Відділ молекулярної та квантової біофізики

Завідувач відділу

Говорун Дмитро Миколайович

член-кореспондент НАН України,
доктор біологічних наук, професор
Тел.: (380-44) 526-11-09; 526-20-14;
факс: (380-44) 526-07-59.
E-mail: dhovorun@imbg.org.ua

Освіта та наукові ступені:

1967–1972 Київський державний університет імені Тараса Шевченка, Радіофізичний факультет (нелінійна оптика)

1987 Кандидат біологічних наук зі спеціальності "оптика"

2000 Доктор біологічних наук

2004 Професор зі спеціальності "біофізика"

2006 Член-кореспондент НАН України

Посади:

1972–1976 молодший науковий співробітник, Київський державний університет імені Тараса Шевченка, Радіофізичний факультет

1976–1986 науковий співробітник, Київський державний університет імені Тараса Шевченка, Радіофізичний факультет

1987–1995 старший науковий співробітник, відділ молекулярної біофізики, ІМБГ НАН України

з 1995 завідувач відділу молекулярної та квантової біофізики, ІМБГ НАН України

1998, 2001 професор-дослідник, Відділ хімії, Державний Університет, м. Джексон, США

з 1999 професор, Національний університет "Києво-Могилянська Академія"

з 2003 професор, Київський державний університет імені Тараса Шевченка

2003-2019 заступник директора з наукової роботи, ІМБГ НАН України

з 2019 - завідувач відділу молекулярної та квантової біофізики, ІМБГ НАН України

Членство:

FEBS

Українське біохімічне товариство

Українське біофізичне товариство

Українське фізичне товариство

заступник головного редактора "Biopolymers and Cell"

член редколегії журналів "Фізика живого", "Ukrainica Bioorganica Acta", "Физика молекул", "Innovative Biosystems and Bioengineering" та "Біофізичний Вісник"

член вченої ради ІМБГ НАН України

член спеціалізованої вченої ради із захисту дисертацій ІМБГ НАН України та фізичного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка

заступник академіка-секретаря Відділення БФМБ НАН України

Нагороди:

1994–1995 Премія Фонду Сороса

2003 Грамота Верховної Ради України

2008 Державна Премія України у галузі науки і техніки

2008 Премія НАН України ім. С. М. Гершензона

2012 Заслужений діяч науки і техніки України

2018 Пам’ятна відзнака на честь 100-річчя Національної академії наук України

2020 Відзнака НАН України "За підготовку наукової зміни" (підготував 12 кандидатів і 3 доктора наук)

2003-2019 низка почесних грамот – Міністерства освіти і науки України, Київського міського голови, Голосіївської у місті Києві Держадміністрації

Науковий напрямок:

Пошук універсальних фізико-хімічних підвалин специфічності взаємодії між компонентами нуклеопротеїдних комплексів і встановлення ролі прототоропної таутомерії і конформаційної мінливості компонентів нуклеїнових кислот та 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.

Сучасні наукові дослідження:

