Керівник відділу

Доктор фіз.-мат.наук В.Н. Харкянен. тел. +38 (044) 525 79 91 ел. пошта

Склад відділу

• 1 доктор наук;
• 6 кандидатів наук;
• 3 аспірантів різних років навчання.

Головні напрямки наукових досліджень

• Дослідження фізичних механізмів функціонування біологічних макромолекул у нерівноважних умовах. Теоретично та експериментально вивчаються фізичні процеси, що супроводжують взаємодію рухомих елементів структури біологічних макромолекул з низькомолекулярними агентами (електронами, іонами, молекулами субстратів, тощо). Розвивається теорія динамічної самоорганізації у біологічних макромолекулах. В рамках цього напряму проводяться такі дослідження:
  • Теоретичні та експериментальні дослідження явищ динамічної самоорганізації у фотореакційних центрах бактерій.
  • Дослідження явищ самоорганізації в іонних каналах біомембран, .
  • Теоретичне дослідження фолдінгу білків.
  • Розвиток методів ідентифікації та дослідження динаміки динамічних доменів у білках.
• Спектроскопія біологічних молекул у нерівноважних умовах. Розвиваються спектроскопічні методи досліджень структурних та функціональних властивостей складних біологічних молекул, таких як нуклеїнові кислоти, білки, амінокислоти, ліпіди. Проводиться аналіз структурних особливостей цих макромолекул, зумовлених впливом різних зовнішніх чинників, таких як слабкі дози електромагнітного випромінювання, ліганди та наноструктури різної природи (вуглецеві, металічні, оксидні). Для цих задач була запропонована нова високочутлива методика на основі ефекту підсиленого металевою поверхнею інфрачервоного поглинання (ефект SEIRA). В рамках цього напряму проводяться такі дослідження:
  • Дослідження конформаційних перебудов в біологічних молекул під впливом слабких доз електромагнітного випромінювання, при взаємодії з лікарськими препаратами та з наноструктурами різної природи в експериментах in vivo та in vitro.
  • Дослідження структурних особливостей нуклеїнових кислот та ліпідів з чутливих та резистентних штамів пухлинних клітин до і після дії протипухлинних препаратів.
  • Розробка методичних аспектів нового методу аналізу малої кількості біологічних молекул на основі ефекту SEIRA та SERS. Створення наноструктурованих металічних поверхонь для отримання максимального підсилення.
  • Виявлення наночастинок оксидів важких металів в повітрі за допомогою SEIRA спектроскопії.
  • Дослідження процесів конденсації ДНК полівалентними іонами металів.
• Інші напрями роботи:
  • Розробка програмного забезпечення для аналізу експериментальних даних методом максимальної ентропії (МЕМ).
  • Розрахунки методами квантової хімії та молекулярної динаміки біологічних макромолекул та їх комплексів (взаємодія основ ДНК з нанотрубками, моделювання проникнення пептидів крізь ліпідні мембрани).

Найважливіші досягнення

• Розвинуто новий теоретичний підхід до описання функціонування бімолекулярних об'єктів, їх динамічної самоорганізації та саморегуляції який базується на наявності сильного взаємного впливу між макромолекулярними конформаційними рухами та процесами перерозподілу зарядової густини у макромолекулі, що виникають за рахунок її взаємодії з потоком низькомолекулярних агентів; існування часової ієрархії між функціонально значимими конформаційними рухами (повільні рухи) та послідовними актами взаємодії з низькомолекулярними частинками (швидкі рухи).
• Розроблено загальну теорію багаточастинкової дифузії у вузьких порах у нерівноважних умовах, що має фундаментальне значення для моделювання біологічних іонних каналів та штучних нанопор.
• За допомогою методу SEIRA (Surface Enhanced Infrared Absorption) було досліджено структурні особливості нуклеїнових кислот з пухлинних тканин. Вивчаються конформаційні властивості біологічних макромолекул при взаємодії з вуглецевими та металевими наноструктурами. Показано, що взаємодія ДНК з одностінними нанотрубками індукує конформаційні зміни в молекулі ДНК.

