Сайт в стадии разработки [Старая версия сайта]
Самый цитируемый биологический институт РФ *

Отдел биокинетики

Отдел биокинетики организован в 1965 г. выдающимся российским ученым, профессором, чл.-корр. АН СССР И.В. Березиным на основе всемирно известной российской школы химической кинетики, созданной лауреатом Нобелевской премии, акад. Н.Н. Семеновым, в качестве логического развития интереса ученых-химиков к биологическим объектам. И.В. Березин руководил отделом с 1965 по 1978 г., заведующие отделом в последующие годы – проф. С.Д. Варфоломеев (1978 - 2001 г.г.) и проф. В.К. Швядас (с 2001 г. по настоящее время).

Основные научные достижения отдела

Одно из приоритетных направлений - изучение кинетики и механизма действия ферментов семейства пенициллинацилаз. Для понимания механизма биокатализа, природы специфичности и стереоспецифичности действия, а также разработки новых подходов к биоинженерии ферментов внедрены методы молекулярного моделирования биокаталитических превращений. Исследованы кинетика и механизм реакций ферментативного ацильного переноса в водной среде, разработаны адекватные математические модели, позволяющие описать протекание реакций в широком диапазоне условий вплоть до высоких степеней превращения. Изучены реакции, протекающие как в гомогенном растворе, так и в гетерогенных системах "водный раствор-осадок", а также при минимальном содержании воды в реакционной смеси (твердофазные реакции). Изучена термодинамика реакций гидролиза-синтеза пенициллинов, цефалоспоринов, N-ацилированных аминов, аминокислот и их производных. Выявлены ключевые факторы, определяющие эффективность биокаталитического синтеза в водных средах. Исследованы неканонические превращения, катализируемые пенициллинацилазами и аминоацилазами. Развиты методы эффективного использования ферментов для получения физиологически активных соединений, а также в энантио- и региоселективном органическом синтезе. Достигнут существенный прогресс в развитии методов ферментативного синтеза пептидов, содержащих D-аминокислоты, при использовании ферментов для введения и снятия защитных групп в пептидном синтезе, в химикоэнзиматическом получении стереоизомерно чистых дикетопиперазинов. Созданы научные основы биокаталитических технологий синтеза новых бета-лактамных антибиотиков и получения индивидуальных энантиомеров аминосоединений. Проведены исследования механизма действия сульфатированных липидов на синтез лейкотриенов в нейтрофилах и на лейкоцит-эндотелиальные взаимодействия. Обнаружено, что сульфатированные галактоцереброзиды и сульфатированный холестерин (неопубликованные данные) являются агентами, вызывающими прикрепление нейтрофилов к коллагену и эндотелию. Исследована роль цитоскелета и динамики внутриклеточного кальция в нейтрофилах при действии на клетку сульфатированных галактоцереброзидов. Показано, что сульфатированный холестерин является агентом, вызывающим прикрепление нейтрофилов к эндотелиальным клеткам, активацию продукции супероксида в клетках, а также влияет на синтез лейкотриенов в нейтрофилах и при взаимодействии нейтрофилов с эндотелием и белками экстраклеточного матрикса. Предполагается, что сульфатированные липиды являются активными эндогенными регуляторами клеточного синтеза лейкотриенов, и что важным звеном такой регуляции является клеточная адгезия. Изучен синтез простагландинов и циклопентеноновых простагландинов, выброс арахидоновой и докозагексаеновой кислот при стимуляции астроцитов (глиальные клетки мозга) провоспалительными веществами (интерлейкин 1, фактор некроза опухоли альфа, тромбин, АТР, липополисахарид). Показано, что в регуляции синтеза простаноидов на астроцитах ключевая роль принадлежит докозагексаеновой кислоте, которая предотвращает синтез простаноидов даже на фоне значительной индукции простагландин Н синтазы. Впервые показано, что кальций независимая форма фосфолипазы А2, которая высвобождает докозагексаеновую кислоту из фосфолипидов мембран астроцитов, участвует в развитии воспалительных ответов клеток. Этот фермент предложено использовать для целевого поиска новых подходов к терапии воспалительных процессов в центральной нервной системе. Показано также, что циклопентеноновые простагландины группы А2 и группы Ж2 (15d-PGJ2) эффективно блокируют пролиферацию нормальных и трансформированных астроцитов, что может быть использовано при лечении астроцитозов, сопровождающих воспалительные процессы, и, возможно, ряда опухолевых заболеваний мозга. Проводятся исследования по выяснению механизма действия циклопентеноновых простагландинов и причин их различия во влиянии на первичные и трансформированные клетки. Научные достижения отдела отмечены: Ленинской премией 1982 г. (И.В. Березин, К. Мартинек), Государственными премиями 1984 г. (В.К. Швядас), 1984 г. (С.Д. Варфоломеев, А.А. Клесов), Премиями Ленинского Комсомола 1986 г. (П.В. Вржещ), 1988 г. (И.Н. Курочкин, Н.В. Породенко, М.Г. Сергеева), Премией Европейской академии для молодых ученых 2002 г. (М.И. Юшко).

