Проникновение метода магнитного резонанса в биологические исследования связано с именами Б.Коммонера в США и Л.А.Блюменфельда и А.Э.Калмансона в нашей стране. В1952 г. молодой химик Лев Александрович Блюменфельд, прочтя диссертацию Завойского, понял возможности этого метода для решения вопросов, связанных с миграцией электрона в ферментативных системах. Совместно с Калмансоном они создали спектрометр ЭПР, на котором затем были получены первые спектры ЭПР нативных и денатурированных белков, продуктов действия ионизирующего излучения на сухие препараты различных биохимических соединений и высушенных тканей животных, культур живых дрожжей в процессе их роста и деления и др. Коммонер в США обнаружил спектры ЭПР практически во всех лиофильно высушенных биологических (растительных и животных) тканях, обратив внимание, что все они связаны с метаболической активностью соответствующих тканей, а позже исследовал жидкие суспензии хлоропластов при разных условиях освещения. Как выясняется в последнее время из архивных материалов, Завойский еще в середине 1930-х годов интересовался действием ультракоротких волн — будущей основы открытого им ЭПР — на семена и растения. Однако анализ всех проводившихся к тому времени в Советском Союзе работ по этой теме привел его к выводу об их бесперспективности из-за очень низкого уровня, связанного, в частности, с разобщенностью биологов и физиков.

За прошедшие с тех пор полвека метод ЭПР сыграл значительную роль в исследованиях биологических систем в самых разнообразных областях биофизики, биохимии, молекулярной биологии, физиологии и медицины. Его используют в радиационной биологии, при изучении механизмов ферментативных реакций, метаболизма активных форм кислорода, в фотобиологии и в исследованиях биоэнергетических процессов. С помощью ЭПР открыли участие оксида азота в метаболических процессах в животном организме, что дало начало целому направлению в современной физиологии и медицине. Развитие технических возможностей метода ЭПР позволило изучать сверхбыстрые процессы в молекулярных комплексах фотосинтетических реакционных центров, с одной стороны, и физиологические процессы в живом организме — с другой.

Сегодня спектр задач, решать которые помогает метод ЭПР, очень широк. Мы же остановимся подробнее только на одном из многочисленных применений данного метода. Поскольку его физические основы подробно изложены во многочисленных, как специальных, так и популярных изданиях, то при описании биологических применений метода мы ограничимся лишь самыми необходимыми пояснениями.

Метод ЭПР позволяет работать с парамагнитными веществами; это делает его удобным в изучении соединений металлов переходных групп (само явление было открыто на солях марганца, меди, хрома). При всей биологической важности металлоорганических соединений (прежде всего, ферментов, содержащих атомы металлов в составе простетических групп) они составляют все же лишь небольшую часть биологических систем.

Другая группа веществ, обладающих парамагнитными свойствами, — это свободные радикалы, образующиеся в биологических тканях при воздействии на них ионизирующих излучений и в ходе некоторых химических реакций в биологических системах — например, при перекисном окислении липидов и других процессах, инициируемых активными формами кислорода. С изучением образования и метаболизма активных форм кислорода в живых клетках и с выяснением их биологической роли в организмах (как одноклеточных, так и многоклеточных) связаны самые удивительные открытия последних лет в биологии.

В ходе многих ферментативных реакций свободные радикалы возникают как промежуточные продукты. Обычно они живут недолго, поэтому их исследование часто сопряжено либо с использованием тех или иных спиновых ловушек, либо с применением методов ЭПР с высоким временным разрешением. Один из примеров успешного использования импульсных методов ЭПР-спектроскопии — изучение первичных процессов фотоиндуцированного переноса электрона в ходе фотосинтеза.

Добавить комментарий