CC BY
10
УДК 539.1:577.127:547.972
НЕКОТОРЫЕ СТРУКТУРНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ЭЛЕКТРОННОЕ СТРОЕНИЕ КОМПЛЕКСА 5,7,3',4'- ТЕТРАОКСИФЛАВОНОЛА-3-РУТИНОЗИДА С ФОСФАТИДИЛХОЛИНОМ
УСМАНОВА СИ., ФАХРЕТДИНОВА Е.Р., НАСИБУЛЛИН Р.С.
Башкирский государственный медицинский университет, 450000, г. Уфа, ул. Ленина, 3
АННОТАЦИЯ. Флавоноиды, обладающие биологически активными свойствами, имеют заметные различия в химическом строении. В настоящей работе исследовано электронное строение 5,7,3',4'- тетраоксифлавонола-3-рутинозида (рутина) и изменения, происходящие при взаимодействии с фосфатидилхолином в вакууме и в водной среде.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ядерный эффект Оверхаузера, п-электронная система, фосфатидилхолин, рутин.
Настоящее сообщение является продолжением работ, в которых методами квантовой химии и спектроскопии ЯМР было установлено образование рутина и кверцетина с фосфатидилхолином [1, 2]. В проведенных ранее исследованиях было показано, что при взаимодействии биологически активных молекул с фосфатидилхолином образуются комплексы через систему п-электронов [3, 4].
Опубликовано большое количество результатов клинического испытания биофлавоноидов, свидетельствующих о перспективности их широкого применения в медицине. Установлено, что биофлавоноиды обладают высокой биологической активностью и проявляют противовирусные, противораковые, антиоксидантные (антирадикальные), антиаллергические и другие свойства. Особый интерес к рутину вызван тем, что он нашел широкое практическое применение, как средство для лечения отечности.
Широкий спектр биологической активности флавоноидов реализуется посредством множества различных молекулярных механизмов, обусловленные взаимодействием с активными центрами ферментов или различными рецепторами и образованием стабильных комплексов с липидами [5]. Биологическая активность, проявляемая флавоноидами, зависит не только от структурных особенностей, но также и от местоположения в мембране, которое определяется точками связывания с фосфатидилхолином и изменением пространственной геометрии взаимодействующих молекул.
В данной работе исследовалось влияние вращения кольца С рутина, связанного с фосфатидилхолином относительно плоскости колец А и В (рис. 1). Торсионный угол 0[1]С[2]С[11]С[16] устанавливался от 0° до 360° с интервалом в 10°. Квантово-химические расчеты проводились методами молекулярной механики [6] и полуэмпирическим методом АМ1 с использованием градиента Ро1ак-ШЫеге [7]. При образовании комплекса кольца С рутина двойные связи растягиваются, а одинарные сжимаются (табл. 1). Эта тенденция изменения структурных параметров показывает возрастание степени сопряжения кольца С. Также, конформационный анализ оптимизированных структур показал изменения длин связей и двугранных углов взаимодействующих молекул (табл. 2).
Как видно из табл. 3, изменение суммарной электронной плотности на нижней свободной молекулярной орбитали в 13 раз больше у рутина по сравнению с кверцетином, у которого наибольшие изменения на верхней занятой молекулярной орбитали, что обуславливает повышенную активность рутина.
Н
С[12].
^С
с[3]
С™
0[Ь| Н[2
"СЫ
с
кверцетин
Н [58]
V29]
Н[53] 0[25]-0[27] ХН'°
Н /I 'рК 0[32]
/ Н[48] ^0[3ТЧ I 0[23] Н Н[61]'
Н[56]
I,
Н[68] \
\
0[24]-
Н[55)/|
-С Н
1г
о[4°]
С[36]-
/
о[421
Н[57]
[67]
Н[59]_С[30] —
/
Н[60]
о[17]
„ -С[38] Н^Н[64] н[66'н[7КН'
С[34] Н[70]| ^С[39]
_0[33]
н[49]
Н[70] I -
X Н[69]^С[4У0[43] о[35]-С[37] \и
I Н
Н [65]
I
Н [48]
Н[47]..
0[22] С[4> ^ „
I II В II А I
,С[16] С[2-1 „С^ «С'8]
_1 [44]
чо[1]
с
_|[52]
Л 'С[;2]
-С[9] |
[45]
^21]'
С[13]
1
_[46]
о[20]
_| [51] *
рутин
Н [139] Н[138].
