Магнитный изотоп магния — ²⁵Mg ускоряет реакцию гидролиза АТФ миозином
Из трех стабильных изотопов магния — ²⁴Mg, ²⁵Mg и ²⁶Mg (природное соотношение приблизительно 79, 10 и 11% соответственно), только ²⁵Mg является магнитным изотопом (имеет ядерный спин I = 5/2), в то время как ²⁴Mg и ²⁶Mg — немагнитные изотопы (ядерный спин I = 0). Показано, что магнитный изотоп 25Mg...
Saved in:
| Published in: | Доповіді НАН України |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86805 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Магнитный изотоп магния — ²⁵Mg ускоряет реакцию гидролиза АТФ миозином / В.К. Кольтовер, Р.Д. Лабынцева, А.А. Люлько, В.К. Карандашев, С.А. Костерин // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 1. — С. 160–167. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859589781931950080 |
|---|---|
| author | Кольтовер, В.К. Лабынцева, Р.Д. Люлько, А.А. Карандашев, В.К. Костерин, С.А. |
| author_facet | Кольтовер, В.К. Лабынцева, Р.Д. Люлько, А.А. Карандашев, В.К. Костерин, С.А. |
| citation_txt | Магнитный изотоп магния — ²⁵Mg ускоряет реакцию гидролиза АТФ миозином / В.К. Кольтовер, Р.Д. Лабынцева, А.А. Люлько, В.К. Карандашев, С.А. Костерин // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 1. — С. 160–167. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Доповіді НАН України |
| description | Из трех стабильных изотопов магния — ²⁴Mg, ²⁵Mg и ²⁶Mg (природное соотношение
приблизительно 79, 10 и 11% соответственно), только ²⁵Mg является магнитным изотопом (имеет ядерный спин I = 5/2), в то время как ²⁴Mg и ²⁶Mg — немагнитные изотопы (ядерный спин I = 0). Показано, что магнитный изотоп 25Mg в сравнении с немагнитными изотопами ²⁴Mg и ²⁶Mg существенно активирует (в 2–2,5 раза) реакцию
ферментативного гидролиза АТФ миозином, полученным из гладкой мышцы матки.
Каталитический эффект ядерного спина ²⁵Mg наблюдается при обычной физиологической концентрации MgCl₂ — 5мM. Таким образом, впервые получен документированный магнитный изотопный эффект в ферментативном катализе гидролиза АТФ миозином.
З трьох стабiльних iзотопiв магнiю — ²⁴Mg, ²⁵Mg та ²⁶Mg (природне спiввiдношення приблизно 79, 10 та 11% вiдповiдно), тiльки ²⁵Mg є магнiтним iзотопом (має ядерний спiн
I = 5/2), тодi як ²⁴Mg і ²⁶Mg — немагнiтнi iзотопи (ядерний спiн I = 0). Показано, що магнiтний iзотоп ²⁵Mg порiвняно з немагнiтними iзотопами ²⁴Mg та ²⁶Mg iстотно активує
(в 2–2,5 раза) реакцiю ензиматичниого гiдролiзу АТФ мiозином, одержаним з гладенького
м’яза матки. Каталiтичний ефект ядерного спiна ²⁵Mg спостерiгається при звичайнiй фiзiологiчнiй концентрацiї MgCl₂ — 5мM. Таким чином, вперше одержано документований магнiтний iзотопний ефект у ферментативному каталiзi гiдролiзу АТФ мiозином.
Among three stable magnesium isotopes ²⁴Mg, ²⁵Mg, and ²⁶Mg with natural abundance 79, 10,
and 11%, only ²⁵Mg has the nuclear spin (I = 5/2) and, therefore, the nuclear magnetic moment.
Two other isotopes, ²⁴Mg and ²⁶Mg, are spinless (I = 0) and, hence, have no magnetic moment.
In this work, we have revealed that magnetic isotope ²⁵Mg, by comparison to nonmagnetic isotopes
²⁴Mg and ²⁶Mg, essentially stimulates, by 2–2.5 times, the enzyme АТP hydrolysis reaction catalyzed by myosin isolated from smooth muscles of uterus. The catalytic effect of the nuclear spin of
²⁵Mg has been observed at the usual physiological concentrations of MgCl₂, at 5 mM. Thus, we
have, for the first time, documented the magnetic isotope effect in the enzyme hydrolysis of АТP by myosin.