  • Методами молекулярної спектроскопії (УФ, ІЧ, КРС, ЯМР) та квантово-хімічними розрахунками різних ступенів наближення досліджується 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, постулюються як один з механізмів, відповідальних за структурно-динамічні перетворення в білково-нуклеїнових комплексах.
  • На основі теоретичного та експериментального вивчення таутомерного стану нуклеотидних основ у модельних комплексах білково-нуклеїнового впізнавання обгрунтовується концепція потенційно важливої ролі високоенергеничних таутомерів у перебігу біохімічних процесів.
  • За допомогою сучасних методів електрофорезу, протонної буферної ємності, молекулярного моделювання та біоінформатики вивчаються закономірності просторової організації - вторинної і третинної структур клітинних і вірусних РНК та їх сигнальних послідовностей.
  • Прикладним напрямком відділу є експериментальне і теоретичне дослідження структурно-динамічних та фізико-хімічних властивостей деяких фармацевтично важливих сполук.
  • Впроваджується у науково-дослідну практику оригінальна методика, захищена патентом України, яка дозволяє застосувати метод багаторазового порушеного повного внутрішнього відбиття світла для отримання високоякісних ІЧ спектрів тонких плівок нуклеїнових кислот та нуклеопротеїдних комплексів.
  • Отримані повні конформаційні сімейства нуклеозидів ДНК (як канонічних, так і модифікованих) на основі вперше розробленого у відділі підходу із застосуванням квантово-хімічних методів високого рівня теорії відкривають можливість висвітлення інтимних механізмів функціонування ДНК.
  • Використання сучасних квантово-хімічних наближень на рівні теорії функціоналу електронної густини, теорії збурень Мюллера-Плесета та теорії зв`язаних кластерів для вивчення фізико-хімічних механізмів таутомеризації основ ДНК.
  • Використання методів докінгу, класичної та неемпіричної молекулярної динаміки для вивчення физико-хімічних властивостей нуклеозид-трифосфатів та їхньої правильної і неправильної взаємодії у активному центрі ДНК-полімерази.

Д.М.Говорун – автор понад 480 наукових робіт, 6 монографій, 49 авторських свідоцтв на винаходи та патентів України. Наукові праці цитуються у авторитетних міжнародних журналах (3677 цитувань відповідно до бази даних Scopus станом на 12.06.2020). Індекс Гірша становить 42.

Вибрані публікації:

