Квантово-химический анализ закономерностей аккумуляции тяжелых металлов пробиотическими штаммами микроорганизмов рода Bacillus тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 02.00.04, кандидат наук Пешков, Сергей Алексеевич

  • Пешков, Сергей Алексеевич
  • кандидат науккандидат наук
  • 2017, Уфа
  • Специальность ВАК РФ02.00.04
  • Количество страниц 139
Пешков, Сергей Алексеевич. Квантово-химический анализ закономерностей аккумуляции тяжелых металлов пробиотическими штаммами микроорганизмов рода Bacillus: дис. кандидат наук: 02.00.04 - Физическая химия. Уфа. 2017. 139 с.

Оглавление диссертации кандидат наук Пешков, Сергей Алексеевич

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 - Биоаккумуляция металлов организмами. Механизмы, токсичность, воздействие (Литературный обзор)

1.1 Влияние тяжелых металлов на биосферу

1.2 Накопление металлов организмами

1.3 Неспецифические методы накопления металлов. Комплексы аминокислот с металлами

1.4 Неспецифические методы накопления металлов. Комплексы металлов с фосфолипидами. Строение клеточной мембраны и ее роль в накоплении металлов на поверхности клетки

1.5 Специфические механизмы накопления металлов организмами. Поступление металлов внутрь клетки

1.6 Заключение. Воздействие металлов на организм и применение пробиотиков для коррекции функциональных состояний, вызванных

отравлением тяжелыми металлами

ГЛАВА 2 - Материалы и методы исследования

2.1 - Общая характеристика материалов исследования

2.2 Метод последовательных разведений

2.3 Фотоэлектроколориметрический метод

2.4 Атомно-абсорбционный метод

2.5 Рентгенофлуоресцентный анализ

2.6 Атомно-силовая микроскопия

2.7 Спектрофлуориметрия

2.8 Методика оценки эффективности применения пробиотиков в системе доставки и выведения тяжелых металлов из организма

2.9 Квантово-химические методы исследования

2.9.1 Моделирование низкомолекулярных систем

2.9.1.1 Выбор базисного набора для моделирования низкомолекулярных систем

2.9.1.2 Выбор модели учета сольватационных эффектов (модель

поляризуемого континуума)

2.9.2 Моделирование металлотионеинов

2.10 Методы статистической обработки данных

ГЛАВА 3 - Биоаккумуляция металлов бактериями

3.1 Определение минимальных подавляющих концентраций солей тяжелых металлов, влияющих на рост бактерий рода Bacillus

3.2 Воздействие солей тяжелых металлов на бактерии рода Bacillus

3.2.1 Определение фаз роста бактерий при совместном культивировании с солями тяжелых металлов

3.2.2 Изменение pH жидкой питательной среды от времени культивирования бактерий

3.3 Изучение способности бактерий накапливать тяжелые металлы в биомассе

3.4 Исследование динамики накопления металла с помощью РФА

3.5 Влияние тяжелых металлов на морфологию клеток бактерий рода

Bacillus

ГЛАВА 4 - Анализ механизмов накопления металлов бактериями

4.1 Квантово-химическое моделирование комплексов аминокислот с металлами

4.1.1 Выбор теоретической модели

4.1.2 Строение и энергия образования аланинатов тяжелых металлов

4.1.3 ИК-спектры комплексов аланина с металлами

4.2 Тушение флуоресценции триптофана ионами d-металлов

4.3 Квантово-химическое моделирование комплексов фосфолипидов с металлами

4.4 Квантово-химическое моделирование связывания ионов Zn, Co, Cd и Pb

металлотионеинами

3

ГЛАВА 5 - Оценка сорбционных свойств бактериями рода Bacillus тяжелых металлов в условиях in vivo. Практическое применение пробиотических бактерий рода Bacillus для выведения тяжелых металлов из организма

животных

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Список условных сокращений

ААСФ - атомно-абсорбционная спектрофотометрия;

АСМ - атомно-силовая микроскопия;

АЦ - активный центр;

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота;

МПА - мясо пептонный агар;

МПБ - мясо пептонный бульон;

МПК - минимально-подавляющая концентрация;

МТ - металлотионеин;

РНК - рибонуклеиновая кислота;

РФА - рентгенофлуоресцентный анализ;

ФЭК - фотоэлектроколориметр;

DFT - density functional theory (рус. теория функционала плотности);

ECP - effective core potential (рус. эффективный остовный потенциал);

ONIOM - our own n-layered integrated molecular orbital and molecular

mechanics (рус. многослойная QM/MM модель расчета)

PEA - phosphatidylethanolamine (рус. фосфатидилэтаноламин);

PSe - phosphatidylserine (рус. фосфатидилсерин);

PCh - phosphatidylcholine (рус. фосфатидилхолин).

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Физическая химия», 02.00.04 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Квантово-химический анализ закономерностей аккумуляции тяжелых металлов пробиотическими штаммами микроорганизмов рода Bacillus»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования.

Развитие промышленности, увеличение добычи и переработки металлов привело к повышению их количества в почве и ее загрязнению. Особую опасность вызывают тяжелые металлы, вовлечение которых в биосферный круговорот является крупной экологической проблемой текущего времени, в частности, остро стоит проблема защиты высших организмов от вредного воздействия тяжелых металлов. В организм животных тяжелые металлы поступают преимущественно с пищей. Воздействие тяжелых металлов приводит к таким неблагоприятным последствиям, как уменьшение веса животного, снижение иммунитета организма. В то же время, имеется множество экспериментальных данных о бактериях, растениях, грибах и продуктах их жизнедеятельности, способных выступать в роли биоаккумуляторов тяжелых металлов.

Большой интерес вызывает изучение аккумуляции металлов микроорганизмами, входящими в состав пробиотических препаратов, так как такие препараты обладают ярко выраженной антагонистической активностью в отношении патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, высокой ферментативной активностью и иммуностимулирующим действием. Помимо перечисленных свойств, данные пробиотики обладают важным свойством -это антитоксическое действие, проявляющееся в накоплении и активном выведении тяжелых металлов из организма. Установлено, что свое токсическое действие тяжелые металлы проявляют только в виде ионов, связываясь с заряженными функциональными группами органических молекул. Если же их тем или иным способом перевести в связанную форму, то они лишаются токсических свойств.

Изучение механизмов накопления металлов бактериями является актуальной научной проблемой, поскольку новые знания о способах накопления металлов бактериями способствуют созданию новых препаратов

6

для лечения интоксикации тяжелыми металлами у человека и животных, а

также методов снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду с

использованием бактерий, в частности, рода Bacillus.

Решение данной проблемы может быть основано на выявлении

механизмов аккумуляции металлов бактериями. Предполагается, что эффект

определяется связыванием металлов с органическими молекулами клетки как

входящими в их состав, так и выделяемыми бактериями наружу. Поэтому в

настоящей работе экспериментально изучены закономерности аккумуляции

ионов тяжелых металлов бактериями рода Bacillus и с помощью теории

функционала плотности исследованы строение и энергии образования

комплексов тяжелых металлов с биомолекулами в рамках моделирования

двух способов накопления металлов микроорганизмами: неспецифического

(связывание металлов с аминокислотами, фосфолипидами) и специфического

(связывание металлов белками, например, металлотионеинами).

Работа выполнена в соответствии с плановыми исследованиями

Оренбургского государственного университета «Исследование спиновых и

спин-каталитических эффектов в биохимических процессах и

межмолекулярных комплексах с участием металлов и кислорода», номер

Госрегистрации 114090340009, а также при поддержке гранта Оренбургской

области в сфере научной и научно-технической деятельности № АААА-А16-

116070410135-5 «Анализ биоадсорбции металлов пробиотическими

бактериями для возможного применения пробиотиков при интоксикации

тяжелыми металлами у человека и животных».

Цель работы - экспериментальное исследование аккумуляции тяжелых

металлов бактериями рода Bacillus и квантовохимическое моделирование

механизмов связывания металлов биомолекулами для объяснения

наблюдаемых закономерностей биоаккумуляции.

Для достижения цели работы решались следующие задачи:

- определение количественного накопления тяжелых металлов

исследуемыми микроорганизмами в биомассе (in vitro), с анализом динамики

7

накопления металлов во времени и влияния тяжелых металлов на морфологию пробиотических бактерий в периодической культуре;

- теоретическое моделирование неспецифического механизма связывания металлов, установление строения комплексов тяжелых металлов (Zn, Cd, Co, Pb) с аминокислотами на примере L-аланина и фосфолипидами, расчет энергий образования комплексов и определение ряда устойчивости;

- исследование специфической аккумуляции ионов тяжелых металлов низкомолекулярными белками - металлотионеинами - с помощью методов теории функционала плотности и молекулярной механики, установление относительной эффективности связывания в ряду изученных металлов;

- определение эффективности применения пробиотических препаратов в системе доставки и выведения цинка в организме животного (in vivo).

Методы и объекты.

Для решения поставленных в работе задач применялись следующие экспериментальные методы исследования: метод последовательных разведений, фотоэлектроколориметрия, атомно-абсорбционная

спектрофотометрия, рентгенофлуоресцентный анализ, атомно-силовая микроскопия, инфракрасная спектроскопия, флуоресцентный анализ, а также квантово-химическое моделирование с помощью программных комплексов FireFly 8.1, Gaussian-09 C.01. Расчеты проводили с помощью функционала плотности B3LYP и полноэлектронного базиса DZP. При ONIOM расчетах было использовано также силовое поле UFF.

В работе использовались три пробиотических штамма бактерий рода Bacillus: B. clausii, B. subtilis 7048, B. licheniformis 7038. В качестве регулирующих факторов применялись соли тяжелых металлов: MnSO^H2O, FeSO4-H2O, CoSO4-7H2O, ZnSO4^O, CdSO^8^O, Pb(NO3)2, UO2SO4^3H20.

Научная новизна.

Установлены концентрации металлов, влияющие на рост клеток бактерий рода Bacillus. Количественно охарактеризована способность

бактерий аккумулировать тяжелые металлы в условиях in vitro и in vivo.

8

Установлено влияние металлов на изменение размеров и структуры микроорганизмов. Доказано, что на поверхности бактерий рода Bacillus аккумулируются соединения металлов Co, Zn, Pb, Cd.

