Научная статья на тему 'МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ ВОДНОГО СЕРЕДОВИЩА НА МЕХАНіЗМ ВЗАєМОДії МОЛЕКУЛИ ГЛУТАТіОНУ іЗ ВіЛЬНИМИ РАДИКАЛАМИ КИСНЮ'

МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ ВОДНОГО СЕРЕДОВИЩА НА МЕХАНіЗМ ВЗАєМОДії МОЛЕКУЛИ ГЛУТАТіОНУ іЗ ВіЛЬНИМИ РАДИКАЛАМИ КИСНЮ Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

CC BY
115
33
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АНТИОКСИДАНТ / ГіДРОКСИЛ-РАДИКАЛ / СУПЕРОКСИД-АНіОН-РАДИКАЛ / ГЛУТАТіОН

Аннотация научной статьи по фундаментальной медицине, автор научной работы — Кузнецова Т. Ю., Соловйова Н. В., Міщенко А. В.

Для зменшення негативного впливу вільних радикалів на біологічні об’єкти живого організму останнім часом у практичній медицині широко застосовуються ендогенні антиоксиданти у зв’язку з їх участю в системі захисту організму людини від агресивної дії вільних радикалів. Відсутність систематичних досліджень, особливо на молекулярному рівні, антирадикальної активності різних антиоксидантів при їх взаємодії з вільними радикалами в біологічних системах зумовлює не тільки наявність суперечливих оцінок в інтерпретації експериментально одержаних закономірностей, але й створює труднощі у розвитку загальних уявлень відносно механізму взаємодії антиоксидантів із вільними радикалами та цілеспрямованого підходу до керування цими процесами, які мають практичне застосування у медицині. Це актуалізує вивчення антирадикальної активності різних антиоксидантів. Одним із важливіших факторів впливу на взаємодію глутатіону із вільними радикалами кисню є те, що ця взаємодія відбувається у водному середовищі. Тому для наближення результатів квантовохімічного моделювання до реальних умов взаємодії молекули глутатіону з гідроксил-радикалом і супероксид-аніон-радикалом в організмі людини, представляється актуальним вивчення впливу водного середовища, методами квантової хімії в поєднанні з експериментальними медичними клінічними дослідженнями, що дає можливість не тільки отримати обґрунтування позитивного ефекту використання антиоксиданту, але й встановити його потенційну значущість як лікарського засобу. На основі аналізу результатів квантовохімічного моделювання взаємодії молекули глутатіону з радикалами кисню встановлено, що вона відбувається за кислотно-основним механізмом, причому глутатіон по відношенню до гідроксил-радикалу виступає як основа, а по відношенню до супероксид-аніон-радикалуяк кислота.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по фундаментальной медицине , автор научной работы — Кузнецова Т. Ю., Соловйова Н. В., Міщенко А. В.

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

Текст научной работы на тему «МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ ВОДНОГО СЕРЕДОВИЩА НА МЕХАНіЗМ ВЗАєМОДії МОЛЕКУЛИ ГЛУТАТіОНУ іЗ ВіЛЬНИМИ РАДИКАЛАМИ КИСНЮ»

renewal of oligodendrocytes. Conclusions. Administration of M2 agent in a therapeutic dose of 0.1 mg / kg for 10 days in modelled cerebrovascular pathology produced an effect on glial homeostasis and glio-glial relationships in sensorimotor area of the cerebrocortex in different ways, renewing the number of astrocytes that makes the population of cells targeted by its effect, and partially by microglia and ependymocytes. No renewal in the number of oligodendrocytes has been observed, there has been direct neuroprotective effect produced by the agent in hem-orrhagic stroke.

УДК 616.843: 544.14

Кузнецова Т.Ю., Соловйова Н.В., Мщенко А.В.

