ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ L-ГИСТИДИНА С ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИМИ СОЕДИНЕНИЯМИ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ МЕТОДОМ УФ-СПЕКТРОСКОПИИ
Аннотация
Взаимодействия между лекарственными средствами и макромолекулярными белками имеют важное значение в многокомпонентных физиологических средах, таких как кровь, клеточные мембраны, внутри и межклеточные флюиды и т.д. Изучение механизмов и движущих сил образования комплексов между ними, молекулярных процессов транспортировки лекарств, доставки их к клеткам-мишеням относится к приоритетным задачам химии, биологии и фармакологии. Необходимым является исследование свойств модельных соединений биомакромолекул в водных растворах до начала исследования более сложных систем. Особенности их поведения во многом определяют биологическую активность макромолекул. Одним из хорошо известных подходов к изучению молекулярных взаимодействий в жидких средах является использование спектроскопических методов. В рамках долгосрочной задачи по исследованию различных аспектов процессов взаимодействия между модельными соединениями белков и прекурсорами лекарственных средств мы представляем результаты спектроскопического исследования водных растворов, содержащих гетероциклические соединения – L-гистидин, никотиновую кислоту и урацил при фиксированном значении рН. Методом УФ-спектроскопии получены электронные спектры поглощения L-гистидина в присутствии никотиновой кислоты и урацила в водных растворах с рН = 7,3 при 296 К. Определены спектральные характеристики взаимодействия L-гистидина с никотиновой кислотой и урацилом. Рассчитаны константы связывания и стехиометрический состав образующихся комплексов на основе кривых насыщения. Проведен расчет равновесной смеси ионных форм изученной аминокислоты в зависимости от рН среды в соответствии с компьютерной программой RRSU. Определены формы взаимодействующих реагентов в водном растворе с рН = 7,3. Выявлены особенности взаимодействия гистидина с никотиновой кислотой и урацилом. Показано, что взаимодействие гистидина с урацилом приводит к образованию несколько более устойчивых комплексов, чем с никотиновой кислотой.
Литература
Tyukavkina N.A., Baukov Yu.I. Bioorganic chemistry. M.: Meditsyna. 1991. 528 p. (in Russian).
Curiel D., Más-Montoya M., Sánchez G. Complexation and sensing of dicarboxylate anions and dicarboxylic acids. Coord. Chem. Rev. 2015. V. 284. P. 19–66. DOI: 10.1016/j.ccr.2014.09.010.
Weinbreck F., Nieuwenhuijse H., Robijn G.W., de Kruif C.G. Complexation of whey proteins with carrageenan. J. Agric. Food Chem. 2004. V. 52. N 11. P. 3550–3555. DOI: 10.1021/jf034969t.
Sharma A., Suhas R., Chandan S., Gowda D.C. Novel urea and thiourea derivatives of thiazole-glutamic acid con-jugate as potential inhibitors of microbes and fungi. Russ. J. Bioorg. Chem. 2013. V. 39. N 6. P. 656–664. DOI: 10.1134/S1068162013050130.
Aaron J.J., Seye M.D.G., Trajkovska S., Motohashi N. Bioactive phenothiazines and benzo[α]phenothiazines: Spectroscopic studies, and biological and biomedical properties and applications. Top. Heterocycl. Chem.: Bioactive Heterocycles VII. 2009. V. 16. P. 153–231. DOI: 10.1007/7081_2008_125.
Rutledge L.R., Durst H.F., Wetmore S.D. Evidence for stabilization of DNA/RNA – protein complexes arising from nucleobase – amino acid stacking and T-shaped interactions. J. Chem. Theory Comput. 2009. V. 5. N 5. P. 1400–1410. DOI: 10.1021/ct800567q.
Balaban A.T., Oniciu D.C., Kátritzky A.R. Aromaticity as a cornerstone of heterocyclic chemistry. Chem. Rev. 2004. V. 104. N 5. P. 2777–2812. DOI: 10.1021/cr0306790.
Baker Ch.M., Grant G.H. Modeling aromatic liquids: toluene, phenol, and pyridine. J. Chem. Theory Comput. 2007. V. 3. N 2. P. 530–548. DOI: 10.1021/ct600218f.
Semenov V.E., Krylova E.S., Galyametdinova I.V., Chernova A.V., Kharlamov S.V., Latypov S.K., Reznik V.S. Synthesis and reactivity of acyclic and macrocyclic uracils bridged with five-membered heterocycles. Tetrahedron. 2011. V. 67. P. 7370–7378. DOI: 10.1016/j.tet.2011.07.034.
Tureček F., Yao Ch., Fung Y.M.E., Hayakawa Sh., Hashimoto M., Matsubara H. Histidine-containing radicals in the gas phase. J. Phys. Chem. B. 2009. V. 113. N 20. P. 7347–7366. DOI: 10.1021/jp900719n.
