Відділ молекулярної та квантової біофізики

Завідувач відділу

Горб Леонід Григорович

доктор хімічних наук,
професор
E-mail: leonid.gorb@gmail.com

Лабораторія інструментальних методів досліджень

Керівник: Блюм Ірина Олександрівна
к.б.н.

Л. Г. Горб - автор понад 240 наукових робіт, у т.ч. монографій, авторських свідоцтв на винаходи та патентів України. Лауреат Премії НАН України імені С. М. Гершензона (2009). Наукові праці цитуються у авторитетних міжнародних журналах (більше ніж 4500 цитувань відповідно до бази даних Web of Science). Індекс Гірша становить 39 (за Scopus).

Членство:

Українське біофізичне товариство

член редколегії журналів: Biopolymers and Cell, International Journal of Applied Nanotechnology Research (IJANR)

член вченої ради ІМБГ НАН України

Освіта та наукові ступені:

1971–1976 Дніпропетровський державний університет (хімія)

1983 Кандидат хімічних наук (органічна хімія, фізична хімія)

1994 Старший науковий співробітник (фізична хімія)

2009 Доктор хімічних наук (фізична хімія)

2023 Професор

Посади:

1976–1978 інженер, Український інститут пластичних мас

1980–1983 аспірант, Інститут органічної хімії НАН України

1984–1986 молодший науковий співробітник, Інститут колоїдної хімії НАН України

1986–1998 старший науковий співробітник, Інститут колоїдної хімії НАН України

1998–2005 запрошений професор, Університет міста Джексон, США

2005–2008 старший науковий співробітник, Інститут молекулярної біології і генетики НАН України

2008-2009 провідний науковий співробітник, ІМБГ НАН України

2009-2014 завідувач, лабораторія обчислювальної структурної біології, ІМБГ НАН України

2014-2021 головний науковий співробітник, ІМБГ НАН України

з 2021 завідувач, відділ молекулярної та квантової біофізики, ІМБГ НАН України

Наукові напрямки відділу:

  • Пошук універсальних фізико-хімічних підвалин специфічності взаємодії між компонентами нуклеопротеїдних комплексів, встановлення ролі прототропної таутомерії і конформаційної мінливості компонентів нуклеїнових кислот, ролі перенесення протону в елементарних актах білково-нуклеїнового та нуклеїново-нуклеїнового впізнавання.
  • Дослідження методами обчислювальної біології фізико-хімічних властивостей ДНК, її компонентів та білково-нуклеїнових комплексів; пошук фізико-хімічних механізмів, відповідальних за точність синтезу ДНК.
  • Виявлення поліформакологічного профілю та профілю активності нових біологічно активних речовин (БАР), ідентифікація нових білкових мішеней для відомих БАР та лікарських препаратів, визначення універсальних структурних доменів – сайтів зв’язування мішень-ліганд для різних родин ферментів із застосуванням методів in vitro та in silico.
  • In silico дослідження первинної, вторинної та структур вищого порядку сигнальних елементів в геномних РНК вірусів ВІЛ-1 та SARS-CoV-2.

Наукові досягнення відділу:

За допомогою фізико-хімічних методів та квантово-хімічних розрахунків різних ступенів складності досліджена зміна таутомерного статусу нуклеотидних основ під впливом втягування у водневі зв'язки з лігандами пептидної природи та катіонів лужних металів. Подібні зміни таутомерного стану нуклеотидних основ, очікувані під дією гетерогенного оточення в клітині. Вони постулюються як один з механізмів, відповідальних за структурно-динамічні перетворення в білково-нуклеїнових комплексах.
Отримані експериментальні і теоретичні результати які свідчать про поліфармакологічні властивості деяких фармацевтично важливих сполук.
За допомогою сучасних методів електрофорезу, протонної буферної ємності, молекулярного моделювання та біоінформатики вивчені закономірності просторової організації - вторинної і третинної структур клітинних і вірусних РНК та їх сигнальних послідовностей.