МОДЕЛЮВАННЯ ВПЛИВУ ВОДНОГО СЕРЕДОВИЩА НА МЕХАН1ЗМ ВЗАЕМОДИ МОЛЕКУЛИ ГЛУТАТ1ОНУ 13 В1ЛЬНИМИ РАДИКАЛАМИ КИСНЮ

Полтавський нацюнальний техычний уыверситет iM. Ю. Кондратюка ВДНЗУ«Украшська медична стоматологiчна академiя», м. Полтава

Для зменшення негативного впливу вльних радикал!в на болог/чн об'екти живого орган'зму останн/м часом у практичнiй медицин широко застосовуються ендогенн/ антиоксиданти у зв'язку з Ух участю в системi захисту орган'зму людини в/д агресивно'У д'УУ вльних радикал!в. В/дсутн/сть систематичних досл/джень, особливо на молекулярному р/вн/, антирадикальноУ активностi рiзних антиоксидант/в при Ух взаемодИ' з втьними радикалами в болог/чних системах зумовлюе не тльки наявн/сть суперечливих оцнок в iнтерпретацiУ експериментально одержаних законом/рностей, але й створюе труднощ!' у розвитку загальних уявлень в/дносно механ/зму взаемодИ' антиоксидант/в iз втьними радикалами та цлеспрямованого п/дходу до керування цими процесами, як мають прак-тичне застосування у медицинi. Це актуал/зуе вивчення антирадикальноУ активностi рiзних анти-оксидант/в. Одним iз важлив/ших фактор'т впливу на взаемод/ю глутатону iз вльними радикалами кисню е те, що ця взаемод/я в/дбуваеться у водному середовищi. Тому для наближення результат'¡в квантовохiмiчного моделювання до реальних умов взаемодИ' молекули глутатону з г/дроксил-радикалом i супероксид-ан/он-радикалом в органiзмi людини, представляеться актуальним вивчення впливу водного середовища, методами квантово'У х'ш'УУ в поеднанн/ з експериментальними медич-ними клiнiчними досл/дженнями, що дае можлив/сть не тльки отримати обфунтування позитивного ефекту використання антиоксиданту, але й встановити його потенц/йну значущсть як л/кар-ського засобу. На основi анал/зу результат/в квантовох/м/чного моделювання взаемодИ' молекули глутатону з радикалами кисню встановлено, що вона в/дбуваеться за кислотно-основним механ/-змом, причому глутатон по в/дношенню до г/дроксил-радикалу виступае як основа, а по в/дношен-ню до супероксид-ан/он-радикалу- як кислота.

Ключовi слова: антиоксидант, гщроксил-радикал, супероксид-анюн Вступ

Для зменшення негативного впливу втьних радикал1в кисню на живий оргашзм останшм часом у практичнш медицин! широко застосовуються ендогенш антиоксиданти у зв'язку з Тх участю в систем! захисту оргашзму людини вщ агресивноТ дм втьних радикал!в, наприклад, [13]. Вщсутнють систематичних дослщжень, особливо на молекулярному р1вн1, антирадикальноТ активност! р!зних антиоксидант!в при Тх взаемоди з втьними радикалами в бюлопчних системах зумовлюе не ттьки наявнють суперечливих оцшок в ¡нтерпретаци результат експеримен-тальних законом!рностей [4-7], але й створюе труднощ! у розвитку загальних уявлень вщносно мехашзму взаемоди антиоксидант!в ¡з втьними радикалами та цтеспрямованого пщходу до керування цими процесами, як! мають практичне застосування у медицин!, наприклад, [8, 9]. Це актуал!зуе вивчення антирадикальноТ активност! р!зних антиоксидант!в.

Взаемод!я антиоксидант!в ¡з втьними радикалами обумовлена впливом великоТ ктькосп р!зномаштних взаемопов'язаних процеав, стабн л!зац!я яких, навпъ в умовах експерименту, е

■радикал, глутатюн.

досить проблематичною. Одним ¡з важлив!ших фактор!в впливу на взаемодш глутатюну ¡з втьними радикалами кисню е те, що ця взаемод!я вщбуваеться у водному середовищк Тому, для наближення результат попереднього [10, 11] квантовох!м!чного моделювання до реальних умов взаемоди молекули глутатюну (GSH) з пд-роксил-радикалом (•ОН) ! супероксид-анюн-радикалом (•ОО") в оргашзм! людини, представляеться актуальним вивчення ефективност дм ендогенного антиоксиданта шляхом моделювання мехашзму його взаемоди ¡з втьними радикалами, ¡з урахуванням впливу водного середовища, методами квантовоТ х1м1Т в поеднанш з експериментальними медичними кл^чними до-сл!дженнями, що дае можливють не т!льки отримати обфунтування позитивного ефекту використання антиоксиданту, але й встановити його потенцшну значущють як лкарського засобу.

