Поиск зависимости гипогликемической активности от констант ионизации в ряду n'-ацилгидразидов n–ацил–5–бром(5–йод)антраниловых кислот Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Литература

1. Zahid S., Oellerich M., Asif A.R., Ahmed N. Differential expression of proteins in brain regions

of Alzheimer's disease patients. // Neurochem Res.- 2014.- Vol.39, №1, Р. 208-215. doi: 10.1007/s11064-013-1210-1.

2. Burbaeva G.Sh., Savushkina O.K., Boksha I.S. Comparative study of creatine kinase BB decrease in brain of patients with Alzheimer's disease and schizophrenia. // NATO Science Series, IOS Press; Netherlands.- 2003.- Р. 125-132.

3. Diamond A. Close interrelation of motor development and cognitive development and of the cerebellum and prefrontal cortex. // Child Dev.- 2000.- Vol. 71, № 1, P. 44-56.

4. Burbaeva G.Sh., Boksha I.S., Tereshkina E.B., Savushkina O.K., Prokhorova T.A., Vorobyeva E.A. Glutamate and GABA-metabolizing enzymes in cerebellum in Alzheimer's disease: Phosphate-activated glutaminase and glutamic acid decarboxylase. // Cerebellum, 2014, Vol.13, N3, P.607-615. doi: 10.1007/s12311-014-0573-4.

5. Burbaeva G.Sh., Boksha I.S., Tereshkina E.B., Savushkina O.K., Starodubtseva L.I., Turishcheva M.S. Glutamate metabolizing enzymes in prefrontal cortex of Alzheimer's disease patients. // Neurochemical Res.- 2005.- Vol. 30, №11, Р.1443-1451. DOI: 10.1007/s11064-005-8654-x.

ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЕ НАУКИ / PHARMACEUTICS

DOI: 10.18454/IRJ.2016.47.264 Коркодинова Л. М.1, Андрюков К. В.2, Курбатов Е.Р.3, Кремлева О. Б.4

1 Доктор фармацевтических наук, 2Кандидат фармацевтических наук, 3 Доктор фармацевтических наук,

4Кандидат химических наук, Пермская государственная фармацевтическая академия ПОИСК ЗАВИСИМОСТИ ГИПОГЛИКЕМИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ОТ КОНСТАНТ ИОНИЗАЦИИ В РЯДУ N'-АЦИЛГИДРАЗИДОВ ^АЦИЛ-5-БРОМ(5-ЙОД)АНТРАНИЛОВЫХ КИСЛОТ

Аннотация

Экспериментально определены константы ионизации (рКа и рКв) 6 соединений ряда N'-ацилгидразидов N-ацил-5-бром(5-йод)антраниловых кислот методом потенциалов полунейтрализации. Проведен регрессионный анализ и найдено 6 корреляционных уравнений, связывающих рКа и рКв с экспериментально определенной гипогликемической активностью (ГГАэксп). Рассчитаны значения прогнозируемой гипогликемической активности с использованием полученных уравнений. Экспериментально найдены значения ГГА исследуемых 2 соединений. Для оценки прогноза ГГА в сравнении с ГГАэксп., вычислен доверительный интервал индивидуального предсказанного значения.

Ключевые слова: N-ацилзамещенная антраниловая кислота, гидразиды, константа ионизации, гипогликемическая активность, структура-активность.

Korkodinova L.M.1, Andryukov K.V.2, Kurbatov E. R.3, Kremleva O.B.4 :PhD in Pharmaceutics, 2PhD in Pharmaceutics, 3PhD in Pharmaceutics, 4PhD in Chemistry,

Perm state pharmaceutical academy THE SEARCH DEPENDENCE OF HYPOGLYCEMIC ACTIVITY FROM THE IONIZATION CONSTANTS IN THE SERIES OF N'-ACYLHYDRAZIDES OF N-ACYL-5-BROMO(5-IODO)ANTHRANILIC ACIDS

Abstract

The values of ionization constants (pKa and рКв) of 6 substances of N'-acylhydrazides of N-acyl-5-bromo(5-iodo)anthranilic acids by method of potential semi-neutralization are experimentally defined. It is transacted the analysis of regression and received 6 correlation equations connecting the pKa and рКв with experimentally defined hypoglycemic activity (HGAexp). Values of HGA action with use of the made equations are calculated. It is experimentally defined HGAexp. of investigated 2 substances which by results of biological tests are active. To assess the HGA prediction compared with HGAexp., computed confidence interval of the individual prediction.

Keywords: N-acylsubstituted anthranilic acid, hydrazide, ionization constant, hypoglycemic activity, structure-activity.

