CC BY
3ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ, ОБУСЛОВЛЕННЫЕ МОДИФИКАЦИЕЙ ИЗОТОПНОГО D/H СООТНОШЕНИЯ В ВОДЕ
Джимак С.С.
ФГБОУ ВО «Кубанский государственный университет» 350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149 ФГБУН ФИЦ «Южный научный центр РАН», 344006, г. Ростов-на-Дону, пр. Чехова, 41
e-mail: jimack@mail.ru
Нерадиоактивные изотопы биогенных элементов (2ШЩ, 18O/17O/16O) оказывают существенное влияние на скорость биохимических реакций, физиологические процессы, рост и развитие одноклеточных и многоклеточных организмов с различным уровнем интенсивности энергетического обмена и обмена веществ [1, 2]. Среди всех нерадиоактивных изотопов особое место занимают изотопы водорода и кислорода, которые, помимо органических и неорганических соединений, в первую очередь входят в состав воды, поскольку вода является незаменимым растворителем для всех биологических объектов, в которых протекает подавляющее большинство биохимических реакций. В связи с этим значение воды для осуществления физиологических процессов чрезвычайно велико, но оно может быть весьма разнообразным и различным для каждого из девяти ее изотопологов: 1H216O, 1HD16O, D216O, 1H217O, 1HD17O, D217O, 1H218O, 1HD18O, D218O. Некоторые из них, содержащие преимущественно более легкие изотопы, способны в определенных концентрациях оказывать стимулирующее действие на функциональную активность живых систем, другие изотопологи, в том числе преимущественно тяжелые изотопы, способны тормозить процессы жизнедеятельности, особенно при высоких концентрациях дейтерия. В ряде случаев наблюдали, что умеренные колебания концентрации дейтерия (как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения его содержания в воде) способны усиливать функциональную активность живых систем [3, 4]. В связи с этим очень важно понимать механизмы реализации изотопных эффектов и особенности регуляции обменных процессов в организме при модификации изотопного состава питьевого рациона [3]. Как известно, содержание изотопов в природной и бутилированной воде во всем мире различно в зависимости от геолокации. Поэтому различные рационы питья приводят к изменению содержания стабильных изотопов во внутренних потоках воды организма человека и животных. Также соотношение изотопов внутриклеточной воды в живых системах зависит от метаболической активности и потребления пищи. Одним из возможных механизмов долгосрочной адаптации организма к модификации изотопного D/H состава питьевого рациона является изменение динамики молекулы ДНК. Было установлено, что попадание атома дейтерия в водородные связи между парами азотистых оснований в зависимости от его локализации может приводить как к увеличению вероятности возникновения открытых состояний, так и к уменьшению [5].
[1] A.V. Syroeshkin, N.V Antipova, A.V Zlatska, I.A. Zlatskiy, M.D. Skylska, T.V. Grebennikova, V.V. Goncharuk, The effect of the deuterium depleted water on the biological activity of the eukaryotic cells, Journal of Trace Elements in Medicine and Biology, 50, pp. 629-633, (2018).
[2] V.I. Lobyshev, Biphasic response of biological objects on variation of low deuterium concentration in water, International Journal of High Dilution Research, 17(2), pp. 12-13, (2018).
[3] A.A. Basov, L.V Fedulova, M.G. Baryshev, S.S. Dzhimak, Deuterium-depleted water influence on the isotope 2H/1H regulation in body and individual adaptation, Nutrients, 11, 1903, (2019).
[4] A. Kravtsov, S. Kozin, A. Basov, E. Butina, M. Baryshev, V Malyshko, A. Moiseev, A. Elkina, S. Dzhimak, Reduction of deuterium level supports resistance of neurons to glucose deprivation and hypoxia: Study in cultures of neurons and on animals, Molecules, 27, 243, (2022).
[5] A. Basov, M. Drobotenko, A. Svidlov, E. Gerasimenko, V. Malyshko, A. Elkina, M. Baryshev, S. Dzhimak, Inequality in the Frequency of the Open States Occurrence Depends on Single 2H/1H Replacement in DNA, Molecules, 25(16), 3753, (2020).