Метою роботи було дослщження впливу водного середовища на антирадикальш властивост ендогенного антиоксиданту глутатюну (C1oH17NзO6S) шляхом моделювання механ!зму його взаемоди ¡з в!льними радикалами (ЮН ! •ОО").

Об'екти та методи дослщження

В органiзмi людини iснуe неферментативна антиоксидантна система захисту кл^ин вiд шкщ-ливоТ дп вiльних радикалiв, в якост складових якоТ виступають рiзнi за властивостями з'еднання. Одним iз таких з'еднань, що синтезу-ються в кожнiй клiтинi органiзму е глутатiон [12], але антирадикальний мехаызм його взаемодп iз активними формами кисню на мiкроскопiчному рiвнi на тепершнш час не дослiджений, за виня-тком окремих результатiв макроскошчних меди-чних [13] та електрохiмiчних дослiджень [14], якi на жаль носять феноменолопчний характер i не дають цiлеспрямованого пiдходу до управлшня такими процесами.

Одною iз ключових активних форм кисню е •ОО", що утворюеться при приеднаннi одного електрона до молекули кисню в основному стаж i може бути джерелом утворення в органiзмi людини •ОН, який е самим сильним окисником серед втьних радикалiв кисню [15], тому •ОН i •ОО" можуть iснувати одночасно i бути викорис-танi для дослiдження Тх взаемодп iз глутатiоном

для моделювання його антиоксидантноТ актив-HOCTi. Вищесказане зумовило ви^р об'eктiв дослщження.

Теоретичне вивчення механiзму взаемодп GSH з •ОО" i •ОН виконувалося за допомогою програмного модуля GAMESS (верая вiд 27 бе-резня 20007року) та програмного модуля Firefly 8 найсучасышим неемпiричним квантово-хiмiчним методом в базисi 6-31G** [16]. Для роз-рахунку впливу розчинника на властивост до-слiджуваних систем була застосована модель поляризацшного континууму РСМ i задiяна про-грама CAUSSIAN 09 (D.01), доступ до якоТ люб'язно наданий д.х.н., проф. Гуньком В.М. (1н-ститут хiмiТ поверхнi iм. О.О. Чуйка НАН УкраТ-ни).

Результати i 1х обговорення

В наших попередых роботах [10, 11] були встановлен «напрямки атаки» молекули глута-тiону вiльними радикалами кисню та 17 м^му-мiв повноТ енергiТ, якi вiдповiдають максимумам взаемодп •он та •ОО" з молекулою GSH, вклю-чаючи глобальний (рис. 1).

22 чгз

^ .аодень^-могф-кисемь

вугпйць

-сгрка

Рис. 1. «Напрямки атаки» рiзних центрiв молекули GSH iз гiдроксил та супероксид-анюн радикалами (нумера^я атомiв довь

льна;0 - центр мас молекули GSH).

Для наближення результат квантовохiмiчно-го моделювання до реальних умов взаемодп

молекули антиоксиданту з •ОН i •ОО" в органiзмi людини було проведено моделювання впливу водного середовища з дiелектричною проникню-тю £ = 78,355 при Т = 298 К на мехаызм взаемодп молекули GSH з втьними радикалами кисню в рамках програми Firefly 8. Аналiз отриманих результат показав, що мехашзм перерозподту

електронно! густини при врахуваннi впливу водного середовища в межах континуально! моделi розчинника РСМ (модель поляризацшного континууму) для цих взаемодш залишаеться майже незмшним у порiвняннi iз ранiше отриманими даними [10,11], що пiдтверджуеться порiвнянням розподту зарядiв за Льовдiним, вiдповiдних вщ-станей i порядкiв зв'язку в GSH, •ОН, •ОО" та енергш активацiТ (табл.1) .

