано как с особенностями природного источника, так и со степенью очистки полисахаридной фракции. Показана более высокая сорбционная активность биослоя, полученного кросс-связыванием на основе нейтрального 1% водного раствора гиалуроновой кислоты при 20о С. Такой результат может быть обусловлен получением пор различной величины и плотности в зависимости от условий формирования гидрогеля.

Оптимизированы условия выполнения анализа, обеспечивающие максимальный аналитический сигнал сенсора и полную регенерацию биослоя; оперативные характеристики сенсоров приведены в таблице.



Способ формирования биослоя

Определяемый ион

Линейный диапазон

определяемых

концентраций, мкг/мл


С min,

мкг/мл


Ковалентное

закрепление



Pb2+

0,316 – 8,330

0,265

Cd2+

0,627 - 14,25

0,593

Кросс-связывание

Pb2+

0,1562 – 10,00

0,143

Cd2+

0,316 - 16,00

0,308



ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЗОСТЕРАНА ДЛЯ АКТИВАЦИИ ЭЛЕКТРОДА ПЬЕЗОКВАРЦЕВОГО СЕНСОРА
Калмыкова Е.Н., Рогожников Н. А.

Липецкий государственный технический университет, Россия

kalmyken@stu.lipetsk.ru; veter1407@rambler.ru
Пектиновые вещества, содержащие в своем составе остатки галактуроновой кислоты, представляют собой активные полианионы, способные связывать катионы металлов за счет присутствующих карбоксильных групп, поэтому пектины применяют в качестве пищевых добавок для выведения ионов тяжелых металлов из организма.

Показана возможность применения метода пьезокварцевого микровзвешивания для изучения эффективности сорбции пектиновыми полисахаридами ионов тяжелых металлов (на примере Pb2+ и Cd2+), содержащихся в водных растворах. Возрастающий интерес исследователей к практическому применению гравиметрических углеводных сенсоров обусловлен высокой чувствительностью, экспрессностью и способностью регистрировать биохимические взаимодействия без введения меток. Аналитическим сигналом пьезокварцевого углеводного сенсора служит уменьшение частоты колебаний при увеличении массы биослоя за счет связывания полисахаридами катионов металлов, присутствующих в анализируемом растворе.

В работе использовали пьезокварцевые термостабильные резонаторы АТ-среза (собственная частота колебаний 10 МГц ±1 Гц), с золотыми и серебряными электродами диаметром 5 мм (ЗАО «ЭТНА, Россия). В качестве рецепторных молекул использовали пектиновый полисахарид – зостеран, выделенный из водорослей Японского моря, любезно предоставленный вед.н.с. Оводовой Р.Г., Институт физиологии УрО РАН, г. Сыктывкар.

Измерение массы сенсора в процессе формирования рецепторного покрытия и последующего связывания ионов Pb2+ и Cd2+ осуществляли в статическом режиме.

Изучены условия активации поверхности золотых и серебряных электродов пьезорезонаторов молекулами зостерана, ковалентно связанными с помощью глутарового альдегида с силоксановой пленкой, нанесенной на металлическую поверхность. Показано, что полученные таким образом рецепторные покрытия проявляют высокую устойчивость, при этом биослой на золотых электродах выдерживает свыше 20, а на серебряных - около 15 измерений с учетом стадии регенерации сенсора.

Исследованы факторы, влияющие на эффективность процесса сорбции-десорбции иммобилизованными углеводными макромолекулами каждого катиона, а также их смеси в различном соотношении. Установлено, что оптимальное время выдерживания сенсора в анализируемой пробе (или при нанесении капли исследуемого раствора) соответствует 10 мин, а продолжительность действия мягкого и эффективно действующего регенерирующего агента (бидистиллированная вода) не превышает 10 мин.

Показано мешающее влияние катионов Mg2+; Ca2+; Ag+; Ba2+ на оценку сорбции зостераном ионов Pb2+ и Cd2+ , поэтому необходимо их предварительное удаление из анализируемого раствора.

Линейный диапазон определяемых концентраций катионов гелем на основе зостерана соответствует 0,156÷8,330 мкг/мл и 0,312÷14,250 мкг/мл, а минимальная определяемая концентрация – 0,150 мкг/мл и 0,300 мкг/мл, для Pb2+ и Cd2+ соответственно.



СТРУКТУРА МАКРОМОЛЕКУЛ ЛИГНИНА. ПРОБЛЕМЫ И ДОСТИЖЕНИЯ
Карманов А.П.

