КИНЕТИКА РЕАКЦИЙ ОЗОНА С АДЕНИНОМ И ЦИТОЗИНОМ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ
Аннотация
Методом ультрафиолетовой спектроскопии изучена кинетика реакций озона с азотистыми основаниями (АО) – аденином и цитозином – в водных растворах. На первом этапе исследований был определен диапазон рабочих концентраций АО. Обнаружено, что линейные зависимости между оптическими плотностями и концентрациями водных растворов азотистых оснований достаточно надежно, с коэффициентами корреляций r ≥ 0,998, выполняются до [АО] = 2,3 ∙ 10–4 моль/л. По закону Бугера-Ламберта-Бера определены коэффициенты экстинкции аденина и цитозина в водных растворах, которые в дальнейшем были использованы для расчета их остаточных концентраций. На следующем этапе при равенстве начальных концентраций исходных веществ ([АО]0 = [О3]0) изучена кинетика озонированного окисления азотистых оснований. Анализ результатов показал, что кинетические кривые расходования исходных реагентов довольно хорошо (r ≥ 0,996) линеаризуются в координатах уравнения реакции второго порядка. С помощью барботажной установки найдено, что на 1 моль израсходованного АО приходится 1 моль поглощенного озона. Таким образом, реакции озона с аденином и цитозином однозначно протекают по кинетическим законам второго порядка (первого – по О3 и первого – по АО). По интегральным уравнениям реакций рассчитаны константы скорости, значения которых свидетельствуют о довольно высокой реакционной способности озона по отношению к азотистым основаниям. В интервале 285-309 К изучены температурные зависимости констант скорости второго порядка и определены активационные параметры (предэкспоненциальные множители и энергии активации) реакций озона с аденином и цитозином в водных растворах.
Литература
Simandan T., Sun J., Dix T.A. Oxidation of DNA bases, deoxyribonucleosides and homopolymers by peroxyl radicals. Biochem. J. 1998. V. 335. N 2. P. 233-240. DOI: 10.1042/bj3350233.
Grand A., Morell C., Labet V., Cadet J., Eriksson L.A. •H atom and •OH radical reactions with 5-methylcytosine. J. Phys. Chem. A. 2007. V. 111. N 37. P. 8968-8972. DOI: 10.1021/jp0737799.
Kuznetsova A.A., Knorre D.G., Fedorova O.S. Oxidation of DNA and its components with reactive oxygen species. Russ. Chem. Rev. 2009. V. 78. N 7. P. 659-678. DOI: 10.1070/RC2009v078n07ABEH004038.
Cadet J., Douki T., Ravanat J.L. Oxidatively generated base damage to cellular DNA. Free Radic. Biol. Med. 2010. V. 49. N 1. P. 9-21. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2010.03.025.
Wagner J.R., Cadet J. Oxidation reactions of cytosine DNA components by hydroxyl radical and one-electron oxidants in aerated aqueous solutions. Acc. Chem. Res. 2010. V. 43. N 4. P. 564-571. DOI: 10.1021/ar9002637.
Rodriguez-Muniz G.M., Marin M.L., Lhiaubet-Vallet V., Miranda M.A. Reactivity of nucleosides with a hydroxyl radical in non-aqueous medium. Chem. Eur. J. 2012. V. 18. N 26. P. 8024-8027. DOI: 10.1002/chem.201201090.
Madugundu G.S., Cadet J., Wagner J.R. Hydroxyl-radicalinduced oxidation of 5-methylcytosine in isolated and cellular DNA. Nucleic Acids Res. 2014. V. 42. N 11. P. 7450-7460. DOI: 10.1093/nar/gku334.
Cadet J., Wagner J.R. Oxidatively generated base damage to cellular DNA by hydroxyl radical and one-electron oxidants: similarities and differences. Arch. Biochem. Biophys. 2014. V. 557. P. 47-54. DOI: 1016/j.abb.2014.05.001.
Cadet J., Davies K.J.A., Medeiros M.H., Di Mascio P., Wagner J.R. Formation and repair of oxidatively generated damage in cellular DNA. Free Radic. Biol. Med. 2017. V. 107. P. 13-34. DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2016.12.049.
Nugumanov T.R., Ivanov S.P., Nasyrov A.A., Gaifutdinova R.K., Murinov Yu.I. Homogeneous oxidation of 5-hydroxy-6-methyluracil by molecular oxygen in aqueous solutions. Bashk. Khim. Zhurn. 2007. V. 14. N 1. P. 48-50 (in Russian).
Nugumanov T.R., Ivanov S.P., Starikova Z.A., Murinov Yu.I. Oxidation of 5-hydroxy-6-methyluracil to 5,5,6-trihydroxy-6-methylpyrimidine-2,4-dione with molecular oxygen. Mend. Commun. 2008. V. 18. N 4. P. 223-224. DOI: 10.1016/j.mencom.2008.07.020.
Nugumanov T.R., Antipin A.V., Grabovskii S.A., Kabal'nova N.N., Murinov Yu.I. Oxidation of 5-hydroxy-6-methyluracil with molecular oxygen in the presence of copper(II) chloride in aqueous solution. Russ. J. Gen. Chem. 2011. V. 81. N 7. P. 1543-1546. DOI: 10.1134/S107036321107022X.
Ostakhov S.S., Khursan S.L., Murinov Y.I., Nugumanov T.R., Kayumova R.R., Petrova S.F. The role of cop-per(II) ions in the oxidation of 5-hydroxy-6-methyluracil in the ground and electronically excited states with molecular oxygen in aqueous solutions. High Energy Chem. 2017. V. 51.
