​Российские химики совместно с коллегой из США объединили в один процесс две химические реакции с разными условиями протекания и получили реакцию, ход которой можно регулировать с помощью света. Результаты работы будут полезны для поиска новых путей получения необходимых соединений и создания «умных» материалов. Статья с описанием реакций опубликована в журнале ChemCatChem. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ) в рамках Президентской программы исследовательских проектов.

Авторы работы рассматривали две химические реакции. Первая – окислительно-восстановительная реакция на поверхности частиц оксида титана TiO2 – разложение воды и реакция с поверхностными ОН-группами. Она протекает под действием света. Вторая реакция – образование фермента трипсина, расщепляющего белки и пептиды в процессе пищеварения, из его предшественника, трипсиногена. Эта реакция протекает быстрее при наличии в среде трипсина, то есть чем дольше идет реакция, тем сильнее она ускоряется.

Обе реакции ученые проводят в гидрогеле, и они оказываются связаны за счет взаимопроникновения веществ в результате хаотичного движения атомов или молекул. Так исходные вещества, продукты и условия реакций воздействуют друг на друга. Для реакции окисления-восстановления нужен свет — его ученые направляют на гидрогель. Кроме того, излучают и трипотофановые остатки – соединения, входящие в состав трипсина. При облучении реакция на поверхности оксида титана повышает кислотность среды, что проявляется в уменьшении водородного показателя, pH. К кислотности чувствительна реакция синтеза трипсина: она наиболее интенсивна при pH=8, в более кислой среде она замедляется. Дополнительно ее затрудняет образование активных форм кислорода на диоксиде титана. Таким образом, можно управлять ходом всей реакции, меняя освещенность частиц диоксида титана.

Исследованные реакции помогают лучше понять, как регулируются сложные процессы в живых клетках. Соединяя похожим образом несколько химических реакций, можно получать управляемые системы, пригодные для синтеза различных соединений.

«Жизнь биологической клетки контролируется каскадом биохимических реакций, например, передачей импульсов по нейронным сетям, расщеплением употребляемой пищи до белков, жиров и углеводов, метаболизмом и другими. Протекающие в клетке реакции контролируют не только ее деление и рост, но и ее взаимодействие с окружающей средой, в том числе с другими клетками. Таким образом, влияя на каскад биохимических реакций, протекающих в клетке, мы может контролировать и программировать ее поведение. В свою очередь, объединение нескольких химических подсистем в единую систему является привлекательным способом разработки новых функциональных материалов для этих целей», – прокомментировала работу один из авторов статьи, профессор Университета ИТМО Екатерина Скорб.

Системы, подобные рассмотренной в статье, можно также использовать для исследования того, как реакции на поверхности наночастиц влияют на активность ферментов. Еще одно перспективное направление – оценка токсичности наночастиц для конкретного организма и изучение молекулярных механизмов, лежащих в основе токсичности.

Похожие новости

  • 08/06/2018

    Российские ученые смоделировали процесс синтеза биотоплива

    ​Российские ученые из Института химии Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) построили термодинамическую модель синтеза биотоплива для жидкой системы. Результаты исследования помогут создать более эффективные способы производства топлива из органического сырья и модифицировать известные еще с XIX века термодинамические правила.
    137
  • 23/06/2018

    Российские ученые нашли вещество, ослабляющее защиту раковых клеток

    ​Российские молекулярные биологи открыли вещество, способное "отключать" белки, мешающие химиотерапии убивать раковые клетки, и успешно проверили его работу на культурах рака прямой кишки.
    136
  • 11/05/2017

    Ученые ТПУ создают «зеленые» технологии

    ​​Ученые Томского политехнического университета вместе с коллегами из-за рубежа работают над созданием технологий в области "зеленой" химии, которые позволят заменить вредные для окружающей среды токсичные металлы на йод, рассказал журналистам завкафедрой технологии органических веществ и полимерных материалов вуза Мехман Юсубов.
    699
  • 25/04/2018

    Сотрудники ОмГТУ исследовали поведение двухкомпонентной газовой смеси при ее осаждении

    ​Сотрудники Омского государственного технического университета (ОмГТУ) построили решеточную модель и исследовали поведение двухкомпонентной газовой смеси при ее осаждении на поверхность твердого тела. Полученные данные иллюстрируют практически все возможные варианты взаимодействия молекул на плоскости и могут быть полезны для истолкования результатов специалистов в самых разных областях химической науки.
    184
  • 07/11/2017

    Химики объединились, чтобы ускорить создание новых материалов

    ​Томский государственный университет и Российский химико-технологический университет им. Д.В. Менделеева подписали соглашение о сотрудничестве. Взаимодействие двух ведущих научных центров будет направлено на разработку совместных образовательных программ и исследовательских проектов, создание уникальных химических технологий и материалов.
    349
  • 10/03/2017

    Российские ученые разработали новое вещество против вируса гриппа на основе природных соединений

    ​Ученые из Новосибирского института органической химии имени Н.Н. Ворожцова Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирского государственного университета и Научно-исследовательского института гриппа в Санкт-Петербурге разработали новый продукт широкого спектра противовирусной активности, в основе которого лежат природные соединения: терпены и терпеноиды.
    1556
  • 28/07/2017

    ТПУ будет сотрудничать с Росатомом и ведущими вузами мира

    ​​​В Томском политехническом университете идет набор в магистратуру по профилям подготовки «Химическая технология неорганических веществ и материалов» и «Машины и аппараты химических и нефтехимических производств».
    461
  • 21/09/2017

    Александр Хлунов принял участие в 3-ей Международной научной конференции Пан-Евразийского эксперимента

    ​19 сентября в МГУ имени М.В.Ломоносова состоялось открытие Международной научной конференции Пан-Евразийского эксперимента (PEEX).  В мероприятии приняли участие помощник Президента России, председатель попечительского совета РНФ Андрей Фурсенко, генеральный директор РНФ Александр Хлунов, ректор МГУ имени М.
    502
  • 04/07/2016

    Делегация СФУ на I Международной конференции по академическому превосходству

    ​Представители Сибирского федерального университета приняли участие в конференции по инициативам академического превосходства, которая проходила в Санкт-Петербурге с 30 июня по 1 июля 2016 года.  Организаторами мероприятия выступил Проектный офис программы повышения международной конкурентоспособности российских вузов.
    1512
  • 08/08/2017

    Ученые установили, что древние жители Алтая выращивали гигантских овец

    Ученые из Алтайского государственного университета (АлтГУ) совместно со специалистами из Института химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН подготовили и осуществили палеогенетические исследования костных останков овец, обнаруженных на юге Западной Сибири при раскопках археологических памятников, которые датируются с помощью радиоуглеродного метода второй половиной III – началом II тыс.
    828