Разработана методика квантово-химического исследования различных механизмов связывания тяжелых металлов в комплексы с аминокислотами, низкомолекулярными пептидами (металлотионеинами) и фосфолипидами мембран бактерий. Для всех типов биомолекул установлен ряд ионов тяжелых металлов по эффективности образования комплексов. Найдено, что важным физико-химическим фактором, определяющим эффективность биоаккумуляции металла, является его термодинамическая стабильность в водном растворе, мерой которой может служить энергия гидратации иона. Биологический фактор ограничения эффективности биоаккумуляции металла - его токсичность по отношению к микроорганизмам. Прослежена корреляция тушения флуоресценции триптофана ионами Pb(II), Co(II), Zn(II), Cd(II), Mn(II), UO2(II) со способностью бактерий рода Bacillus к аккумуляции данных металлов.

Теоретическая и практическая значимость работы.

Теоретическая значимость работы для физической химии состоит в разработке методики исследования сложных биологических систем, включающей обоснование и выбор квантово-химического приближения, допустимые модельные ограничения, способ расчета энергий образования комплексов металлов с биомолекулами. Совокупность экспериментальных и теоретических результатов характеризует токсичность и степень накопления ряда тяжелых металлов, а также влияние различных металлов на рост и морфологию клеток бактерий, образование спор.

Установленная корреляция тушения флуоресценции триптофана ионами

Pb(II), Co(II), Zn(II), Cd(II), Mn(II) с количеством поглощенного бактерией

металла in vitro может быть основой для создания методики экспресс-оценки

загрязненности окружающей среды ионами тяжелых металлов.

Практическим результатом исследования служит предложенный способ

9

снижения содержания цинка и свинца в организме животных, который может быть использован в биологических и медицинских лабораториях (Патент RU № 2552052; заявка №617778. Заявлено 02.09.2013. Решение о выдаче патента от 10.11.2014., опубл. 10.06.2015, БИ № 7).

Достоверность полученных результатов подтверждается применением современных методов исследования, строгим контролем и проверкой каждого этапа исследования с помощью лицензированного программного обеспечения и сертифицированного научного оборудования; совпадением части полученных результатов с данными других исследователей, работающим по схожим направлениям.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты по количественному накоплению металлов (Zn, Co, Cd, Pb, Mn, Fe) бактериями рода Bacillus, а также по влиянию тяжелых металлов на морфологию и рост клеток бактерий.

2. Результаты квантово-химических расчетов структуры и устойчивости комплексов аланина, фосфолипидов и металлотионеинов с металлами (Zn, Co, Cd, Pb). Анализ результатов и установление важнейших факторов, определяющих эффективность аккумуляции тяжелых металлов бактериями.

3. Оценка эффективности применения пробиотиков в системе доставки и выведения металла из организма крыс, на примере цинка.

Личный вклад автора заключается в проведении квантово-химических расчетов, анализе литературы, выборе методов расчета, обработке и интерпретации результатов. Эксперименты in vitro, атомно-силовая микроскопия, рентгенофлуоресцентный анализ и ИК-спектроскопия проведены лично автором. Подготовка публикаций выполнена совместно с научным руководителем.

Апробация работы, внедрение и публикации.

Основные результаты работы доложены на XX Международной научной

конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2013»,

Москва, 9-13 апреля 2013г.; II Всероссийской научно-методической

10

конференции «Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры», Оренбург, 30 января-1 февраля 2013г.; XXI Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2014», Москва, 7-11 апреля 2014г.; XXXII Всероссийском симпозиуме молодых ученых по химической кинетике, Московская обл., 17-20 ноября 2014 г.; XXII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных «Ломоносов-2015», Москва, 7-11 апреля 2015г.; VII Всероссийской молодежной школе-конференции "Квантово-химические расчеты: структура и реакционная способность органических и неорганических молекул", Иваново, 14-17 апреля 2015г.; XXVII Симпозиуме "Современная химическая физика", Туапсе, 20 сентября-1 октября 2015г.; X Всероссийской конференции "Высокореакционные интермедиаты химических и биохимических реакций", Черноголовка, 12-15 октября 2015г.; XXVIII Симпозиуме "Современная химическая физика", Туапсе, 19 - 30 сентября 2016г.; V Всероссийской научно-практической конференции «Математическое моделирование процессов и систем», Стерлитамак, 17-19 ноября 2016г., а также на внутривузовских конференциях и семинарах Оренбургского государственного университета.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 18 работ, в том числе 7 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК, тезисы 10 докладов на международных и всероссийских конференциях, 1 патент.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка цитируемой литературы и четырех приложений. Текст иллюстрирован 35 рисунками и 19 таблицами, список использованной литературы составляет 175 источников. Общий объем диссертации составляет 139 машинописных страницы.

ГЛАВА 1 - Биоаккумуляция металлов организмами. Механизмы, токсичность, воздействие (Литературный обзор)

1.1 Влияние тяжелых металлов на биосферу

Развитие промышленности, увеличение добычи и переработки металлов привели к повышению их количества в почве и ее загрязнению [1]. Особую опасность вызывают тяжелые металлы, вовлечение которых в биосферный круговорот является крупной экологической проблемой текущего времени. Естественные источники тяжелых металлов - это породы, образующиеся в результате вулканической деятельности или осадочных отложений. Часть металлов может поступать в атмосферу вместе с выбросами вулканических газов, экзотермальных источников, а также с космической пылью.

Основной источник поступления тяжелых металлов в атмосферу -техногенный, при производственных процессах черной и цветной металлургии, сжигании минерального топлива. Неправильное орошение водами, содержащими повышенное количество тяжелых металлов, или использование в качестве удобрения бытовые сточные воды могут служить источниками загрязнения биоценозов.

Антропогенная доля кобальта в окружающей среде составляет примерно 10%, никеля - 30%, кадмия и ртути - 50%, меди и цинка - 75%. Наибольшая доля поступления в атмосферу характерна для свинца. По различным данным она составляет от 50 до 80%. Главными техногенными источниками загрязнения биосферы тяжелыми металлами служат предприятия нефтепереработки и добычи полезных ископаемых, химическая промышленность, предприятия по производству металлов, а также транспорт [2].

Часть металлов поступает в бессточные водоемы, где накапливается и,

вступая в химические реакции, образует ядовитые соединения, которые

12

могут служить источниками вторичного загрязнения окружающей среды [2]. Металлы не способны разлагаться в природной среде, и, в отличие от органических веществ, разлагающихся под воздействием, металлы только перераспределяются между природными средами. Большая часть накапливается в верхних гумусовых горизонтах и очень медленно удаляется при потреблении растениями, выщелачивании, эрозии и дефляции почв.

Некоторое количество металлов может попасть в организм животного или человека с пищей и вызвать отравление [3]. Большая часть тяжелых металлов токсична уже в следовых концентрациях и накапливается в организме животного. Период полуудаления от исходной концентрации тяжелых металлов составляет продолжительное время: для свинца - от 740 до 5900 лет, меди - от 310 до 1500 лет, цинка - от 70 до 510 лет и кадмия - от 13 до 110 лет.

1.2 Накопление металлов организмами

Способность накапливать и удалять металлы из организма известна среди растений [4-6], грибов и микроорганизмов [7-19]. Установлено, что пурпурные несерные бактерии (Rhodobacter spp., Rhodopseudomonas spp.) и пурпурные серобактерии (Ectothiorhodospira spp.) способны аккумулировать более 99.7 % ионов меди, цинка, никеля, а также более 30 % ионов ртути при содержании в среде 100 мг/л ионов металлов, проявляя разную устойчивость к этим металлам. Еще более высокую способность к биосорбции ионов металлов проявляют зеленые водоросли Chlorella spp. [20]. P.pseudoalcaligenes достаточно хорошо аккумулирует ионы свинца и меди, их количества достигают 1 ммоль/г и 0.8 ммоль/г сухой биомассы соответственно [12]. Некоторые представители рода Acinetobacter, например, штаммм A.baumannii UCR-2971 способны аккумулировать ионы свинца в количестве до 0.05 ммоль/г сухой биомассы [21].

Гриб Rhizopus fungi накапливает рекордное количество цинка, меди,

13

кадмия, свинца и урана - до 25 % от сухой биомассы клеток. Его родственник Rhizopus arrhizus способен в еще большей степени поглощать уран - до 180 мг/г биомассы [22, 23]. Гриб Amanita muscaria способен накапливать кадмий. В его спорах содержится металла до 29.9 мг/кг сухой биомассы при том, что в среде, где он растёт, содержание металла достигает 0.4 мг/кг [24]. Молюск Argopecten purpuratus отличается "сверхспособностью" к накоплению меди - до 201.14 мг/г сухой массы.

Простейшее животное акантария строит свой скелет из минералов, в частности, целестина (сульфат стронция). Но содержание стронция в воде ничтожно мало - до 0.0008 %. Некоторые из морских губок способны извлекать золото из его солей, которого содержится в воде до 0.0000000004% [25]. Устрица Crassostrea rhizophora способна аккумулировать такие металлы, как: медь - до 526.1 мкг/г, кадмий - до 8.29 мкг/г, никель - до 1990.9 мкг/г и цинк - до 4733 мкг/г сухой биомассы [26, 27].

Известно, что высшие растения могут извлекать тяжелые металлы из почвы и накапливать их в тканях или на поверхности листьев [1, 4-6, 22, 2839]. Так представители семейства гвоздичных накапливают медь, перцы способны аккумулировать кобальт. Для березы карликовой и лишайников характерен высокий процент накопления цинка, а для вероники и лишайников - никеля и меди. Способностью к накоплению молибдена обладают растения семейств Бобовые, Зверобойные, Норичниковые и Сложноцветные [1]. Среди злаковых растений выявлена способность к накоплению ионов меди, цинка и свинца. Так, например, пшеница способна накапливать медь в количестве до 2.01 мг/кг, цинк - до 20.6 мг/кг и свинец -до 0.19 мг/кг от массы сухого вещества, а ячмень - до 2.6; 15.1 и 0.2 мг/кг соответственно [4, 5, 28]. Для некоторых растений также характерны рекордные величины по накоплению металлов. Например, водяной орех накапливает ионов марганца до 108000 мг/кг сухой биомассы, а растения семейства Крестоцветные способны накапливать ионы цинка до 13630 мг/кг [1].

В организм животных тяжелые металлы поступают преимущественно с пищей. Незначительная часть может поступать через легкие. Основное количество поступившего в организм металла накапливается преимущественно в печени и почках. Также установлено, что лимфатическая система тоже может участвовать в детоксикации тяжелых металлов и накапливать их [40, 41]. Воздействие тяжелых металлов приводит к таким неблагоприятным последствиям, как уменьшение веса животного, снижение иммунитета организма. Кроме того, мясо животного, в котором содержатся тяжелые металлы, нельзя употреблять в пищу.

