CC BY
12
БЮЛЛЕТЕНЬ ВОЛГОГРАДСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РАМН 3-2008
спектрометрически при помощи пировиноградной кислоты, применяемой в качестве субстрата. Активность ДДГ выражали в нмоль НАДН за 1 мин на 1 мг белка.
Кинетические характеристики реакции — время полупревращения субстрата (К) и скорость накопления продуктов реакции (Vmax) — определяли расчетным путем по общепринятым формулам (KostirJ., 1985).
Свободный кристаллогенез препаратов изучаемого энзима и характер его сокристаллизации с базисным веществом (0,9-й% раствор хлорида натрия) изучали с помощью метода расширенной тезиокристаллоскопии.
Указанный комплекс тестов выполняли до начала и по окончании модельного термовоздействия.
Статистическая обработка полученных данных производилась с применением программы Primer of Biostatistics Version 4.03.
Использование сопряженного с компьютером спектрофотометра позволило непосредственно при выводе данных каждого исследования получить для каждого случая расчетные кинетические показатели [время полупревращения субстрата (К) и скорость накопления продуктов реакции ( Vmax)] и показатели активности ферментативной реакции. Установлено, что после термоденатурации препарата лактатдегидрогеназы показатели активности прямой реакции достоверно возрастают с (16,74 ± 4,90) в контроле (до тепловой обработки) до (42,84 ±6,51) нмоль/минхмг белка после тепловой обработки, а обратной — достоверно снижаются с (98,65 ± 8,97) до (26,38 ± 7,07) нмоль/минхмг белка. Статистически достоверные отличия наблюдаются по всем кинетическим показателям. Их значения для исследуемой ЛДГ составляют: для прямой реакции в контроле (до тепловой обработки) К = 4,89 ± 1,74, V = 1,98 ± 0,87, после термо-
t ' 77 max ' 77 1
денатурации Kt = 0,79 ± 0,31, Vmax= 0,91 ± 0,86; для обратной реакции в контроле Kt = 2,24 ± 0,77, V = 3,64 ± 2,34, после термоденатурации
max
К = 13,70 ± 6,40, V = 16,80 ± 8,80.
t max
Проведение второй части эксперимента, посвященной исследованию кристаллогенных и инициирующих свойств ЛДГ при дозированном воздействии высокой температуры, указало на их наблюдающиеся трансформации. В частности, в образцах, представляющих собой только раствор ЛДГ, после термомодификации отмечалось сужение краевой зоны фации, сопровождающееся насыщением центральной и промежуточной зон частично разрушенными одиночными и мелкими дендритными образованиями. При исследовании инициированного кристаллогенеза регистрировались тенденции к снижению инициирующей способности фермента и нарастанию степени деструкции его микропрепарата после термической обработки. Эти изменения зафик-
сированы специализированными компьютерными программами обработки изображений в виде кристаллограмм и тезиграмм.
Заключение:
1. Компьютерные технологии являются важным звеном в интегральном алгоритме энзимокри-сталлоскопического мониторинга состояния биосистемы.
2. Предложенный алгоритм продемонстрировал эффективность в оценке каталитических и кристаллогенных свойств лактатдегидрогеназы при ее модельной термомодификации.
УДК 54:621.72
ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ. ИНДУКТИВНЫЙ И СТЕРИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТЫ ИЗОПРОПИЛЬНОЙ ГРУППЫ
В. В. Туровцсв, М. Ю. Орлов*, Ю. Д. Орлов*
Тверская государственная медицинская академия, Тверской государственный университет*
Проведено химическое моделирование и найдены индуктивный и стерический эффекты изопропиль-ной группы.
Ключевые слова: изопропильная группа, химическое моделирование, индуктивный эффект, стери-ческий эффект.