_[140]
;С[4]
_ [135] С3]-Н [136]
Н[6] Н[8]
/ \С[2]_Н [133]
С [5] \^Н[134] I Н[132]
С [7]
\ 0[14] 0 ---Р [1 2]
0 [24]
Н[26]. Н[28]-
Н [44]_ Н[45]_
Н[117]" Н [118]
С[23] ___ /
^С[27]_Н [38]
К™ ^Н[39] \[46]'Н[50] Н^ / ^Н[51] Н[57]_с[52]'
\ Н [62] ЧС[58]-Н
Н[68Ч /^Н[63]
Н[69]_С[64]'
Н [74]__С [70]
Н[811 с [7 5]_Н [7 6]
Н ^>С[77]
\ Н [87]
Н[93] >830'
Н[105]Ч \ Н [99]
Н[106]^С[101]-с[9агН[100]
С[107^^_Н[111]
X ,[112]
Н[29М „.о"
Н[41к
Н[42]-
Н [88]
„[113]
Н [123]
\[119]
Д^Р24]
^о['5] —-с[16]
/ ^Н[19] С[17]
с ^ Н [30
Н[20] | ^о[31]
__[33]
М32]
С\ ^Н[35] С [34]_Н [36]
/
\ Н [47]
С [43]^ Н 1
Н[53и Н[ ]
Н[54] ^—с[49]
\[55]'Н[59]
Н [65] /^Н[60]
Н [66] "" с [61]
\ Н [71]
/ Н[72]
С[73]
\ Н [84] Ч„[80—Н
/ Н[85]
С [86]
\ Н [96]
с [92]--Н
с---Н [97]
с!9»]
\[104]_Н[108] / —Н [1 09] ~С'[110]
\[116]_Н[120] ' "" Н[121]
Н[78].
Н[79]
Н[90]~ Н[91]'
Н [102]_
Н [1 03] —
Н [114] Н—Н [115]
—I [126]
—| [127]
фосфатидилхолин
Рис. 1. Структуры исследуемых молекул Конформационные изменения рутина при комплексообразовании
/
=с[122]
\[128]
/\\н[130] Н [131]
Таблица 1
Н
Н
о
о
о
С
С
В
А
С
Н
о
о
Н
С
о
С
о
С
Н
Н
о
С
Н
Н
Н
Н
С
С
о
Н
Н
Кольцо С Рутин свободный Рутин в комплексе
С[И]-С[12] 1,399 1,400
С[12]-С[!3] 1,400 1,399
С[13]-С[!4] 1,410 1,411
С[14]-С[!5] 1,340 1,399
С[15]-С[16] 1,389 1,391
С[16]-С[И] 1,408 1,406
Таблица 2
Изменения в структуре и энергия комплексообразования исследуемых молекул при взаимодействии с фосфатидилхолином
Кверцетин Рутин
0[1]с[2]с[11]с[12] -3° -8°
о[1]с[2]с[3]с[4] 2° 2°
о[1]с[10]с[5]с[4] 2° 0°
с[3]с[1]с[11]с[12] 5° -6°
с[2]с[3]с[4]о[17] -3° -1°
Е компл, кДж/моль 19,7 29,3
Таблица 3
Изменения суммарной электронной плотности, а.е.м.
Кверцетин Лецитин
НСМО 0,020 0,303
ВЗМО -0,480 1,114
рутин лецитин
НСМО 0,262 0,310
ВЗМО 1,118 -0,112
Биоактивность, как правило, проявляется в водной среде. В настоящее время единственным методом, дающим возможность экспериментальной проверки расчетных данных в водной среде, является метод ядерного эффекта Оверхаузера [8]. Хотя небольшая растворимость и как показывают расчеты достаточно большие расстояния делают такую работу трудоемкой.
Эксперимент ЯЭО проводили на спектрометре АМ-300 (Вгикег ФРГ) с рабочей частотой на ядрах 300 МГц методом разностных спектров, когда суммирование нескольких прохождений происходит в условиях насыщения некоторого сигнала и того же числа прохождений без насыщений (рис.2).
Для получений необходимого соотношения сигнал/шум и исключения систематических погреш-ностей, связанных с изменением температуры и возможной фазовой нестабильности проводились 24 накопления. Этот процесс повторялся 76 раз. Для декаплера использовался 90-градусный импульс. Измерения показали, что при облучении Н[45] (рис.2, а) интегральная интенсивность линий от Н[46] возрастает в 2,1 %. При тех же условиях интенсивность Н[48] (рис.2, б) возрастает на (1,6±0,2) %. Такое изменение интенсивности сигнала показывает сближение Н[ ] и Н[ ] за счет вращения вокруг связи С[11] и С[2]. При введении в раствор фосфатидилхолина в тех же условиях влияние облучения не наблюдается.