Металл накапливается клетками в два этапа [42, 43]:

1) Неспецифическое присоединение катионов металлов к органическим молекулам, входящим в состав клетки или выделяемым ей в среду. Данная фаза не зависима от энергии клетки. Она обусловлена сорбцией металлов клеточной стенкой и мембраной бактерии, в состав которых могут входить фосфолипиды, хитин, хитозан и другие органические молекулы.

2) Следующая фаза, более медленная, зависимая от энергетического состояния клетки. Это специфическое, внутриклеточное накопление металлов при участии мембранных переносчиков ионов [44]. В качестве переносчиков в данном случае выступают белки.

Во всяком случае, существует два способа накопления металла микроорганизмами: на поверхности клетки (внеклеточный, поверхностный) и внутри клетки (внутриклеточный).

1.3 Неспецифические методы накопления металлов. Комплексы аминокислот с металлами

К неспецифическим механизмам накопления металлов

микроорганизмами можно отнести неизбирательное связывание катионов

металлов с органическими молекулами клетки. В частности, металлы могут

образовывать соли с аминокислотами, фосфолипидами, тейхоевыми и

15

липотейхоевыми кислотами и другими низкомолекулярными веществами, входящими в состав клетки. При таком связывании соли металлов могут оказаться как внутри клетки, так и снаружи.

Рассмотрим образование комплексов металлов с аминокислотами. В большинстве случаев мономерами белков являются а-аминокислоты, лишь иногда и только у бактерий в составе белков могут встречаться Р-аминокислоты. Наиболее распространенными являются 20 аминокислот. Их выделяют в отдельный класс - протеиногенные аминокислоты. Они участвуют в синтезе (трансляции) белка. В состав аминокислот входят карбоксильная группа (-СООН), аминогруппа (-ЫН2) и Я-группа или остальная часть молекулы. Благодаря этому аминокислоты являются амфотерными соединениями. В растворе они существуют в двух разных ионных формах и могут выступать как в роли кислот, так и оснований. Аминокислоты, чьи значения рН близки к нейтральным, существуют в виде диполя (рисунок 1, А). Между карбоксильной и амино- (имино-) группой в растворе поддерживается протонное равновесие. При низких или высоких рН для различных аминокислот это приведет к депротонированию и образованию анионной или катионной формы аминокислоты или образованию цвиттер-иона [45].

О

о

А

Рисунок 1 - Схематичное строение аминокислот А - цвиттер-ионная форма, В - анионная форма

Изучение комплексов аминокислот с металлами представляет также интерес для описания механизмов образования металлоферментов [46]. В большинстве случаев основные координационные связи образуются между металлом и кислородом либо азотом. В белках, где имеется большое количество серосодержащих аминокислот (цистеин, метионин), дополнительно могут возникать связи Ме-Б [47-49]. Знания в различиях энергий связей с разными металлами помогут предсказывать неблагоприятные последствия для организма в результате образования таких комплексов, а также объяснить механизм замещения одного металла другим [50]. Очень важна пространственная координация атома металла в молекуле белка, так как от его положения будут зависеть каталитические свойства фермента, его активность. Замещение активного центра другим металлом приведет к неработоспособности фермента. Для каждого металла существует свое основное координационное число [51, 52], для цинка и кадмия оно равно 4[53], для кобальта - 6 [54], а для свинца - 4 [55]. Данные координационные числа не являются константами и могут меняться в зависимости от природы лиганда. Так, например, свинец может координировать до 12 атомов [56]. Анализ в различиях координационных чисел для разных комплексов и разных металлов важен для понимания молекулярных основ связывания металла с аминокислотами и белками. Гибкость координационной сферы, выбор лиганда и различия в валентности могут объяснить каталитические эффекты в реакциях в присутствии металла, передаче сигнала на клеточном уровне, сворачивании и агрегации белков, включающих металл, а также причину отравлений тяжелыми металлами и методы лечений препаратами на основе металлов. В связи с этим существуют работы, основанные на квантово-химическом моделировании различных комплексов с металлами, где исследуется координация металлов к различным функциональным группам [57-59].

Стоит также учитывать константы устойчивости комплексов. При

смешивании растворов, содержащих лиганд и катионы металла, происходит

17

ступенчатое комплексообразование. Лиганды будут последовательно присоединяться к металлу до тех пор, пока количество лигандов не станет равным координационному числу комплексообразователя. В системе устанавливается динамическое равновесие. В этот момент происходит как образование комплекса, так и его распад. Каждая ступень характеризуется своим состоянием равновесия.

М + р ^[МР] К1 = [Мв]/([М] [в])

Мв + в ^[МР2] К2 = [МР2]/([МР] [в])

Мрп-1 + в ^[Мвп] Кп = [Мвп]/([Мвп-1][в])

Значения К1, К2...Кп есть ступенчатые константы устойчивости

комплексов. Они характеризуют прочность комплексов в растворах. В

таблице 1 представлены константы устойчивости комплексов аминокислот с

различными металлами [60]. Константы устойчивости аминокислот являются

одними из важных характеристик, необходимых для понимания процессов,

протекающих в системах металл-аминокислота[61-63].

На устойчивость комплекса влияет много факторов. К внешним

факторам можно отнести состав раствора, ионную силу, температуру и

природу растворителя. Помимо внешних важную роль играют

фундаментальные факторы - природа комплексообразователя и природа

лигандов. Сюда же можно отнести хелатный эффект и структуру лиганда.

Полидентатные лиганды, в отличие от монодентатных аналогов, образуют

гораздо более устойчивые комплексы [64-66].

Аспарагиновая и глутаминовая аминокислоты, аспрагин, глутамин,

лизин и аргинин в своем строении имеют две карбоксильные группы, одну

свободную амино- или имино- группу. У цистеина имеется свободная

тиольная группа. Тирозин и серин обладают гидроксильными группами.

Также тирозин, триптофан и фенилаланин имеют ароматическое кольцо. При

образовании пептидной связи данные группы остаются свободными и могут

вступать во взаимодействие с другими функциональными группами, таким

18

образом, образуется вторичная или третичная структура белка. Но иногда даже после образования конечной структуры белка часть функциональных групп остается незанятой. Они могут находиться на поверхности белка или входить непосредственно в активный центр фермента. К таким боковым цепям могут присоединяться, в частности, металлы, изменяя конформацию белка и приводя его к сворачиванию или, наоборот, активируя его в том случае, если для активации фермента нужен кофактор, содержащий металл. Металл, присоединяясь к боковым цепям аминокислот, может увеличивать стабильность комплекса [67]. Присоединение металла к некоторым аминокислотам может вызывать ингибирование биохимических процессов, в которых участвуют такие аминокислоты [68].

Табл. 1 - константы устойчивости комплексов металлов с аминокислотами

Лиганд Катион металла рКа 18 Р1 12 в2

а-Аланин Бе 2.34 9.87 7.3

гп 4.6 8.6

Со 4.4 7.9

Ми 3.1 6.1

N1 - 10.0

Си - 15.0

в-Алании Бе 3.56 10.22 - 4.0

гп 4.1 7.2

Со 3.6 6.1

Мп 2.1 -

N1 - 8.1

Си - 12.6

Аргинин Бе 2.17 9.36 12.48 3.2 -

гп 4.1 8.1

Со 4.0 7.2 в3=9.2)

Мп 2.6 -

N1 5.2 9.5

Си 7.9 14.6

Аспарагин Бе 2.16 8.75 - 6.5

гп - 8.7

Со 4.6 8.3 (^ Рэ=10.0)

Мп - 4.5

Си 7.9 14.4

N1 - 10.6

Продолжение таблицы 1.

Лиганд

Катион металла

рКа

^ Р1

^ Р2

Лизин

Бе

ги

Со

Ми

N1

Си

2.18

9.18

4.5

10.72

3.6

2

5.5

7.6

7.6

6.8

8.8

13.7

Триптофан

Бе

ги

Со

Ми

N1

Си

2.9

5.2

2.38

9.39

4.6

2.9

5.7

8.3

7.6

9.3

8.5

10.2

15.9

Цистеин

соон

Бе

ги

Со

Ми

N1

1.96

8.48

6.2

9.2

10.55

9.3

4.6

9.8

11.8

18.2

16.9

20.2

5

Так как в состав некоторых белков входит большое количество аминокислот, квантово-химическое моделирование таких больших и сложных систем требует специальных методов и больших ресурсов ЭВМ, что вызывает значительные затруднения. Аминокислоты, в свою очередь, имеют размеры, гораздо меньшие по сравнению с ферментами и белками, что делает их удачной моделью для квантово-химического моделирования. Существует множество работ по исследованию комплексов аминокислот с металлами, основанных на квантово-химических расчетах [67, 69-80]. Преимущественно данные исследования основаны на анализе различных конформаций [77, 81, 82]. Так исследования различных конформаций комплексов металлов с аминокислотами показали, что самая устойчивая форма образуется, когда металл образует связи одновременно и с азотом, и с кислородом [77]. Причем по форме эта структура напоминает тетраэдр (рисунок 2).

Похожие диссертационные работы по специальности «Физическая химия», 02.00.04 шифр ВАК

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Пешков, Сергей Алексеевич, 2017 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение // Почвоведение. - 2007. - №. 9.- C. 1112-1119.

2. Пестриков С.В., Красногорская Н.Н., Сапожникова Е.Н., Исаева О.Ю. Снижение экологической опасности металлсодержащих сточных вод. Уфа: Уфимский государственный авиационный технический университет. - 2006. - 252 с.

3. Рейли К. Металлические загрязнения пищевых продуктов. Москва: Агропромиздат. - 1985. - 215 с.

4. Мальцев В.Ф., Ториков В.Е., Маркина З.Н. Особенности накопления тяжелых металлов сельскохозяйственными культурами // Агрохимия. -2009. - №. 3.- С. 76-83.

5. Кузнецова Е.А. Накопление тяжелых металлов в зерновых культурах и пути снижения их содержания // Гигиена и санитария. - 2007. - №. 4.-С.50-53.

6. Алексеенко В.А. Основные факторы накопления химических элементов организмами // Соросовский образовательный журнал. - 2001. - Т. 7. -№. 8.- С. 20-24.

7. Montes D. Removal of mercury (II) from aqueous solutions of non-viable cells of Bacillus sp // Biotechnology. - 2006. - V. 97. - №. 7.- P. 1907-1911.

