Научная статья на тему 'Квантово-химическое моделирование молекул и анионов антибиотиков и характер их переноса в биологических мембранах'

Квантово-химическое моделирование молекул и анионов антибиотиков и характер их переноса в биологических мембранах Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
468
127
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕМБРАНЫ / КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / МАЛОАМПЛИТУДНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ ПОЛЯ / МОЛЕКУЛЫ И АНИОНЫ АНТИБИОТИКОВ / BIOLOGICAL MEMBRANES / QUANTUM-CHEMICAL SIMULATION / LESS AMPLITUDE PHYSICAL FIELDS / MOLECULAS AND ANIONS OF ANTIBIOTICS

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Варакин А. И., Серянов Ю. В., Архипова Н. В.

В настоящей работе нами сделана попытка привлечь электростатический потенциал и сродство к протону для оценки свойств молекул и анионов антибиотиков, вступающих в специфические ван-дер-ваальсовы, гидрофобные и электростатические взаимодействия со структурными элементами биологических мембран в процессе их электро-, магнито-, СВЧ стимулированной осмотической диффузии. Для выяснения причинно-следственной связи в строении анионов исследуемых антибиотиков и характере их переноса в биологических структурах при воздействии малоамплитудных физических полей мы провели квантово-химическое моделирование молекул и анионов антибиотиков. Представлены результаты квантово-химического моделирования молекул и анионов антибиотиков: геометрические размеры, дипольные моменты и сродство к протону, энтальпии образования.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Quantum-chemical simulation of moleculas and anions of antibiotics and character of their transmission in biological membranes

In the present work we make attempt to involve electrostatic potential and affinity to proton for an estimation of properties of the antibiotic molecules and anions entering in specific van der waals, waterproof and electrostatic interactions with structural elements of biological membranes in the processes of them electro-, magnitic-, the microwave stimulated osmotic diffusion. For finding-out of relationship of cause and effect in a structure anions investigated antibiotics and character of their carrying over in biological structures at influence of the small-amplitude physical fields we have spent quantum-chemical modelling of antibiotic molecules and anions. Results of the quantum-chemical modelling of antibiotic molecules and anions are presented: the geometrical sizes, the dipole moments and affinity to proton, enthalpy of formation.

Текст научной работы на тему «Квантово-химическое моделирование молекул и анионов антибиотиков и характер их переноса в биологических мембранах»

УДК 544.18.6.034

А. И. Варакин (к.х.н., докторант), Ю. В. Серянов (д.х.н., проф.), Н. В. Архипова (д.х.н., проф.)

Квантово-химическое моделирование молекул и анионов антибиотиков и характер их переноса в биологических мембранах

Саратовский государственный технический университет, кафедра химии 410054, Саратов, Политехническая, 77; тел. (8452) 438010, e-mail: [email protected]

A. I. Varakin, Ju. V. Serjanov, N. V. Arkhipova

Quantum-chemical simulation of moleculas and anions of antibiotics and character of their transmission in biological membranes

Saratov state technical university 77, Polytechnicheskaya Str, Saratov, 410054, Russia; ph. (8452) 438010, e-mail: [email protected]

В настоящей работе нами сделана попытка привлечь электростатический потенциал и сродство к протону для оценки свойств молекул и анионов антибиотиков, вступающих в специфические ван-дер-ваальсовы, гидрофобные и электростатические взаимодействия со структурными элементами биологических мембран в процессе их электро-, магнито-, СВЧ стимулированной осмотической диффузии. Для выяснения причинно-следственной связи в строении анионов исследуемых антибиотиков и характере их переноса в биологических структурах при воздействии малоамплитудных физических полей мы провели квантово-химическое моделирование молекул и анионов антибиотиков. Представлены результаты квантово-химического моделирования молекул и анионов антибиотиков: геометрические размеры, дипольные моменты и сродство к протону, энтальпии образования.

Ключевые слова: биологические мембраны; квантово-химическое моделирование; малоамплитудные физические поля; молекулы и анионы антибиотиков.