Известно, что открытие и разработка нового лекарственного вещества в настоящее время требует 10-12 лет исследований и затрат до 800 млн. евро. Тенденция роста расходов не меняется. Одним из перспективных путей для решения данной проблемы является исследование количественной зависимости биологической активности от структуры и физико-химических свойств соединений. На основании этой зависимости можно прогнозировать степень биологической активности для веществ с близкой структурой и уменьшить время и затраты на разработку эффективных лекарственных средств.

Установлено, что все физико-химические факторы, оказывающие влияние на биологическую активность химических соединений, слагаются из трех компонентов: гидрофобной [1], ионизационной [2] и структурной. Вклад каждой из этих составляющих характеризуется степенью влияния на гипогликемическую активность исследуемого объекта.

В качестве объектов исследования для поиска зависимости гипогликемической активности (ГГА) от констант ионизации, мы использовали N'-ацилгидразиды N- ацил 5-бром(5-йод)антраниловых кислот (I - VI).

O

O

X.

NHNH

R

NHC O

X= Br, CH3 (I); X= Br, C6H5 (II); X= Br, C<;H4 (4-CH3) (III); X= I, CH2C6H5 (IV);

X= I, C6H4 (4-NO2) (V); X= I, (2-фурил) (VI)

N'-Ацилгидразиды N-ацил-5-бром(5-йод) антраниловых кислот (I - VI) содержат две азотсодержащие ионогенные группы: гидразидная и NH-ацильная, в зависимости от условий среды они проявляют как кислотные, так и основные свойства, что позволяет определять константы кислотности (pKa) и основности (рКв).

Схемы ионизации молекул N'-ацилгидразидов ^ацил-5-бром(5-йод) антраниловых кислот (I - VI) в щелочной и кислой средах составлены с использованием рассчитанных зарядов на атомах азота и кислорода неэмпирическим методом Хартри - Фока в базисе 3-21G. Расчёты проведены с использованием программы Gaussian 03 при полной оптимизации геометрии молекул в среде диметилсульфоксида (ДМСО) (табл. 1). Эффект растворителя учитывали проводя расчёты на модели PCM (Polarizable Continuum Model).

Таблица 1 - Рассчитанные заряды на атомах кислорода и азота гидразидной (CONHNH) и МН-ацильной (МНСО)

групп соединений (I - VI)

№ Гидразидная (CQN1HN2H NH-ацильная (NHCO)

O N1 n2 N O

I -0,652 -0,648 -0,675 -1,051 -0,656

II -0,676 -0,700 -0,636 -1,115 -0,644

III -0,665 -0,689 -0,655 -1,114 -0,647

IV -0,668 -0,654 -0,673 -1,105 -0,650

V -0,661 -0,687 -0,658 -1,114 -0,646

VI -0,636 -0,658 -0,678 -1,043 -0,653

В результате проведенных квантово-химических расчётов обнаружено, что наибольший отрицательный заряд у атома азота в МН-ацильной группе (от -1,043 до -1,115) (табл. 1), что позволяет предположить взаимосвязь кислотных и основных свойств изучаемых соединений с отрицательным зарядом на атоме азота МН-ацильного фрагмента антраниловой кислоты.

Кислотные свойства соединений (I - VI) связаны с атомом водорода в МН-ацильной аминогруппе. В щелочной среде (КОН) они ионизируются и теряют протон, превращаясь в сопряжённое основание (схема 1).

Схема 1.

X.

O

NHNH

O

Л

R

+ KOH

nhc-c6h5

O

X

O

NHNH

O

R

©

N-C—C6H5 II O

©

K +H2O

В кислой среде протонирование гидразидов (I - VI), происходит по атому азота МН-ацильной группы, с образованием аммониевого катиона (схема 2).

Схема 2.

X

O

NHNH

O

Л

R

NHC-C6H5 II O

+ HClO

'4

X

O

O

Л,

NHNH R

NH2C-C6H5 N O

©

ClO4

С целью изучения количественной зависимости ГГА от физико-химических свойств соединений (I - VI) экспериментально определены значения констант кислотности (рКаэксп.) и основности (рКвэксп.) методом потенциометрического титрования в среде ДМСО, с помощью универсального иономера ЭВ-74 по методу

потенциалов полунейтрализации [2, 3]. Концентрация титруемых соединений 0,005 М, концентрация титрантов -КОН и НС104 - 0,05 М.

Экспериментально найденные значения констант кислотности и основности лежат в пределах 7,64 - 11,10 и 8,11 -12,30, соответственно (табл. 2).

Гипогликемическую активность исследовали на самках белых нелинейных крыс массой 190 - 220 г. Изучаемые соединения вводили внутрибрюшинно в скрининговой дозе 25 мг/кг. Уровень гликемии характеризовали глюкозоксидазным методом. Содержание глюкозы в крови, в процентах, определяли до введения, а также через 3 (ГГА 3ч.эксп.) и 5 часов (ГГА 5ч.эксп.) после введения исследуемых соединений [4].

