МЕЖДУНАРОДНЫЙ ТОМОГРАФИЧЕСКИЙ ЦЕНТР
Сибирского Отделения Российской Академии Наук
RU | EN




Основные достижения

Эффективная защита хрусталика человека от УФ излучения

Кинуренин и его производные – это молекулы с небольшой молекулярной массой, содержащиеся в хрусталике глаза человека. В водных растворах они демонстрируют эффективный и быстрый переход из оптически возбужденного состояния (S1) в основное (S0) с крайне малым выходом реакционно активных частиц, такие как триплетные состояния и радикалы. Тем самым, они выполняют функцию молекулярных УФ фильтров, предотвращая ткани глаза от фотоповреждений. Однако, до недавнего времени механизмы этой эффективной защиты оставались неизвестными.

Впервые механизмы переходов S1->S0 были изучены для кинуренина и его различных производных. Эксперименты были проведены совместно с лабораторией Prof. Eric Vauthey, University of Geneva, Switzerland. Было показано, что в случае кинуренина ключевой особенностью быстрого перехода является наличие межмолекулярных водородных связей между молекулой кинуренина и молекулами растворителя. В отсутствии межмолекулярных водородных связей кинуренин становится эффективным фотосенсибилизатором, способным фотоиндуцировать повреждения белков.

Часть продуктов термического разложения кинуренина тоже обладают быстрым переходом S1->S0, однако с другими механизмами. Например, в случае ксантуреновой кислоты, этот переход происходит за счет таутомерных преобразований с участием молекул растворителя. Дезаминированный кинуренин демонстрирует быстрый переход S1->S0, эффективность которого практически не зависит от свойств растворителя. Квантово-механические расчеты, проведенные Prof. Enrico Benassi показали, что этот переход происходит за счет конического пересечения термов возбужденного и основного состояний. Таким образом, кинуренины обладают различными механизмами трансформации энергии фотонов в тепло без инициирования фотохимических реакций.

 

Фотохимия кинуренинов

Белки хрусталика глаза не обновляются на протяжении всей жизни индивида и с возрастом накапливают различные модификации. Одним из источников таких модификаций являются реакции под действием света. Несмотря на эффективную УФ защиту, кинуренин и ряд его продуктов способны инициировать фотохимические реакции, хоть и с малым выходом. На временной шкале в несколько десятилетий эти фотоиндуцированные реакции могут давать существенный вклад в общую модификацию белков. Целью этих исследований является установление механизмов, динамики и продуктов реакций фотоиндуцированной модификации белков хрусталика.

Эксперименты были выполнены с помощью кинуреновой кислоты, одного из самых фотохимически активных продуктов распада кинуренина. Было впервые показано, что кинуреновая кислота может индуцировать две модификации, очень важные с точки зрения деградации белков – окисление аминокислотных остатков триптофана и тирозина, а также ковалентная сшивка по тем же аминокислотным остаткам. Обе эти модификации предрасполагают белки к дальнейшим модификациям, приводящим к потере водорастворимости и выпадению в осадок. Механизмы этих радикальных реакций остаются во многом неизвестными и на сегодняшний день являются основным направлением деятельности группы.

 

Динамические свойства мембран клеток хрусталика

Впервые была измерена вязкость внутри мембран клеток хрусталика при различных температурах методом флуоресцентной время-разрешенной микроскопии с использованием «молекулярных роторов» - флуоресцентных зондов, чувствительных к вязкости своего окружения. Эксперименты были проведены в лаборатории Dr Marina Kuimova, Imperial College, UK. Полученные результаты показали беспрецедентно высокую упорядоченность и самые высокие значения вязкости внутри мембран живых клеток (1000 сП при 37°С, 2100 сП при 20°С и 3500 сП при 8°С), среди изученных на сегодняшний день. Это указывает на то, что любые нарушения в структуре мембран клеток хрусталика в результате нормального старения или развития катаракты могут играть важную роль в транспорте веществ хрусталика и усугублять развитие патологических процессов внутри хрусталика.

 

Люминесценция примесно-вакансионных центров в алмазах

Впервые были получены спектры фотоэмиссионного возбуждения (идентичны спектрам оптического поглощения) для синтетических алмазов, содержащие примесно-вакансионные центры, а именно, кремний-вакансия (SiV) и германий-вакансия (GeV), при низких температурах. Сравнение со спектрами эмиссии показало наличие двух эффектов, существенно нарушающих зеркальную симметрию спектров эмиссии и возбуждения: (а) дефекта частоты и (б) ангармонических взаимодействий между примесным атомом и кристаллической решеткой алмаза в фотовозбужденном состоянии. Природа этих эффектов в настоящее остается во многом неясной, однако полученные результаты открывают обширную область для новых исследований в области физики конденсированного состояния.

 

Люминесценция кристаллов органических соединений

Подробно исследованы спектральные и фотофизические свойства кристаллических комплексов 2,1,3-бензотиадиазола и его производных с цинком, которые являются перспективными соединениями для создания новых поколений экранов и дисплеев. Полученные результаты показывают, что эмиссия фотонов преимущественно осуществляется с краев этих кристаллов, а также дефектов, образующихся при кристаллизации и присутствующих в малых количествах на поверхности кристаллов. Эти центры эмиссии обладают различными и сильно отстоящими друг от друга полосами эмиссии. Однако их одновременное излучение приводит к эмиссии в широком диапазоне, простирающемуся от ближнего УФ до ближнего ИК (так называемый «белый свет»). Разработка методов контроля за кристаллизацией этих соединений может привести к созданию соединений с контролируемой шириной спектра эмиссии.