Недавні наукові публікації:

  1. Gorb, L., Voiteshenko, I., Hurmach, V., ... Roszak, S., Rasulev, B. From RNA sequence to its three-dimensional structure: geometrical structure, stability and dynamics of selected fragments of SARS-CoV-2 RNA. NAR Genomics and Bioinformatics, 2024, 6(2)
  2. Ivashchenko, V.I., Pavlova, N.Y., Porada, O.K., ... Gorb, L., Leszczynski, J. Structural, mechanical and electronic properties and phase transitions in superhard BC1-xNx: A first-principles study. Physica B: Condensed Matter, 2024, 684, 415917
  3. Mudlaff, M., Sosnowska, A., Gorb, L., ... Jagiello, K., Puzyn, T. Environmental impact of PFAS: Filling data gaps using theoretical quantum chemistry and QSPR modeling Environment International, 2024, 185, 108568
  4. Arkhypova, M.A., Palchykovska, L.G., Platonov, M.O., ... Starosyla, D.B., Rybalko, S.L. INHIBITION OF INFLUENZA VIRUS REPRODUCTION BY ACTIVE COMPONENTS OF «PROTEFLAZIDUM» FLAVONOID COMPOSITION: PUTATIVE MOLECULAR TARGETS OF INTERACTION. Mikrobiolohichnyi Zhurnal, 2024, 86(1), pp. 26–38
  5. Zaremba, Andrii A.; Zaremba, Polina Y. Platonov, MO. De novo designed EBAI as a potential inhibitor of the viral protein BHRF1. Research in silico. JOURNAL OF BIOMOLECULAR STRUCTURE & DYNAMICS. Volume 41, 2023, Issue 8 Page 3680-3685
  6. A. Nyporko; O. Tsymbalyuk; I. Voiteshenko; S. Starosyla; M. Protopopov; V. Bdzhola. Computer-aided design of muscarinic acetylcholine receptor M3 inhibitors: Promising compounds among trifluoromethyl containing hexahydropyrimidinones/thiones. MOLECULAR INFORMATICS. Vol/ 42, 2023 Aug;42(8-9):e2300006.
  7. D.M Hovorun; I.S. Voiteshenko; L. Gorb. Manifestations of intramolecular H-bonds of CH… O and OH… C type in quercetin molecule: Analysis of IR spectra by mean of density functional theory. Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc . 2023 Feb 15;287(Pt 2):122065.
  8. O.V. Podolich; G.V. Zubova; I.V. Orlovska; O.E. Kukharenko; T.V. Shyryna; L.G. Palchykovska;...; N.O. Kozyrovska. Komagataeibacter oboediens changes outer membrane vesicle-associated activities after exposure on the International Space Station. Biopolym. Cell. (УКРАЇНА) 2023; 39(2)
  9. Ivashchenko, V.I., Čaplovič, Shevchenko, V.I., Gorb, L., Leszczynski, J. Stability and mechanical, thermodynamic and optical properties of WC polytypes and the TiC-WC solid solutions: A first-principles study. Journal of Physics and Chemistry of Solids, 2023, 183, 111652
  10. Zarudnaya, M.I., Potyahaylo, A.L., Kolomiets, I.M., Gorb, L.G. Structural diversity of the region encompassing DIS, SD and Psi hairpins in HIV and SIV genomes. Virus Research, 2023, 336, 199197
  11. Dmytro Hovorun, M., Ivan Voiteshenko, S., Gorb, L. Manifestations of intramolecular H-bonds of CH… O and OH… C type in quercetin molecule: Analysis of IR spectra by mean of density functional theory. Spectrochimica Acta - Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy, 2023, 287, 122065
  12. Gorb, L., Shishkin, O.V., Zubatiuk, T. The structure of DNA fragments: Quantum-chemical modelling. BBA Advances, 2023, 3, 100082
  13. Sviatenko, L.K., Gorb, L., Leszczynski, J. NTO degradation by direct photolysis: DFT study. Structural Chemistry, 2023, 34(1), pp. 23–31
  14. Dmytro Hovorun, Ivan Voiteshenko, Leonid Gorb. Manifestations of Intramolecular H-bonds of CH… O and OH… C type in Quercetin Molecule: Analysis of IR Spectra by Mean of Density Functional Theory. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2022. 122065 https://doi.org/10.1016/j.saa.2022.122065
