Разработан физико-химический механизм воздействия низкочастотного электромагнитного поля (НЧ ЭМП), имеющего крайне низкую энергию, на водные растворы биополимеров на основе нуклеиновых кислот и белков, связанный с изменением количества наиболее долгоживущей формы - перекиси водорода в химическом осцилляторе взаимопревращений АФК [1].

Начальной стадией цикла является инициация процесса – присоединение электрона е- с ридберовски возбужденных уровней макромолекул (например, ДНК) [2] к свободным протонам воды с образованием радикала водорода и последующего образования гидроперекисного радикала, синглетного кислорода, супероксид-иона, перекиси водорода.

Из полученного кинетического уравнения следует, что в разбавленных растворах биополимеров скорость накопления перекиси водорода зависит от рН раствора, концентрации электронов е-Rg с ридберовски возбужденных уровней макромолекул и концентрации растворенного кислорода. Периодическое накопление и разложение перекиси водорода и определяют периодичность всего цикла взаимопревращений в химическом осцилляторе АФК.

Если считать потери в химическом осцилляторе малыми и частота вынуждающей силы незначительно отличается от собственной частоты взаимопревращений перекиси водорода в химическом осцилляторе, то после соответствующих допущений и преобразований получаем решение исходного уравнения, в котором начальная фаза, которая при сделанных допущениях одинакова как для затухающих, так и для незатухающих колебаний, показатель затухания колебаний концентраций перекиси водорода в химическом осцилляторе и отношение частоты вынуждающей силы к собственной частоте системы. Из анализа выражения (1) следует, что результирующее колебание содержания перекиси водорода является суммой двух колебаний, имеющих разные частоты, причем численное соотношение между частотами колебаний в системе химического осциллятора и внешнего поля в целом определяет характер переходного процесса.

Экспериментально установлено, что в основе окислительных повреждений ДНК и конформационных переходов белков лежит универсальный механизм, обусловленный образованием АФК в водных растворах под действием низкоинтенсивного ЭМП, при этом количественное содержание перекиси водорода резонансоподобно зависит от частоты воздействующего ЭМП [2].

В рамках разработанной модели возможно накопление окислительных сайтов ДНК, обусловленное образованием АФК под действием НЧ ЭМП. Количественное содержание 8-ОНdG в ДНК также резонансоподобно зависит от частоты воздействующего ЭМП и усиливает уже имеющийся окислительный стресс у больных генетически обусловленным заболеванием. Конформационные изменения белков сопровождаются увеличением доступности и активности нуклеофильных центров, являющихся потенциальными мишенями для АФК, полное разворачивание и денатурация аминокислотной цепи белка под действием НЧ МП не происходит. Образующиеся в ходе резонансного взаимодействия повышенные количества АФК атакуют нуклеофильные центры белков и молекулы ДНК, повреждая их. Но если воздействие НЧ ЭМП, опосредованное генерацией АФК в водной среде, на ДНК носит в основном повреждающий характер: либо окислительный, либо структурный, то белки под действием НЧ ЭМП претерпевают в основном конформационные изменения. При этом могут происходить окислительно-восстановительные модификации сульфгидрильных и гидроксильных групп белков. Являясь регуляторными для сохранности структуры белков эти группы предотвращают дальнейшую денатурацию белка. Одновременно с этим изменяется конформация аминокислотных спиралей. Деформация белков и молекул ДНК под действием НЧ ЭМП может приводить к появлению резонансных частот, зависящих от частоты и амплитуды НЧ ЭМП.



1. Гудков С.В., Карп О.Э., Гармаш С.А. и др. Образование активных форм кислорода в воде под воздействием видимого и инфракрасного излучения в полосах поглощения молекулярного кислорода // Биофизика. – 2012. – Т. 57, № 1. – С.5–13.

2. Авакян С.В., Баранова Л.А. Влияние электромагнитного излучения окружающей среды на ассоциатообразование в водных растворах // Биофизика. – 2019. – Т. 64, вып. 1. – С. 12-20.