8. Lo W., Ng L.M., Chua H., Peter H.F., Sin S.N., Wong P.-K., Biosorption and desorption of copper (II) ions by Bacillus sp, Biotechnology for Fuels and Chemicals, Springer, Humana Press, 2003, pp. 581-591.

9. Costa A.C.A.d., Duta F.P. Bioaccumulation of copper, zinc, cadmium and lead by Bacillus sp., Bacillus cereus, Bacillus sphaericus and Bacillus subtilis // Brazilian Journal of Microbiology. - 2001. - V. 32. - №. 1.- P. 1-5.

10. Гаранин Р.А., Лыков И.Н. Использование дрожжей saccharomyces cerevisiae в качестве биосорбента и биоаккумулятора катионов тяжелых

металлов [очистка сточных вод] // АГРО XXI. - 2008. - №. 4.- С. 42-43.

116

11. Malekzadeh F., Farazmand A., Ghaforian H., Shahamat M., Levin M., Grim C., Accumulation of heavy metals by a bacterium isolated from electroplating effluent, Biotechnology Risk Assessment Symposium, 1996, pp. 388-398.

12. Leung W.C., Chua H., Lo W., Biosorption of heavy metals by bacteria isolated from activated sludge, Twenty-Second Symposium on Biotechnology for Fuels and Chemicals, Springer, 2001, pp. 171-184.

13. Ledin M. Accumulation of metals by microorganisms-processes and importance for soil systems // Earth-Science Reviews. - 2000. - V. 51. - №.1.-P. 1-31.

14. Kiffney P.M., Clements W.H. Bioaccumulation of heavy metals by benthic invertebrates at the Arkansas River, Colorado // Environmental Toxicology and Chemistry. - 1993. - V. 12. - №. 8.- P. 1507-1517.

15. Haritonidis S., Malea P. Bioaccumulation of metals by the green alga Ulva rigida from Thermaikos Gulf, Greece // Environmental Pollutio№. - 1999. -V.104. - №. 3.- P. 365-372.

16. Amiard J.C., Amiard-Triquet C., Berthet B., Metayer C. Comparative study of the patterns of bioaccumulation of essential (Cu, Zn) and non-essential (Cd, Pb) trace metals in various estuarine and coastal organisms // Journal of Experimental Marine Biology and Ecology. - 1987. - V. 106. - №. 1.- P. 7389.

17. Strandberg G.W., Shumate S.E., Parrott J.R. Microbial cells as biosorbents for heavy metals: accumulation of uranium by Saccharomyces cerevisiae and Pseudomonas aeruginosa // Applied and Environmental Microbiology. - 1981. - V. 41. - №. 1.- P. 237-245.

18. Gadd G.M., Griffiths A.J. Microorganisms and heavy metal toxicity // Microbial ecology. - 1977. - V. 4. - №. 4.- P. 303-317.

19. Albergoni V., Piccinni E., Coppellotti O. Response to heavy metals in organisms—I. Excretion and accumulation of physiological and non physiological metals in Euglena gracilis // Comparative Biochemistry and

Physiology Part C: Comparative Pharmacology. - 1980. - V. 67. - №. 2.-P.121-127.

20. Гоготов И.Н. Аккумуляция ионов металлов и деградация поллютантов микроорганизмами и их консорциумами с водными растениями // Экология промышленного производства. - 2005. - №. 2.- С. 33-37.

21. Rodriguez C.E., Quesada A. Nickel biosorption by Acinetobacter baumannii and Pseudomonas aeruginosa isolated from industrial wastewater // Brazilian Journal of Microbiology. - 2006. - V. 37. - №. 4.- P. 465-467.

22. Volesky B., Holan Z.R. Biosorption of heavy metals // Biotechnology progress. - 1995. - V. 11. - №. 3.- P. 235-250.

23. Tsezos M., Volesky B. The mechanism of uranium biosorption by Rhizopus arrhizus // Biotechnology andBioengineering. - 1982. - V. 24. - №. 2.- P.385-401.

24. Lepp N.W., Harrison S.C.S., Morrell B.G. A role forAmanita muscaria L. in the circulation of cadmium and vanadium in a non-polluted woodland // Environmental geochemistry and health. - 1987. - V. 9. - №. 3-4.- P. 61-64.

25. Чубуков В.Ф. Микробы запасают металлы // Химия и Жизнь. - 1982. -№.11.- С. 53-55.

26. Ferreira A.G., Machado A.L.S., Zalmon I.R. Temporal and spatial variation on heavy metal concentrations in the oyster Ostrea equestris on the northern coast of Rio de Janeiro State, Brazil // Brazilian Journal of Biology. - 2005. - V. 65. - №. 1.- P. 67-76.

27. Андроников В.Б., Коротнева Н.В., Пашкова И.М. Содержание тяжелых металлов в различных тканях кальмара Illex illecebrosus // Экологическая химия. - 2002. - Т. 11. - №. 1.- С. 40-44.

28. Ложкина Н.И., Калиненко Н.А. Содержание тяжёлых металлов в почве и конечной сельскохозяйственной продукции (зерно) озимой ржи (сорт Сибирь) при влиянии длительного применения средств интенсификации в южной лесостепи Западной Сибири // Омский научный вестник. - 2006. -№. 4.- С. 126-129.

29. Прокуратова А.С., Кольс О.Е., Калиненко Н.А. Содержание тяжелых металлов в почве и конечной сельскохозяйственной продукции при выращивании зерновых культур по интенсивной технологии // Агро XXI. - 2006. - №. 10-12.- С. 45-46.

30. Hinesly T.D., Alexander D.E., Redborg K.E., Ziegler E.L. Differential accumulations of cadmium and zinc by corn hybrids grown on soil amended with sewage sludge // Agronomy Journal. - 1982. - V. 74. - №. 3.- P. 469474.

31. Хажеева З.И., Пронин Н.М., Раднаева Л.Д., Дугаров Ж.Н., Урбазаева С.Д. Особенности накопления тяжелых металлов в воде, донных отложениях и биоте залива Черкалов сор оз. Байкал // Химия в интересах устойчивого развития. - 2005. - Т. 13. - №. 1.- С. 95-102.

32. Диренко А.А., Кнус А., Коцарь Е.М. Использование высших водных растений в практике очистки сточных вод и поверхностного стока // СОК (сантехнжа, опалення, кондицЮвання). - 2006. - №. 4.- С. 12-15.

33. Ucun H., Bayhan Y.K., Kaya Y. Kinetic and thermodynamic studies of the biosorption of Cr (VI) by Pinus sylvestris Linn // Journal of hazardous materials. - 2008. - V. 153. - №. 1.- P. 52-59.

34. Amado Filho G.M., Creed J.C., Andrade L.R., Pfeiffer W.C. Metal accumulation by Halodule wrightii populations // Aquatic Botany. - 2004. -V.80. - №. 4.- P. 241-251.

35. Amado-Filho G.M., Salgado L.T., Rebelo M.F., Rezende C.E., Karez C.S., Pfeiffer W.C. Heavy metals in benthic organisms from Todos os Santos Bay, Brazil // Brazilian Journal of Biology. - 2008. - V. 68. - №. 1.- P. 95-100.

36. Vieira R.H.S.F., Volesky B. Biosorption: a solution to pollution // International Microbiology. - 2010. - V. 3. - №. 1.- P. 17-24.

37. Lodeiro P., Cordero B., Barriada J.L., Herrero R., De Vicente M.E.S. Biosorption of cadmium by biomass of brown marine macroalgae // Bioresource Technology. - 2005. - V. 96. - №. 16.- P. 1796-1803.

38. Ahalya N., Ramachandra T.V., Kanamadi R.D. Biosorption of heavy metals // Res. J. Chem. Enviro№. - 2003. - V. 7. - №. 4.- P. 71-79.

39. Черникова А.А., Цоглин Л.П., Маркелова А.Г., Зорин С.Н., Мазо В.К., Пронина П.А. Способность Spirulma platensis к накоплению марганца и его распределение в клетке // Физиология растений. - 2006. - Т. 53. -№.6.- С. 903-909.

40. Хантурина Г.Р., Хантурин М.Р. Накопление солей тяжелых металлов в лимфатических узлах экспериментальных животных // Современные проблемы науки и образования. - 2009. - №. 4. - URL: http://www.science-educatio№.ru/ru/article/view?id=1207 (дата обращения: 16.04.2016).

41. Хантурина Г.Р., Хантурин М.Р. Выведение солей тяжелых металлов из органов экспериментальных животных // Бюллетень ВосточноСибирского научного центра Сибирского отделения Российской академии медицинских наук. - 2009. - Т. 65. - №. 1.- С. 284-286.

42. Malik A. Metal bioremediation through growing cells // Environment International. - 2004. - V. 30. - №. 2.- P. 261-278.

43. Ledin M. Accumulation of metals by microorganisms — processes and importance for soil systems // Earth-Science Reviews. - 2000. - V. 51. - №. 14.- P. 1-31.

44. Paulsen I.T., Saier Jr M.H. A novel family of ubiquitous heavy metal ion transport proteins // The Journal of membrane biology. - 1997. - V. 156. -№.2. - P. 99-103.

45. Гринштейн Д., Виниц М. Химия аминокислот и пептидов. Москва: Рипол Классик. - 2013. - 828 с.

46. Lu Y., Berry S.M., Pfister T.D. Engineering novel metalloproteins: design of metal-binding sites into native protein scaffolds // Chemical Reviews. - 2001. -V. 101. - №. 10.- P. 3047-3080.

47. Yamauchi O., Odani A., Takani M. Metal-amino acid chemistry. Weak interactions and related functions of side chain groups // Journal of the

Chemical Society, Dalton Transactions. - 2002. - №. 18.- P. 3411-3421.

120

48. Glusker J.P. Structural aspects of metal liganding to functional groups in proteins // Advances in protein chemistry. - 1991. - V. 42. - №. 1.- P. 1-76.

49. Rode B.M. Peptides and the origin of life 1 // Peptides. - 1999. - V. 20. - №.6. - P. 773-786.

50. Lu Y. Design and engineering of metalloproteins containing unnatural amino acids or non-native metal-containing cofactors // Current opinion in chemical biology. - 2005. - V. 9. - №. 2.- P. 118-126.

51. Угай Я. Валентность, химическая связь и степень окисления-важнейшие понятия химии // Соросовский образовательный журнал. - 1997. - №. 3.-С. 53-57.