  15. Sviatenko, L.K., Gorb, L., Leszczynska, D., ...Shukla, M.K., Leszczynski, J. Catalytic role of solvated electron in the spontaneous degradation of insensitive munition compounds: computational chemistry investigation. Structural Chemistry, 2021, 32(2), pp. 521–527
  16. Borovyk, P.V., Orysyk, S.I., Repich, H.H., ...Pekhnyo, V.I., Vovk, M.V. Spectral characteristics and cytostatic effect of pd(II) and pt(II) carbothioamide ï?°-complexes on allium cepa l meristem cells. Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii, 2020, 2020(3), pp. 34–45
  17. Gorb, L., Pekh, A., Nyporko, A., ...Hovorun, D.M., Leszczynski, J. Effect of Microenvironment on the Geometrical Structure of d(A)5d(T)5and d(G)5d(C)5DNA Mini-Helixes and the Dickerson Dodecamer: A Density Functional Theory Study. Journal of Physical Chemistry B, 2020, 124(42), pp. 9343–9353
  18. Gorb, L., Ilchenko, M., Leszczynski, J. A density functional theory study of simplest nanocomposites formed by graphene oxide and polyvinyl alcohol: geometry, interaction energy and vibrational spectrum. Journal of Molecular Modeling, 2020, 26(7), 183
  19. Podolich, O., Kukharenko, O., Haidak, A., ...Kozyrovska, N., De Vera, J.-P.P. Multimicrobial Kombucha Culture Tolerates Mars-Like Conditions Simulated on Low-Earth Orbit. Astrobiology, 2019, 19(2), pp. 183–196
  20. Sviatenko, L.K., Gorb, L., Leszczynski, J., ...Okovytyy, S.I., Shukla, M.K. A density functional theory investigation of degradation of Nitroguanidine in the photoactivated triplet state. Journal of Molecular Modeling, 2019, 25(12), 372
  21. Melnyk, M.I., Ivanova, I.V., Dryn, D.O., ...Soloviev, A.I., Zholos, A.V. C60 fullerenes selectively inhibit BKCa but not Kv channels in pulmonary artery smooth muscle cells. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine, 2019, 19, pp. 1–11
  22. Sviatenko, L.K., Gorb, L., Leszczynska, D., ...Shukla, M.K., Leszczynski, J. Role of Singlet Oxygen in the Degradation of Selected Insensitive Munitions Compounds: A Comprehensive, Quantum Chemical Investigation. Journal of Physical Chemistry A, 2019, 123(35), pp. 7597–7608
  23. Brovarets O., Voiteshenko I. S., Pérez-Sánchez H., Hovorun D. M., A QM/QTAIM research under the magnifying glass of the DPT tautomerisation of the wobble mispairs involving 2-aminopurine. New Journal of Chemistry 2017, 41 (15), 7232-7243. DOI: 10.1039/c7nj00717e.
  24. Zarudnaya M. I., Potyahaylo A. L., Hovorun D. M. Dependence of DNA persistence length on ionic conditions. Biopolymers and Cell. –2017,33, N 2. – P. 81-91. doi:10.7124/bc.000946.
  25. Gorb, L., Zubatiuk, T.A., Zubatyuk, R., Hovorun, D., Leszczynski, J. d(A)3d(T)3 and d(G)3d(C)3 B-DNA mini-helixes: the DFT/M06-2x and DFT/B97-D3 comparison of geometrical and energetic characteristics. Journal of Molecular Modeling 2017, 23 (10), 289-298.
  26. H.H. Repich, V.V. Orysyk, L.G. Palchykovska, S.I. Orysyk, Yu.L. Zborovskii, O.V. Vasylchenko, O.V. Storozhuk, A.A. Biluk, V.V. Nikulina, L.V. Garmanchuk, V.I. Pekhnyo, M.V. Vovk. Synthesis, spectral characterization of novel Pd(II), Pt(II) -coordination compounds based on N-allylthioureas. Cytotoxic properties and DNA binding ability. J. of Inorganic Biochemistry. – 2017. – v168. – P. 98–106.
  27. Sviatenko, L.K., Gorb, L., Leszczynska, D., Okovytyy, S.I., Shukla, M.K., Leszczynski, J. In silico kinetics of alkaline hydrolysis of 1,3,5-trinitro-1,3,5-triazinane (RDX): M06-2X investigation. Environmental science. Processes & impacts, 2017, 19(3), pp. 388-392.