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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
  8. 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. – Jul 27:1-114. doi: 10.1080/07391102.2018.1503972
  9. 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 Jan 19:1-9. doi: 10.1080/07391102.2018.1424037
  10. 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
  11. 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 23 (10), 289-298, 2017
  12. Zarudnaya M. I., Potyahaylo A. L., Hovorun D. M. Dependence of DNA persistence length on ionic conditions. Biopolymers and Cell. –2017. – Vol. 33, N 2. – P. 81-91. doi:10.7124/bc.000946
  13. 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 28(2), pp. 133-137, 2017
  14. 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, 19(3), pp. 388-392, 2017
  15. Brovarets’ O.O., Voiteshenko, I.S., Pérez-Sánchez H.E., & 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. – DOI: 10.1039/C7NJ00717E
  16. Brovarets’ O.O., Voiteshenko, I.S, Pérez-Sánchez H.E., & Hovorun D.M. A QM/QTAIM detailed look at the Watson-Crick↔wobble tautomeric transformations of the 2-aminopurine•pyrimidine mispairs Journal of Biomolecular Structure & Dynamics. – 2017. – DOI: 10.1080/07391102.2017.1331864
  17. 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. – 2017. Crossref DOI link: https://doi.org/10.1039/C7CP05139E
  18. Glushenkov AN, Hovorun DM. Can nucleobase pairs offer a possibility of a direct 3D self-assembly? Nanoscale Res. Lett. 2016, 11(1):134. doi: 10.1186/s11671-016-1347-3.
  19. Sviatenko, L.K., Gorb, L., Hill, F.C., Leszczynska, D., Shukla, M.K., Okovytyy, S.I., Hovorun, D., Leszczynski, J. In Silico Alkaline Hydrolysis of Octahydro-1,3,5,7-tetranitro-1,3,5,7-tetrazocine: Density Functional Theory Investigation. Environmental Science and Technology. 2016, 50(18):10039-10046.
  20. Brovarets’ O.O., Pérez-Sánchez H.E., Hovorun D.M. Structural grounds for the 2-aminopurine mutagenicity: A novel insight into the old problem of the replication errors. RSС Adv. 2016, 6(101): 99546-99557.
  21. T. Yu. Nikolaienko, L. A. Bulavin, D. M. Hovorun. Can we treat ab initio atomic charges and bond orders as conformation-independent electronic structure descriptors? RSC Adv. 2016, 6(78):74785-74796.
  22. Brovarets’ OO, Hovorun DM. The physicochemical essence of the purine•pyrimidine transition mismatches with Watson-Crick geometry in DNA: A•C* versa A*•C. A QM and QTAIM atomistic understanding. J. Biomol. Struct. & Dynam. 2015;33(1):28-55.
  23. Brovarets’ OO, Hovorun DM. Tautomeric transition between wobble А•С DNA base mispair and Watson-Crick-like A•C* mismatch: miscrostructural mechanism and biological significance. Phys. Chem. Chem. Phys. 2015;17(23):15103-15110.
  24. Brovarets’ OO, Hovorun DM. How do long improper purine-purine pairs of DNA bases adapt their enzymatically competent conformation? Structural mechanism and its quantum-mechanical grounds. Ukr. J. Phys. (Special Issue devoted to Acad. L.A. Bulavin). 2015;60(8):748-756.
  25. Brovarets’ OO, Hovorun DM. A novel conception for spontaneous transversions caused by homo-pyrimidine DNA mismatches: A QM/QTAIM highlight. Phys. Chem. Chem. Phys. 2015;17(33):21381-21388.
  26. Brovarets’ OO, Hovorun DM. Novel physico-chemical mechanism of the mutagenic tautomerisation of the Watson-Crick-like A•G and C•T DNA base mispairs: a quantum-chemical picture. RSС Adv. 2015;5(81):66318-66333.
  27. Kolomiets IN, Zarudnaya MI, Potyahaylo AL, Hovorun DM. Structural insight into HIV-1 reverse transcription initiation in MAL-like templates (CRF01_AE, subtype G and CRF02_AG). J. Biomol. Struct. Dyn. 2015;33(2):418-433.
  28. Alexeeva I, Nosach L, Palchykovska L, Usenko L, Povnitsa O. Synthesis and Comparative Study of Anti-Adenoviral Activity of 6-Azacytidine and Its Analogues. Nucleosides, Nucleotides and Nucleic Acids. 2015;34:565–578.
