Адрес этой статьи в интернете: www.biophys.ru/archive/spb2013/proc-p54.htm

 

 

ЭНАНТИОМЕРНЫЙ КОНТРОЛЬ ОБРАЗОВАНИЯ НАНОАССОЦИАТОВ В ВЫСОКОРАЗБАВЛЕННЫХ РАСТВОРАХ МЕТИОНИНОВЫХ ПРОИЗВОДНЫХ ГЛИКОЛЬУРИЛОВ

Рыжкина И.С., Киселева Ю.В., Муртазина Л.И., Тимошева А.П. , Мишина О.А., Сергеева С.Ю. , Кравченко А.Н.1, Коновалов А.И.

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической и физической химии им. А.Е. Арбузова КазНЦ РАН, 420088 Казань, ул. Акад. Арбузова, 8

E-mail: ryzhkina@iopc.ru

1Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, 119991, Москва, Ленинский проспект, 47

 

Известно, что в водных растворах низких концентраций (1·10-20 – 1·10-6 М) образуются наноассоциаты (D до 400 нм), инициированные растворенным веществом, но состоящие преимущественно из молекул воды [1-4]. Наноассоциаты являются причиной возникновения необычных физико-химических свойств и, что особенно важно, биоэффектов высокоразбавленных водных растворов биологически активных веществ (БАВ) [1-4]. Обнаружены вещества классического и неклассического типа, т.е. неспособные и способные образовывать наноассоциаты. Показано, что химическое строение ряда БАВ неклассического типа оказывает существенное влияние на концентрационные области образования и параметры наноассоциатов [5]. В настоящее время остается нерешенным ряд вопросов, в частности, влияет ли пространственное строение растворенных веществ, различия в их трехмерной архитектуре на образование наноассоциатов и физико-химические свойства высокоразбавленных водных растворов.

 

 

Для ответа на поставленные вопросы нами выбран ряд  фармакологически активных производных 2-(3,7-диоксо-2,4,6,8-тетраазабицикло[3.3.0]окт-2-ил)]-4-метилтиобутановой кислоты, в котором 1 - рацемат, 1a, 1a` и 1b, 1b` - энантиомерные диастереомеры, 1a и 1b, а также 1a`и 1b`- (S)- и (R)-энантиомеры. Так как гликольурилы 1a,1a`,1b,1b`содержат асимметрические атомы С(1) и С(5), они являются хиральными соединениями. Самоорганизация и физико-химические свойства растворов выбранных хиральных соединений изучены в области концентраций 1∙10-18 - 1∙10-2 М методами динамического светорассеяния (ДСР), микроэлектрофореза, кондуктометрии, рН-метрии, диэлькометрии.

Установлено, что начиная с концентрации 1∙10-4 М и ниже, в растворах  энантиомерных диастереомеров  1a, 1a`образуются супрамолекулярные домены и наноассоциаты, что приводит к нелинейным изменениям физико-химических свойств растворов обоих соединений в широкой области концентраций 1∙10-15 - 1∙10-4 М. Ход концентрационных зависимостей ζ-потенциала частиц, образующихся в растворах 1a и 1a`, а также удельной электропроводности (χ) растворов 1a и 1a`практически одинаков, однако значения ζ-потенциала частиц и χ растворов 1a выше, чем 1a`. Размер частиц, образующихся в растворах 1a, также на 100-200 нм больше, чем в растворах 1a`. Аналогично ранее изученным растворам БАВ [1-5] установлена взаимосвязь концентрационных зависимостей размера и  ζ-потенциала  наноассоциатов, а также χ и ∆ε растворов каждого энантиомерного диастереомера. Наиболее значительные изменения параметров наноассоциатов и физико-химических свойств растворов обоих соединений происходят при концентрациях 1∙10-13М, 1∙10-10М, 1∙10-7- 1∙10-6 М.

В растворах диастереомеров  1b и 1b`ниже концентрации 1·10-2 М частиц методом ДСР достоверно обнаружить не удалось. При этом физико-химические свойства растворов соединения 1b`и 1b практически неотличимы от свойств дистиллированной воды  в интервале концентраций для 1b`ниже 10-6 М, а для 1b ниже  1·10-9 М.

