CC BY
4ВОДНЫЕ РАСТВОРЫ В ФАРМАЦИИ
ДЕЙТЕРИЙ В ВОДЕ КАК РЕГУЛЯТОР КЛЕТОЧНОГО РОСТА
Зубарев Р.
Лаборатория Химии, Кафедра Медицинской Биохимии и Биофизики, Каролинский Институт, Стокгольм, Швеция [email protected]
Дейтерий, стабильный тяжелый изотоп водорода, присутствует в природной воде в концентрации 15-17 mM (130-150 ppm), т. е. более высокой, чем многие метаболиты и ионы. Биологическая роль дейтерия начала изучаться вскоре после его открытия в 1932 году [1], и к 1940 г. на эту тему было опубликовано более 200 научных работ. Были сделаны многочисленные открытия, однако некоторые впоследствии не подтвердились.
После перерыва, связанного со Второй мировой войной и режимом секретности вокруг ядерного проекта, в котором дейтерий играл немаловажную роль, публикации возобновились в 1960х годах. Особую группу составляли работы, в которых концентрация дейтерия превосходила природную не более чем в несколько раз. Обнаруженные биологические и биохимические эффекты были зачастую намного значительнее, чем ожидалось.
Так, В.И. Лобышев с коллегами нашли в 1970х гг., что в воде с 2-3 кратным превышением уровня дейтерия по сравнению с природным, некая репрезентативная биохимической реакция ускорилась на 50% [2].
В начале 1990х Г. Шомлай с коллегами подтвердили известное с 1930х годов увеличение скорости роста клеток при повышении концентрации дейтерия, и нашли замедление роста с понижением этой концентрации ниже природной [3]. Ни одна из существующих теорий не могла, однако, объяснить такие эффекты. С появлением в 2009 г. гипотезы изотопного резонанса [4,5] стало возможно предсказать эти и другие явления.
Но на молекулярном уровне роль дейтерия как регулятора клеточного роста стала понятна только недавно: регулировка роста происходит за счет изменения окислительно-восстановительного баланса в митохондриях, протонные насосы которых весьма избирательны по отношению к дейтерию [6,7].
[1] Barnes, T.C. A possible physiological effect of the heavy isotope of H in water. J Am Chem Soc 55, 4332-4333 (1933).
[2] Lobyshev, V.I., Tverdislov, V.A., Vogel, J., Iakovenko, L.V. Activation of Na,K-ATPase by small concentrations of D2O, inhibition by high concentrations. Biofizika 23, 390-391 (1978).
[3] Somlyai, G., Jancso, G., Jakli, G., Vass, K., Barna, B., Lakics, V., Gaal, T. Naturally occurring deuterium is essential for the nomal growth rate of cells. FEBS Lett 317, 1-4 (1993).
[4] Zubarev, R.A., Artemenko, K.A., Zubarev, A.R., Mayrhofer, C., Yang, H., Fung, Y.M.E. Early life relict feature in peptide mass distribution. Cent Eur J Biol 5, 190-196 (2010).
[5] Xie, X., Zubarev, R.A. Isotopic Resonance Hypothesis: Experimental Verification by Escherichia coli Growth Measurements. Sci Rep 5, 09215 (2015).
[6] Zhang, X., Gaetani, M., Chernobrovkin, A., Zubarev, R.A. Anticancer effect of deuterium depleted water - redox disbalance leads to oxidative stress, Mol. Cell. Proteomics 18, 2373-2387 (2019).
[7] Zhang, X., Wang, J., Zubarev, R. A. Slight deuterium enrichment in water acts as an antioxidant: is deuterium a cell growth regulator? Mol & Cell Proteomics 19, 1790-1804 (2020).