In the present work we make attempt to involve electrostatic potential and affinity to proton for an estimation of properties of the antibiotic molecules and anions entering in specific van der waals, waterproof and electrostatic interactions with structural elements of biological membranes in the processes of them electro-, magnitic-, the microwave stimulated osmotic diffusion. For finding-out of relationship of cause and effect in a structure anions investigated antibiotics and character of their carrying over in biological structures at influence of the small-amplitude physical fields we have spent quantum-chemical modelling of antibiotic molecules and anions. Results of the quantum-chemical modelling of antibiotic molecules and anions are presented: the geometrical sizes, the dipole moments and affinity to proton, enthalpy of formation.

Key words: biological membranes; quantum-chemical simulation; less amplitude physical fields; moleculas and anions of antibiotics.

Антибиотики левомицетин, бензилпени-циллин и оксациллин являются наиболее традиционно используемыми антибактериальными лекарственными препаратами. Наибольший объем работ по исследованию свойств этих антибиотиков относится к периоду 1950— 1970 гг. Данный период можно отнести к началу эры сильно действующих антибиотических лекарственных препаратов.

Несмотря на огромное число работ, посвященных синтезу, исследованию свойств и фармакологического действия этих антибиотиков (подробную информацию можно получить в монографии М. М. Шемякина 1, недостаточ-

Дата поступления 19.01.12

ное в те времена развитие методов физического анализа и методов квантовой химии не дало исчерпывающей информации о свойствах их молекул и анионов.

За последние 10—15 лет в центральной печати не обнаружено работ, посвященных кван-тово-химическому моделированию данных антибиотиков. Ценную информацию о строении и свойствах молекул и анионов антибиотиков можно получить, используя полуэмпирические квантово-химические методы.

Электростатический потенциал молекулярных систем как индекс реакционной способности в химии. Известно, что в ходе химических реакций или диффузионных процессов

в сложных мембранных структурах вклад в энергию взаимодействия реагирующих молекул, находящихся друг от друга на расстояниях, превышающих длины химических связей, вносят электростатические взаимодействия. Внешнее электростатическое поле определяет протекание предварительной стадии взаимодействия. В ряде работ 2'3 указывается на недооценку в прошлом влияния электростатического поля молекулы на химические свойства вещества. Отмечается также имеющая место недооценка значения дальнодействующих сил, среди которых и электростатические в химической кинетике, где они обеспечивают взаимосвязь между элементарными актами взаимодействия, проявляя себя как некое силовое молекулярное поле 4. По-видимому, вероятность сближения реагирующих частиц на расстояниях, недостаточных для возникновения обменного взаимодействия, определяется электростатическим потенциалом (ЭСП) взаимодействующих частиц.

Расчет ЭСП позволяет получить ценную информацию о строении и реакционной способности сложных органических и биомолекул. Так, различными авторами 5'6 выполнены важные с точки зрения выяснения механизмов биохимических процессов расчеты ЭСП оснований нуклеотидов: водородносвязанных комплексов их друг с другом.

С помощью ЭСП изучается сравнительная реакционная способность соединений в различных реакциях протонирования 7-9.

ЭСП может быть рассчитан как с использованием полуэмпирических методов квантовой химии, так и ab initio. Тем не менее, к настоящему времени ясно, что в названном приближении нивелируются важные детали ЭСП, особенно для заряженных молекулярных систем. Неэмпирические методы дают большую надежность оценки свойств неизвестных химических соединений, однако, требуют несравнимо больших ресурсов ЭВМ. Особенно это касается оптимизации геометрии. Для оптимизации геометрии на начальном этапе рекомендуется использовать молекулярную механику, затем — один из полуэмпирических методов. В настоящее время для решения задач изучения структуры, свойств и взаимодействий используются разнообразные квантово-химические полуэмпирические (PRDDO, РМХ, NDO, CNDO, INDO, MINDO, ZINDO/1, ZINDO/S, АМ1 и PM3) и неэмпирические (в базисах STO-NG, GTO, M-NPG и т.п.) методы. Метод РМ3 считается наиболее надежным из всех полуэмпирических методов.

Оценка сродства к протону как способ решения некоторъх химических задач. Хорошо известно, что на реакционную способность соединений влияют их протолитические свойства. Интегральной мерой электронных эффектов заместителей в молекулах и, вообще, внутримолекулярных факторов, влияющих на основность реагентов в водных растворах (характеризуемую величинами рКа), может служить сродство к протону (РА). Последнее выражают как энтальпию реакции отрыва протона в газовой фазе:

ВН+ ^ В + Н+ (1)

и вычисляют полуэмпирическими методами квантовой химии по уравнению 10,11:

РА (Х)=-АНГ (ХН+)+АН{ (Н+)+АНг (X) (2),

где АHf — теплота образования и АHf (Н+) принимается, как экспериментальная величина, равная 367.163 ккал/моль 12.