N 1. P. 32-37. DOI: 10.1134/S0018143916060138.
Petrova S.F., Nugumanov T.R., Lobov A.N., Ivanov S.P., Murinov Yu.I. Destruction of pyrimidine ring during the interaction of 5-hydroxy-6-methyluracil with sodium hydroxide in aqueous solutions. Vestn. Bashk. Un-ta. 2016. V. 21. N 3. P. 626-631 (in Russian).
Petrova S.F., Ostakhov S.S., Ivanov S.P., Nugumanov T.R., Murinov Y.I., Khursan S.L. Spectral-luminescent study of the oxidation of 5-hydroxy-6-methyluracil in aqueous alkaline solutions. High Energy Chem. 2018. V. 52.
N 6. P. 480-484. DOI: 10.1134/S0018143918060115.
Likhacheva N.A., Aminova E.K. Products of oxidative cleavage of 6-methyluracil by ammonium persulfate. Bashk. Khim. Zhurn. 2017. V. 24. N 3. P. 89-91 (in Russian).
Kabalnova N.N., Grabovskiy S.A., Nugumanov T.R., Ivanov S.P., Murinov Y.I. 5-Hydroxy-6-methyluracil as an efficient scavenger of peroxy radicals. Russ. Chem. Bull. 2008. V. 57. N 11. P. 2265-2270. DOI: 10.1007/s11172-008-0318-y.
Grabovskiy S.A., Konkina I.G., Murinov Y.I., Kabal'nova N.N. 5-aminouracil as effective inhibitor of peroxyl radicals. Experimental and theoretical studies. Current Org. Chem. 2012. V. 16. N 11. P. 1447-1452. DOI: 10.2174/138527212800672619.
Yakupova L.R., Nasibullina R.A., Petrova S.F., Abdullin M.F., Salikhov S.M., Gimadieva A.R., Safiullin R.L. The mechanism of 5-amino-6-methyluracil oxidation with 1,4-dioxanyl peroxyl radical. Chem. Heterocycl. Compd. 2015. V. 51. N 2. P. 162-165. DOI: 10.1007/s10593-015-1675-8.
Akhatova G.R., Safarova I.V., Gerchikov A.Ya., Enikeev A.A. Kinetics of the interaction of uracil derivatives with hydrogen peroxide. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Khim. Khim. Tekhnol. 2012. V. 55. N 3. P. 40-43 (in Russian).
Akhatova G.R., Safarova I.V., Gerchikov A.Ya., Enikeev A.A. Kinetics and mechanism of the reactions of uracil with hydrogen peroxide in aqueous solutions. Kinet. Catal. 2012. V. 53. N 3. P. 297-300. DOI: 10.1134/S0023158412030019.
Akhatova G.R., Sharipova G.M., Safarova I.V., Gerchikov A.Ya., Mustafin A.G. Reactivity of 5-methyluracils tautomeric form with hydrogen peroxide in aqueous solutions. Vestn. Bashk. Un-ta. 2013. V. 18. N 4. P. 1019-1022 (in Russian).
Gerchikov A.Ya., Sharipova G.M., Akhatova G.R., Mustafin A.G., Sakhibgareeva M.V., Spivak S.I. Kinetics, mechanism, and mathematical model of the reaction between uracil and hydrogen peroxide in aqueous solution. Kinet. Catal. 2015. V. 56. N 5. P. 563-568. DOI: 10.1134/S0023158415050067.
Zimin Yu.S., Khairullina L.R., Kutlugil’dina G.G., Mustafin A.G. Chemiluminescence in the reaction of ozone with 6-methyluracil in aqueous solutions. Russ. J. Phys. Chem. A. 2015. V. 89. N 12. Р. 2210-2212. DOI: 10.1134/S0036024415120365.
Maksyutova A.A., Zimin Yu.S., Gimadieva A.R., Mustafin A.G. Kinetics of the oxidation of uracil and six of its derivatives by ozone in aqueous solutions. Russ. J. Phys. Chem. A. 2019. V. 93. N 9. P. 1672-1676. DOI: 10.1134/S0036024419090127.
Cavalieri L.F., Bendich A. The ultraviolet absorption spectra of pyrimidines and purines. J. Am. Chem. Soc. 1950. V. 72. N 6. P. 2587-2594. DOI: 10.1021/ja01162a067.
Pullman B., Pullman A. Electronic aspects of purine tautomerism. Adv. Heterocycl. Chem. 1971. V. 13. P. 77-159. DOI: 10.1016/S0065-2725(08)60349-9.
Raczynska E.D., Makowski M., Zientara-Rytter K., Kolczynska K., Stępniewski T.M., Hallmann M. Quantum-chemical studies on the favored and rare tautomers of neutral and redox adenine. J. Phys. Chem. A. 2013. V. 117. N 7. P. 1548-1559. DOI: 10.1021/jp3081029.
Raczynska E.D., Sapula M., Zientara-Rytter K., Kolczynska K., Stepniewski T.M., Hallmann M. DFT studies on the favored and rare tautomers of neutral and redox cytosine. Struct. Chem. 2016. V. 27. N 1. P. 133-143. DOI: 10.1007/s11224-015-0710-9.
Denisov E.T., Sarkisov O.M., Likhtenshtein G.I. Chemical Kinetics. M.: Khimiya. 2000. 568 p. (in Russian).