52. Burgess J. Metal ions in solution. Chichester: Ellis Horwood. - 1978. - 482 с.

53. Yachandra V., Powers L., Spiro T.G. X-ray absorption spectra and the coordination number of zinc and cobalt carbonic anhydrase as a function of pH and inhibitor binding // Journal of the American Chemical Society. - 1983. -V. 105. - №. 22.- P. 6596-6604.

54. Inada Y., Sugimoto K., Ozutsumi K., Funahashi S. Solvation structures of manganese (II), iron (II), cobalt (II), nickel (II), copper (II), zinc (II), cadmium (II), and indium (III) ions in 1, 1, 3, 3-tetramethylurea as studied by EXAFS and electronic spectroscopy. Variation of coordination number // Inorganic Chemistry. - 1994. - V. 33. - №. 9.- P. 1875-1880.

55. Xiao H.P., Morsali A. A novel three-dimensional coordination polymer involving Pb Pb interactions and three different hemidirected lead(II) coordination spheres: X-Ray crystal structure of tris(1,10-phenanthroline-K#1,K#10)bis[(;w3-[5-(sulfo-KO)benzene-1,3-dicarboxylate(3-)-KO1,KO1': kO2, K(f : /c(92]}trilead (Pb Pb) trihydrate ([Pb3(phen)3(H20)2(sip)2]«-3 H20) // Helvetica chimica acta. - 2005. - V. 88. - №. 9.- P. 2543-2549.

56. Harrowfield J.M., Maghaminia S., Soudi A.A. Polyhapto-aromatic interactions in lead(II) coordination // Inorganic Chemistry. - 2004. - V. 43. - №. 6.-P.1810-1812.

57. Dudev T., Lim C. Metal binding affinity and selectivity in metalloproteins: insights from computational studies // Annu. Rev. Biophys. - 2008. - V. 37. -№. P. 97-116.

58. Rulisek L., Havlas Z. Theoretical studies of metal ion selectivity. 1. dft calculations of interaction energies of amino acid side chains with selected transition metal ions (Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, and Hg2+) // Journal of the American Chemical Society. - 2000. - V. 122. - №. 42.- P. 10428-10439.

59. Rulisek L., Havlas Z. Theoretical studies of metal ion selectivity.f 2. dft calculations of complexation energies of selected transition metal ions (Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, and Hg2+) in metal-binding sites of metalloproteins // The Journal of Physical Chemistry A. - 2002. - V. 106. - №. 15.- P. 38553866.

60. Досон Р., Эллиот Д., Эллиот У., Джонс К. Справочник биохимика. Oxford University Press. - 1986. - 481 c.

61. Sharma S.S., Dietz K.-J. The significance of amino acids and amino acid-derived molecules in plant responses and adaptation to heavy metal stress // Journal of experimental botany. - 2006. - V. 57. - №. 4.- P. 711-726.

62. Fukumoto K., Yoshizawa M., Ohno H. Room temperature ionic liquids from 20 natural amino acids // Journal of the American Chemical Society. - 2005. -V. 127. - №. 8.- P. 2398-2399.

63. Lenz G.R., Martell A.E. Metal chelates of some sulfur-containing amino acids // Biochemistry. - 1964. - V. 3. - №. 6.- P. 745-750.

64. Boehme C., Coupez B., Wipff G. Interaction of M3+ lanthanide cations with diamide ligands and their thia analogues: a quantum mechanics study of monodentate vs bidentate binding, counterion effects, and ligand protonation // The Journal of Physical Chemistry A. - 2002. - V. 106. - №. 27.- P. 64876498.

65. Claver C., Fernandez E., Gillon A., Heslop K., Hyett D.J., Martorell A., Orpen A.G., Pringle P.G. Biarylphosphonites: a class of monodentate phosphorus()

ligands that outperform their chelating analogues in asymmetric hydrogenation catalysis // Chemical Communications. - 2000. - V. №. 11.- P. 961-962.

66. Curtis N.F., Curtis Y.M. Some nitrato-amine nickel(II) compounds with monodentate and bidentate nitrate ions // Inorganic Chemistry. - 1965. - V. 4. - №. 6.- P. 804-809.

67. Mandal S., Das G., Askari H. Experimental and quantum chemical modeling studies of the interactions of L-phenylalanine with divalent transition metal cations // Journal of Chemical Information and Modeling. - 2014. - V. 54. -№. 9.- P. 2524-2535.

68. Kandemirli F., Saracoglu M., Amin M.A., Basaran M.A., Vurdu C.D. The Quantum chemical calculations of serine, therionine and glutamine // Int. J. Electrochem. Sci. - 2014. - V. 9. - №. 7.- P. 3819-3827.

69. Umadevi P., Senthilkumar L. Influence of metal ions (Zn2+, Cu2+, Ca2+, Mg2+ and Na+) on the water coordinated neutral and zwitterionic l-histidine dimer // RSC Advances. - 2014. - V. 4. - №. 90.- P. 49040-49052.

70. Remko M., Fitz D., Broer R., Rode B.M. Effect of metal Ions (Ni2+, Cu2+ and Zn2+) and water coordination on the structure of L-phenylalanine, L-tyrosine, L-tryptophan and their zwitterionic forms // Journal of Molecular Modeling. -2011. - V. 17. - №. 12.- P. 3117-3128.

71. Huang Z., Lin Z. Detailed ab initio studies of the conformers and conformational distributions of gaseous tryptophan // The Journal of Physical Chemistry A. - 2005. - V. 109. - №. 11.- P. 2656-2659.

72. Rogalewicz F., Hoppilliard Y., Ohanessian G. Structures and fragmentations of zinc(II) complexes of amino acids in the gas phase. I. Electrosprayed ions which are structurally different from their liquid phase precursors // International Journal of Mass Spectrometry. - 2000. - V. 201. - №. 1-3.-P.307-320.

73. Merrick J.P., Moran D., Radom L. An evaluation of harmonic vibrational frequency scale factors // The Journal of Physical Chemistry A. - 2007. -V.111. - №. 45.- P. 11683-11700.

74. Destro R., Marsh R.E., Bianchi R. A low-temperature (23 K) study of L-alanine // The Journal of Physical Chemistry. - 1988. - V. 92. - №. 4.- P. 966973.

75. Simpson H.J., Marsh R.E. The crystal structure of L-alanine // Acta Crystallographica. - 1966. - V. 20. - №. 4.- P. 550-555.

76. Stepanian S.G., Reva I.D., Radchenko E.D., Adamowicz L. Conformational behavior of a-alanine, matrix-isolation infrared and theoretical DFT and ab initio study // The Journal of Physical Chemistry A. - 1998. - V. 102. - №. 24.

- P. 4623-4629.

77. Yang G., Zhu R., Zhou L., Liu C. Interactions of Zn (II) with single and multiple amino acids. Insights from density functional and ab initio calculations // Journal of Mass Spectrometry. - 2012. - V. 47. - №. 10.-P.1372-1383.

78. Mandal S., Das G., Askari H. Physicochemical investigations of the metal complexes of L-valine with doubly charged ions of nickel, copper and zinc: a combined experimental and computational approach // RSC Advances. - 2014.

- V. 4. - №. 47.- P. 24796-24809.

79. Mandal S., Das G., Askari H. A combined experimental and quantum mechanical investigation on some selected metal complexes of L-serine with first row transition metal cations // Journal of Molecular Structure. - 2015. -V. 1081. - №. P. 281-292.

80. Venkatachalam C.M. Stereochemical criteria for polypeptides and proteins. Conformation of a system of three linked peptide units // Biopolymers. - 1968.

- V. 6. - №. 10.- P. 1425-1436.

81. Belcastro M., Marino T., Russo N., Toscano M. Interaction of cysteine with Cu2+ and group IIb (Zn2+, Cd2+, Hg2+) metal cations: a theoretical study // Journal of Mass Spectrometry. - 2005. - V. 40. - №. 3.- P. 300-306.

82. Khodabandeh M.H., Reisi H., Davari M.D., Zare K., Zahedi M., Ohanessian G. Interaction modes and absolute affinities of a-amino acids for Mn2+: a

comprehensive picture // ChemPhysChem. - 2013. - V. 14. - №. 8.- P. 17331745.

83. Parr R.G., Density functional theory, Electron Distributions and the Chemical Bond, Springer, 1982, pp. 95-100.

84. Fleming G.J., McGill P.R., Idriss H. Gas phase interaction of L-proline with Be2+, Mg2+ and Ca2+ ions: a computational study // Journal of Physical Organic Chemistry. - 2007. - V. 20. - №. 12.- P. 1032-1042.

85. Yeagle P.L. Lipid regulation of cell membrane structure and function // The FASEB journal. - 1989. - V. 3. - №. 7.- P. 1833-1842.

86. McNeil H.P., Chesterman C.№., Krilis S.A. Immunology and clinical importance of antiphospholipid antibodies // Advances in immunology. - 1991. - V. 49. - №. P. 193-280.

87. Beveridge T.J., Murray R.G. Uptake and retention of metals by cell walls of Bacillus subtilis // Journal of Bacteriology. - 1976. - V. 127. - №. 3.- P. 15021518.

88. Brayner R., Ferrari-Iliou R., Brivois №., Djediat S., Benedetti M.F., Fievet F. Toxicological impact studies based on Escherichia coli bacteria in ultrafine ZnO nanoparticles colloidal medium // Nano Letters. - 2006. - V. 6. - №. 4.-P. 866-870.

89. Beveridge T.J., Fyfe W.S. Metal fixation by bacterial cell walls // Canadian Journal of Earth Sciences. - 1985. - V. 22. - №. 12.- P. 1893-1898.

90. Galaris D., Evangelou A. The role of oxidative stress in mechanisms of metal-induced carcinogenesis // Critical Reviews in Oncology/Hematology. - 2002. -V. 42. - №. 1.- P. 93-103.

91. Chevion M. A site-specific mechanism for free radical induced biological damage: The essential role of redox-active transition metals // Free Radical Biology and Medicine. - 1988. - V. 5. - №. 1.- P. 27-37.

92. Кашнер Д. Жизнь микробов в экстремальных условиях. Москва: Мир. -1981. - 517 c.

93. Бухарин О.В., Гинзбург А.Л., Романова Ю.М., Эль-Регистан Г.И. Механизмы выживания бактерий. Москва: Медицина - 2005. - 367 c.

94. Фетисова А.В., Иларионов С.А. Транспорт ионов металлов через цитоплазматическую мембрану // Вестник Пермского Университета. -2012. - №. 1.- С. 86-91.

95. Foulkes E.C. Transport of toxic heavy metals across cell membranes // Proceedings of the Society for Experimental Biology and Medicine. - 2000. -V. 223. - №. 3.- P. 234-240.