Историческая справка

Основные результаты за сорок лет работы отдела достигнуты в изучении физико-химических основ биокатализа, специфичности, стереоспецифичности и хемоселективности ферментативных реакций, создании методов стабилизации и превращения ферментов в технологичные катализаторы, разработке научных основ инженерной энзимологии, создании и внедрении в медицинскую промышленность первых в стране промышленных процессов на основе иммобилизованных ферментов, разработке научных основ конверсии энергии биокаталитическими системами, открытии явления биоэлектрокатализа (открытие № 311 «Свойство ферментов участвовать в переносе электронов - биоэлектрокатализ»), исследовании биосинтеза и регуляторной роли простагландинов и лейкотриенов в животных клетках. Результаты исследований, выполненных в отделе биокинетики, вошли в циклы работ, отмеченых Ленинской премией в 1982 г. (И.В. Березин, К. Мартинек), двумя Государственными премиями СССР в 1984 г. (С.Д. Варфоломеев, А.А. Клесов и В.К. Швядас), а также рядом премий для молодых ученых. Создана всемирно известная научная школа, воспитанники которой успешно продолжают фундаментальные и прикладные исследования в как в России (С.Д. Варфоломеев, В.К. Швядас, Г.Ф. Судьина, А.Т. Варфоломеева, П.В. Вржещ, М.Г. Сергеева, Н.Ф. Казанская, А.В. Левашов, Н.И. Ларионова, С.О. Бачурин, А.П. Синицын, С.В. Калюжный, И.Н. Курочкин, А.В. Максименко, А.А. Карякин, С.С.Кормер, Д.А.Мироненко, Э.А.Колованов и др.), так и за рубежом: США (А.М. Клибанов, А.А. Клесов, А.Л. Марголин, А.М. Блинковский, М.Ю. Гололобов, О.Л. Барский, О.К. Мирзоева, В.В. Верхуша, М.М.Вешторт, М.В.Виноградова, А.В.Чельцов), Мексике (А.К. Яцимирский, А.Д. Варфоломеева), Швеции (С.В. Зайцев, И.Ю. Галаев, А.Е.Иванов), Канаде (А.В.Пшежецкий), ФРГ (В.Кошке), Литве (А.А.Пятраускас, Р.И.Диджяпетрис, Р.А.Паулюконис) и ряде других стран. Одной из отличительных характеристик отдела биокинетики является систематическая активная работа со студентами и аспирантами, его популярность среди молодежи. За последние годы в отделе выросли талантливые молодые ученые (М.И. Юшко, Д.Т. Гуранда, Г.Г. Чилов, Т.А. Щербакова, и др.), которые наряду с успешным проведением собственных исследований плодотворно работают с новым поколением студентов, интересующихся биокинетикой и биокатализом.

Международное сотрудничество

Отдел биокинетики ведет активное международное сотрудничество с Университетами Делфта и Гронингена (Нидерланды), Лундским университетом (Швеция), Королевским техническим университетом Стокгольма (Швеция), Университетом Отто-фон-Герике, г. Магдебург и Университетом г. Констанца (ФРГ), Мичиганским университетом (США), Институтом нефтехимии и биоорганической химии Украинской академии наук (Киев), а также с научными учреждениями России: кафедрой химической энзимологии химического факультета МГУ, факультетом биоинженерии и биоинформатики МГУ, НИВЦ МГУ, Институтом генетики и селекции промышленных микроорганизмов (Москва), Институтом элементоорганических соединений РАН (Москва), Институтом физиологически активных веществ РАН (Черноголовка).

Грантовая поддержка

Исследования поддержаны рядом грантов РФФИ, в т.ч. РФФИ-ГФЕН, Федеральной целевой научно-технической программой "Новейшие методы биоинженерии", Федеральной целевой программой "Интеграция науки и высшего образования", Междисциплинарным проектом МГУ, программами "Университеты России", INTAS.