Институт химии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар
Существует несколько гипотез о структурной организации макромолекул лигнина, который относится к разряду недостаточно изученных природных растительных полимеров. Исследования лигнинов, проведенные в последние годы, свидетельствуют об изменчивости структуры лигнинных биополимеров, которая зависит наряду с другими факторами от ботанического вида растения. В работе обсуждаются различные точки зрения на строение лигнина, в том числе новая концепция о поливариантности топологической структуры. В рамках предложенной концепции показано, что лигнины представляют собой природные гетероцепные сополимеры, структурная организация которых обусловлена закономерностями формирования диссипативных структур в открытых системах, далеких от равновесия. Представления о структуре макромолекулярных цепей лигнинов базируются на фундаментальных понятиях о скейлинге, детерминированном хаосе и фрактальности. Установлено, что основным элементом структурно-системной организации лигнина на топологическом уровне является макромолекулярный клубок – фрактал, к важнейшими свойствам которого относятся дробная размерность и скейлинг. По данным изучения растворов методами молекулярной гидродинамики установлено, что лигнины древесины хвойных пород построены из макромолекул с хаотически разветвленной структурой, которые относятся к фрактальным кластерам типа Виттена-Сандера. В противоположность этому, лигнины лиственных пород древесины относятся к универсальному классу регулярно разветвленных звездообразных полимеров. Лигнины ксилемы травянистых растений, которым свойственно чрезвычайно высокое разнообразие видов, до настоящего времени остаются малоизученными. Экспериментальные данные о скейлинговых и конформационных свойствах лигнинов семейства злаковых указывают на то, что эти лигнины относятся к классу линейных полимеров.

Высказано предположение о том, что основные структурные параметры макромолекул определяются для каждого класса лигнинов функциональностью его мономерных предшественников, условиями биосинтеза и процессами динамической самоорганизации, что является причиной поливариантности топологической структуры природных лигнинов.



ТЕМП НАКОПЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ В МИРЕ

И НЕОБХОДИМОСТЬ ИНТЕГРАТИВНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Кошкин В.М., Дженюк А.В.

Национальный политехнический университет, Харьков, Украина
За пять лет обучения в университете количество информации в любой профессии вырастает в десять раз. Полученные в университете знания устаревают. Обучение почти ничего не дает специалисту для будущей деятельности. Образование принципиально не может успевать за развитием науки и технологий. Только фундаментальные науки сохраняют основные идеи достаточно долго, и именно они составляют основание каких бы то ни было практических дисциплин. Между тем, обучение фундаментальным наукам неуклонно сворачивается, что еще больше ускорится с внедрением Болонской системы образования, направленной на приобретение не столько знаний, сколько навыков стереотипной работы. Экстенсивные методы (увеличение длительности обучения или числа учебных часов) не имеют шансов на успех. Подход как в фундаментальной, так и в специализированной составляющих образования должен быть принципиально иным. Стратегическим решением могла бы стать интегративная система преподавания фундаментальных дисциплин, принципы которой подробно описаны нами в [1,2]. Идея состоит в том, чтобы все естественные науки (физика, химия, основы биологии, науки о человеке и социуме как части Природы, важнейшие идеи философии) объединить в целостном курсе. Анализ нынешних программ по перечисленным дисциплинам показывает, что такой интегрированный курс уложится в меньшее количество учебных часов, чем сумма независимых курсов, поскольку устраняется дублирование в этих курсах. Преимущества такой системы. Прежде всего, изложение наук в едином контексте дает возможность увидеть мироздание и науку о нем, как целостную систему. Понимание взаимосвязей – возможность будущим ученым увидеть проблемы на пересечениях наук. Здесь предпосылки будущих открытий. Понимание системы наук в целом даст будущим специалистам–прикладникам возможность находить междисциплинарные аналогии. Здесь предпосылки будущих нетривиальных изобретений. Возможная программа интегративного курса естествознания изложена нами в [1]. Это – гибкая программа, которая легко может быть адаптирована как для будущих ученых, так и для будущих инженеров. Мы полагаем, что систему естествознания должен освоить каждый образованный человек. Предлагаемая система может быть адаптирована и для гуманитариев. Конечно, объемы курса варьирут от 5 семестров до 1 семестра с разным наполнением т.н. «кредитами» - по Болонской терминологии. Профессионализация начинается с 6-го или 7-го семестра. Специализация определяется несколькими обязательными дисциплинами и набором коротких, но многочисленных курсов для ознакомления с самыми современными направлениями в науках и технологиях. В [2] мы дали подробную схему такой организации высшего образования. Эта схема предлагает универсализацию образования вместо унификации выпускников, которая неизбежна, если следовать Болонской системе. Если целью образования является создание творческого человека, а не техника для стереотипной работы, то нужно максимально индивидуализировать как идеи профессоров, так и взаимодействие с будущими их преемниками в науке.
Литература