|
| first_indexed | 2025-11-27T13:53:18Z |
| format | Article |
| fulltext |
оповiдi
НАЦIОНАЛЬНОЇ
АКАДЕМIЇ НАУК
УКРАЇНИ
1 • 2014
БIОХIМIЯ
УДК 544.34;544.45;544.47;577.15;577.34
В.К. Кольтовер, Р.Д. Лабынцева, А.А. Люлько,
В.К. Карандашев, член-корреспондент НАН Украины С. А. Костерин
Магнитный изотоп магния — 25Mg ускоряет реакцию
гидролиза АТФ миозином
Из трех стабильных изотопов магния — 24Mg, 25Mg и 26Mg (природное соотношение
приблизительно 79, 10 и 11% соответственно), только 25Mg является магнитным изо-
топом (имеет ядерный спин I = 5/2), в то время как 24Mg и 26Mg — немагнитные изо-
топы (ядерный спин I = 0). Показано, что магнитный изотоп 25Mg в сравнении с не-
магнитными изотопами 24Mg и 26Mg существенно активирует (в 2–2,5 раза) реакцию
ферментативного гидролиза АТФ миозином, полученным из гладкой мышцы матки.
Каталитический эффект ядерного спина 25Mg наблюдается при обычной физиологичес-
кой концентрации MgCl2 — 5мM. Таким образом, впервые получен документированный
магнитный изотопный эффект в ферментативном катализе гидролиза АТФ миозином.
Атомы многих химических элементов, из которых построены биологические молекулы
и клеточные структуры, имеют магнитные и немагнитные стабильные изотопы. В отличие
от немагнитного изотопа, атомное ядро магнитного изотопа имеет ядерный спин, создаю-
щий магнитное поле. Например, из трех стабильных изотопов магния — 24Mg, 25Mg и 26Mg,
природное соотношение которых составляет приблизительно 79, 10 и 11%, 25Mg является
магнитным изотопом (ядерный спин I = 5/2), тогда как 24Mg и 26Mg — немагнитные изо-
топы (ядерный спин I = 0) [1]. Недавно было обнаружено, что магнитный и немагнитные
изотопы Mg различаются по своему воздействию на живые клетки [2–5]. Так, оказалось, что
клетки дрожжей Saccharomyces cerevisiae, обогащенные магнитным изотопом 25Mg, после
облучения коротковолновым УФ светом восстанавливаются существенно эффективнее, чем
клетки, обогащенные немагнитным изотопом 24Mg [2, 3]. В экспериментах с другой обще-
принятой клеточной моделью — бактериями Escherichia coli, было установлено, что клетки,
пересаженные в новую среду роста, существенно быстрее адаптируются к этой среде, если
она содержит магнитный изотоп 25Mg, по сравнению с адаптацией к среде, содержащей
немагнитные изотопы 24Mg или 26Mg [4, 5]. Очевидно, что для ответа на вопрос, каким
© В. К. Кольтовер, Р.Д. Лабынцева, А.А. Люлько, В. К. Карандашев, С. А. Костерин, 2014
160 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №1
образом магнитное поле атомного ядра влияет на жизнеспособность клетки, необходимы,
в частности, эксперименты с изолированными ферментами.
Общеизвестно, что катион Mg (Mg2+) — обязательный кофактор ферментов синтеза
и гидролиза ATФ, он также выполняет регуляторные функции в случае других клеточ-
ных процессов [6]. Один из важнейших и наиболее изученных “молекулярных моторов”
биоэнергетики — мышечный белок миозин. Этот фермент, осуществляя гидролиз концевой
фосфатной связи в молекуле ATФ, использует освобождаемую энергию для осуществления
мышечного сокращения, причем ATФазная активность миозина облигатно зависит от нали-
чия ионов Mg [7], необходимых для связывания АТФ в активном центре фермента, а также
играющих существенную роль в катализе гидролиза АТФ.
Мы изучили влияние катионов магнитного изотопа (25Mg) и немагнитных изотопов
(24Mg, 26Mg) магния на Mg2+-зависимую АТФ-гидролазную активность каталитического
фрагмента (субфрагмента-1) миозина, изолированного из миометрия, и впервые обнару-
жили магнитно-изотопный эффект в катализируемой им реакции гидролиза АТФ.
Биохимические исследования проводили в Институте биохимии им. А.В. Палладина
НАН Украины. Препарат субфрагмента-1 миозина получали из клеток гладкой мышцы
матки свиньи по методике A.G. Weeds, R. S. Teylor [8] с модификациями, описанными
в работе [9]. Субфрагмент-1 идентифицировали по молекулярной массе (около 100 тыс.