Таблица 2 - ГГА и константы ионизации соединений (I - VI)

№ ГГА 3ч.эксп. ГГА 5ч.эксп. рКа рКв рКа2 рКв2

I -13,40 -10,73 10,91 8,11 119,03 65,77

II 0,00 -9,00 11,10 12,06 123,21 145,44

III -21,80 -16,20 10,45 8,57 109,20 73,44

IV -7,40 -13,70 7,64 9,30 58,37 86,49

V -12,90 -9,30 9,82 12,30 96,43 151,29

VI -10,20 -12,60 9,75 11,38 95,06 129,50

С целью получения уравнений множественной регрессии между константами ионизации и зависимыми переменными ГГА 3ч.эксп. и ГГА 5ч.эксп., был проведен множественный регрессионный анализ с использованием программы 81аИ811са 6. Для проведения регрессионного анализа были использованы дескрипторы: рКа, рКв, рКа2 и рКв2.

Всего было найдено свыше 24 уравнений регрессии, из них 6 наиболее значимых представлены в таблице 3. При анализе корреляционных уравнений для ГГА 3ч.эксп. выявлено наиболее значимое уравнение 2 (Я= 0,939; 8= 3,92), а для ГГА 5ч.эксп. - уравнение 6 (Я= 0,847; 8= 2,33).

Таблица 3 - Корреляционные уравнения взаимосвязи ГГА с константами ионизации №-ацилгидразидов _Ы-ацил-5-бром(5-йод) антраниловых кислот_

№ Корреляционное уравнение Я 8 N

1 ГГА 3ч.эксп. = - 26,889 - 0,663 х рКа + 2,190 х рКв 0,563 7,69 6

2 ГГА 3ч.эксп = 337,607 - 82,624 х рКа + 3,270 х рКв + + 4,385 х рКа2 0,939 3,92 6

3 ГГА 3ч.эксп. = -137,502 + 0,203 х рКа + + 22,696 х рКв - 1,003 х рКв2 0,581 9,28 6

4 ГГА 5ч.эксп. = -28,212 + 0,691 х рКа + 0,915 х рКв 0,703 2,55 6

5 ГГА 5ч.эксп. = 37,034 - 13,980 х рКа + 1,108 х рКв + + 0,785 х рКа2 0,785 2,72 6

6 ГГА 5ч.эксп. = 111,390 - 0,402 х рКа - 24,964 х рКв + + 1,265 х рКв2 0,847 2,33 6

Для проверки прогнозирующей способности составленных уравнений 2 и 6, осуществлен прогноз ГГА двух соединений из исследуемого ряда производных (VII - VIII) с использованием экспериментально определенных рКа и рКв (табл. 4). Результаты прогнозирования, в виде доверительного интервала индивидуального предсказанного значения, для ДГГА 3ч.рассч. и ДГГА 5ч.рассч. приведены в таблице 5.

Таблица 4 - Экспериментальные значения рКа и рКв соединений VII - VIII

№ Я рКа рКв рКа2 рКв2

VII СН3 10,47 7,60 109,62 57,76

VIII СН2СН2СН3 10,38 7,68 107,74 58,98

При сопоставлении значений доверительных интервалов прогноза ГГА (ДГГА 3ч.рассч.) и экспериментальных (ДГГА 3ч.эксп.) (ур-е 2), было выявлено, что ДГГА 3ч.эксп. входит в доверительный интервал индивидуального предсказанного значения только у соединения VII, а производное VIII (ГГА 3ч.эксп. = 0 ± 2,16) выпадает, с отклонением равным - 5. Доверительный интервал ДГГА 5ч.рассч. (ур-е 6) по соединениям VII и VIII полностью включает в себя ДГГА 5ч.эксп.. Полученные результаты подтверждают значимость найденных регрессионных уравнений.

Таблица 5 - Доверительные интервалы теоретически рассчитанных и экспериментальных значений для ГГА 3 ч. и _ГГА 5 ч. соединений VII - VIII_

№ А ГГА 3ч.рассч. (ур-е 2) А ГГА 3ч.ЭКсп. А ГГА 5ч.рассч. (ур-е 6) А ГГА 5ч.эксп.

VII - 36,95 - - 6,81 - 24,42 --13,98 - 28,97 - +8,04 - 28,21 - - 18,39

VIII - 37,63 - - 7,22 - 2,16 - +2,16 - 25,98 - +6,22 -12,86 -- 5,74

В результате, можно сделать вывод, что полученные зависимости 2 и 6 могут быть использованы для целенаправленного поиска новых активных соединений с гипогликемической активностью в ряду N'-ацилгидразидов N- ацилзамещенных производных антраниловой кислоты.