Облучение ядра Н[46] (рис.2, а) косвенно подтверждают справедливость проведенных расчетов. При образовании комплекса потенциальный барьер разделяющий два конформационных состояния повышается и вращение кольца С вокруг связи затормаживается.
о > у 1Л №
а 131 Ч' ас? Г<
ги и> щ Г-
О о о О .—1 гН тН
С.
■—I
Рис. 2. Фрагмент спектра ЯМР 1Н в CDClз: 0,005 М фосфатидилхолина и 0,005М рутина
В тканях взаимодействие рутина и фосфатидилхолина происходит в водном растворе, что, естественно приводит к усложнению процесса из-за конкуренции с молекулами воды за точки связывания. Рассчитанное значение энергии комплексообразования фосфатидилхолина с водой Е = 20,49 кДж/моль, показывает, что комплекс рутина и фосфатидилхолина должен быть более стабильным. Поэтому нами проведено исследование влияния водного окружения на комплекс рутин-фосфатидилхолин. При оптимизации системы фосфатидилхолин-рутин-вода в рамках метода АМ1 получается энергетически выгодно удаление воды от комплекса рутин-фосфатидилхолин и таким образом связанная вода превращается в свободную. После 10 циклов итераций расстояние между атомом кислорода молекулы воды и H[ ] превышает 7 Ä. Следовательно, можно предположить, что комплекс рутин-фосфатидилхолин остается устойчивым в водной среде. Одновременно этот факт может частично объяснить механизм действия рутина как противоотечного препарата.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 08-02-97 011.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Насибуллин Р.С., Усманова С.И., Сетченков М.С. и др. О молекулярном механизме биоактивности рутина // Химическая физика и мезоскопия. 2008. Т.10, №2. С.228-231.
2. Шарафутдинова Р.Р., Насибуллин Р.С, Фахретдинова Е.Р. Исследование конформационного состояния кверцетина при комплексообразовании с лецитином // Химическая физика и мезоскопия. 2008. Т.10, №4. С.510-513.
3. Насибуллин Р.С, Спирихин Л.В., Пономарева В.А. Образование комплексов молекулы пиразола с фосфолипидами // Биофизика. 1991. Т.36, вып. 4. С. 594-598.
4. Насибуллин Р.С., Никитина Т.И., Афанасьева Ю.Г., Насибуллин Т.Р., Спирихин Л.В. Комплекс 3,5,7,3',4'-пентаоксифлавонола с фосфатидилхолином // Хим-фарм. журн. 2002. 36(9). С.33.
5. Костюк В.А., Потапович А. И. Биорадикалы и биоантиоксиданты. Минск : Изд-во БГУ, 2004. 174 с.
6. Allen M.P., Tidesley D.J. Computer simulation of liquids // Clarendon Press, Oxford. 1987. Р.89-94.
7. Fletcher R. Methods of optimization // N.Y. John Wiley & Sons, 1980. Р.45.
8. Дероум Э. Современные методы ЯМР для химических исследований / пер. с англ. М. : Мир, 1992. 403 с.
SOME STRUCTURAL PARAMETERS AND ELECTRONIC STRUCTURE OF A COMPLEX 5,7,3',4'-TETRAOXYFLAVONOL-3-RUTINOZIDE WITH PHOSPHOTIDILCHOLINE
Usmanova S.I., Fahretdinova E.R., Nasibullin R.S. Bashkir State Medical University, Ufa, Russia
SUMMARY. Flavonoids, having biologically active properties have appreciable distinctions in a chemical structure. In the present work the electronic structure 5,7,3',4'-tetraoxyflavonol-3-rutinozide (rutin) and changes occuring is investigated at interaction with phosphatidilcholine in vacuum and in the water environment.
KEY WORDS: nuclear Overhauzer effect, n electronic system, phosphatidilcholine, rutin.
Усманова Светлана Ильдаровна, преподаватель БГМУ, тел. 8(347)273-61-83, e-mail: [email protected]
Фахретдинова Елена Руслановна, кандидат медицинских наук, доцент кафедры МФ БГМУ
Насибуллин Руслан Сагитович, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой медицинской физики с курсом информатики БГМУ