Kulapina O.I., Karenko V.A., Kulapina E.G. Research of a state of some Cephalosporin Antibiotics in water envi-ronments by spectrophotometry. Izv. Sarat. Un-ta. Nov. ser. Ser. Khimiya. Biologiya. Ekologiya. 2016. V. 16. N 2. P. 130-135 (in Russian). DOI: 10.18500/1816-9775-2016-16-2-130-135.
Soldatenkov A.T., Koledina N.M., Shidrin I.V. Funda-mentals of organic chemistry of medicinal substances. M: Mir. 2007. 191 p. (in Russian).
Usacheva T.R., Sharnin V.A. Formation of molecular complexes between 18-crown-6 and amino acids in aqueous –organic media. Russ. J. Cen. Chem. 2014. V. 84. N 2. P. 227-234 (in Russian). DOI: 10.1134/S1070363214020121.
Badelin V.G., Tarasova G.N., Tyunina E.Yu. Investiga-tion of interaction between aromatic amino acids and nicotinic acid and uracil in aqueous solutions. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2014. V. 57. N 3. P. 34–37 (in Russian).
Tyunina E.Yu., Badelin V.G., Tarasova G.N. Interactions of aromatic amino acids with heterocyclic ligand: an IR spectroscopic study. Russ. J. Phys. Chem. A. 2015. V. 89. N 9. P. 1595–1598. DOI: 10.1134/S0036024415080300.
Badelin V.G., Tyunina E.Yu., Mezhevoi I.N., Tarasova G.N. Thermodynamic characteristics of the interaction be-tween nicotinic acid and phenylalanine in an aqueous buffer solution at 298 K. Russ. J. Phys. Chem. A. 2013. V. 87. N 8. P. 1306-1309. DOI: 10.1134/S0036024413070078.
Chernova R.K., Varygina O.V., Bereskina N.S. Selective determination of histidine in mixed solutions of α-amino ac-ids. Izv. Saratov. un-ta. Nov. ser. Ser. Chem. Biol. Ecol. 2015. V. 15. N 4. P. 15-21 (in Russian). DOI: 10.18500/1816-9775-2015-15-4-15-21.
Gille A., Bodor E.T., Ahmed K. Offermanns S. Nicotinic acid: Pharmacological effects and mechanisms of action. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2008. V. 48. P. 79–106. DOI: 10.1146/annurev.pharmtox.48.113006.094746.
Watanabe T., Tashiro R., Sugiyama H. Photoreaction at 5`-(G/C)AABrUT-3`Sequence in duplex DNA: Efficient generation of uracil-5-yl radical by charge transfer. J. Am. Chem. Soc. 2007. V. 129. N 26. P. 8163–8168. DOI: 10.1021/ja0692736.
Sulkowska A., Równicka J., Bujko B., Sułkowski W. Interaction of anticancer drugs with human and bovine serum albumin. J. Mol. Struct. 2003. V. 651. P. 133–140. DOI: 10.1016/S0022-2860(02)00642-7.
Yang Z., Rodgers M.T. Influence of halogenation on prop-erties of uracil and its noncovalent interactions with alkali metal ions. Threshold collision-induced dissociation and theoretical studies. J. Am. Chem. Soc. 2004. V. 126. N 49. P. 16217–16226. DOI: 10.1021/ja045375p.
Stephenson H.P., Sponer H. Near ultraviolet absorption spectra of the pyridine monocarboxylic acids in water and ethanol solutions. J. Am. Chem. Soc. 1957. V. 79. N 9. P. 2050–2056. DOI: 10.1021/ja01566a008.
Badelin V.G., Tyunina E.Yu., Mezhevoi I.N., Tarasova G.N. Thermodynamic characteristics of molecular interactions between L-tryptophan and nicotinic acid and uracyl in aqueous buffer solutions at 298 K. Russ. J. Phys. Chem. A. 2015. V. 89. N 12. P. 2229–2233. DOI: 10.7868/S0044453715120031.
Dąbkowska I., Rak J., Gutowski M. Computational study of hydrogen-bonded complexes between the most stable tau-tomers of glycine and uracil. J. Phys. Chem. A. 2002. V. 106. N 32. P. 7423–7433. DOI: 10.1021/jp020947i.
Hunter K.C., Millen A.L., Wetmore S.D. Effects of hy-drogen-bonding and stacking interactions with amino acids on the acidity of uracil. J. Phys. Chem. B. 2007. V. 111. N 7. P. 1858–1871. DOI: 10.1021/jp066902p.
Zielenkiewicz W., Szterner P. Vapor pressures, molar enthalpies of sublimation, and molar enthalpies of solution in water of 5-(trifluoromethyl)uracil. J. Chem. Eng. Data. 2004. V. 49. P. 1197–1200. DOI: 10.1021/je030231w.
Hanus M., Kabeláč M., Nachtigallová D., Hobza P. Mutagenic properties of 5-halogenuracils: Correlated quantum chemical ab Initio study. Biochemistry. 2005. V. 44. P. 1701–1707. DOI: 10.1021/bi048112g.