кДа) [10], величине среднего гидродинамического диаметра (22 нм) (метод фотон-корреля-
ционной спектроскопии с применением лазерного корреляционного спектрометра “Malvern
Instruments “ZetaSizer-3” (Великобритания), оснащенного He-Ne лазером ЛГН-111 (мощ-
ность 25 мВт, λ = 633 нм) [11], удельная АТФ-гидролазная активность составляла 50–
70 мкмоль Pi за 1 мин на 1 мг белка. АТФазную активность определяли при 37 ◦С в среде
инкубации (объем 1 мл), содержащей (мМ): 20 трис-буфер (pH 7,2), 100 КCl, 0,01 CaCl2,
5 MgCl2, 4 АТФ; концентрация субфрагмента-1 миозина в среде инкубации составляла
20 мкг/мл, время инкубации — 1 мин. Контролем на неферментативный гидролиз АТФ слу-
жили пробы, содержавшие все компоненты среды инкубации, за исключением препарата
ферментативного белка. Количество неорганического фосфата Pi, отщепленного от нуклео-
зидтрифосфата в ходе реакции гидролиза АТФ, определяли методом Fiscke & Subbarow
в модификации P. S. Chen [12]. Статистический анализ результатов проводили стандар-
тными методами с помощью программного обеспечения “MS Offiсe” и “Statistica 4.5”.
В экспериментах использовали оксиды магния 24MgO, 25MgO и 26MgO с изотопным обо-
гащением 99,8, 98,8 и 97,7 атом. % соответственно производства комбината “Электрохим-
прибор”, Россия. Из этих оксидов по стандартной методике были приготовлены растворы
хлоридов магния 24MgCl2,
25MgCl2 и 26MgCl2 в концентрации 100 мМ каждый. Элементный
и изотопный состав растворов хлоридов магния и среды для определения АТФазной актив-
ности определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой с исполь-
зованием квадрупольного масс-спектрометра X-7 (“Thermo Scienctific”, США).
Результаты экспериментов по влиянию различных изотопов магния — магнитного изото-
па 25Mg и немагнитных изотопов 24Mg и 26Mg — на АТФазную активность субфрагмента-1
миозина миометрия представлены на рис. 1. Субфрагмент-1 миозина считается достаточ-
ной функциональной единицей миозина, поскольку в изолированном виде сохраняет все
его нативные свойства, а именно — АТФазную активность и способность взаимодейство-
вать с актином [7–10].
Были выполнены три серии независимых экспериментов с тремя препаратами фермен-
та, выделенными в разное время из трех разных животных (общее количество экспери-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №1 161
Рис. 1. АТФазная активность субфрагмента-1 миозина в присутствии различных изотопов магния (5 мМ
24MgCl2, 5 мM 25MgCl2 или 5 мM 26
MgCl2) (M ±m, n = 10). За 100% принимали значение ферментативной
активности в присутствии 5 мМ MgCl2 природного изотопного состава, производства “Merck” (контроль).
Отличия средних значений активности в опытах с 25
Mg (магнитный изотоп) по сравнению с полученными
данными в опытах с 24
Mg и 26
Mg (немагнитные изотопы) и контролем статистически достоверны, P < 0,01
ментов n = 10). Несмотря на вариабельность средних значений АТФазной активности от
одной экспериментальной серии к другой, во всех сериях наблюдались одни и те же изо-
топные эффекты. А именно, в каждой из независимых экспериментальных серий опытов
активность фермента в присутствии магнитного изотопа 25Mg оказалась в 2–2,5 раза выше,
чем активность того же фермента в присутствии немагнитных изотопов 24Mg и 26Mg или
обычной природной смеси изотопов магния. При этом не обнаружено существенных разли-
чий в АТФ-гидролазной активности в случае использования немагнитных изотопов 24Mg
и 26Mg. Важно также подчеркнуть, что эффект наблюдается при стандартных, физиоло-
гических концентрациях хлоридов магния (5 мM).