Эффективность величины сродства к протону как достаточно информативного индекса реакционной способности иллюстрируется работами сотрудников кафедры аналитической химии и химической экологии Саратовского государственного университета, проведенными под руководством проф. А. Н. Панкратова 12,13. Рассчитаны стандартные энтропии, теплоты и свободные энергии образования, первые потенциалы ионизации и дипольные моменты молекул 65 неорганических и органических соединений мышьяка. Показано, в частности, что для арсина метод РМ3 завышает газофазное сродство к протону не более чем на 10%.

В настоящей работе нами сделана попытка привлечь электростатический потенциал и сродство к протону для оценки свойств молекул и анионов антибиотиков, вступающих, по нашему мнению, в специфические ван-дер-ва-альсовы, гидрофобные и электростатические взаимодействия со структурными элементами биологических мембран в процессе их электро, магнито-, СВЧ стимулированной осмотической диффузии.

Для выяснения причинно-следственной связи в строении анионов исследуемых антибиотиков и характере их переноса в биологических структурах при воздействии малоамплитудных физических полей мы провели кван-тово-химическое моделирование молекул и анионов антибиотиков.

Материалы и методы исследования

RMS Gradient =

Моделирование проводилось на базе программного продукта HyperChem Pro v 7.0 (HyperChem (ТМ), Hypercube, Inc., 1115 NW 4th Street, Gainesville, Florida 32601, U.S.A.), аппаратными средствами персонального компьютера на платформе AMD Turion ™ 64X2 Mobile Technology TL-6- 2 ГГц ОЗУ 3 Гб. ЭСП рассчитывался из волновых функций полуэмпирического метода PM3.

Объектами исследования служили лево-мицетин, бензилпенициллин, оксациллин и др. антибиотики.

Вследствие неустойчивости растворы пе-нициллинов для проведения исследований готовились ежедневно и хранились в течение дня при пониженной температуре в отсутствие попадания прямых солнечных лучей.

В отличие от чистых пенициллинов лево-мицетин очень устойчив как в сухом виде, так и в водных растворах, не гидролизуется и не теряет химической активности при кипячении. Он не претерпевает изменений при рН раствора от 2.0 до 9.5, в водном растворе диссоциирует с отщеплением протона, таким образом, является слабой кислотой pKa=4.5.

В чистом виде в водных растворах все пе-нициллины подвержены гидролизу. Натриевая соль бензилпенициллина устойчива при рН 6, но при отклонении от этой величины в более кислую или щелочную область наблюдается гидролиз, происходящий в основном по ^-лактамному кольцу. Бензилпенициллин является достаточно сильной кислотой (рКа=2.7— 2.76). Подробно механизм гидролиза бензилпенициллина исследован в работе 14.

Обсуждение результатов

Пространственное строение антибиотиков. Подвижность и скорость перемещения анионов антибиотиков в биологических структурах, как плацентарных мембранах, так и срезах мышечных тканей определяется спецификой пространственного строения анионов.

Нами полуэмпирическим методом РМ3 была произведена оптимизация пространственного строения всех анионов антибиотиков по минимуму потенциальной энергии, т.е. проведен поиск молекулярной структуры — координат атомов, при которых система имеет наименьшее значение энергии - малое значение нормы RMS Gradient (среднеквадратичный градиент), что свидетельствует о близости к точке экстремума:

= (3nГ Z

( ЯЕ У ( ЯЕ У i Ж! Л

дЕ

V^i У

дЕ

V^Yi У

дЕ

Vdzi У

2 Л

1/2

У

где суммирование производится по всем п атомам модели, Х{, у{, — декартовы координаты г-го атома. Расчеты останавливались при достижении значения градиента 0.001 ккал/моль/ангстрем.

