ИСТИНА

Разработка высокочувствительных ферментных биосенсоров для мониторинга загрязнений окружающей среды требует детального изучения влияния растворенного органического вещества на активность ферментов в условиях комплексных негативных воздействий. В частности, гуминовые и фульвокислоты, широко распространенные в природных водах, могут как защищать ферменты от деградации, так и подавлять их каталитическую активность, что создает значительные трудности при интерпретации данных биосенсорного анализа.

Development of highly sensitive biosensors for environmental pollution monitoring requires a deep understanding of the interaction mechanisms between dissolved organic matter (DOM) and enzymes. This project focuses on investigating the effects of humic and fulvic acids (as representative DOM components) on the activity of two model enzymes – lysozyme and alkaline phosphatase – under adverse conditions (ultrasonic treatment, presence of heavy metals, and thermal denaturation). These stress factors were selected due to their multifaceted impact on enzymes. For instance, ultrasound and thermal denaturation can induce protein unfolding, exposing hydrophobic amino acid residues on the surface. This not only alters catalytic properties but also affects colloid-chemical characteristics (e.g., water-oil partition coefficient, liquid-liquid interface adsorption), which will be studied using classical tensiometry, tritium-labeled compounds, and liquid scintillation spectrometry. Heavy metal ions (e.g., cations of lead, copper and uranium) bind to cysteine SH-groups, disrupting protein stability and promoting lysozyme aggregation. In alkaline phosphatase, they displace essential zinc and magnesium cations in the active site. Humic substances (HS) may act as protective agents by scavenging stressors or directly interacting with protein globules. Current literature presents conflicting data on HS effects, reporting both activation and inhibition of enzymatic reactions. This study will examine two model enzymes – alkaline phosphatase (pI 4.5) and lysozyme (pI 11) – in combination with coal-derived HS used in agriculture as fertilizers. Enzyme-HS interactions will be analyzed in bulk solution via spectrophotometry, fluorescence, and circular dichroism spectroscopy as well as at liquid-liquid interfaces using radiotracer with the help of tritium labeled compounds and scintillation phase spectrometry and interfacial tensiometry. The systems will be subjected to stressors (heavy metals, ultrasound, heat), enabling comprehensive analysis of enzymatic and colloidal properties. By comparing enzymes with contrasting physical properties, this work will: • Provide the first mechanism description of HS-enzyme interactions, • Reveal previously unexplored encapsulation effects (electrostatically driven complexation with lysozyme vs. absence with alkaline phosphatase). This research will directly inform the next generation of environmental biosensors with improved performance in complex, organically-loaded matrices.

С помощью метода термической активации трития будут получены меченные тритием щелочная фосфатаза, лизоцим и гуминовые кислоты. Радиохимическая чистота и удельная радиоактивность меченых соединений будут охарактеризованы с помощью гельпроникающей хроматографии и жидкостной сцинтилляционной спектрометрии. Будет изучено взаимное влияния фермента (щелочная фосфатаза, лизоцим) и гуминовых кислот при конкурентном поведении в системе раствор-толуол с помощью метода сцинтиллирующей фазы и тензиометрии. При проведении эксперимента меченым тритием будет один из компонентов смеси, что позволит отслеживать его перераспределение в системе на фоне другого нерадиоактивного компонента. Будет установлено влияние ультразвуковой обработки на коллоидно-химические характеристики фермента (коэффициент распределения, адсорбция на границе раздела фаз жидкость-жидкость) и ферментативную активность. Будет проверено влияние гуминовых кислот на эти характеристики при ультразвуковом воздействии.