96. Clarkson T.W. Molecular and ionic mimicry of toxic metals // Annual review of pharmacology and toxicology. - 1993. - V. 33. - №. 1.- P. 545-571.

97. Klomp A.E.M., Juijn J.A., Berger R., Klomp L.W.J. The N-terminus of the human copper transporter 1 (hCTR1) is localized extracellularly, and interacts with itself // Biochemical Journal. - 2003. - V. 370. - №. 3.- P. 881-889.

98. Navratil T., Sestakova I., Marecek V. Transport of heavy metals across the supported phospholipid bilayers // Int J Energy Env. - 2011. - V. 5. - №. 3.-P. 337-346.

99. Eide D.J. Zinc transporters and the cellular trafficking of zinc // Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Molecular Cell Research. - 2006. - V. 1763. - №. 7.-P. 711-722.

100. Левановский Д.А. Соединения металлов в живой природе // Соросовский образовательный журнал. - 1997. - №. 9.- С. 48-50.

101. Пиневич А.В. Микробиология. Биология прокариотов. Спб.: СПб. университет. - 2009. - 457 с.

102. Винокуров Л.М., Алахов Ю.Б. Катехольный сидерофор, продуцируемый терморезистентным штаммом Bacillus licheniformis VK21 // Биоорганическая химия. - 2003. - Т. 29. - №. 6.- С. 597-604.

103. Navratil T., Sestakova I., Dytrtova J.J., Jakl M., Marecek V. Study of charged particles transport across model and real phospholipid bilayers // WSEAS Transactions on Environment and Development. - 2010. - V. 6. - №. 3.-P.208-219.

104. Sigel A., Sigel H., Sigel R.K.O. Metallothioneins and related chelators, Royal Society of Chemistry, 2009.

105. Sutherland D.E.K., Stillman M.J. The "magic numbers" of metallothionein // Metallomics. - 2011. - V. 3. - №. 5.- P. 444-463.

106. Ferrer M., Golyshina O.V., Beloqui A., Golyshin P.N., Timmis K.N. The cellular machinery of Ferroplasma acidiphilum is iron-protein-dominated // Nature. - 2007. - V. 445. - №. 7123.- P. 91-94.

107. Будников Г.К. Тяжелые металлы в экологическом мониторинге водных систем // Соросовский образовательный журнал. - 1998. - №. 5.- С. 2329.

108. Левина Э.Н. Общая токсикология металлов. Ленингр. отд-ние: Медицина.

- 1972. - 303 с.

109. Кван О.В. Действие пробиотических препаратов на основе культур Bacillus subtillis, Bifidobacterium longum на продуктивность, обмен веществ и минеральный статус организма кур-несушек, ОГУ, Оренбург, 2007, с. 22.

110. Ющук Н.Д., Бродов Л. Острые кишечные инфекции: диагностика и лечение. Москва: Медицина. - 2001. - 350 с.

111. Бондаренко В.М., Грачева Н.М., Мацулевич Т.В., Воробьев А.А. Микроэкологические изменения кишечника и их коррекция с помощью лечебно-профилактических препаратов // Журн. гастроэнтерол. гепатол. колопроктол. - 2003. - Т. 4. - С. 66-76.

112. Доронин А.Ф., Шендеров Б.А. Функциональное питание. Москва: Грант.

- 2002. - 296 с.

113. Collins M.D., Gibson G.R. Probiotics, prebiotics, and synbiotics: approaches for modulating the microbial ecology of the gut // The American Journal of Clinical Nutrition. - 1999. - V. 69. - №. 5.- P. 1052-1057.

114. Коршунов В.М., Ефимов Б.А., Пикина А.П. Характеристика биологических препаратов и пищевых добавок для функционального

питания и коррекции микрофлоры кишечника // Журн. микробиол. - 2000. - Т. 3. - С. 86-91.

115. Brown R.C., Hopps H.C. Staining of bacteria in tissue sections: a reliable gram stain method // American Journal of Clinical Pathology. - 1973. - V. 60. -№.2. - P. 234-240.

116. Rayner D.M., Szabo A.G. Time resolved fluorescence of aqueous tryptophan // Canadian Journal of Chemistry. - 1978. - V. 56. - №. 5.- P. 743-745.

117. G.A. Andrienko, ChemCraft, Version 1.8 (build 486), http: //www.chemcraftprog.com.

118. Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., Scuseria G.E., Robb M.A., Cheeseman J.R., Scalmani G., Barone V., Mennucci B., Petersson G.A., Nakatsuji H., Caricato M., Li X., Hratchian H.P., Izmaylov A.F., Bloino J., Zheng G., Sonnenberg J.L., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Honda Y., Kitao O., Nakai H., Vreven T., Montgomery J., J. A., Peralta J.E., Ogliaro F., Bearpark M., Heyd J.J., Brothers E., Kudin K.N., Staroverov V.№., Kobayashi R., Normand J., Raghavachari K., Rendell A., Burant J.C., Iyengar S.S., Tomasi J., Cossi M., Rega №., Millam J.M., Klene M., Knox J.E., Cross J.B., Bakken V., Adamo C., Jaramillo J., Gomperts R., Stratmann R.E., Yazyev O., Austin A.J., Cammi R., Pomelli C., Ochterski J.W., Martin R.L., Morokuma K., Zakrzewski V.G., Voth G.A., Salvador P., Dannenberg J.J., Dapprich S., Daniels A.D., Farkas Ö., Foresman J.B., Ortiz J.V., Cioslowski J., Fox D.J., Gaussian 09, Revision C.1, Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2009.

119. Granovsky A.A. Firefly, version 8 // URL: http://classic. chem. msu. su/gran/firefly/index

120. Siegbahn P.E.M. Mechanisms of metalloenzymes studied by quantum chemical methods // Quarterly reviews of biophysics. - 2003. - V. 36. - №. 1.-P. 91-145.

121. Liu H., Bara J.E., Turner C.H. Tuning the adsorption interactions of imidazole derivatives with specific metal cations // The Journal of Physical Chemistry A. - 2014. - V. 118. - №. 22.- P. 3944-3951.

122. Frenking G., Antes I., Böhme M., Dapprich S., Ehlers A.W., Jonas V., Neuhaus A., Otto M., Stegmann R., Veldkamp A., Vyboishchikov S.F. Pseudopotential calculations of transition metal compounds: scope and limitations, reviews in computational chemistry, John Wiley & Sons, Inc., 2007, pp. 63-144.

123. Canal Neto A., Jorge F.E. All-electron double zeta basis sets for the most fifth-row atoms: Application in DFT spectroscopic constant calculations // Chemical Physics Letters. - 2013. - V. 582. - №. P. 158-162.

124. Jorge F.E., Martins L.S.C., Franco M.L. All-electron double zeta basis sets for the lanthanides: Application in atomic and molecular property calculations // Chemical Physics Letters. - 2016. - V. 643. - №. P. 84-88.

125. Pyykko P. Relativistic effects in structural chemistry // Chemical Reviews. -1988. - V. 88. - №. 3.- P. 563-594.

126. Roos B.O., Lindh R., Malmqvist P.-Ä., Veryazov V., Widmark P.-O. New relativistic ANO basis sets for transition metal atoms // The Journal of Physical Chemistry A. - 2005. - V. 109. - №. 29.- P. 6575-6579.

127. Roos B.O., Lindh R., Malmqvist P.-Ä., Veryazov V., Widmark P.-O. Main group atoms and dimers studied with a new relativistic ANO basis set // The Journal of Physical Chemistry A. - 2004. - V. 108. - №. 15.- P. 2851-2858.

128. Roos B.O., Veryazov V., Widmark P.-O. Relativistic atomic natural orbital type basis sets for the alkaline and alkaline-earth atoms applied to the ground-state potentials for the corresponding dimers // Theoretical Chemistry Accounts. - 2004. - V. 111. - №. 2-6.- P. 345-351.

129. Balabanov №.B., Peterson K.A. Systematically convergent basis sets for transition metals. I. All-electron correlation consistent basis sets for the 3d elements Sc-Zn // The Journal of Chemical Physics. - 2005. - V. 123. - №.6.-P. 064107.

130. Nakajima T., Hirao K. Accurate relativistic Gaussian basis sets determined by the third-order Douglas-Kroll approximation with a finite-nucleus model // The Journal of Chemical Physics. - 2002. - V. 116. - №. 19.- P. 8270-8275.

131. Watanabe Y., Tatewaki H., Koga T., Matsuoka O. Relativistic Gaussian basis sets for molecular calculations: Fully optimized single-family exponent basis sets for H-Hg // Journal of Computational Chemistry. - 2006. - V. 27. - №.1.-P. 48-52.

132. Faegri Jr K. Relativistic Gaussian basis sets for the elements K-Uuo // Theoretical Chemistry Accounts. - 2001. - V. 105. - №. 3.- P. 252-258.

133. Barros C.L., de Oliveira P.J.P., Jorge F.E., Canal Neto A., Campos M. Gaussian basis set of double zeta quality for atoms Rb through Xe: application in non-relativistic and relativistic calculations of atomic and molecular properties // Molecular Physics. - 2010. - V. 108. - №. 15.- P. 1965-1972.

134. Jorge F.E., Canal Neto A., Camiletti G.G., Machado S.F. Contracted Gaussian basis sets for Douglas-Kroll-Hess calculations: Estimating scalar relativistic effects of some atomic and molecular properties // The Journal of chemical physics. - 2009. - V. 130. - №. 6.- P. 64-108.

135. de Castro E.V.R., Jorge F.E. Accurate universal Gaussian basis set for all atoms of the Periodic Table // The Journal of Chemical Physics. - 1998. -V.108. - №. 13.- P. 5225-5229.

136. Lyczko K., Narbutt J., Paluchowska B., Maurin J.K., Persson I. Crystal structure of lead(ii) acetylacetonate and the structure of the acetylacetone solvated lead(ii) ion in solution studied by large-angle X-ray scattering // Dalton Transactions. - 2006. - №. 33.- P. 3972-3976.

137. Muthukumar M., Balasubramanian V. Theoretical studies on structure of acetylacetonates of Zn (II), Cd (II) and Hg (II) // Asian Journal of Chemistry. -2009. - V. 21. - №. 1.- P. 716.

138. Harbach P., Lerner H.-W., Bolte M. Diaquadiacetylacetonatozinc(II) // Acta Crystallographica Section E. - 2003. - V. 59. - №. 9.- P. 724-725.

