Ученые открыли новые грани биологической активности неорганических энзимов

Российские химики выявили у оксида церия два новых типа энзимоподобной активности. Это значит, что нанобиоматериалы на его основе можно рассматривать в качестве регуляторов свободнорадикального метаболизма, нарушения которого ассоциированы с целым рядом заболеваний и патологических состояний, включая гипоксию и рак.

В 2010-х годах ученые узнали о способности некоторых неорганических наноматериалов выполнять функции природных ферментов — энзимов. Такие наноматериалы получили название наноэнзимы или нанозимы. Среди самых известных — наночастицы благородных металлов, в том числе платины и палладия, а также некоторых оксидов металлов. При этом большинство нанозимов могут 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, участвующих в ключевых процессах регулирования метаболизма живых систем: супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза, галопероксидаза, фосфатаза, фосфолипаза, фотолиаза и нуклеаза.
Ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН под руководством члена-корреспондента РАН В.К. Иванова одними из первых приступили к изучению биологической активности оксида церия. Они обнаружили у этого материала сразу два новых типа энзимоподобной активности — липопероксидазную и фосфолипопероксидазную.

Соответствующие ферменты в живых организмах играют крайне важную роль, регулируя содержание в клетках кислородсодержащих радикалов, а 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 ученые использовали молекулярный зонд, чувствительный к содержанию липидных и фосфолипидных радикалов. Оказалось, что наночастицы диоксида церия способствуют разложению органических пероксидов, то есть играют роль ферментов, 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 он продемонстрировал в 100 раз более низкую активность в процессах разложения липидных радикалов, а разложение фосфолипидных радикалов в его присутствии происходило в 4 раза эффективнее.

Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда. Результаты исследования опубликованы в журнале RSC Advances.

• #Химия