Версия для печати

Новые грани биологической активности неорганических энзимов

Российские химики выявили у оксида церия два новых типа энзимоподобной активности, что имеет важное значение для установления фармакотерапевтических перспектив применения нанобиоматериалов на его основе, в первую очередь в качестве регуляторов свободнорадикального метаболизма в живых системах. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант 21-73-00251). Результаты исследования опубликованы в журнале RSC Advances

В 2010-х годах исследователи из ряда стран, включая Россию, открыли способность некоторых неорганических наноматериалов выполнять функции природных ферментов (энзимов). Такие наноматериалы получили название наноэнзимы, или, более кратко, нанозимы. К числу наиболее известных на сегодняшний день нанозимов относятся наночастицы благородных металлов, в том числе платины и палладия, а также некоторых оксидов металлов, при этом большинство нанозимов способны проявлять свойства лишь одного-двух ферментов.

Совершенно особое место среди нанозимов занимает оксид церия, одного из наиболее распространенных редкоземельных элементов. На сегодняшний день известна его способность имитировать активность восьми различных ферментов (супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза, галопероксидаза, фосфатаза, фосфолипаза, фотолиаза и нуклеаза), участвующих в ключевых процессах регулирования метаболизма живых систем.

Коллектив российских учёных из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН, возглавляемый членом-корреспондентом РАН В.К. Ивановым, одним из первых в мире приступивший к исследованиям биологической активности оксида церия, обнаружил у этого материала сразу два новых типа энзимоподобной активности, а именно липопероксидазную и фосфолипопероксидазную. Соответствующие ферменты в живых организмах играют крайне важную роль, регулируя содержание в клетках кислородсодержащих радикалов. В свою очередь, образующиеся в результате действия ферментов продукты перекисного окисления липидов и фосфолипидов участвуют в передаче сигналов в клетках. Высокие концентрации маркеров перекисного окисления липидов обнаруживают при различных заболеваниях, включая сердечно-сосудистые, нейродегенеративные, онкологические, а также при патологических состояниях.

– Для исследования биохимической активности наночастиц диоксида церия мы использовали один из основных аналитических методов исследования свободнорадикальных процессов – хемилюминометрию, – которая отличается высокой чувствительностью, информативностью и экспрессностью. В основе этого метода лежит измерение интенсивности свечения молекулярных зондов, селективно взаимодействующих с определенным типом свободных радикалов. В присутствии биологически активного соединения, например, наночастиц диоксида церия, интенсивность свечения изменится, указывая на протекание биохимических реакций, – рассказывает один из авторов работы, кандидат биологических наук Мадина Созарукова, – В своей работе мы использовали молекулярный зонд, чувствительный к содержанию липидных и фосфолипидных радикалов. Оказалось, что наночастицы диоксида церия способствуют разложению органических пероксидов, то есть играют роль энзимов, выполняющих эту функцию в живой клетке, например, одного из компонентов крови – дезоксигемоглобина. При этом по сравнению с дезоксигемоглобином диоксид церия оказался более мягким и селективным катализатором биохимических реакций. При сравнении с известным антианемическим препаратом Феринжект® диоксид церия продемонстрировал более низкую (в 100 раз) активность в процессах разложения липидных радикалов, а разложение фосфолипидных радикалов в его присутствии происходило в 4 раза эффективнее.

Ссылка на работу: M.M. Sozarukova, E.V. Proskurnina, A.L. Popov, A.L. Kalinkin, V.K. Ivanov. New facets of nanozyme activity of ceria: lipo- and phospholipoperoxidase-like behaviour of CeO₂ nanoparticles // RSC Advances. 2021.11. 35351-35360. DOI: 10.1039/d1ra06730c

Один из авторов статьи, кандидат биологических наук Мадина Созарукова (слева). Демонстрация эффекта Тиндаля на коллоидном растворе наночастиц диоксида церия (вверху), во врезке –микрофотография наночастиц, выполненная с помощью просвечивающего электронного микроскопа.