139. Maslen E.N., Greaney T.M., Raston C.L., White A.H. Crystal structure of catena-di-[small micro]-acetylacetonato-cadmium(II) // Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions. - 1975. - №. 5. - P. 400-402.

140. Lingafelter E.C. Molecular structure details of metal chelates // Coordination Chemistry Reviews. - 1966. - V. 1. - №. 1.- P. 151-155.

141. Kramida A., Ralchenko Y., Reader J. NIST-ASD-Team // NIST Atomic Spectra Database. - 2014.

142. Хурсан С.Л. Гомодесмический метод определения энергии диссоциации связей O-H в фенолах // Кинетика и катализ. - 2016. - Т. 57. - №. 2.-С.164-175.

143. Luo Y.-R., Handbook of bond dissociation energies in organic compounds, CRC press, 2002.

144. Canal Neto A., Muniz E.P., Centoducatte R., Jorge F.E. Gaussian basis sets for correlated wave functions. Hydrogen, helium, first- and second-row atoms // Journal of Molecular Structure: THEOCHEM. - 2005. - V. 718. - №. 1-3.-P.219-224.

145. Camiletti G.G., Machado S.F., Jorge F.E. Gaussian basis set of double zeta quality for atoms K through Kr: Application in DFT calculations of molecular properties // Journal of Computational Chemistry. - 2008. - V. 29. - №. 14.-P. 2434-2444.

146. Tomasi J., Mennucci B., Cammi R. Quantum mechanical continuum solvation models // Chemical Reviews. - 2005. - V. 105. - №. 8.- P. 2999-3094.

147. Tomasi J., Mennucci B., Cances E. The IEF version of the PCM solvation method: an overview of a new method addressed to study molecular solutes at the QM ab initio level // Journal of Molecular Structure: THEOCHEM. -1999. - V. 464. - №. 1-3.- P. 211-226.

148. Bondi A. van der Waals Volumes and Radii // The Journal of Physical Chemistry. - 1964. - V. 68. - №. 3.- P. 441-451.

149. Connolly M. Analytical molecular surface calculation // Journal of Applied

Crystallography. - 1983. - V. 16. - №. 5.- P. 548-558.

131

150. Pascual-ahuir J.L., Silla E., Tunon I. GEPOL: An improved description of molecular surfaces. III. A new algorithm for the computation of a solvent-excluding surface // Journal of Computational Chemistry. - 1994. - V. 15. -№. 10.- P. 1127-1138.

151. Dapprich S., Komaromi I., Byun K.S., Morokuma K., Frisch M.J. A new ONIOM implementation in Gaussian98. Part I. The calculation of energies, gradients, vibrational frequencies and electric field derivatives1 // Journal of Molecular Structure: THEOCHEM. - 1999. - V. 461-462. - C. 1-21.

152. Vreven T., Morokuma K., Farkas Ö., Schlegel H.B., Frisch M.J. Geometry optimization with QM/MM, ONIOM, and other combined methods. I. Microiterations and constraints // Journal of Computational Chemistry. - 2003. - V. 24. - №. 6.- P. 760-769.

153. Blomberg M.R.A., Borowski T., Himo F., Liao R.-Z., Siegbahn P.E.M. Quantum chemical studies of mechanisms for metalloenzymes // Chemical Reviews. - 2014. - V. 114. - №. 7.- P. 3601-3658.

154. Rappe A.K., Casewit C.J., Colwell K.S., Goddard W.A., Skiff W.M. UFF, a full periodic table force field for molecular mechanics and molecular dynamics simulations // Journal of the American Chemical Society. - 1992. - V. 114. -№. 25.- P. 10024-10035.

155. Rappe A.K., Colwell K.S., Casewit C.J. Application of a universal force field to metal complexes // Inorganic Chemistry. - 1993. - V. 32. - №. 16.- P.3438-3450.

156. Casewit C.J., Colwell K.S., Rappe A.K. Application of a universal force field to organic molecules // Journal of the American Chemical Society. - 1992. -V.114. - №. 25.- P. 10035-10046.

157. Casewit C.J., Colwell K.S., Rappe A.K. Application of a universal force field to main group compounds // Journal of the American Chemical Society. -1992. - V. 114. - №. 25.- P. 10046-10053.

158. Messerle B.A., Schäffer A., Vasak M., Kägi J.H.R., Wüthrich K. Three-

dimensional structure of human [113Cd7] metallothionein-2 in solution

132

determined by nuclear magnetic resonance spectroscopy // Journal of Molecular Biology. - 1990. - V. 214. - №. 3.- P. 765-779.

159. Narula S.S., Brouwer M., Hua Y., Armitage I.M. Three-dimensional solution structure of callinectes sapidus metallothionein-1 determined by homonuclear and heteronuclear magnetic resonance spectroscopy // Biochemistry. - 1995. -V. 34. - №. 2.- P. 620-631.

160. Arseniev A., Schultze P., Wôrgôtter E., Braun W., Wagner G., Vasak M., Kâgi J.H.R., Wuthrich K. Three-dimensional structure of rabbit liver [Cd7] metallothionein-2a in aqueous solution determined by nuclear magnetic resonance // Journal of Molecular Biology. - 1988. - V. 201. - №. 3.- P. 637657.

161. Riek R., Prêcheur B., Wang Y., Mackay E.A., Wider G., Guntert P., Liu A., Kâgi J.H.R., Wuthrich K. NMR structure of the sea urchin (BItrongylocentrotus purpuratus) metallothionein MTA // Journal of Molecular Biology. - 1999. - V. 291. - №. 2.- P. 417-428.

162. van Beilen J.W.A., Brul S. Compartment-specific pH monitoring in Bacillus subtilis using fluorescent sensor proteins: a tool to analyze the antibacterial effect of weak organic acids // Frontiers in Microbiology. - 2013. - V. 4. -№.P. 157.

163. Younis M.A., Hezayen F.F., Nour-Eldein M.A., Shabeb M.S. Optimization of cultivation medium and growth conditions for Bacillus subtilis KO strain isolated from sugar cane molasses // American-Eurasian Journal of Agricultural and Environmental Science. - 2010. - V. 7. - №. 1.- P. 31-37.

164. Krulwich T.A., Agus R., Schneier M., Guffanti A.A. Buffering capacity of bacilli that grow at different pH ranges // Journal of Bacteriology. - 1985. -V.162. - №. 2.- P. 768-772.

165. Fein J.B., Boily J.-F., Yee №., Gorman-Lewis D., Turner B.F. Potentiometric titrations of Bacillus subtilis cells to low pH and a comparison of modeling approaches // Geochimica et Cosmochimica Acta. - 2005. - V. 69. - №. 5.-P.1123-1132.

166. Petrackova D., Vecer J., Svobodova J., Herman P. Long-term adaptation of Bacillus subtilis 168 to extreme ph affects chemical and physical properties of the cellular membrane // Journal of Membrane Biology. - 2010. - V. 233. -№.1.- P. 73-83.

167. Yang G., Zhu R., Zhou L., Liu C. Interactions of Zn(II) with single and multiple amino acids. Insights from density functional and ab initio calculations // Journal of Mass Spectrometry. - 2012. - V. 47. - №. 10.-P.1372-1383.

168. Wolpert M., Hellwig P. Infrared spectra and molar absorption coefficients of the 20 alpha amino acids in aqueous solutions in the spectral range from 1800 to 500 cm-1 // Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. - 2006. - V. 64. - №. 4.- P. 987-1001.

169. Демченко А.П., Бурштейн Э.А. Люминесценция и динамика структуры белков. Киев: Наукова думка. - 1988. - 276 с.

170. Паркер С. Фото-люминесценция растворов. Москва: Мир. - 1972. - 512 с.

171. Похиленко В.Д., Перелыгин В.В. Пробиотики на основе спорообразующих бактерий и их безопасность // Химическая и биологическая безопасность. - 2007. - №. 2-3.- С. 20-41.

172. Бузолева Л. С., Богатыренко Е. А., Ким А.В. Влияние тяжелых металлов на факторы патогенности у возбудителей сапрозоонозов // Фундаментальные исследования. - 2013. - №. 10-14.- С. 4.

173. Бузолёва Л. С., Кривошеева А. М. Влияние тяжёлых металлов на размножение патогенных бактерий // Успехи современного естествознания. - 2013. - №. 7.- С. 4.

174. Еськова А.И., Влияние тяжелых металлов на биологические свойства сапрозоонозов, VI Международная студенческая электронная научная конференция «Студенческий научный форум», 2014. - С. 7-9.

175.Сизенцов А. Н. Применение пробиотических препаратов при интоксикации свинцом // Вестник ветеринарии. - 2012. - Т. 63. - №. 4. - С. 147-148.

Автор навсегда сохранит в своей памяти искреннюю

благодарность к своему первому научному руководителю \Кобзеву

Геннадию Игоревичу за поддержку и терпение, а также помощь в постановке экспериментов.

Автор также сердечно выражает благодарность к.б.н. доценту кафедры биохимии и микробиологии Сизенцову Алексею Николаевичу за научные консультации и поддержку в проведенных микробиологических исследованиях.

Автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории химической физики Уфимского института химии РАН за помощь в проведении люминесцентных экспериментов.