Таблиця 1

Порiвняльний розподл зарядiв за Льовдним q, вiдсmаней R, порядюв зв'язюв Bij та енергiй активацП'Еа при взаемодп молекули GSH з вльними радикалами кисню в точц глобального мтшуму

Взаемсдая S(22)-H(23) O*-H(23) q, а.о Еа, кДж/моль

R^ Bij R^ Bij S(22) H(23) O*

GSH •ОН Без РСМ** 0,317 - 0,095 0,872 0,045 0,215 -0,449 101

РСМ 0,268 - 0,094 0,859 0,036 0,222 -0,465 100

•ОО" Без РСМ*** 0,185 0,163 0,098 0,713 -0,660 0,216 -0,206 17

РСМ 0,195 0,153 0,096 0,738 -0,731 0,211 -0,187 7

*Вказаний атом радикала, який безпосередньо взаемодiе з атомом H(23) молекули GSH; **[10]; ***[11].

Так, при взаемодп молекули GSH з •ОН величина заряду на атом1 кисню (О*) в гщроксил-радикал1 зменшуеться в 0,97 раз, що призводить до зменшення величини порядку зв'язку О*-Н(23), I як наслщок, в1дбуваеться зменшення до-вжин вщповщних зв'язк1в (табл.1). Все це призводить до вщриву атома водню вщ молекули GSH з утворенням молекул води, на вщмшу вщ взаемодп молекули антиоксиданту 1з •ОО", що п1дсилюе ймов1рн1сть утворення комплекса {GSH...•ОО~}. При врахуванн1 впливу сольвата-ц1йних ефект1в в1дбуваеться переню заряду 1з •ОО" на молекулу GSH, внасл1док чого зменшу-ються величина заряду на атом1 S(22) в 0,9 раз, що призводить до незначного збтьшення вщ-станей м1ж S(22)-H(23) атомами (табл.1).

Отриман результати зарядового перерозпо-д1лу пщтверджуються пор1вняльним анал1зом результат1в розрахунк1в величин енергш актива-ц1Т реакц1й взаемодп молекули GSH з •ОН та •ОО" , як1 вказали на незначну змшу енергп ак-тивацп при урахуванн1 сольватац1йних ефект1в (табл.1), залишаючи незм1нним отриманий результат.

Вище наведене дозволяе стверджувати, що мехаызм взаемод1Т молекули глутат1ону 1з вть-ними радикалами кисню 1н1ц1юе р1знонаправле-ний перерозпод1л електронноТ густини в молеку-л1 антиоксиданта \ проходить за схемою (рис.2).

Рис. 2 Схема перерозподлу електронно'1' густини молекули GSH eHa^idoK взаемодп i3 радикалами кисню.

Таким чином, на 0CH0Bi аналiзу результат KBaHT0B0xiMi4H0ro моделювання взаемодп молекули глутатюну з •ОН i •ОО" в межах континуально! моделi розчинника РСМ дае можливють зробити висновок про те, що водне середовище з дiелектричною проникнютю е = 78,355 при Т = 298 К принципово не впливае на перерозпо-дт електронно! густини молекули глутатiону, а дослщжена реакцiя вiдбуваеться за кислотно-основним механiзмом, причому GSH по вщно-шенню до •ОН виступае як основа, а по вщно-шенню до •ОО"- як кислота .

Лтература

1. Чеснокова Н.П. Молекулярно-клеточные механизмы инактивации свободных радикалов в биологических системах / Н.П. Чеснокова, Е.В. Понукалина, М.Н. Бизенкова // Успехи соврем. естествознания. - 2006. - № 7. - С. 29-36.

2. Беленичев И.Ф. Регуляция антиоксидантного гомеостаза и системы детоксикации организма гормоном мелатонином. Роль мелатонин-зависимых рецепторов в реализации этой функции / И.Ф. Беленичев, Ю.И. Губский, Е.Л. Левицкий // Соврем. проблемы токсикологии. - 2003. - № 2. - С. 2-16.

3. Boveris A. Determination of the production of superoxide radicals and hydrogen peroxide in mitochondria / A. Boveris // Methods En-zymol. - 1984. - V. 105. - p. 429-435.