  1. В.М.Кошкин, И.В.Синельник, А.Г.Шкорбатов, Введение в естествознание, Харьков, «Факт», 2006, 150 стр.

  2. В.М.Кошкин, А.В.Дженюк, Стратегия высшего образования и будущее интеллекта Украины, в журнале «Світогляд» №6, 2008, сс.28 -37 (на украинском языке).


СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА ЛИГНИНА

ОДНОЛЕТНИХ ЗЛАКОВЫХ РАСТЕНИЙ
Кочева Л.С.

Институт химии Коми НЦ УрО РАН, г. Сыктывкар
Все возрастающий интерес к недревесному растительному сырью (НРС) как источнику не только волокнистых полуфабрикатов, но и широкого ассортимента ценных продуктов для народного хозяйства обеспечивает актуальность исследований структурной организации и свойств основных компонентов травянистых растений. Мировые ресурсы НРС оцениваются ~ в 1 млрд. тонн/год, более чем 2/3 из них приходится на солому злаковых культур. Примерно пятая часть ресурсов сосредоточена в России. До настоящего времени основные высокомолекулярные компоненты недревесных растений, особенно лигнин, остаются малоизученными. Сложность растительной материи дает импульс к привлечению новых научных подходов, в том числе основанных на современных концепциях синергетики, нелинейной динамики и теории детерминированного хаоса.

В работе реализована программа исследований различных аспектов структурной организации и свойств лигнина травянистых растений семейства злаковых (овса Avena sativa, ржи Secale sp., пшеницы Triticum sp. и ячменя Hordeum sp.). Показано, что лигнины злаковых существенным образом отличаются от древесных и являются композиционно неоднородными лигнинами гваяцилсирингилкумарового типа (GSH-тип). Соотношение мономерных единиц G:S:H оценивается как 100:80:60. Проведен фрактальный анализ макромолекул лигнинов злаковых растений и установлена их принадлежность к универсальному классу фракталов типа Микина-Кольба с линейной топологией, что также отличает их от древесных лигнинов. Проведена реконструкция динамики лигнификации на основе анализа микрофотографий лигнинных скелетов, которая показала, что лигнификация клеточных оболочек ксилемы злаков протекают в рамках динамического процесса, который был идентифицирован нами как малоразмерный странный аттрактор с числом управляющих параметров, равным 5.

Изучены физико-химические свойства лигнинов и предложены новые способы получения из НРС экологически чистых практически полезных продуктов, выполненные в соответствии с принципами «зеленой химии»: энтеросорбентов, водорастворимых антиоксидантов, сорбентов тяжелых металлов и радионуклидов, средства для промсанитарии и косметологии.

СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭНЗИМАТИЧЕСКИХ ДЕГИДРОПОЛИМЕРОВ НА ОСНОВЕ ЗАМЕЩЕННЫХ ФЕНОЛОВ
Куприянович Ю.Н., Медведева С.А.

Иркутский институт химии СО РАН, Иркутск
Различные превращения фенольных соединений, катализируемые оксидазными ферментами, лежат в основе процессов биосинтеза и биодеградации природных полифенолов. Поскольку изучение реакций подобного плана in vivo затруднено, логичным представляется моделирование процессов окисления в условиях энзиматического дегидрирования фенольных предшественников.