Можно было бы предположить, что причиной различий в АТФазной активности суб-
фрагмента-1 миозина в присутствии магнитного изотопа 25Mg и немагнитных изотопов
24Mg и 26Mg является различие в содержании примесей каких-либо посторонних элементов,
поступающих с хлоридами разных изотопов магния в реакционную среду. Однако такого
рода артефакты, вызванные примесями, мало вероятны. Согласно данным масс-спектро-
метрии, содержание примесей в базовых растворах хлорида магния не превышало одного
микромоля на литр, а содержание таких элементов, как литий, бериллий, ванадий, хром,
марганец, кобальт, молибден, ртуть, редкоземельные элементы и ураниты, не превышало
нескольких наномолей на литр или было даже ниже порога определения (табл. 1). Из табл. 1
можно видеть также, что 25MgCl2 и 26MgCl2 содержат, например, одинаковые количества
примеси свинца, тогда как 24MgCl2 содержит этой примеси в 5 раз меньше. Между тем по
влиянию на активность фермента изотопы 24Mg и 26Mg не отличаются один от другого,
тогда как эффект 25Mg вдвое больше, чем у немагнитных изотопов. По тем же причи-
нам можно игнорировать и другие примеси. Более того, следует принять во внимание, что
исходные (базовые) растворы хлорида магния, концентрации 100 мМ каждый, разбавлялись
в 20 раз для получения конечной концентрации хлорида магния — 5 мМ, в среде инкубации
для определения АТФазной активности. Соответственно, количество примесей, поступав-
ших в эту среду с добавками изотопов магния, было существенно меньше, чем количество
тех же примесей, поступавших в эту же среду из других реактивов. Так, например, согласно
162 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №1
Таблица 1. Элементный состав примесей в среде для определения АТФазной активности (данные масс-спе-
ктрометрии с использованием квадрупольного масс-спектрометра X-7 (“Thermo Scientific”, США)
Элемент
Порог
определения
(ПО), мкг/л
Исходный раствор
(до введения хлорида
магния), мкг/л
Добавка из раствора
24
MgCl2,
мкг/л
25
MgCl2,
мкг/л
26
MgCl2,
мкг/л
1 2 3 4 5 6
Li 0,009 0,67 0,0274 0,0258 0,0487
Be 0,002 <ПО <ПО 0,0127 0,0088
B 1 12 4,5 7,0 5,3
Na 18 173000 9 25,4 49,2
Al 1 74 3,1 2,4 18,0
Si 46 <ПО <ПО <ПО <ПО
P 36 275000 <ПО <ПО <ПО
S 56 <ПО <ПО <ПО <ПО
K 19 6166000 <ПО <ПО 12,8
Ca 14 12600 27,5 300 162
Sc 0,1 <ПО <ПО <ПО <ПО
Ti 1 <ПО <ПО <ПО <ПО
V 0,1 <ПО <ПО <ПО <ПО
Cr 1 64 <ПО <ПО <ПО
Mn 0,1 15 4,4 3,6 39
Fe 15 260 <ПО <ПО 10,2
Co 0,1 <ПО <ПО <ПО 0,28
Ni 0,6 23 <ПО 0,36 <ПО
Cu 0,2 8 3,1 1,0 12,1
Zn 0,4 130 4,2 1,8 3,0
Ga 0,1 <ПО <ПО <ПО <ПО
Ge 0,1 <ПО <ПО <ПО <ПО
As 0,1 <ПО <ПО <ПО <ПО
Se 0,5 <ПО <ПО <ПО <ПО
Br 14 3500 <ПО <ПО <ПО
Rb 0,013 123 0,0203 0,0170 0,0204
Sr 0,1 30 0,32 1,6 0,29
Y 0,006 <ПО <ПО <ПО 0,0079
Zr 0,014 <ПО 0,0319 0,0484 0,856
Nb 0,008 <ПО <ПО <ПО <ПО
Mo 0,016 50,0 0,0532 0,0456 0,0284
Ru 0,011 <ПО <ПО <ПО <ПО
Rh 0,008 <ПО <ПО <ПО <ПО
Pd 0,012 <ПО <ПО <ПО <ПО
Ag 0,004 <ПО 0,0059 0,0073 0,0043
Cd 0,007 0,45 0,0433 1,03 0,414
In 0,002 <ПО <ПО <ПО <ПО
Sn 0,017 0,44 0,0569 0,0532 0,0587
Sb 0,007 0,48 0,0600 0,0467 0,0258
Te 0,008 <ПО <ПО <ПО <ПО
Cs 0,001 0,033 <ПО <ПО <ПО
Ba 0,05 11 0,0009 0,0017 0,0145
La 0,004 <ПО 0,0050 <ПО 0,436
Ce 0,003 <ПО 0,0044 <ПО 0,0530
Pr 0,0005 <ПО 0,0005 <ПО 0,0037
Nd 0,002 <ПО 0,002 0,002 0,030
Sm 0,002 <ПО 0,002 <ПО 0,0150
Eu 0,0004 <ПО <ПО 0,00085 0,189
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №1 163
Таблица 1. Продолжение
1 2 3 4 5 6
Gd 0,0007 <ПО 0,0025 0,0061 0,0154
Tb 0,0001 <ПО 0,00028 0,0020 0,00040
Dy 0,0007 <ПО 0,0012 0,0041 0,0092
Ho 0,0001 <ПО <ПО 0,0041 0,00019
Er 0,0003 <ПО 0,00092 0,0052 0,0151
Tm 0,0004 <ПО <ПО 0,0067 <ПО
Yb 0,0004 <ПО 0,00064 0,0056 0,0048
Lu 0,0002 <ПО 0,0074 0,0082 0,354
Hf 0,003 <ПО 0,0033 0,0128 <ПО
Ta 0,008 <ПО <ПО <ПО <ПО
W 0,006 0,29 0,0083 0,0170 <ПО
Re 0,001 <ПО <ПО 0,0056 <ПО
Os 0,001 <ПО <ПО <ПО <ПО
Ir 0,001 <ПО 0,0017 0,0018 0,0134
Pt 0,001 <ПО 0,334 0,0575 0,741
Au 0,006 <ПО 0,0332 0,0289 0,0254
Hg 0,02 <ПО <ПО <ПО <ПО
Tl 0,001 <ПО 0,118 0,0245 0,0560
Pb 0,03 43 0,2 1,2 1,0
Bi 0,002 <ПО <ПО 0,0080 0,0019
Th 0,004 <ПО <ПО <ПО <ПО
U 0,001 <ПО <ПО 0,0052 0,0011
данным табл. 1, “добавки” кальция, цинка и свинца из базовых растворов хлорида магния
не превышали 2–3% количества этих элементов, уже содержавшихся в реакционной среде.