Влияние солей тяжелых металлов на рост Bacillus subtilis 7048

Таблица А.1 - Влияние солей свинца, железа и цинка на динамику роста B.suЫШs 7048

В относительных единицах

Время, ч. Контроль Динамика изменения оптической плотности культуры клеток в жидкой питательной среде в присутствии солей тяжелых металлов

Pb(NÜ3)2 FeSÜ4 ZnSÜ4

0 0 0 0 0

3 (0.028±0.001) (0.034±0.001) (0.033±0.003) (0.107±0.012)

6 (0.041±0.003) (0.074±0.001) (0.057±0.006) (0.145±0.003)***

9 (0.061±0.003) (0.097±0.003) (0.088±0.004) (0.166±0.003)***

12 (0.081±0.003) (0.143±0.003) (0.122±0.003) (0.177±0.006)

15 (0.091±0.005) (0.197±0.003) (0.156±0.009) (0.187±0.005)

18 (0.113±0.003) (0.204±0.004) (0.19±0.003) (0.21±0.003)

21 (0.138±0.006) (0.210±0.006) (0.212±0.006) (0.233±0.002)

24 (0.144±0.006) (0.218±0.006) (0.233±0.005)** (0.249±0.003)**

27 (0.147±0.003) (0.241±0.006) (0.245±0.005)*** (0.265±0.003)**

30 (0.155±0.004) (0.254±0.003) (0.268±0.003)*** (0.271±0.004)***

33 (0.159±0.005) (0.265±0.001) (0.279±0.002)*** (0.278±0.001)***

36 (0.16±0.003) (0.266±0.003) (0.279±0.001)*** (0.279±0.002)***

39 (0.161±0.004) (0.266±0.002) (0.281±0.003) (0.283±0.006)***

*P< 0.05, **P< 0.01, ***P< 0.001

Таблица А.2 - Влияние солей марганца, кобальта и кадмия на динамику роста B.suЫШs 7048

В относительных единицах

Время, ч. Контроль Динамика изменения оптической плотности культуры клеток в жидкой питательной среде в присутствии солей тяжелых металлов

MnSÜ4 C0SÜ4 CdSÜ4

0 0 0 0 0

3 (0.028±0.001) (0.002±0.003) (0.041±0.005) (0.003±0.005)

6 (0.041±0.003) (0.003±0.006) (0.079±0.006)** (0.067±0.010)**

9 (0.061±0.003) (0.015±0.008) (0.081±0.002)* (0.077±0.007)

12 (0.081±0.003) (0.038±0.003) (0.103±0.004)*** (0.107±0.003)**

15 (0.091±0.005) (0.042±0.006) (0.116±0.005)*** (0.137±0.006)**

18 (0.113±0.003) (0.046±0.004) (0.128±0.003) (0.154±0.005)

21 (0.138±0.006) (0.055±0.008) (0.141±0.007)*** (0.171±0.003)

24 (0.144±0.006) (0.062±0.010) (0.162±0.003)** (0.175±0.003)

27 (0.147±0.003) (0.075±0.008)*** (0.183±0.002)*** (0.179±0.003)***

30 (0.155±0.004) (0.08±0.006)*** (0.185±0.002)** (0.195±0.006)***

33 (0.159±0.005) (0.081±0.002)*** (0.195±0.011)*** (0.197±0.002)***

36 (0.16±0.003) (0.084±0.006) (0.196±0.001)*** (0.198±0.009)***

39 (0.161±0.004) (0.086±0.005)** (0.198±0.003)** (0.197±0.005)***

*P< 0.05, **P< 0.01, ***P< 0.001

Влияние солей тяжелых металлов на рост Bacillus licheniformis 7038

Таблица Б.1 - Влияние солей свинца, железа и цинка на динамику роста B.licheniformis 7038

В относительных единицах

Время, ч. Контроль Динамика изменения оптической плотности культуры клеток в жидкой питательной среде в присутствии солей тяжелых металлов

Pb(NÜ3)2 FeSÜ4 ZnSÜ4

0 0 0 0 0

3 (0.029±0.001) (0.109±0.003) (0.076±0.006) (0.077±0.007)

6 (0.068±0.003) (0.129±0.003) (0.086±0.003) (0.093±0.006)

9 (0.071±0.002) (0.143±0.006) (0.129±0.006) (0.113±0.003)

12 (0.084±0.003) (0.165±0.003) (0.169±0.006) (0.14±0.003)

15 (0.094±0.005) (0.187±0.003) (0.17±0.003) (0.157±0.003)

18 (0.126±0.003) (0.195±0.003) (0.187±0.003) (0.175±0.003)

21 (0.137±0.002) (0.201±0.003) (0.201±0.007) (0.186±0.003)

24 (0.139±0.004) (0.241±0.003) (0.215±0.003) (0.197±0.003)

27 (0.149±0.006) (0.281±0.003) (0.237±0.003) (0.197±0.003)

30 (0.148±0.013) (0.289±0.001) (0.256±0.003)*** (0.201±0.001)***

33 (0.154±0.001) (0.296±0.003) (0.267±0.001)*** (0.212±0.003)***

36 (0.159±0.003) (0.297±0.006) (0.267±0.003)*** (0.215±0.003)***

39 (0.16±0.002) (0.298±0.003) (0.268±0.002)*** (0.216±0.001)***

*P< 0.05, **P< 0.01, ***P< 0.001

Таблица Б.2 - Влияние солей марганца, кобальта и кадмия на динамику роста B.licheniformis 7038

В относительных единицах

Время, ч. Контроль Динамика изменения оптической плотности культуры клеток в жидкой питательной среде в присутствии солей тяжелых металлов

MnSÜ4 C0SÜ4 CdSÜ4

0 0 0 0 0

3 (0.029±0.001) (0.015±0.001) (0.061±0.007) (0.014±0.007)

6 (0.068±0.003) (0.097±0.007) (0.083±0.003) (0.04±0.003)

9 (0.071±0.002) (0.123±0.001) (0.115±0.002) (0.042±0.007)*

12 (0.084±0.003) (0.16±0.007) (0.134±0.006)** (0.047±0.006)**

15 (0.094±0.005) (0.191±0.003) (0.153±0.003) (0.05±0.009)

18 (0.126±0.003) (0.249±0.009) (0.176±0.003)** (0.051±0.006)

21 (0.137±0.002) (0.267±0.006) (0.202±0.009)** (0.054±0.003)***

24 (0.139±0.004) (0.31±0.003) (0.241±0.003)** (0.057±0.003)

27 (0.149±0.006) (0.328±0.003) (0.256±0.003)*** (0.06±0.003)***

30 (0.148±0.013) (0.359±0.003)*** (0.275±0.003)*** (0.067±0.008)**

33 (0.154±0.001) (0.1381±0.001)*** (0.281±0.003)*** (0.069±0.003)***

36 (0.159±0.003) (0.383±0.003)*** (0.281±0.003)*** (0.072±0.003)**

39 (0.16±0.002) (0.384±0.003)*** (0.282±0.003)*** (0.073±0.001)***

*P< 0.05, **P< 0.01, ***P< 0.001

(обязательное)

Влияние солей тяжелых металлов на рост Bacillus clausii

Таблица В.1 - Влияние солей свинца, железа и цинка на динамику роста B.clausii

В относительных единицах

Время, ч. Контроль Динамика изменения оптической плотности культуры клеток в жидкой питательной среде в присутствии солей тяжелых металлов

Pb(NÜ3)2 FeSÜ4 ZnSÜ4

0 0 0 0 0

3 (0.029±0.007) (0.048±0.003) (0.002±0.009) (0.056±0.001)

6 (0.068±0.006) (0.053±0.003) (0.007±0.007) (0.057±0.010)*

9 (0.07±0.009) (0.099±0.007) (0.073±0.012) (0.083±0.006)

12 (0.084±0.007) (0.137±0.003)* (0.077±0.013) (0.144±0.003)

15 (0.094±0.003) (0.175±0.003) (0.113±0.009) (0.163±0.003)**

18 (0.121±0.003) (0.237±0.011) (0.129±0.006)* (0.193±0.001)***

21 (0.126±0.003) (0.249±0.003) (0.136±0.003) (0.195±0.006)

24 (0.137±0.006) (0.281±0.003) (0.143±0.003)*** (0.197±0.003)***

27 (0.14±0.007) (0.314±0.006) (0.165±0.001)*** (0.207±0.003)***

30 (0.148±0.003) (0.319±0.006)** (0.187±0.003)*** (0.223±0.002)***

33 (0.15±0.003) (0.323±0.006) (0.21±0.003)*** (0.225±0.001)***

36 (0.159±0.003) (0.326±0.003) (0.211±0.005)*** (0.231±0.003)***

39 (0.16±0.001) (0.327±0.001)** (0.211±0.001)** (0.232±0.003)**

*P< 0.05, **P< 0.01, ***P< 0.001

Таблица В.2 - Влияние солей марганца, кобальта и кадмия на динамику роста B.clausii

В относительных единицах

Время, ч. Контроль Динамика изменения оптической плотности культуры клеток в жидкой питательной среде в присутствии солей тяжелых металлов

MnSÜ4 C0SÜ4 CdSÜ4

0 0 0 0 0

3 (0.029±0.007) (0.031±0.007) (0.105±0.006) (0.127±0.005)

6 (0.068±0.006) (0.041±0.009) (0.139±0.006)** (0.149±0.013)**

9 (0.07±0.009) (0.082±0.003) (0.171±0.003)* (0.168±0.009)

12 (0.084±0.007) (0.083±0.006) (0.174±0.004)*** (0.183±0.003)**

15 (0.094±0.003) (0.135±0.003) (0.191±0.006)*** (0.208±0.006)**

18 (0.121±0.003) (0.156±0.007) (0.227±0.003) (0.21±0.006)

21 (0.126±0.003) (0.182±0.008) (0.249±0.009)*** (0.219±0.003)

24 (0.137±0.006) (0.203±0.008)*** (0.261±0.003)** (0.224±0.006)

27 (0.14±0.007) (0.219±0.006)*** (0.266±0.001)*** (0.233±0.003)***

30 (0.148±0.003) (0.220±0.003)*** (0.290±0.003)** (0.244±0.003)***

33 (0.15±0.003) (0.239±0.006) (0.296±0.008)*** (0.256±0.001)***

36 (0.159±0.003) (0.240±0.002)** (0.297±0.001)*** (0.258±0.005)***

39 (0.16±0.001) (0.241±0.003)*** (0.297±0.002)** (0.259±0.003)***

*P< 0.05, **P< 0.01, ***P< 0.001

Накопление металлов бактериями рода Bacillus

Таблица Г.1 -Накопление металлов в биомассе и супернатанте видом B.clausii

Грамм на литр

В биомассе Натант Потери

Pb 0.726 0.913 0.016

Fe 0.187 0.539 0.013

Mn 0.060 0.301 0.008

Cd 0.001 0.025 0.002

Co 0.189 0.547 0.012

Zn 0.010 0.083 0.003

UÜ2 0.033 0.491

Таблица Г.2 -Накопление металлов в биомассе и супернатанте видом B.licheniformis 7038

Грамм на литр

В культуре Натант Потери

Pb 0.848 0.793 0.015

Fe 0.411 1.047 0.021

Mn 0.023 0.157 0.004

Cd 0.000 0.012 0.001

Co 0.203 0.532 0.012

Zn 0.068 0.305 0.008

UÜ2 0.079 0.446

Таблица Г.3 -Накопление металлов в биомассе и супернатанте видом B.subtilis 7048

Грамм на литр

В культуре Натант Потери

Pb 3.523 3.054 0.043

Fe 0.436 1.024 0.020

Mn 0.009 0.080 0.003

Cd 0.004 0.049 0.002

Co 0.066 0.300 0.008

Zn 0.008 0.085 0.003

UÜ2 0.012 0.513

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.