Подразделения отдела

Все сотрудники отдела

Штатные сотрудники

Все статьи
  1. Shalaeva D.N., Galperin M.Y., Mulkidjanian A.Y. (2015) Eukaryotic G protein-coupled receptors as descendants of prokaryotic sodium-translocating rhodopsins. Biol. Direct, 10: . >>

  2. Mkrtchyan G., Aleshin V., Parkhomenko Y., Kaehne T., Di Salvo M.L., Parroni A., Contestabile R., Vovk A., Bettendorff L., Bunik V. (2015) Molecular mechanisms of the non-coenzyme action of thiamin in brain: biochemical, structural and pathway analysis. Sci Rep, 5: . >>

  3. Shalaeva D.N., Dibrova D.V., Galperin M.Y., Mulkidjanian A.Y. (2015) Modeling of interaction between cytochrome c and the WD domains of Apaf-1: bifurcated salt bridges underlying apoptosome assembly. Biol. Direct, 10: . >>

  4. Galkina S.I., Fedorova N.V., Serebryakova M.V., Arifulin E.A., Stadnichuk V.I., Gaponova T.V., Baratova L.A., Sud'ina G.F. (2015) Inhibition of the GTPase dynamin or actin depolymerisation initiates outward plasma membrane tubulation/vesiculation (cytoneme formation) in neutrophils. Biol. Cell, 107 (5): 144-158. >>

  5. Akparov V.K., Timofeev V.I., Khaliullin I.G., Svedas V., Chestukhina G.G., Kuranova I.P. (2015) Structural insights into the broad substrate specificity of carboxypeptidase T from Thermoactinomyces vulgaris. FEBS J., 282 (7): 1214-1224. >>

  6. Diaz-Munoz M.D., Bell S.E., Fairfax K., Monzon-Casanova E., Cunningham A.F., Gonzalez-Porta M., Andrews S.R., Bunik V.I., Zarnack K., Curk T., Heggermont W.A., Heymans S., Gibson G.E., Kontoyiannis D.L., Ule J., Turner M. (2015) The RNA-binding protein HuR is essential for the B cell antibody response. Nat. Immunol., 16 (4): 415-425. >>

  7. Shcherbakova T.A., Panin N.V., Suplatov D.A., Shapovalova I.V., Svedas V.K. (2015) The beta D484N mutant of penicillin acylase from Escherichia coli is more resistant to inactivation by substrates and can effectively perform peptide synthesis in aqueous medium. J. Mol. Catal. B-Enzym., 112: 66-68. >>

  8. Grigorenko B.L., Khrenova M.G., Nilov D.K., Nemukhin A.V., Svedas V.K. (2014) Catalytic Cycle of Penicillin Acylase from Escherichia coli: QM/MM Modeling of Chemical Transformations in the Enzyme Active Site upon Penicillin G Hydrolysis. ACS Catal., 4 (8): 2521-2529. >>

  9. Quinlan C.L., Goncalves R.L.S, Hey-Mogensen M., Yadava N., Bunik V.I., Brand M.D. (2014) The 2-Oxoacid Dehydrogenase Complexes in Mitochondria Can Produce Superoxide/Hydrogen Peroxide at Much Higher Rates Than Complex I. J. Biol. Chem., 289 (12): 8312-8325. >>

  10. Bunik V.I., Tylicki A., Lukashev N.V. (2013) Thiamin diphosphate-dependent enzymes: from enzymology to metabolic regulation, drug design and disease models. FEBS J., 280 (24): 6412-6442. >>

  11. Bunik V.I. (2013) Thiamin-dependent enzymes: new perspectives from the interface between chemistry and biology. FEBS J., 280 (24): 6373-6373. >>

  12. Galkina S.I., Fedorova N.V., Stadnichuk V.I., Sud'ina G.F. (2013) Membrane tubulovesicular extensions (cytonemes) Secretory and adhesive cellular organelles. Celll Adhes. Migr., 7 (2): 174-186. >>

  13. Araujo W.L., Trofimova L., Mkrtchyan G., Steinhauser D., Krall L., Graf A., Fernie A.R., Bunik V.I. (2013) On the role of the mitochondrial 2-oxoglutarate dehydrogenase complex in amino acid metabolism. Amino Acids, 44 (2): 683-700. >>

  14. Graf A., Trofimova L., Loshinskaja A., Mkrtchyan G., Strokina A., Lovat M., Tylicky A., Strumilo S., Bettendorff L., Bunik V.I. (2013) Up-regulation of 2-oxoglutarate dehydrogenase as a stress response. Int. J. Biochem. Cell Biol., 45 (1): 175-189. >>

  15. Novikov F.N., Stroganov O.V., Khaliullin I.G., Panin N.V., Shapovalova I.V., Chilov G.G., Svedas V.K. (2013) Molecular modeling of different substrate-binding modes and their role in penicillin acylase catalysis. FEBS J., 280 (1): 115-126. >>

  16. Suplatov D.A., Besenmatter W., Svedas V.K., Svendsen A. (2012) Bioinformatic analysis of alpha/beta-hydrolase fold enzymes reveals subfamily-specific positions responsible for discrimination of amidase and lipase activities. Protein Eng. Des. Sel., 25 (11): 689-697. >>