  28. Gooch, A., Sizochenko, N., Sviatenko, L., Gorb, L., Leszczynski, J. A quantum chemical based toxicity study of estimated reduction potential and hydrophobicity in series of nitroaromatic compounds. SAR and QSAR in Environmental Research 2017 б 28(2), pp. 133-137.
  29. Brovarets’ O.O., Voiteshenko, I.S., & Hovorun D.M. Physico-chemical profiles of the wobble↔Watson-Crick G*•2AP(w)↔G•2AP(WC) and A•2AP(w)↔A*•2AP(WC) tautomerisations: A QM/QTAIM comprehensive survey. Physical Chemistry Chemical Physics. – 2018, 20, 623-636. DOI: 10.1039/C7CP05139E
  30. Golius, L Gorb, O Isayev, J Leszczynski. Diffusion of energetic compounds through biological membrane: Application of classical MD and COSMOmic approximations. Journal of Biomolecular Structure and Dynamics. 2018, 19:1-9. doi:10.1080/07391102.2018.1424037.
  31. Zarudnaya M. I. , Kolomiets I. M., Potyahaylo A. L., Hovorun D. M. Structural transitions in poly(A), poly(C), poly(U) and poly(G) and their possible biological roles. J. Biomol. Struct. Dyn. – 2018, 27:1-114. doi: 10.1080/07391102.2018.1503972.
  32. Tolmachova, Kateryna & S. Moroz, Yurii & Konovets, Angelika & Platonov, Maxim & Vasylchenko, Olexandr & Borysko, Petro & Zozulya, Sergey & Gryniukova, Anastasia & V. Bogolubsky, Andrey & Pipko, Sergey & Mykhailiuk, Pavel & Brovarets, Volodymyr & Grygorenko, Oleksandr. (Chlorosulfonyl)benzenesulfonyl fluorides – versatile building blocks for combinatorial chemistry. Design, synthesis and evaluation of a covalent inhibitor library. ACS Combinatorial Science. 2018, 10.1021/acscombsci.8b00130.
  33. Brovarets' O.O., Hovorun D.M. Key microstructural mechanisms of the 2-aminopurine mutagenicity: Results of extensive quantum-chemical research. J. Biomol. Struct. Dynam., 2018, doi: 10.1080/07391102.2018.1495577.
  34. Brovarets’, O.O., Tsiupa, K.S., Hovorun, D.M. Non-dissociative structural transitions of the Watson-Crick and reverse Watson-Crick А•Т DNA base pairs into the Hoogsteen and reverse Hoogsteen forms. Sci. Repts., 2018, V. 8, P.10371.
  35. Brovarets’ O.O., Tsiupa K.S., Dinets A., Hovorun D.M. Unexpected routes of the mutagenic tautomerization of the T nucleobase in the classical A•T DNA base pairs: A QM/QTAIM comprehensive view. Front. Chem.,2018, 6:532; doi: 10.3389/fchem.2018.00532.
  36. Brovarets’ O.O., Tsiupa K.S., Dinets A., Hovorun D.M. Unexpected routes of the mutagenic tautomerization of the T nucleobase in the classical A•T DNA base pairs: A QM/QTAIM comprehensive view. Front. Chem.,2018, 6:532; doi: 10.3389/fchem.2018.00532.
  37. Brovarets’, O.O., Oliynyk, T.O. & Hovorun, D.M. Novel tautomerisation mechanisms of the biologically important conformers of the reverse Löwdin, Hoogsteen and reverse Hoogsteen G*∙C* DNA base pairs via proton transfer: A quantum-mechanical survey. Front. Chem., 7, 2019, doi: 10.3389/fchem.2019.00597.
  38. Zarudnaya MI, Kolomiets IM, Potyahaylo AL, Hovorun DM. Structural transitions in poly(A), poly(C), poly(U), and poly(G) and their possible biological roles. J Biomol Struct Dyn. 2019; 37(11): 2837-2866. doi:10.1080/07391102.2018.1503972.
  39. Brovarets', O.O., Hovorun, D.M. A hidden side of the conformational mobility of the quercetin molecule caused by the rotations of the O3H, O5H and O7H hydroxyl groups: In Silico scrupulous study. Symmetry,2020, 12(2), 230.
  40. Leonid Gorb, Anatoliy Pekh, Alexey Nyporko, Mykola Ilchenko, Anastasia Golius, Tetiana Zubatiuk, Roman Zubatyuk, Igor Dubey, Dmytro M. Hovorun and Jerzy Leszczynski. Effect of micro-environment on the geometrical structure of d(A)5 d(T)5, d(G)5 d(C)5 DNA mini-helixes and Dickerson dodecamer: A density functional theory study” J. Phys. Chem. B 2020, 124, 42, 9343–9353.