Интересно отметить, что в экспериментах, проведенных с другими Mg2+-зависимыми
АТФ-гидролазами и выполненных на фракции плазматических мембран клеток миометрия
(транспортные Na+, K+-АТФаза, Ca2+, Mg2+-АТФаза, “базальная” Mg2+-АТФаза), мы не
выявили ускорения реакции гидролиза АТФ магнитным изотопом 25Mg.
Таким образом, обнаруженная значительная, в 2–2,5 раза, стимуляция АТФ-гидролаз-
ной активности миозина при замене немагнитного изотопа магния на магнитный изотоп
и отсутствие различий в действии немагнитных изотопов (24Mg и 26Mg) однозначно свиде-
тельствуют о том, что нами выявлен эффект магнитного момента ядра — магнитный изо-
топный эффект, а не классический изотопный эффект массы атомного ядра. Это значит,
что реакция Mg2+-зависимого гидролиза АТФ, катализируемая субфрагментом-1 миози-
на, лимитируется такой кинетической стадией, эффективность которой существенно выше
в случае, когда атомное ядро магния (25Mg) имеет ядерный магнитный момент (спин), чем
в случаях, когда атомное ядро (24Mg или 26Mg) не имеет магнитного момента.
В химии магнитно-изотопный эффект известен для многих элементов, имеющих маг-
нитные и немагнитные изотопы. Например, магнитно-изотопный эффект отчетливо про-
является в реакциях рекомбинации свободных радикалов. Этот эффект является прямым
следствием закона сохранения электронного углового момента (спина): суммарный спин
продуктов химической реакции должен быть равен суммарному спину исходных реаген-
тов [13]. В свободных радикалах спиновый момент ядра и спиновый момент электрона свя-
заны магнитным сверхтонким (фермиевским) взаимодействием, достаточно сильным для
того, чтобы изменить электронный спин реагентов и тем самым существенно повлиять на
164 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №1
скорость реакции. Соответственно, различаются скорости реакций радикалов, содержащих
магнитные и немагнитные ядра (см., например, [13, 14]).
На первый взгляд, возникновение свободнорадикальной пары в качестве промежуточно-
го продукта (“интермедиата”) в реакции гидролиза АТФ представляется маловероятным.
Действительно, экзотермическая реакция гидролиза АТФ с образованием AДФ и неорга-
нического фосфата в водном растворе идет по обычному кислотно-основному механизму.
Иная ситуация, однако, возникает при ферментативном гидролизе АТФ. Фермент, будь то
миозин, транспортная АТФаза, ДНК полимераза или иной “молекулярный мотор”, гидро-
лизует не АТФ, но комплекс АТФ с ионом Mg2+ [7]. В активном центре миозина катион
Мg координируется с боковыми цепями аминокислотных остатков Thr-186 и Ser-237 миози-
на, β- и γ-фосфатными группами молекулы АТФ (с образованием β,γ-бидентатного комп-
лекса) и с активными молекулами воды, одна из которых осуществляет нуклеофильную
атаку на γ-фосфат АТФ. Мg2+ вступает во взаимодействие с отрицательно заряженными
фосфатными группами АТФ, поляризует их и, таким образом, облегчает нуклеофильную
атаку на терминальный γ-фосфат [7–11]. Кроме того, в активном центре миозина имеются
сульфгидрильные группы, при титровании которых гидролитическая активность фермен-
та ингибируется [7].