В настоящее время конструирование веществ с заданными свойствами является одним из самостоятельных разделов медицинской химии и фармакологии. Поиск перспективных лекарств идет по разным направлениям. Наиболее распространенными среди используемых методов являются феноменологические подходы, известные как «строение-свойство» (QSPR) и «строение-активность» (QSAR). Широкое привлечение физики и прогресс в компьютерной технике позволяют объяснить найденные закономерности в рамках квантовой механики.
Теорема Хоэнберга-Кона и «голографическая теорема» заложили основу теоретического химического моделирования. Главное следствие теоремы: все индивидуальные свойства молекулы определяются распределением ее электронной плотности (р). Связь терминов классической теории строения молекул со свойствами электронной плотности осуществляется в рамках теории «атомов в молекулах» (AIM). Поэтому основной упор в развитии QSPR и QSAR постепенно смещается от моделирования строения к моделированию распределения электронной плотности. Здесь в QSPR и QSAR привлекаются аддитивные подходы, основанные на переносимости свойств функциональных групп, как следствие переносимости электронной плотности этих групп. Моделирование (придание нужной формы) р в этих рамках заключается в деформации электронной плотности исходной мо-
3-2008
БЮЛЛЕТЕНЬ ВОЛГОГРАДСКОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА РАМН
лекулы пол действием различных заместителей. Действие лигандов (индуктивный эффект) в рамках AIM определяется изменением зарядов, электронно-ядерных энергий, объемов функциональных групп.
Ранее нами было рассмотрено влияние радикального центра (C-H2) на распределение электронной плотности в л-алкильных радикалах. Было показано, что индуктивный эффект C-H2 распространяется на две СН2 группы вдоль углеродной цепи. В данной работе мы рассмотрели изменение р при замещении метила в л-алканах на изопро-пильную группу ((СН3)2СН-) для гомологического ряда (СН3)2СН-(СН2)п-СН3 от изопропилметана до изопропилгексана. Оптимизация геометрии всех изученных молекул была проведена с помощью GAUSSIAN 98W методом B3LYP/6-311++G(3df,3pd). Свойства атомов и функциональных групп рассчитаны с использованием программ AIMPAC и AIMAll.
Анализ полученных данных показывает, что индуктивный эффект (СН3)2СН-[СН2-(СН2)п-СН3] быстро затухает и распространяется всего на одну смежную группу СН2. Остальная часть молекулы — (СН2)п-СН3 представляет собой остаток, совпадающий по свойствам с соответствующим остатком л-алкана в [СН3-СН2]-(СН2)п-СН3 при n > 1. (СН3)2СН- несет суммарный положительный заряд, но он сконцентрирован на СН группе, а СН3 (по от-
дельности) имеет в полтора раза больший отрицательный заряд (рост нуклеофильности), чем СН3 другого конца молекулы. Таким образом, изопро-пильная часть имеет отрицательный заряд по краям и положительно заряженный остов, защищенный двумя метилами. Но объем каждого из метилов меньше, чем обычной СН3 в л-алканах. Это (при увеличении нуклеофильности) облегчает подход реагентов к их ядрам. Распределение заряда приводит к уменьшению (увеличению по модулю) электронно-ядерной энергии (СН3)2 и увеличению ее в СН-. Следовательно, энтальпия разрыва связи С-Н в (СН3)2 должна увеличиваться, в СН уменьшаться.
Увеличение заряда СН группы происходит не в результате индуктивного эффекта метилов, а как следствие их стерического действия, т.к. объем атома углерода в СН наименьший, а заряд и энергия наибольшие среди всех С (наименьшая по абсолютной величине). В результате «сдавливания» углерода его электронная плотность вытесняется на водород и соседнюю СН2 группу. Так на смежной [(СН3)2СН]-СН2-(СН2)п-(СН3) группе происходит накопление отрицательного заряда по сравнению с СН2 в [(СН3)2СН]-(СН2)п-[СН3] группе, несущей положительный заряд.
Полученные данные должны учитываться в химическом моделировании при конструировании веществ с определенной биологической активностью и физико-химическими свойствами.