4. Магин Д.В. Фотохемилюминесценция как метод изучения анти-оксидантной активности в биологических системах. Математическое моделирование / Д.В. Магин, Д.Ю. Измайлов, И.Н. Попов [и др.] // Вопр. мед. хим. - 2000. - Т. 46, № 4. - С. 61-66.

5. Ehlenfeldt M.K. Oxygen radical absorbance capac ity (ORAC) and phenolic and anthocyanin concentrations in fruit and leaf tissues of highbush blueberry / M.K. Ehlenfeldt, R.L. Prior // Journal of Agricultural and Food Chemistry. - 2001. - № 49. - P. 2222-2227.

6. Korotkova E.I. Study of antioxidant properties by voltammetry / E.I. Korotkova, Yu.A. Karbainov, A.V. Shevchuk // J. Electroanal. Chem.

- 2002. - V. 508, № 1. - Р. 56-60.

7. Korotkova E.I. Investigation of antioxidant and catalytic properties of some biologically active substances by voltammetry / E.I. Korotkova, Y.A. Karbainov, O.A. Avramchik // Anal and Bioanal Chem. - 2003.

- V. 375, № 1-3. - P. 465-468.

8. Бачурин С.О. Медико-химические подходы к направленному поиску препаратов для лечения и предупреждения болезни Альц-геймера / С.О. Бачурин // Вопр. мед. хим. - 2001. - T. 47, № 2. -С. 155-197.

9. Prutz W.A. The glutathione free radical equilibrium mediating electron transfer to Fе(Ш) - cytochrome / W.A. Prutz, J. Butler, E.J. Land // J. Biophys. Chem. - 1994.- V. 49 (2). - Р. 101-111.

10. Кузнецова Т.Ю. Моделирование антиоксидантных свойств ме-латонина и глутатиона при взаимодействии с гидроксил-радикалом / Т.Ю. Кузнецова, Н.В. Соловьева // Вюник ВДНЗУ «Укра'шська стоматолопчна академiя». -2012. - Т. 12, Вип. 1-2.

- С.189-193.

11. Кузнецова Т.Ю. Моделирование антирадикальних процессов с участием глутатиона в биологических системах / Т.Ю. Кузнецова, Н.В. Соловьева // Вюник ВДНЗУ «Укра'нська стоматолопчна академiя». - 2014. - Т. 14, Вип. 4 (48). - С. 201-204.

12. Кулинский В.И. Биологическая роль глутатиона / В.И. Кулинский, В.И. Колесниченко // Успехи современной биологии. - 1990. - Т. 51, № 1 (4). - С. 20-33.

13. Anderson M.E. Glutathione: an overview of biosynthesis and modulation / M.E. Anderson // Chem. Biol. Interact. 1998. - V. 111-112. -P. l-14.

14. Шаповал Г.С. Электрохимическое моделирование редокс-реакций глутатиона / Г.С. Шаповал, И.Е. Миронюк, В.Ф. Громовая [и др.] // Журнал общей химии. - 2008. - 78, № 12. - С. 2040-2044.

15. Колюник М.1. Активы форми кисню та !'х роль у метаболiзмi кш-тин / М.1. Колюник, Г.В. Колюник, В.В. Влiзло // Бюлопя тварин.

- 2009. - Т. 11, № 1-2. - С. 59-67.

16. Granovsky A. Firefly and PC GAMESS / Firefly version 8.0.1. [Electronic resource]. - Access mode : //http://classic.chem.msu.su /gran/games/forum/ discussion.html.

References

1. Chesnokova N.P. Molekuliarno-kletochnbie mekhanyzmbi ynaktyvatsyy svobodnыkh radykalov v byolohycheskykh systemakh / N.P. Chesnokova, E.V. Ponukalyna, M.N. Byzenkova // Uspekhy sovrem. estestvoznanyia. - 2006. - № 7. - P. 29-36.

2. Belenychev Y.F. Rehuliatsyia antyoksydantnoho homeostaza y systemы detoksykatsyy orhanyzma hormonom melatonynom. Rol melatonyn-zavysymыkh retseptorov v realyzatsyy э^ funktsyy / Y.F. Belenychev, Yu.Y. Hubskyi, E.L. Levytskyi // Sovrem. problemы toksykolohyy. - 2003. - № 2. - P. 2-16.