Известно также, что при ферментативном гидролизе АТФ возникают электронно-кон-
формационные взаимодействия и неравновесная возбужденная конформация макромо-
лекулы [15]. Так как энергия, выделяющаяся при гидролизе молекулы АТФ, невелика
(≈0,54 эВ), то эта возбужденная конформация характеризуется, по-видимому, низко ле-
жащим триплетным состоянием. Можно предположить, что при электронно-конформа-
ционном возбуждении макромолекулы в активном центре фермента происходит перенос
электронной спиновой плотности от электронно-донорной гидроксильной группы трипто-
фана или серина либо сульфгидрильной группы миозина на комплекс Mg2+–АТФ. При-
нимая во внимание известные факты, что титрование, например, cульфгидрильных групп
приводит к ингибированию фермента [7], надо полагать, что возникновение ион-радикаль-
ной пары ведет к снижению гидролитической активности. Между тем спонтанная релак-
сация триплетного состояния (суммарный электронный спин S = 1) в основное синглет-
ное стояние (S = 0) запрещена законом сохранения спина. Магнитное поле ядерного спи-
на 25Mg, воздействуя на электронный спин ион-радикальной пары, снимает спиновый за-
прет и, таким образом, ускоряет переход комплекса из триплетного состояния в основ-
ное синглетное. Благодаря этому освобождается “занятая” гидроксильная или сульфгид-
рильная группа и, соответственно, ускоряется реакция гидролиза АТФ. По сути дела,
ядерный спин ускоряет подготовку фермента к приему и гидролизу следующей молеку-
лы АТФ.
Таким образом, нами обнаружен магнитно-изотопный эффект Mg2+ (ядерный спино-
вый катализ) в реакции гидролиза АТФ, катализируемой миозином. Выяснение деталь-
ных механизмов ядерного спинового катализа в ферментативном гидролизе АТФ — задача
дальнейших исследований.
1. Encyclopedia of nuclear magnetic resonance / Eds. D.M. Grant, R.K. Harris. – Chichester: Wiley, 1996. –
Vol. 8. – P. 6490.
2. Гродзинский Д.М., Евстюхина Т.А., Кольтовер В.К. и др. Влияние магнитного изотопа магния-25
на пострадиационное восстановление клеток Saccharomyces cerevisiae // Доп. HAH України. – 2011. –
№ 12. – С. 153–157.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №1 165
3. Koltover V.K., Korolev V.G., Kutlakhmedov Y.A. Antioxidant prophylaxis of radiation stress // Ionizing
Radiation: Applications, Sources and Biological Effects / Eds. E. Belotserkovsky, Z. Ostaltsov. – New York:
Nova Science Publishers, Inc., 2012. – P. 117–128.
4. Кольтовер В.К., Шевченко У. Г., Авдеева Л. В. и др. Магнитно-изотопный эффект магния в живой
клетке // Докл. АН. – 2012. – 442, № 2. – С. 272–274.
5. Кольтовер В.К. Ядерный спиновый катализ в нанореакторах живых клеток // Биофизика. – 2013. –
58, № 2. – С. 257–263.
6. Romani A.M.P. Cellular magnesium homeostasis // Arch. Biochem. Biophys. – 2011. – 512, No 1. –
P. 1–23.
7. Страйер Л. Биохимия: В 3-х т. Т. 3. – Москва: Мир, 1985. – 400 с.
8. Weeds A.G., Taylor R. S. Separation of subfragment-1 isoenzymes from rabbit skeletal muscle myosin //
Nature. – 1975. – 257, Nо 1. – P. 54–56.
9. Лабинцева Р.Д., Бевза А.А., Бевза О.В., Черенок С.О., Кальченко В. I., Костерiн С.О. Струк-
турно-функцiональнi основи мiжмолекулярної взаємодiї калiкс[4]арену С-97 iз субфрагментом-1 мiо-
зину мiометрiя // Укр. бiохiм. журн. – 2012. – 84, № 1. – С. 34–44.
10. Iwane A.H., Kitamura K., Tokunaga M. et al. Myosin subfragment – 1 fully equipped with factors essential
for motor function // Biochem. Biophys. Res. Commun. – 1997. – 230, Nо 1. – P. 46–80.
11. Burgess S.A., Yu S., Walker M.L. et al. Structures of smooth muscle myosin and heavy meromyosin in
the folded, shutdown state // J. Mol. Biol. – 2007. – 372, Nо 5. – P. 1165–1178.
12. Chen P. S., Toribara Jr. T. Y., Warner H. Microdetermination of phosphorus // Analуt. Chem. – 1956. –
28, Nо 11. – P. 1756–1758.
13. Зельдович Я.Б., Бучаченко А.Л., Франкевич Е.Л. Магнитно-спиновые эффекты в химии и молеку-
лярной физике // Успехи физ. наук. – 1988. – 155, № 1. – С. 3–45.
14. Koltover V.K. Stable magnetic isotopes as a new trend in biomedicine // Biomedicine, Rijeka: InTech-
Europe. – 2012. – С. 105–122. Available from: http://www.intechopen.com/books/biomedicine.
15. Волькенштейн М.В. Общая биофизика. – Москва: Наука, 1978. – 592 с.