Следовательно, диастереомеры  (S)-формы 1a, 1a` относятся к неклассическим соединениям, в высокоразбавленных растворах которых образуются наноассоциаты. Растворы таких соединений, как правило, способны к  проявлению биоэффектов в низких концентрациях. В паре диастереомеров  (R)-формы 1b и 1b` соединение 1b`является типичным классическим,  т.е. неспособным к образованию наноассоциатов, а у соединения 1b способность к образованию наноассоциатов выражена очень слабо. 

Анализ концентрационных зависимостей физико-химических свойств растворов (S)- и (R)-энантиомеров 1a и 1b и  1a`и 1b` в широкой области концентраций  свидетельствует о том, что до концентрации 1∙10-5- 1∙10-4 М свойства растворов энантиомеров практически одинаковы, в то время как в области 1∙10-15 - 1∙10-6 М значения χ и ∆ε растворов энантиомеров  отличаются на 5-10 ед.

Таким образом, хиральный (S)- и (R)-метиониновый фрагмент в молекуле производных гликольурилов играет ключевую роль в возможности образования наноассоциатов, появлении аномальных физико-химических свойств растворов и, вполне вероятно, биоэффектов в области низких концентраций.  

Работа выполнена при финансовой поддержке программы №28 Президиума РАН и РФФИ (проект № 13-03-00002).

 

Enantiomeric Control of nanoassociates FORMATION IN the high-diluted solutions of methionine derivatives of glycolurils

Ryzhkina I.S., Kiseleva Yu. V., Murtazina L.I., Timosheva A.P., Sergeeva S.Yu., O.A.Mishina, Kravchenko A.N. 1, Konovalov A.I.

E. Arbuzov Institute of Organic and Physical Chemistry of Kazan Scientific Center of Russian Academy of Sciences, e-mail: ryzhkina@iopc.ru

1 N.D. Zelinsky Institute of Organic Chemistry N. D. Zelinsky, RAS, 119991 Moscow

 

Литература

1. Рыжкина И.С., Муртазина Л.И., Киселева Ю.В., Коновалов А.И. Свойства супрамолекулярных наноассоциатов, образующихся в водных растворах низких и  сверхнизких концентраций биологически активных веществ //ДАН, 2009, Т. 428, № 4, С. 487-491.

2. Рыжкина И.С., Муртазина Л.И., Шерман Е.Д., Валитова Ю.Н., Катаев Е.А., Коновалов А.И. Водные растворы макроциклического пиридин-пиррольного соединения низких концентраций: взаимосвязь параметров супрамолекулярных наноразмерных ассоциатов, физико-химических свойств и физиологической активности // ДАН, 2010, Т. 433, № 5, С. 647-651.

3. Рыжкина И.С., Киселева Ю.В., Муртазина Л.И., Пальмина Н.П., Белов В.В., Мальцева Е.Л.,  Шерман Е.Д.,  Тимошева А.П., Коновалов А.И. Влияние концентраций α-токоферола на самоорганизацию, физико-химические свойства растворов и структуру биологических мембран//ДАН, 2011, Т. 438, №5, С.635-639.

4. Рыжкина И.С., Муртазина Л.И., Шерман Е.Д., Пантюкова М.Е., Масагутова Э.М., Павлова Т.П., Фридланд С.В., Коновалов А.И. Физико-химическое обоснование горметического отклика биосистемы очистки сточных вод на действие растворов N,N-дифенилгуанидиновой соли дигидроксиметилфосфиновой кислоты//ДАН, 2011, Т. 438, №2, С. 207-211.

5. Рыжкина И.С., Киселева Ю.В., Муртазина Л.И., Мишина О.А., Шерман Е.Д., Коновалов А.И. Сравнительное изучение самоорганизации и физико-химических свойств высокоразбавленных водных растворов фенольных биоантиоксидантов// ДАН, 2012, Т. 447, № 2, С. 179–182.