  29. Zahanich I, Kondratov I, Naumchyk V, Kheylik Yu, Platonov M, Zozulya S, Krasavin M. Phenoxymethyl 1,3-oxazoles and 1,2,4-oxadiazoles as potent and selective agonists of free fatty acid receptor 1 (GPR40). Bioorganic & medicinal chemistry letters. 2015;25(6):3105-3111.
  30. Zubatiuk T, Shishkin O, Gorb L, Hovorun D, Leszczynski J. Structural Waters in the Minor and Major Grooves of DNA–A Major Factor Governing Structural Adjustments of the A−T Mini-Helix. J. Phys. Chem. B. 2015;119(2):381−391.
  31. Zubatiuk T, Kukuev M, Korolyova A, Gorb L, Nyporko A, Hovorun D, Leszczynski J. Structure and Binding Energy of Double-Stranded A-DNA Mini-helices: Quantum-Chemical Study. J. Phys. Chem. B. 2015;119(40):12741–12749.
  32. Плоднік ДП, Войтешенко ІС, Говорун ДМ. Повне сімейство воднево зв’язаних пар основ ДНК m1Thym1Thy. Квантово-хімічне дослідження. Ukrainica Bioorganica Acta. 2015; 1:9-12.
  33. Leonid Gorb, Victor Kuz'min, Eugene Muratov. Application of Computational Techniques in Pharmacy and Medicine. Springer. 2014;Р:550. ISBN 978-94-017-9257-8
  34. Zarudnaya MI, Potyahaylo AL, Kolomiets IM, Hovorun DM. Phylogenetic study on structural elements of HIV-1 poly(A) region. 2. USE domain and TAR hairpin. Biopolym. Cell. 2014; 30(1):29-36.
  35. Kolomiets IN, Zarudnaya MI, Potyahaylo AL, Hovorun DM. Structural insight into HIV-1 reverse transcription initiation in MAL-liketemplates (CRF01_AE, subtype G and CRF02_AG). J. Biomol. Struct. Dyn. 2014; Epub ahead of print, Feb 21.
  36. Hurmach V. V., Balinskyi O. M., Platonov M. O., et al. Design of potentially active ligands for SH2 domains by molecular modeling methods. Biopolym. Cell. 2014;30(4):321-325.
  37. Ammosova T, Platonov M, Ivanov A, et al. 1E7-03, a low MW compound targeting host protein phosphatase-1, inhibits HIV-1 transcription. British Journal of Pharmacology. 2014;171:5059–5075.
  38. Paytakov G, Gorb L, Stepanyugin A, et al. Homodimers of cytosine and 1-methylcytosine. A DFT study of geometry, relative stability and H-NMR shifts in gas-phase and selected solvents. Journal of Molecular Modeling. 2014;20:2115-2119.
  39. Sviatenko LK, Gorb L, Hovorun D, Leszczynski J. In Silico kinetics and mechanism of interaction of cis-2-butene-1,4-dial with 2′-deoxycytidine. Chem Res Toxicol. 2014;27(6):981-9.
  40. Brovarets’ OO, Hovorun DM. Why the tautomerization of the G•C Watson-Crick base pair via the DPT does not cause point mutations during DNA replication? QM and QTAIM comprehensive analysis. Journal of Biomolecular Structure & Dynamics. 2014;32:1474-1499.
  41. Brovarets'OO, Zhurakivsky RO, Hovorun DM. Is the DPT tautomerisation of the long A•G Watson-Crick DNA base mispair a source of the adenine and guanine mutagenic tautomers? A QM and QTAIM response to the biologically important question. Journal of Computional Chemistry. 2014;35:451-466.
  42. Brovarets’ OO, Zhurakivsky RO, Hovorun DM. Does the tautomeric status of the adenine bases change under the dissociation of the А*•Аsyn Topal-Fresco DNA mismatch? A combined QM and QTAIM atomistic insight. Physical Chemistry Chemical Physics. 2014;16:3715-372.
  43. Brovarets’ OO, Zhurakivsky RO, Hovorun DM. Structural, energetic and tautomeric properties of the T•T*/T*•T DNA mismatch involving mutagenic tautomer of thymine: A QM and QTAIM insight. Chemical Physics Letters. 2014;592:247-255.
  44. Brovarets'OO, Zhurakivsky RO, Hovorun DM. A QM/QTAIM microstructural analysis of the tautomerisation via the DPT of the hypoxanthine•adenine nucleobase pair. Molecular Physics. 2014;112:2005-2016.
  45. Nikolaienko TYu, Bulavin LA, Hovorun DM. JANPA: An open source cross-platform implementation of the Natural Population Analysis on the Java platform. Theoretical and Computational Chemistry. 2014; DOI: 10.1016/j.comptc.2014.10.002.