Анион бензилпенициллина имеет сложную полусферическую пространственную структуру (рис. 1), причем гидрофильные участки анионов, отвечающие расположению карбоксильных и карбонильных групп, располагаются с внешней стороны тела аниона, открывая доступ к активному взаимодействию с полярными фрагментами молекул, составляющих структуру биологических барьеров.

Рис. 1. Пространственное строение аниона бензилпенициллина

Повышаемые таким образом эффективность заряда и гидрофильность анионов бен-зилпенициллина способствуют более интенсивному их переносу в липидно-белковых и мышечных мембранах и прилегающих к ним слоях воды в электрических полях.

Анион оксациллина имеет почти плоское строение — основные, наиболее объемные фрагменты аниона — бензольное кольцо и /3-лактамный цикл находятся в одной плоскости по отношению друг к другу (рис. 2). При этом наиболее гидрофильные карбоксильные и карбонильные группы располагаются как бы внутри аниона, что повышает общую гидрофоб-ность. Большая поверхность аниона, снижающая его эффективный отрицательный заряд, которая также подтверждается исследованием электростатического потенциала, и его высокая гидрофобность отрицательно сказываются на скорости переноса данного антибиотика в биологических мембранах.

С ,. н

н I Г

\ 1 \

к

1 "

Рис. 2. Пространственное строение аниона окса-циллина

Гидрофобное взаимодействие поверхности аниона и гидрофильных фрагментов фос-фолипидов липидно-белковых мембран приводит к повышению в выигрыше свободной энергии и препятствует переносу. Кроме этого, задержка анионов оксациллина, в толще мембран снижает вероятность образования новых липидных кинков и пропускную способность мембраны по отношению к другим диффундирующим анионам.

Особенность такого механизма торможения подтверждается экспериментом по воздействию переменного акустического поля, создаваемого прибором «ВИТАФОН» 15. Резонанс при взаимодействии акустических волн, создаваемых прибором, и тонких нитей миофиб-рилл приводит к разрушению гидрофобных связей, сдерживающих анионы оксациллина, и интенсифицируют массоперенос. Высокочастотные колебания разрушают пленку примемб-ранных слоев воды, что позволяет гидрофобной молекуле антибиотика более эффективно проникать в тело мышечной ткани. Нужно отметить, что наибольший эффект в низкочастотном акустическом поле наблюдается именно для оксациллина и отвечает коэффициенту акустоускорения равному КУ=2.7.

Наименьшими геометрическими размерами обладает анион левомицетина, имеющий аналогичное бензилпенициллину неплоское строение рис. 3.

Благодаря наиболее выгодным пространственному строению и размерам, анион лево-мицетина обладает наибольшей подвижностью в мышечных и липидных-белковых барьерах тканей организма в отсутствие внешних полевых воздействий, существенно влияющих на свойства биологических мембран и структуру близко прилегающих к ним слоев воды.

В табл. 1 представлены расстояния между крайними атомами при расположении молекул

антибиотиков в трех перпендикулярных плоскостях, позволяющие оценить пространственные размеры молекул.

Таблица 1

Геометрические размеры анионов антибиотиков

Антибиотик Максимальное расстояние между двумя крайними О атомами, а

X У г

Бензилпенициллин 11.74 6.03 6.03

Оксациллин 14.26 5.14 5.14

Левомицетин 10.25 6.99 5.64

Как видно из табл. 1, несмотря на различие в молекулярной массе антибиотиков, их геометрические размеры мало отличаются друг от друга, таким образом, определяющим фактором воздействия физического поля, являются не геометрические размеры, а особенности тонкого химического строения и физические свойства, например, дипольный момент.

к

Рис. 3. Пространственное строение аниона левоми-цртина

Дипольные моменты молекул и анионов антибиотиков. На основании волновых функций метода РМ3 нами были рассчитаны ди-польные моменты молекул и анионов антибиотиков (табл. 2).

