Адрес этой статьи в интернете: www.biophys.ru/archive/congress2012/proc-p11.htm

 

 

ДИНАМИКА МЕЖМОЛЕКУЛЯРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В ВОДЕ

 

Дроздов А.В., Масюкевич С.В., Нагорская Т.П.

 

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН)

190103, Россия, Санкт-Петербург, Рижский проспект 26, E-mail: da@biophys.ru

 

Ритм (греч. Rhythmós от rheó – теку) – чередование каких-либо элементов, происходящее с определенной последовательностью, частотой; скорость протекания, совершения чего-либо. Биоритм – это периодическое изменение характера и интенсивности биологических процессов и явлений. Выяснение природы биоритмов, механизма их формирования и поддержания является актуальной задачей современной науки о живом.

При исследовании физических основ функционирования живых систем большее внимание уделяется изучению физических свойств воды, роли ее структурной динамики в биологических процессах. Согласно двухструктурным моделям [1], вода имеет локальные различия структуры с постоянной динамикой взаимных переходов.

Спектроскопия комбинационного рассеивания, ИК-спектроскопия, СВЧ-радиометрия и ЯМР на сегодняшний день общепризнанны как структурно-чувствительные методы для исследования свойств воды и водных растворов. В нашей работе, перечисленными выше методами, была исследована динамика интегральной интенсивности поглощения/испускания зондирующего электромагнитного излучения, поскольку увеличение или уменьшение со временем интенсивности этих характеристик можно связать с изменением числа структурных неоднородностей, т.е. со структурной динамикой.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что в динамике изменений интенсивности поглощения/испускания наблюдаются хорошо воспроизводимые периоды, не зависимо от используемого метода исследования. Значение этих периодов составляет 2-5 мин, 6-10 мин., 12-18 мин., 20-30 мин., 40-50 минут. Иными словами в структурной динамике наблюдается упорядоченность структурных переходов, определяющая характер межмолекулярного взаимодействия в воде. Полученные нами результаты хорошо совпадают с результатами других работ [2, 3] по исследованию физико-химических свойств воды.

Предлагаемый нами механизм изменений межмолекулярного взаимодействия в воде связан с двухкомпонентной (орто-/пара- изомеры) моделью воды предложенной С.М.Першиным [4]. Орто- и пара-молекулы воды различаются по вращательным степенях свободы, что приводит к различному характеру их взаимодействия как друг с другом, так и в кластерах. Именно это различие возможно и лежит в основе двухструктурной модели воды и связанной с ней структурной динамикой. Проведенные нами прямые ЯМР эксперименты в магнитном поле Земли говорят о том, что динамика межмолекулярного взаимодействия в воде связана именно с изменением соотношения орто- /пара-молекул воды.

С нашей точки зрения, одним из важных факторов, в том числе определяющим формирование в водосодержащих жидкостях устойчивых колебательных процессов, является взаимодействие молекул воды с внешними электромагнитными полями и излучениями. Так в частности, наличие в составе воды молекул с магнитными моментами (орто-молекулы) может быть причиной изменения параметров межмолекулярного взаимодействия в переменных и постоянных магнитных полях.

Выявленные в ходе выполнения данной работы периоды колебаний в воде совпадают с периодами характерными для живой природы [5-7].

Обнаруженные колебательные процессы в воде могут «пролить свет» на понимание механизма биоритмов. Общепринятой теории функционирования «биологических часов» не существует. Обсуждаются три основных молекулярно-биохимических гипотезы: 1) автоколебания биохимических процессов, 2) генетическая регуляция и 3) автоколебания мембранной проницаемости.

Полученные результаты позволили сделать предположение, что в основе биоритмов может лежать как периодичность физико-химических процессов, определяемая колебательной природой межмолекулярных взаимодействий в воде, так и изменениями проницаемости клеточных мембран за счет изменения соотношения орто-/пара-молекул, приводящее к изменению физических свойств внутриклеточной воды.

THE DYNAMICS OF INTERMOLECULAR INTERACTIONS IN WATER

 

Drozdov A.V., Nagorskaya T.A., Masukevich S.V.

 

Institute for Analytical Instrumentation of the Russian Academy of Sciences, E-mail: da@biophys.ru

Литература

  1. Самойлов О.Я./ Структура водных растворов электролитов и гидратация ионов. М. АН СССР, 1957.
  2. Черников Ф.Р./ Биофизика, 1986, т.31, №4, с.596. www.biophys.ru/archive/h2o-00005.pdf
  3. Gudkov S.V. et al / J.Chem. Phys. B 2011, 115, 7693–7698. www.biophys.ru/archive/h2o-00022.pdf
  4. Першин С.М./ V Международный конгресс «Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине», «Избранные труды», 2009, с.71. www.biophys.ru/archive/congress2009/pro-p71.htm
  5. Шноль С.Э. и др. / Биофизика, 1983, т.28, №1, с.153.
  6. D.J.Morré et al / Inorganic Biochemistry, 2008, v.102, p.260. www.biophys.ru/archive/h2o-00004.pdf
  7. Зенченко Т.А., Мерзлый А.М., Дроздов А.В., Вечерухин Н.М./ 8 Зимняя молодежная школа-конференция "Магнитный резонанс и его применение Spinus-2011", Санкт-Петербург, 2011, стр.149.