Литература

1. Андрюков К. В., Коркодинова Л.М.. Константы липофильности в поиске биологически активных веществ с противовоспалительным действием в ряду производных N- арилзамещенных антраниловых кислот. // Фундаментальные исследования. - 2014. - № 3 (часть 3). - стр. 533-538.

2. Андрюков К. В., Коркодинова Л.М., Кремлёва О. Б.. Прогнозирование значений констант ионизации в ряду замещённых амидов и гидразидов ^ацил-5-бром(3,5- дибром) антраниловых кислот с использованием квантово -химических параметров. // Хим.- фарм. журнал. - Т. 43, №4. - 2009. - С. 3 - 6.

3. Avdeef, A. Absorption and Drug Development, Wiley-Interscience, Hobroken, NJ. 2003. 287 p.

4. Курбатов Е.Р., Чупина Т.А., Коркодинова Л.М.. Гипогликемическая активность замещенных амидов галогенантраниловых кислот // Хим.- фарм. журнал. - Т. 48, №10. - 2014. - С. 37 - 38.

References

1. Andryukov K. V., Korkodinova L.M.. Konstanty lipofilnosti v poiske biologicheski aktivnykh veschestv s protivovospalitelnym dejstviem v ryadu proizvodnykh n- arilzameschennykh antranilovykh kislot. // Fundamentalnye issledovaniya. - 2014. - 3 (part 3). - p. 533-538.

2. Andryukov K. V., Korkodinova L.M., Kremleva O. B.. Prognozirovanie znachenij konstant ionizatsii in series substituted amides and hydrazides of N-acyl-5-bromo (3,5- dibromo) anthranilic acids with using kvantovo - khimicheskikh parametrov. // Khim.- Farm. zhurnal. - t. 43, 4. - 2009. - p. 3 - 6.

3. Avdeef, A. Absorption and Drug Development, Wiley-Interscience, Hobroken, NJ. 2003. 287 p.

4. Kurbatov E. R., Chupina T.A., Korkodinova L.M.. Gipoglikemicheskaya aktivnost zameschennykh amidov halogen anthranilic acids // Khim.- farm. zhurnal. - t. 48, 10. - 2014. - p. 37 - 38.

DOI: 10.18454/IRJ.2016.47.129 Ларин С.Л.1, Будко Е.В.2, Хабаров А.А.3

1ORCID: 0000-0001-7308-088X, аспирант; 2ORCID: 0000-0001-8861-7491, профессор, доктор фармацевтических наук; 3профессор, доктор фармацевтических наук, Курский государственный медицинский университет ВЛИЯНИЕ РАЗНОРАЗМЕРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЦИНКА НА ПОДЪЕМНУЮ СИЛУ ТЕСТ-КУЛЬТУРЫ

SACCHAROMYCES CEREVISIAE

Аннотация

В статье представлено исследование воздействия неорганических соединений Zn различного размера и морфологии (технические образцы ZnO, Zn(OH)2 и ZnSO4, микронизованные различными способами образцы ZnO и синтезированные образцы наноразмерного Zn(OH)2) на подъемную силу тест-культуры Saccharomyces cerevisiae. Показана высокая активность малорастворимых соединений при сравнении с ионной формой. Наблюдается зависимость биологического отклика от морфологии и размерности исследованных соединений.

Ключевые слова: Saccharomyces cerevisiae, подъемная сила, оксид цинка, гидроксид цинка, наночастицы, микрочастицы, форма наночастиц.

Larin S.L.1, Budko E.V.2, Khabarov A.A.3

1ORCID: 0000-0001-7308-088X, postgraduate student; 2ORCID: 0000-0001-8861-7491, professor, PhD in pharmaceutics; 3professor, PhD in pharmaceutics, Kursk State Medical University EFFECT OF DIFFERENT SIZED ZINC COMPOUNDS ON THE LIFTING FORCE OF THE TEST CULTURE

SACCHAROMYCES CEREVISIAE

Abstract

The article presented a study of the effects of inorganic Zn compounds of various size and morphology (technical samples ZnO, Zn(OH)2 and ZnSO4, micronized by different ways ZnO samples and synthesized nanoscaled Zn(OH)2) to the lifting force of the test culture of Saccharomyces cerevisiae. High activity of slightly soluble connections when comparing with an ionic form is shown. Dependence of a biological response on morphology and dimension of the studied connections is observed.

Keywords: Saccharomyces cerevisiae, lifting force, zinc oxide, zinc hydroxide, nanoparticles, microparticle, form of nanoparticles.

Введение

Среди микронутриентов, критически необходимых для поддержания нормального уровня гомеостаза живого организма особенно выделяется цинк [8]. Дополнительное введение микроэлемента проводится, как правило, с применением растворимых - ионизированных соединений. Это связано с пониманием общих механизмов транспорта металлов через перемещение ионов посредством семейства переносчиков Zip и ZnT [12, 15].