  17. Galkina S.I., Fedorova N.V., Serebryakova M.V., Romanova J.M., Golyshev S.A., Stadnichuk V.I., Baratova L.A., Sud'ina G.F., Klein T. (2012) Proteome analysis identified human neutrophil membrane tubulovesicular extensions (cytonemes, membrane tethers) as bactericide trafficking. Biochim. Biophys. Acta-Gen. Subj., 1820 (11): 1705-1714. >>

  18. Romanova N.N., Rybalko I.I., Tallo T.G., Zyk N.V., Svedas V.K. (2012) Synthesis of Schiff bases from 3-amino-3-arylpropionic acid esters in aqueous medium. Russ. J. Organ. Chem., 48 (6): 860-863. >>

  19. Guranda D.T., Ushakov G.A., Yolkin P.G., Svedas V.K. (2012) Thermodynamics of phenylacetamides synthesis: Linear free energy relationship with the pK of amine. J. Mol. Catal. B-Enzym., 74 (1): 48-53. >>

  20. Golenkina E.A., Galkina S.I., Romanova J.M., Lazarenko M.I., Sud'ina G.F. (2011) Involvement of red blood cells in the regulation of leukotriene synthesis in polymorphonuclear leucocytes upon interaction with Salmonella Typhimurium. Apmis, 119 (9): 635-642.

  21. Parkhomenko Y.M., Kudryavtsev P.A., Pylypchuk S.Y., Chekhivska L.I., Stepanenko S.P., Sergiichuk A.A., Bunik V.I. (2011) Chronic alcoholism in rats induces a compensatory response, preserving brain thiamine diphosphate, but the brain 2-oxo acid dehydrogenases are inactivated despite unchanged coenzyme levels. Journal of Neurochemistry, 117 (6): 1055-1065.

  22. Zakharenko A.L., Sukhanova M.V., Khodyreva S.N., Novikov F.N., Stroylov V.S., Nilov D.K., Chilov G.G., Svedas V.K., Lavrik O.I. (2011) Improved procedure of the search for poly(ADP-Ribose) polymerase-1 potential inhibitors with the use of the molecular docking approach. Molecular Biology, 45 (3): 517-521.

  23. Nilov D.K., Shabalin I.G., Popov V.O., Svedas V.K. (2011) Investigation of Formate Transport through the Substrate Channel of Formate Dehydrogenase by Steered Molecular Dynamics Simulations. Biochemistry-Moscow, 76 (2): 172-174.

  24. Bunik V.I. (2011) Metabolic Networking through Enzymatic Sensing, Signaling and Response to Homeostatic Fluctuations. Cellular Networks - Positioning, Performance Analysis, Reliability, Agassi Melikov (Ed.), : 377-405. >>

  25. Bunik V.I., Schloss J.V., Pinto J.T., Dudareva N., Cooper A.J. (2011) A survey of oxidative paracatalytic reactions catalyzed by enzymes that generate carbanionic intermediates: implications for ROS production, cancer etiology, and neurodegenerative diseases. Adv Enzymol Relat Areas Mol Biol, 77: 307-60.

  26. Tylicki A., Bunik V.I., Strumiеlo S. (2011) 2-Oxoglutarate dehydrogenase complex and its multipoint control. Postepy Biochem, 57 (3): 304-13.

  27. Chernorizov K.A., Elkina J.L., Semenyuk P.I., Svedas V.K., Muronetz V.I. (2010) Novel Inhibitors of Glyceraldehyde-3-phosphate Dehydrogenase: Covalent Modification of NAD-Binding Site by Aromatic Thiols. Biochemistry-Moscow, 75 (12): 1444-1449.

  28. Sokolov A.V., Golenkina E.A., Kostevich V.A., Vasilyev V.B., Sud'ina G.F. (2010) Interaction of Ceruloplasmin and 5-Lipoxygenase. Biochemistry-Moscow, 75 (12): 1464-1469.

  29. Trofimova L., Lovat M., Groznaya A., Efimova E., Dunaeva T., Maslova M., Graf A., Bunik V. (2010) Behavioral impact of the regulation of the brain 2-oxoglutarate dehydrogenase complex by synthetic phosphonate analog of 2-oxoglutarate: implications into the role of the complex in neurodegenerative diseases. Int J Alzheimers Dis, 2010: 749061.

  30. Zagryazhskaya A.N., Lindner S.C., Grishina Z.V., Galkina S.I., Steinhilber D., Sud'ina G.F. (2010) Nitric oxide mediates distinct effects of various LPS chemotypes on phagocytosis and leukotriene synthesis in human neutrophils. Cell Biology, 42 (6): 921-931.

More articles