3. Boveris A. Determination of the production of superoxide radicals and hydrogen peroxide in mitochondria / A. Boveris // Methods Enzymol. - 1984. -V. 105. - P. 429-435.

4. Mahyn D.V. Fotokhemyliumynestsentsyia kak metod yzuchenyia antyoksydantnoi aktyvnosty v byolohycheskykh systemakh. Matematycheskoe modelyrovanye / D.V. Mahyn, D.Iu. Yzmailov, Y.N. Popov [y dr.] // Vopr. med. xym. - 2000. - V. 46, № 4. - P. 6166.

5. Ehlenfeldt M.K. Oxygen radical absorbance capac ity (ORAC) and phenolic and anthocyanin concentrations in fruit and leaf tissues of highbush blueberry / M.K. Ehlenfeldt, R.L. Prior // Journal of Agricultural and Food Chemistry. - 2001. - № 49. - P. 2222-2227.

6. Korotkova E.I. Study of antioxidant properties by voltammetry / E.I. Korotkova, Yu.A. Karbainov, A.V. Shevchuk // J. Electroanal. Chem.

- 2002. - V. 508, № 1. - R. 56-60.

7. Korotkova E.I. Investigation of antioxidant and catalytic properties of some biologically active substances by voltammetry / E.I. Korotkova, Y.A. Karbainov, O.A. Avramchik // Anal and Bioanal Chem. - 2003.

- V. 375, № 1-3. - P. 465-468.

8. Bachuryn S.O. Medyko-khymycheskye podkhodы k napravlennomu poysku preparatov dlia lechenyia y preduprezhdenyia bolezny Altsheimera / S.O. Bachuryn // Vopr. med. khym. - 2001, V. 47, № 2. - P. 155-197.

9. Prutz W.A. The glutathione free radical equilibrium mediating electron transfer to Fe (III) - cytochrome / W.A. Prutz, J. Butler, E.J. Land // J. Biophys. Chem. - 1994. - V. 49 (2). - P. 101-111.

10. Kuznetsova T.Iu. Modelyrovanye antyoksydantnbikh svoistv melatonyna y hlutatyona pry vzaymodeistvyy s hydroksyl-radykalom / T.Iu. Kuznetsova, N.V. Soloveva // Visnyk VDNZU «Ukrainska stomatolohichna akademiia». - 2012. - T. 12, Vyp. 1-2. - P. 189193.

11. Kuznetsova T.Iu. Modelyrovanye antyradykalnykh protsessov s uchastyem hlutatyona v byolohycheskykh systemakh / T.Iu. Kuznetsova, N.V. Soloveva // Visnyk VDNZU «Ukrainska stomatolohichna akademiia». - 2014. - V. 14, V. 4 (48). - P. 201204.

12. Kulynskyi V.Y. Byolohycheskaia rol hlutatyona / V.Y. Kulynskyi, V.Y. Kolesnychenko // Uspekhy sovremennoi byolohyy. - 1990. - V. 51, № 1 (4). - P. 20-33.

13. Anderson M.E. Glutathione: an overview of biosynthesis and modulation / M.E. Anderson // Chem. Biol. Interact. - 1998. - V. 111-112. - P. l-14.

14. Shapoval H.S. Эlektrokhymycheskoe modelyrovanye redoks-reaktsyi hlutatyona / H.S. Shapoval, Y.E. Myroniuk, V.F. Hromovaia [y dr.] // Zhurnal obshchei khymyy. - 2008. - V. 78, № 12. - P. 2040-2044.

15. Kolisnyk M.I. Aktyvni formy kysniu ta yikh rol u metabolizmi klityn / M.I. Kolisnyk, H.V. Kolisnyk, V.V. Vlizlo // Biolohiia tvaryn. — 2009. -V. 11, № 1-2. - P. 59-67.

16. Granovsky A. Firefly and PC GAMESS / Firefly version 8.0.1. [Electronic resource]. - Access mode : //http://classic.chem.msu.su /gran/games/forum/ discussion.html.