Поступило в редакцию 18.07.2013Институт проблем химической физики РАН,
Черноголовка, Россия
Институт биохимии им. А.В. Палладина
НАН Украины, Киев
Институт проблем технологии микроэлектроники
и особо чистых материалов РАН,
Черноголовка, Россия
В.К. Кольтовер, Р. Д. Лабинцева, А. О. Люлько, В.К. Карандашев,
член-кореспондент НАН України С.О. Костерiн
Магнiтний iзотоп магнiю — 25Mg прискорює реакцiю гiдролiзу АТФ
мiозином
З трьох стабiльних iзотопiв магнiю — 24Mg, 25Mg та 26Mg (природне спiввiдношення при-
близно 79, 10 та 11% вiдповiдно), тiльки 25Mg є магнiтним iзотопом (має ядерний спiн
I = 5/2), тодi як 24Mg i 26Mg — немагнiтнi iзотопи (ядерний спiн I = 0). Показано, що маг-
нiтний iзотоп 25Mg порiвняно з немагнiтними iзотопами 24Mg та 26Mg iстотно активує
(в 2–2,5 раза) реакцiю ензиматичниого гiдролiзу АТФ мiозином, одержаним з гладенького
м’яза матки. Каталiтичний ефект ядерного спiна 25Mg спостерiгається при звичайнiй фi-
зiологiчнiй концентрацiї MgCl2 — 5мM. Таким чином, вперше одержано документований
магнiтний iзотопний ефект у ферментативному каталiзi гiдролiзу АТФ мiозином.
166 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2014, №1
V.K. Коltоver, R.D. Labyntseva, A.A. Lul’ko, V. K. Karandashev,
Corresponding Member of the NAS of Ukraine S.A. Kosterin
Magnetic isotope of magnesium 25Mg accelerates the reaction of АТР
hydrolysis catalyzed by myosin
Among three stable magnesium isotopes 24Mg, 25Mg, and 26Mg with natural abundance 79, 10,
and 11%, only 25Mg has the nuclear spin (I = 5/2) and, therefore, the nuclear magnetic moment.
Two other isotopes, 24Mg and 26Mg, are spinless (I = 0) and, hence, have no magnetic moment.
In this work, we have revealed that magnetic isotope 25Mg, by comparison to nonmagnetic isotopes
24Mg and 26Mg, essentially stimulates, by 2–2.5 times, the enzyme АТP hydrolysis reaction cata-
lyzed by myosin isolated from smooth muscles of uterus. The catalytic effect of the nuclear spin of
25Mg has been observed at the usual physiological concentrations of MgCl2, at 5 mM. Thus, we
have, for the first time, documented the magnetic isotope effect in the enzyme hydrolysis of АТP
by myosin.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2014, №1 167
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-86805 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-27T13:53:18Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кольтовер, В.К. Лабынцева, Р.Д. Люлько, А.А. Карандашев, В.К. Костерин, С.А. 2015-10-01T17:12:55Z 2015-10-01T17:12:55Z 2014 Магнитный изотоп магния — ²⁵Mg ускоряет реакцию гидролиза АТФ миозином / В.К. Кольтовер, Р.Д. Лабынцева, А.А. Люлько, В.К. Карандашев, С.А. Костерин // Доповiдi Нацiональної академiї наук України. — 2014. — № 1. — С. 160–167. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86805 544.34;544.45;544.47;577.15;577.34 Из трех стабильных изотопов магния — ²⁴Mg, ²⁵Mg и ²⁶Mg (природное соотношение приблизительно 79, 10 и 11% соответственно), только ²⁵Mg является магнитным изотопом (имеет ядерный спин I = 5/2), в то время как ²⁴Mg и ²⁶Mg — немагнитные изотопы (ядерный спин I = 0). Показано, что магнитный изотоп 25Mg в сравнении с немагнитными изотопами ²⁴Mg и ²⁶Mg существенно активирует (в 2–2,5 раза) реакцию ферментативного гидролиза АТФ миозином, полученным из гладкой мышцы матки. Каталитический эффект ядерного спина ²⁵Mg наблюдается при обычной физиологической концентрации MgCl₂ — 5мM. Таким образом, впервые получен документированный магнитный изотопный эффект в ферментативном катализе гидролиза АТФ миозином. З трьох стабiльних iзотопiв магнiю — ²⁴Mg, ²⁵Mg та ²⁶Mg (природне спiввiдношення приблизно 79, 10 та 11% вiдповiдно), тiльки ²⁵Mg є магнiтним iзотопом (має ядерний спiн I = 5/2), тодi як ²⁴Mg і ²⁶Mg — немагнiтнi iзотопи (ядерний спiн I = 0). Показано, що магнiтний