Основні публікації

1. Christoforov L.N., Holzwarth A.R., Kharkyanen V.N., Van F. Mourik. 2000. Structure-function self-organization in non-equilibrium macromolecular systems. Chem. Phys. 256, p. 45—60.
2. Goushcha A.O., Kharkyanen V.N., Scott G.W., and Holzwarth A.R.. Self-Regulation Phenomena in Bacterial Reaction Centers. 1. General Theory. Biophys.J. Vol.79, September 2000, 1237-1252.
3. Barabash Yu.M., Berezetskaya N.M., Christophorov L.N., Goushcha A.O., Kharkyanen V.N.. Effects of structural memory in protein reactions. J. Chem. Phys. 2002, 116, 4339-4352.
4. ManzoAJ., Goushcha A.O., Scott G.W., Kharkyanen V.N., Christophorov L.N., Barabash Yu.M., Berezetskaya NM. Self-regulation phenomena apphed to bacterial reaction centers. 2. Nonequihbrium adiabatic potential: Dark and light confor¬mations revisited. Biophys. J. 2003, 84, 1146-1160.
5. Dovbeshko G.L., Repnytska O.P., Obraztsova E.D., Shtogun YV. DNA interaction with single-walled carbon nanotubes: a SEIRA study Chemical Physics Letters, 2003, V.372. p.432-437.
6. Repnytska O.P., Dovbeshko G.L., Tryndiak VP., Todor L.M., and Kosenkov D. V Structural organisation of nucleic acids from tumour cells. Faraday Discuss., 2003, V.126, p.61—76.
7. Brichka S. Ya., Prikhod'ko G.P., Sementsov Yu.L., Brichka A. V, Paschuk O.P., Dovbeshko G.L. Synthesis of carbon nanotubes from chlorine-containing precursor and their properties. Carbon, 42, 2581—2587, 2004.
8. Yesylevskyy S.O., Kharkyanen V.N. Quasi-particles in the selectivity filter can explain permeation in a channel with multiple occupancy. Phys. Chem. Chem. Phys. – 2004 – №. 6. – P. 3111-3122.
9. Yesylevskyy, S. O., V. N. Kharkyanen, and A. P. Demchenko. Dynamic protein domains: identification, interdependence and stability. Biophys J – 2006 – 91, 670-685.
10. Yesylevskyy S.O., Demchenko A.P. Designability of lattice small-size protein models: is it sufficient to use the compact ground states? // Chem. Phys. Lett. - 2004. - Vol. 388, № 4-6. - P. 348-352.
11. Shtogun Ya.V. Adsorption of Adenine and Thymine and Their Radicals on Single-Wall Carbon Nanotubes / Shtogun Ya.V., Woods L. M., Dovbeshko G.I.// J. Phys. Chem. C. -2007. -Vol. 111. -P. 18174-18181.
12. G. Dovbeshko, O. Fesenko, V. Moiseyenko, V. Gorelik, V. Boyko and V. Sobolev. Multiscaled Ordered Carbon Nanotubes As a Model of Photonic Crystals. // Semiconductor physics, quantum electronics and optoelectronics. – 2008. -Vol.11, №4.-рр. 392-395.
13. Galina Dovbeshko, Olena Fesenko, Konstyantyn Yakovkin, Sirena Bertrione, Alessandro Damin, Domenica Scarano, Adriano Zecchina and Elena Obraztsova The poly-A interaction and interfaces with carbon nanotubes. // Molecular Crystals Liquid Crystals. – 2008. – Vol 496, №345331. – pp. 170-185.
14. D. Chubich, G. Dovbeshko, O. Fesenko, R. Fedorovich, T. Gavrilko, V. Cherepanov, A. Marchenko, A. Naumovets, V. Nechitaylo, G. Puchkovska, L. Viduta and A. Vitukhnovskii. Light-Emitting Diode of Planar Type Based on Nanocomposites Consisting of Island Au Film and Organic Luminofore Tb(thd)3 // Molecular Crystals Liquid Crystals. – 2008. – Vol 497, №346433. – pp. 186-195.