Таблица 2 Дипольные моменты молекул и анионов антибиотиков

Дипольный

Антибиотик момент, Дб

молекула анион

Левомицетин 9.1 5.4

Бензилпенициллин 4.7 18.2

Оксациллин 4.4 19.7

Н-амилпенициллин 3.4 21.7

Пентенилпенициллин 3.7 21.2

Феноксиметилпенициллин 3.1 7.1

Н-оксибензилпенициллин 1.7 16.5

Из приведенных расчетных данных видно, что отщепление протона в водных растворах или в межклеточной и внутриклеточной жидкости приводит к сильному изменению полярности молекул. Следует отметить аномальный отклик на отрыв протона для левомицети-на, т. е. не увеличение полярности аниона, а уменьшение его полярности. Такое поведение обусловлено принципиальным отличием пространственного строения левомицетина от пенициллиновых антибиотиков, содержащих ^-лактамный цикл. Увеличение дипольных моментов анионов антибиотиков пенициллино-вого ряда при их диссоциации может служить предпосылкой для ориентации их в электрическом и магнитном полях и существенно влиять на механизм электростимулированного и магнитостимулированного переноса.

Несмотря на разницу в геометрических размерах левомицетина и бензилпенициллина, решающим фактором, определяющим скорость переноса в переменном магнитном поле, являются дипольные моменты их анионов. Более высокая амплитуда переориентации бен-зилпенициллина, вызванная почти в 4-х кратно превосходящим дипольным моментом (табл. 2) приводит к равным коэффициентам магнитостимулированного переноса левомице-

тина и бензилпенициллина в плацентарных мембранах и более активному переносу бен-зилпенициллина, нежели левомицетина в мышечных тканях при воздействии переменного магнитного поля. Учитывая, что левомицетин малодиссоциирован, именно молекулярная не-диссоциированная форма определяет его присутствие в растворе, а, значит, корреляция между сдвигами потенциалов асимметрии барьера и относительными коэффициентами ускорения имеет действительно не случайный характер 16 табл. 3. Еще более отчетливая зависимость параметров переноса от дипольного момента представлена 17 в табл. 4, в которой представлены характеристики СВЧ-осмотичес-кого переноса антибиотиков.

Электростатический потенциал (ЭСП). Методом РМ3 были ратечитаны ЭСП молекул и анионов антибиотиков. Характер ЭСП анионов пенициллинового ряда однотипен и обладает обширной областью отрицательного потенциала вокруг карбоксильной группы тиазо-лидинового кольца. Центральной частью молекулы является 6-аминопенициллановая кислота, в пределах которой располагаются основные бассейны отрицательных значений электростатического потенциала. ЭСП аниона бензилпенициллина представлен на рис. 4.

Таблица 3

Параметры магнитоосмотического переноса анионов антибиотиков через мышечную мембрану in vitro

левомицетин Оксациллин

Параметры В, мТл

0 10 19 28 0 10 19 28

^15, мВ 0 17.8 20 22 0 25.6 34 39

Фат, МВ 100.5 101.2 100.7 98.2 118 116.4 116.3 116.2

ДНсГ, кДж/моль 8.43 8.34 8.18 7.44 10.49 9.88 9.84 9.81

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Дфат, МВ 0 0.3 0.8 3.30 0 1.6 1.7 1.8

D-106, см2/с 5.1 6.8 7.5 7.70 6.7 7.4 8.7 10.1

Ку 1 1.05 1.2 1.30 1 1.08 1.18 1.21

Таблица 4

Корреляция СВЧ ускорения осмотической миграции антибиотиков через мышечные мембраны

Параметр корреляции левомицетин бензилпени циллин оксациллин

левомицетин левомицети н левомицетин

Относительный сдвиг потенциала асимметрии 1 1.89 1.99

Относительный прирост энтальпии связывания О!" 1 1.89 1.99

Относительный коэффициент ускорения 1 1,98 2.16

Относительный дипольный момент 1 (по молекуле) 2.00 (по аниону) 2.16 (по аниону)

Рис. 4. Электростатический потенциал аниона бен-зилпенициллина

Отрицательные области электростатического потенциала аниона оксациллина располагаются вблизи карбоксильной группы тиазоли-динового кольца и остальных карбоксильных групп и сконцентрированы как бы внутри аниона (рис.5).

Характер электростатического потенциала, а именно отрицательная область вблизи атома кислорода при углеродном атоме в пара-положении свидетельствует о том, что подход полярной протофильной электронейтральной или отрицательно заряженной частицы (основания) к протону гидроксильной группы затруднен. Напротив, область отрицательного заряда у кислорода другой гидроксильной группы меньшим образом влияет на начальную стадию процесса подхода протофильной частицы (рис. 6).