  46. Zarudnaya MI, Potyahaylo AL, Kolomiets IM, Hovorun DM. Phylogenetic study on structural elements of HIV-1 poly(A) region. 1. PolyA and DSE hairpins. Biopolym. Cell. 2013; 29(6):454-462.
  47. Brovarets' OO, Yurenko YP, Hovorun DM. Intermolecular CH•••O/N Hbonds in the biologically important pairs of natural nucleobases: a thorough quantumchemical study. J Biomol Struct Dyn. 2013 Jun 03. doi:10.1080/07391102.2013.799439
  48. Zarudnaya MI, Potyahaylo AL, Kolomiets IM, Hovorun DM. Structural model of the complete poly(A) region of HIV­1 pre­ mRNA. J Biomol Struct Dyn. 2013;31(10):1044–1056. doi: 10.1080/07391102.2012.718530
  49. Ford­Green J, Isayev O, Gorb L, Perkins EJ, Leszczynski J. Evaluation of natural and nitramine binding energies to 3­D models of the S1S2 domains in the N­methyl­D­aspartate receptor. J Mol Model. 2012;18(4):1273–84. doi: 10.1007/s00894-011-1152-y
  50. Isayev O, Crespo­Hernandez CE, Gorb L, Hill FC, Leszczynski J. In silico structure­function analysis of E. cloacae nitroreductase. Proteins. 2012;80(12):2728–41. doi:10.1002/prot.24157
  51. Sviatenko L, Gorb L, Hovorun D, Leszczynski J. Interaction of 2'­deoxyadenosine with cis­2­butene­1,4­dial: computational approach to analysis of multistep chemical reactions. J Phys Chem A. 2012;116(9):2333–42. doi:10.1021/jp211911u
  52. Brovarets' OO, Yurenko YP, Dubey IY, Hovorun DM. Can DNAbinding proteins of replisome tautomerize nucleotide bases? Ab initio model study. J Biomol Struct Dyn. 2012;29(6):597–605. doi:10.1080/07391102.2011.672624
  53. Shishkin OV, Dopieralski P, Omelchenko IV, Gorb L, Latajka Z, Leszczynski J. Dynamical Nonplanarity of Benzene. Evidences from the Car–Parrinello Molecular Dynamics Study. J. Phys. Chem. Lett. 2011;2(22):2881–4. doi: 10.1021/jz201327t
  54. Yurenko YP, Zhurakivsky RO, Samijlenko SP, Hovorun DM. Intramolecular CH•••O hydrogen bonds in the AI and BI DNA­like conformers of canonical nucleosides and their Watson­Crick pairs. Quantum chemical and AIM analysis. J Biomol Struct Dyn. 2011;29(1):51–65. doi:10.1080/07391102.2011.10507374
  55. Furmanchuk A, Isayev O, Gorb L, Shishkin OV, Hovorun DM, Leszczynski J. Novel view on the mechanism of water­assisted proton transfer in the DNA bases: bulk water hydration. Phys Chem Chem Phys. 2011;13(10):4311–7. doi:10.1039/c0cp02177f
  56. Samijlenko SP, Yurenko YP, Stepanyugin AV, Hovorun DM. Tautomeric equilibrium of uracil and thymine in model protein­ nucleic acid contacts. Spectroscopic and quantum chemical approach. J Phys Chem B. 2010;114(3):1454–61. doi: 10.1021/jp909099a
  57. Danilov VI, van Mourik T, Kurita N, Wakabayashi H, Tsukamoto T, Hovorun DM. On the mechanism of the mutagenic action of 5­bromouracil: a DFT study of uracil and 5­bromouracil in a water cluster. J Phys Chem A. 2009;113(11):2233–5. doi: 10.1021/jp811007j
  58. De Logu A, Palchykovska LH, Kostina VH, et al. Novel N­aryl­and N­heteryl phenazine­1­carboxamides as potential agents for the treatment of infections sustained by drug­resistant and multidrug­resistant Mycobacterium tuberculosis. Int J Antimicrob Agents. 2009;33(3):223–9. doi:10.1016/j.ijantimicag.2008.09.016
  59. StankiewiczDrogon A, Palchykovska LG, Kostina VG, Alexeeva IV, Shved AD, BoguszewskaChachulska AM. New acridone4carboxylic acid derivatives as potential inhibitors of hepatitis C virus infection. Bioorg. Med. Chem. 2008; 6(19):8846–8852. doi:10.1016/j.bmc.2008.08.074
  60. Zarudnaya MI, Kolomiets IM, Potyahaylo AL, Hovorun DM. Downstream elements of mammalian pre­mRNA polyadenylation signals: primary, secondary and higher­order structures. Nucleic Acids Res. 2003;31(5):1375–86. doi: 10.1093/nar/gkg241
  61. Черепенко О.Й.; «Молекулярные защитные механизмы клетки и фармакотерапия». – Київ. Наукова думка, 2012. – 260 с. – ISBN 978-966-00-1264-6.