iзотоп ²⁵Mg порiвняно з немагнiтними iзотопами ²⁴Mg та ²⁶Mg iстотно активує (в 2–2,5 раза) реакцiю ензиматичниого гiдролiзу АТФ мiозином, одержаним з гладенького м’яза матки. Каталiтичний ефект ядерного спiна ²⁵Mg спостерiгається при звичайнiй фiзiологiчнiй концентрацiї MgCl₂ — 5мM. Таким чином, вперше одержано документований магнiтний iзотопний ефект у ферментативному каталiзi гiдролiзу АТФ мiозином. Among three stable magnesium isotopes ²⁴Mg, ²⁵Mg, and ²⁶Mg with natural abundance 79, 10, and 11%, only ²⁵Mg has the nuclear spin (I = 5/2) and, therefore, the nuclear magnetic moment. Two other isotopes, ²⁴Mg and ²⁶Mg, are spinless (I = 0) and, hence, have no magnetic moment. In this work, we have revealed that magnetic isotope ²⁵Mg, by comparison to nonmagnetic isotopes ²⁴Mg and ²⁶Mg, essentially stimulates, by 2–2.5 times, the enzyme АТP hydrolysis reaction catalyzed by myosin isolated from smooth muscles of uterus. The catalytic effect of the nuclear spin of ²⁵Mg has been observed at the usual physiological concentrations of MgCl₂, at 5 mM. Thus, we have, for the first time, documented the magnetic isotope effect in the enzyme hydrolysis of АТP by myosin. ru Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Доповіді НАН України Біохімія Магнитный изотоп магния — ²⁵Mg ускоряет реакцию гидролиза АТФ миозином Магнiтний iзотоп магнiю — ²⁵Mg прискорює реакцiю гiдролiзу АТФ мiозином Magnetic isotope of magnesium ²⁵Mg accelerates the reaction of АТР hydrolysis catalyzed by myosin Article published earlier |
| spellingShingle | Магнитный изотоп магния — ²⁵Mg ускоряет реакцию гидролиза АТФ миозином Кольтовер, В.К. Лабынцева, Р.Д. Люлько, А.А. Карандашев, В.К. Костерин, С.А. Біохімія |
| title | Магнитный изотоп магния — ²⁵Mg ускоряет реакцию гидролиза АТФ миозином |
| title_alt | Магнiтний iзотоп магнiю — ²⁵Mg прискорює реакцiю гiдролiзу АТФ мiозином Magnetic isotope of magnesium ²⁵Mg accelerates the reaction of АТР hydrolysis catalyzed by myosin |
| title_full | Магнитный изотоп магния — ²⁵Mg ускоряет реакцию гидролиза АТФ миозином |
| title_fullStr | Магнитный изотоп магния — ²⁵Mg ускоряет реакцию гидролиза АТФ миозином |
| title_full_unstemmed | Магнитный изотоп магния — ²⁵Mg ускоряет реакцию гидролиза АТФ миозином |
| title_short | Магнитный изотоп магния — ²⁵Mg ускоряет реакцию гидролиза АТФ миозином |
| title_sort | магнитный изотоп магния — ²⁵mg ускоряет реакцию гидролиза атф миозином |
| topic | Біохімія |
| topic_facet | Біохімія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/86805 |
| work_keys_str_mv | AT kolʹtovervk magnitnyiizotopmagniâ25mguskorâetreakciûgidrolizaatfmiozinom AT labyncevard magnitnyiizotopmagniâ25mguskorâetreakciûgidrolizaatfmiozinom AT lûlʹkoaa magnitnyiizotopmagniâ25mguskorâetreakciûgidrolizaatfmiozinom AT karandaševvk magnitnyiizotopmagniâ25mguskorâetreakciûgidrolizaatfmiozinom AT kosterinsa magnitnyiizotopmagniâ25mguskorâetreakciûgidrolizaatfmiozinom AT kolʹtovervk magnitniiizotopmagniû25mgpriskorûêreakciûgidrolizuatfmiozinom AT labyncevard magnitniiizotopmagniû25mgpriskorûêreakciûgidrolizuatfmiozinom AT lûlʹkoaa magnitniiizotopmagniû25mgpriskorûêreakciûgidrolizuatfmiozinom AT karandaševvk magnitniiizotopmagniû25mgpriskorûêreakciûgidrolizuatfmiozinom AT kosterinsa magnitniiizotopmagniû25mgpriskorûêreakciûgidrolizuatfmiozinom AT kolʹtovervk magneticisotopeofmagnesium25mgacceleratesthereactionofatrhydrolysiscatalyzedbymyosin AT labyncevard magneticisotopeofmagnesium25mgacceleratesthereactionofatrhydrolysiscatalyzedbymyosin AT lûlʹkoaa magneticisotopeofmagnesium25mgacceleratesthereactionofatrhydrolysiscatalyzedbymyosin AT karandaševvk magneticisotopeofmagnesium25mgacceleratesthereactionofatrhydrolysiscatalyzedbymyosin AT kosterinsa magneticisotopeofmagnesium25mgacceleratesthereactionofatrhydrolysiscatalyzedbymyosin |