Рис. 5. Электростатический потенциал аниона оксациллина

В общем случае, за счет большого геометрического размера аниона, следует ожидать низких значений суммарного эффективного заряда. Кроме этого, обширная область отрицательных значений ЭСП в центре аниона и его клещевидная форма будет способствовать захвату положительно заряженных частиц, также снижающих его отрицательный эффективный заряд.

Согласно литературным данным*, при диссоциации в водной среде левомицетин отщепляет протон от гидроксила ключевого углеродного атома, находящегося в пара-положении к нитрогруппе бензольного кольца. Наши квантово-химические расчеты электростатического потенциала и энтальпии образования не подтверждают такую последовательность.

Рис. 6. Электростатический потенциал молекулы левомицетина

Рассчитанная энтальпия образования аниона при отщеплении протона от гидроксила, соседнего с бензольным кольцом, меньше энтальпии аниона образующегося при диссоциации гидроксила при метильной группе. Из этого следует, что последовательность стадий диссоциации левомицетина требует дополнительного обоснования.

Сродство к протону анионов антибиотиков. Методом РМ3 согласно расчетной формуле (2) мы получили сродство к протону всех представленных антибиотиков (табл. 5).

Хотя рК левомицетина нами не было обнаружено в литературе, близкие значения величин сродства к протону дают возможность сделать заключение о примерно равной основности изучаемых антибиотиков. Таким образом, можно констатировать отсутствие влияния кислотно-основных свойств молекул антибиотиков на механизм их транспорта через биологические барьеры.

Теплота гидратации анионов антибиотиков. Методом PM3 нами были рассчитаны энтальпии гидратации анионов антибиотиков. Для этого нами была произведена оптимизация геометрии и расчет энергии образования кластеров, содержащих 112 молекул воды и

Таблица 5

Теплоты образования анионов, сродство к протону и константы кислотной диссоциации

Анион антибиотика ДН, ккал/моль РА, ккал/моль рК

Левомицетин -149.2 339 4.518

Бензилпенициллин -148.2 334 2.7-2.7619

Оксациллин -104.3 329 -

Н-амилпенициллин -188,8 338 2.6519

Пентенилпенициллин -160.8 339 2.841

Феноксиметил-пенициллин -174.6 329 -

Н-оксибензил-пенициллин -191.9 337 2.621

анион антибиотика. Минимальное расстояние между молекулами воды задавалось равным 2.3 Е. Параллельно с этим оптимизировался водный кластер, содержащий 112 водных молекул. Энтальпия гидратации рассчитывалась из соотношения:

АН^(гидр.)= АН^ (акв+анион)— —(АНI (анион) + АН^(акв)),

(4)

Результаты расчета энтальпии гидратации представлены в табл. 6.

Таблица 6 Теплота гидратации анионов

где АН^гидр.) — энтальпия гидратации аниона антибиотика;

АН1 (акв+анион) — энтальпия образования аниона в водном кластере из 112 молекул воды;

АН(анион) — энтальпия образования свободного аниона антибиотика;

АН^(акв) — энтальпия образования водного кластера из 112 молекул воды.

Пример молекулярного кластера с оптимизированной геометрией представлен на рис.7.

Анион антибиотика АН, ккал/моль

Левомицетин 610

Бензилпенициллин 847

Оксациллин 474

Н-амилпенициллин 840

Пентенилпенициллин 485

Феноксиметилпенициллин 742

Н-оксибензилпенициллин 702

Рис. 7. Кластер, состоящий из аниона бензилпени-циллина, окруженного 112 молекулами воды

Снижение энтальпии гидратации в ряду анионов бензилпенициллина, левомицетина, оксациллина доказывает наши предположения о повышенной, по сравнению с другими анионами, гидрофобности оксациллина.

Снижение энтальпии гидратации коррелирует с количеством образующихся водородных связей.

На основании проведенного квантово-хи-мического моделирования анионов антибиотиков можно сделать следующие выводы.