3. Текуцкая Е.Е., Барышев М.Г., Гусарук Л.Р., Ильченко Г.П. Окислительные повреждения ДНК при действии переменного магнитного поля // Биофизика, 2020. Т.65, №.4, С.664-669 DOI: 10.31857/S0006302920040055

A physicochemical mechanism has been developed for the action of a low-frequency electromagnetic field (LF EMF), which has an extremely low energy, on aqueous solutions of biopolymers based on nucleic acids and proteins, associated with a change in the amount of the longest-lived form, hydrogen peroxide, in the chemical oscillator of ROS interconversions [1].

The initial stage of the cycle is the initiation of the process, i.e., the attachment of an electron from e-c Rydber excited levels of macromolecules (for example, DNA) [2] to free water protons with the formation of a hydrogen radical and the subsequent formation of a hydroperoxide radical, singlet oxygen, superoxide ion, hydrogen peroxide.

It follows from the resulting kinetic equation that in dilute solutions of biopolymers, the rate of accumulation of hydrogen peroxide depends on the pH of the solution, the concentration of electrons e-Rg from the Rydber excited levels of macromolecules, and the concentration of dissolved oxygen. Periodic accumulation and decomposition of hydrogen peroxide determine the frequency of the entire cycle of interconversions in the chemical oscillator of ROS.

If we consider the losses in the chemical oscillator to be small and the frequency of the driving force differs slightly from the natural frequency of the interconversions of hydrogen peroxide in the chemical oscillator, then after appropriate assumptions and transformations, we obtain the solution of the original equation in the following form, where is the initial phase, which, under the assumptions made, is the same for both damped and undamped oscillations, d is the damping index of hydrogen peroxide concentration fluctuations in a chemical oscillator, is the ratio of the frequency of the driving force to the natural frequency of the system . It follows from the analysis of expression (1) that the resulting fluctuation of the hydrogen peroxide content is the sum of two fluctuations having different frequencies, and the numerical ratio between the oscillation frequencies in the chemical oscillator system and the external field as a whole determines the nature of the transient process.

It has been experimentally established that oxidative damage to DNA and conformational transitions of proteins are based on a universal mechanism caused by the formation of ROS in aqueous solutions under the action of low-intensity EMF, while the quantitative content of hydrogen peroxide resonantly depends on the frequency of the acting EMF [2].

Within the framework of the developed model, the accumulation of oxidative DNA sites is possible due to the formation of ROS under the action of LF EMF. The quantitative content of 8-OHdG in DNA also resonantly depends on the frequency of the exposed EMF and enhances the already existing oxidative stress in patients with a genetically determined disease. Conformational changes in proteins are accompanied by an increase in the availability and activity of nucleophilic centers, which are potential targets for ROS; complete unfolding and denaturation of the protein amino acid chain under the action of LF MF does not occur. The increased amounts of ROS formed during the resonant interaction attack the nucleophilic centers of proteins and DNA molecules, damaging them. But if the effect of LF EMF, mediated by the generation of ROS in an aqueous medium, on DNA is mainly damaging in nature: either oxidative or structural, then proteins under the action of LF EMF mainly undergo conformational changes. In this case, redox modifications of the sulfhydryl and hydroxyl groups of proteins can occur. Being regulatory for the preservation of the structure of proteins, these groups prevent further denaturation of the protein. At the same time, the conformation of amino acid helices changes. Deformation of proteins and DNA molecules under the action of LF EMF can lead to the appearance of resonant frequencies depending on the frequency and amplitude of LF EMF.

1. Gudkov S.V., Karp O.E., Garmash S.A. et al. Formation of reactive oxygen species in water under the influence of visible and infrared radiation in the absorption bands of molecular oxygen // Biophysics. - 2012. - V. 57, No. 1. - P.5–13.

2. Avakyan S.V., Baranova L.A. Influence of electromagnetic radiation of the environment on association formation in aqueous solutions // Biophysics. - 2019. - T. 64, no. 1. - S. 12-20.

3. Tekutskaya E.E., Baryshev M.G., Gusaruk L.R., Ilchenko G.P. Oxidative damage to DNA under the action of an alternating magnetic field // Biophysics, 2020. V.65, no.4, P.664-669 DOI: 10.31857/S0006302920040055