Нами проведено сравнительное изучение процессов окисления фенолов, моделирующих гваяцильный, сирингильный и гваяцилпропановый тип замещения ароматического кольца в присутствии ферментов лакказы и пероксидазы. На основании качественного и количественного анализа спектров ЯМР 1Н и 13С продуктов окисления можно сделать заключение о том, что конденсация исходных субстратов (гваякола, сирингина, гваяцилпропанола, эвгенола, феруловой кислоты) происходит посредством алкил-арильных и арил-арильных связей. Наиболее вероятными являются реакции С-С-сочетания ароматических атомов углерода. Это характерно для всех фенолов, не имеющих С=С-конъюгированных с ароматическим кольцом связей в боковой цепи. Регионаправленность реакции С-С-сочетания зависит от функционализации исходного фенольного субстрата. Связи Сар-О-Сар при поликонденсации реализуются преимущественно за счет фенольного гидроксила и атомов углерода ароматического кольца. Важную роль в процессе дегидрирования фенолов играет окислительная система. Экспериментально нами было показано, что лакказа как фермент, имеющий более высокий окислительный потенциал, в условиях in vitro способствует протеканию таких процессов, как деметоксилирование ароматических субстратов, окисление боковой пропановой цепи и, в ряде случаев, реакций разрыва ароматического кольца. Причиной протекания более глубоких процессов окисления под действием системы лакказа - кислород, возможно, является взаимодействие феноксильных радикалов с кислородом с образованием пероксидных соединений, которые впоследствии разрушаются, давая ряд побочных продуктов. Для гваяцилпропановых структур направление реакции зависит от степени окисленности атома Сα алифатической цепи.



ДАЛЬНЕВОСТОЧНАЯ МОЛОДЕЖНАЯ ШКОЛА ПО АКТУАЛЬНЫМ ПРОБЛЕМЕМ ХИМИИ И БИОЛОГИИ
Кусайкин М.И., Васьковский В.Е., Спиченкова Н.Е.

Тихоокеанский институт биоорганической химии ДВО РАН

Дальневосточный государственный университет
Важной стороной деятельности образовательных и научных учреждений помимо их работы, направленной на выполнение собственных задач, является то влияние, которое они оказывают на других в своем городе, регионе, стране. Создание в 1996 году ДВГУ и ТИБОХ ДВО РАН Отделения биоорганической химии и биотехнологии привело к увеличению их положительного влияния на другие вузы и НИИ, работающие в области химии, биологии и медицины. Важным средством для этого стала Дальневосточная молодежная школа по актуальным проблемам химии и биологии на Морской экспериментальной станции (МЭС) ТИБОХ ДВО РАН.

МЭС начала создаваться институтом (тогда он носил название Институт биологически активных веществ СО АН СССР) в 1966 г. благодаря поддержке председателя СО АН СССР академика М.А.Лаврентьева, чтобы обеспечивать экспериментальные работы на морских организмах, собранных в не пострадавших от антропогенного загрязнения участках моря. МЭС сыграла важнейшую роль в подготовке кадров молодых ученых для нового института. Вскоре стало понятно, что она является идеальным местом не только для экспериментальной работы, но и для проведения научных семинаров и школ. В 70-е и 80-е годы было проведено несколько таких Школ с участием ведущих ученых Москвы. Но трудности науки в конце 80-х и 90-е годы заставили прекратить Школы. О старом опыте вспомнили после создания Отделения биоорганической химии и биотехнологии и одновременном начале работы программы "Интеграция". Первая Школа прошла в 1987 году, а затем они проводились каждый год (кроме 2008, когда вместо нее на МЭС прошел международный симпозиум). С каждым годом расширялось представительство слушателей на Школе, благодаря чему, она хотя и сохранила свое название, по сути стала российской.

С 2003 г. Школа проводится как школа-конференция: помимо лекций, круглых столов и экскурсий, из которых строились программы всех предыдущих Школ, важную часть программы стали составлять устные и стендовые сообщения слушателей.

Основными задачами Школы являются стимулирование интереса студентов к науке, ознакомление слушателей с достижениями современной мировой науки в областях, лежащих на стыке химии и биологии, обучение молодежи технике участия в научных конференциях, развитие научных связей студентов и молодых ученых региона, создание и развитие формальных и неформальных творческих коллективов молодых ученых-дальневосточников, знакомство молодежи с крупными учеными России и мира.

В первые годы Школу поддерживали гранты "Интеграции", затем гранты ДВО РАН и средства из бюджета НОЦ ДВГУ. Несколько раз Школа получала через НОЦ гранты CRDF. Но фактически основную часть расходов на поддержание инфраструктуры МЭС, где проходит Школа, несет ТИБОХ ДВО РАН.

КОРА ОСИНЫ КАК ИСТОЧНИК ФЕНОЛЬНЫХ ИНГИБИТОРОВ ПОЛИМЕРИЗАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
Левчук А.А., Гоготов А.Ф.

  1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©shkola.of.by 2016
звярнуцца да адміністрацыі

    Галоўная старонка