Механизм переноса антибиотиков в мышечных и плацентарных барьерах имеет неравноценные составляющие как электростатическую, так и электрофоретическую. Доминирование каждого из вкладов определяется типом биологического барьера и воздействующего физического поля. В случае плацентарного барьера перенос анионов осуществляется по белковым кинкам. Можно предположить, что во время движения в теле фосфолипидной мембраны анион антибиотика теряет водную оболочку. Тогда в данном случае особое значение приобретает геометрический размер иона, что хорошо заметно из экспериментальных данных по переносу антибиотиков через плацентарные барьеры. Подобная картина складывается и при переносе антибиотиков в мышечных барьерах.

В случае воздействия постоянного электрического поля начинают проявляться такие свойства антибиотиков, как полярность, гид-рофобность, эффективный заряд их анионов. Молекулы антибиотиков пенициллинового ряда являются солями, поэтому полностью диссоциированы в водном растворе, напротив, левомицетин, являясь слабой кислотой, мало диссоциирован. Отсюда, с позиций величины эффективного заряда аниона, можно объяснить столь высокое различие между реакциями на воздействие постоянного тока при трансмембранном переносе для левомицетина и антибиотиков пенициллинового ряда. Низкая плотность эффективного заряда, большие геометрические размеры и высокая гидрофоб-ность не дают аниону оксациллина, как в плацентарных, так и в мышечных барьерах соперничать в скорости с анионами и молекулами левомицетина.

Когда коэффициенты магнитостимулиро-ванного ускорения не высоки, опять начинает сказываться маленький размер аниона левоми-цетина, который позволяет даже с очень небольшим дипольным моментом иметь коэффициенты диффузии на уровне антибиотиков-пе-нициллинов.

Литература

1. Шемякин М. М., Антонов В. К., Бергельсон Л. Д., Колосов М. Н. и др. Химия антибиотиков. — М.: Наука, Т.1, 1961.- 950 с.

2. Gribov L. A., Savvin S. B. // J. Mol. Struct.-1981.- V.71, №2.- P.263.

3. Gribov L. A., Savvin S. B., Reichstat M. M., Orlov M. Yu. // J. Mol. Struct.- 1982.- V.88, №1.- P.171.

4. Bonaccorsi R., Pullman A., Scrooco E., Tomasi Gr. // Theoret. Chim. Acta.- 1972.- V.24, №1.- P.51.

5. Catalan J., Perez P., Yanez M. A. // Tetrahedron.- 1982.- V.38, №24.- P.3693.

6. Ghio C., Tomasi J. // Theo-ret. Chim. Acta.-1973.- V.30, №2.- P.151.

7. Пантелеев Й. А., Крашенинников А. А. // ТЭХ.- 1978.- T.14, №6.- C.779.

8. Соколова И. В., Лобода Л. И. // ЖСХ.-

1982.- Т.23, №6.- С.35.

9. De Kock R., Jasperse C. // Inorg. Chem.-

1983.- V.22, №26.- P.3839.

10. Olivella S., Urpi F., Vilarrasa J. // J. Comput. Chem.- 1984.- V.5, №3.- P.230.

11. Ozment J. L., Schmiedekamp A. M. // Int. J. Quant. Chem.- 1992.- V.43.- P.783.

12. Pankratov A. N., Shchavlev A. E. // Canad. J. Chem.- 1999.- V.77, №12.- P.2053.

13. Панкратов А. Н., Щавлев А. Е. // ЖАХ.-2001.- Т.56, №2.- С.143.

14. Llinоs A., Donoso J., Vilanova B., Frau J., Mucoz F. M. // J. Chem. Soc., Perkin Trans.-2000.- №2.- P.1521.

15. Варакин А. И., Серянов Ю. В., Архипова Н. В. // Баш. хим. ж.- 2009.- Т.16., №4.- С.116.

16. Варакин А. И., Серянов Ю. В. // Изв. вузов. Сер. хим. и хим. технол.- 2004.- Т.47, Вып.1.- С.150.

17. Мазур В. В., Варакин А. И., Серянов Ю. В. // ЖФХ.- 2006.- Т.80, №2.- С.344.

18. Martindale: The Extra Pharmacopoeia, 29th ed., 186 (1989).

19. Алексеев В. Г., Демская Е. В., Маркелова С. В., Авилкина А. А., Милашс Е. А., Иголкин В. В. Кислотно-основные свойства пенииллинов и це-фалоспоринов // Материалы научн.- практ. конф. молодых ученых «Актуальные проблемы органической химии».- Новосибирск.- 2003.-С.59.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.