Реферат

МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВОДНОЙ СРЕДЫ НА МЕХАНИЗМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЛЕКУЛЫ ГЛУТАТИОНА СО СВОБОДНЫМИ РАДИКАЛАМИ КИСЛОРОДА Кузнецова Т.Ю. Соловьева Н.В. Мищенко А.В.

Ключевые слова: антиоксидант, гидроксил-радикал, супероксид-анион-радикал, глутатион.

Для уменьшения негативного влияния свободных радикалов на биообъекты и живые организмы широко применяют эндогенные антиоксиданты, которые участвуют в системе защиты организмов от агрессивного воздействия свободных радикалов. Отсутствие систематических исследований, особенно на молекулярном уровне, антирадикальной активности различных антиоксидантов при их взаимодействии со свободными радикалами в биосистемах обусловливают не только наличие противоречивых оценок в интерпретации экспериментально полученных закономерностей, но и создают трудности в развитии общих представлений о механизме взаимодействия антиоксидантов со свободными радикалами и целенаправленного подхода к управлению этими процессами, что имеют практическое применение в медицине. Это делает задачу изучения антирадикальной активности разных антиоксидантов особенно актуальной. Исследование взаимодействия антиоксидантов со свободными радикалами требует изучения влияния большого количества разнообразных взаимосвязанных процессов, стабилизация которых в условиях экспериментов достаточно проблематична. Важным фактором есть то, что взаимодействие глутатиона со свободными радикалами происходит в водной среде. Поэтому, для приближения результатов квантовохимического моделирования к реальным условиям взаимодействия молекулы глутатиона с гидроксил-радикалом и супероксид-анион-радикалом в организме человека, представляется актуальным изучение влияния водной среды методами квантовой химии в сочетании с экспериментальными медицинскими клиническими исследованиями, что даст возможность не только получить обоснование положительного эффекта использования антиоксидантов, но и установить потенциальную значимость этих веществ в качестве лекарственных средств. На основании анализа результатов квантовохимического моделирования взаимодействия молекулы глутатиона с радикалами кислорода установлено, что оно происходит по кислотно-основном механизме, причем глутатион в отношении гидроксил-радикала выступает как основание, а по отношению к супероксид-анион-радикала - как кислота.

Summary

SIMULATION OF EFFECTS PRODUCED BY AQUEOUS MEDIUM ON INTERACTION OF GLUTATHIONE MOLECULE AND

OXYGEN FREE RADICALS

Kuznetsova T.Yu., Solovjeva N.V., Mishchenko A.V.

Key words: antioxidant, hydroxyl radical, superoxide anion radical, glutathione.

To reduce the negative impact of free radicals on biological objects and living organisms, endogenous antioxidants involved in the body's defence against aggressive free radicals are widely used. Lack of systematic researches, particularly relative to the molecular level, anti-radical activity of various antioxidants in their interactions with free radicals in biological systems determines not only the contradictory assessments in interpreting the experimental findings, but also complicates the development of deep understanding of the mechanism of interaction of antioxidants with free radicals and focused approach to managing these processes. This makes the task of studying the anti-radical activity of different antioxidants as particularly relevant. Investigation of the interaction of antioxidants with free radicals requires studying the influence of a large variety of interrelated processes, stabilization of which in the experiment seems to be problematical. The important factor is that the interaction of glutathione free radicals occurs in aqueous media. Therefore, to approximate the results of quantum-chemical simulation to the real conditions of interaction with glutathione molecule hydroxyl radical and superoxide anion radicals in the human body, it is important to study the impact of the aqueous media by quantum chemistry methods in conjunction with experimental medical clinical studies, which will give an opportunity not only to receive substantiation on the positive effect of using antioxidants, but also to reveal the potential importance of these substances as medicinal agents. Based on the analysis of the results of quantum-chemical modelling of the interaction of molecules with glutathione oxygen radicals it has been found out that it takes place on the acid-base mechanism, and glutathione against hy-droxyl radical acts as a base, and in relation to the superoxide anion radical it acts like acid.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.