Диссертации и авторефераты Украины
Перейти на каталог
Каталог авторефератов

Я ищу:
Диссертация / Автореферат

По вопросу доставки диссертации по этой теме пишите на электронный адрес: info@disser.com.ua
Тема автореферата диссертации: Моделювання перетворень вітаміну B1 і його структурних тіазолієвих аналогів в процесах біологічного транспорту 2004 года.
Источник: Автореф. дис... канд. хім. наук: 02.00.10 / Роман Валерійович Бугас; НАН України; Інститут біоорганічної хімії та нафтохімії. — К., 2004.
Аннотация:

Текст работы:

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ

ІНСТИТУТ БІООРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ ТА НАФТОХІМІЇ







Бугас Роман Валерійович




УДК 577.164.11 + 547.789




МОДЕЛЮВАННЯ ПЕРЕТВОРЕНЬ ВІТАМІНУ В1

І ЙОГО СТРУКТУРНИХ ТІАЗОЛІЄВИХ АНАЛОГІВ

В ПРОЦЕСАХ БІОЛОГІЧНОГО ТРАНСПОРТУ






02.00.10 біоорганічна хімія





АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата хімічних наук

Київ -2004


Дисертацією є рукопис.


Робота виконана в Інституті біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України.



Захист відбудеться 19 листопада 2004 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.220.01 в Інституті біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, 02094, Київ-94, вул. Мурманська, 1.

       

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України, 02094, Київ-94, вул. Мурманська, 1.


Автореферат розісланий 15 жовтня 2004 року.


Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради                                                             Д.М. Федоряк

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ



Актуальність теми. Вітамін В1 (тіамін) відіграє важливу роль в процесах життєдіяльності, проявляючи високу нейроактивність і забезпечуючи функціо-нування тіаміндифосфат-залежних декарбоксилаз, дегідрогеназ, оксидаз α-кето-кислот, транскетолази та інших ферментів. Аналіз наукової літератури свідчить про значну кількість робіт, присвячених дослідженню шляхів метаболізму вітаміну В1 та закономірностей каталітичної дії тіамінових ферментів. При цьому майже не зясованими залишаються питання, які стосуються механізмів біологічного транспорту тіаміну. Припускається, що при взаємодії вітаміну В1 з мембранними структурами і транспортними білками можуть відбуватися його зворотні перетворення в ентіольну або нейтральну трициклічну форму (Brown, 1990; Kozik, 1996). Однак до цього часу подібні реакції тіаміну і його фосфорних естерів не були ідентифіковані з функціями конкретних ферментів чи тіамінзвязуючих білків.

Актуальність досліджень механізмів біологічного транспорту вітаміну В1 і тіамінфосфатів обумовлена відомими кореляціями поміж порушеннями їх обміну та розвитком ряду захворювань (Neufeld et al., 2001). Підхід, що застосовується в біоорганічній хімії, включає вивчення механізмів модельних хімічних реакцій тіаміну і його структурних аналогів, в тому числі реакції розкриття тіазолієвого циклу (Washabaugh et al., 1995). Детальні дослідження таких перетворень сприяють формуванню уявлень про реакційну здатність природних і синтетичних похідних тіазолію в живій клітині.

Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота є складовою частиною  науково-дослідних робіт Інституту біоорганічної хімії та нафтохімії НАН України (теми 2.1.10.13-99 "Дослідження біоміметичних реакцій з метою розробки теоретичних основ спряження одно- та дво-електронних стадій в біохімічних системах", № держреєстрації 0199U003949, ЦНП 25-02 „Дослідження модельних перетворень природних і синтетичних біорегуляторів. Фундаментальні основи пошуку і створення нових біологічно активних речовин”, № держреєстрації 0102U005104).

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи було встановлення властивостей і вивчення закономірностей перетворень вітаміну В1 та його структурних тіазолієвих аналогів в модельних хімічних і біохімічних системах. Завдання дослідження включали:

  • синтез спін-мічених солей тіазолію і вивчення взаємодії парамагнітних моделей вітаміну В1 з катіонними та аніонними міцелами;
  • визначення і порівняння кінетичних параметрів розкриття тіазолієвого циклу тіаміну і його структурних аналогів в присутності загальної основи;
  • дослідження впливу 4-аміно-2-метилпіримідиніл-5-метильного замісника на швидкість розкриття бензтіазолієвого циклу і квантовохімічні розрахунки ймовірних інтермедіатів реакції;
  • вивчення модельних перетворень 3-алкілоксикарбонілметилтіазолій хлоридів при взаємодії з карбонільними сполуками в змішаних міцелах;
  • дослідження впливу ліпофільних тіазолієвих катіонів на фотосинтетичні мембрани в хлоропластах.

Обєкт дослідження вітамін В1 та інші солі тіазолію.

Предмет дослідження механізми модельних перетворень тіаміну і його структурних аналогів.

Методи дослідження хімічна кінетика, спектрофотометричний аналіз, органічний синтез, високоефективна рідинна хроматографія, ЕПР-спектроско-пія, ЯМР 1Н-спектроскопія.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше продемонстровано залежне від температури і рН звязування парамагнітного тіазолієвого іону, що вміщував 2,2,6,6-тетраметилпіперидиніл-4-амінокарбонілметильний замісник в положенні 3, міцелами бромистого цетилтриметиламоній броміду та додецил-сульфату натрію. Визначено константи швидкості розкриття тіазолієвого циклу тіаміну та його структурних аналогів в присутності загальної основи і показано, що каталіз основним компонентом буферу корелює з індуктивним ефектом замісника, в тому числі 4-аміно-2-метилпіримідиніл-5-метильного, в положенні 3 тіазолієвого іону. На основі квантовохімічних розрахунків та результатів кінетики перетворення 3-[(4-аміно-2-метилпіримідиніл-5)метил]бензтіазолієво-го іону в тіольну форму представлено модель участі екзоциклічної 4-аміно-групи в механізмі розкриття бензтіазолієвого циклу. Продемонстровано роль карбонільного субстрату в реакції розкриття тіазолієвого циклу в міцелярному середовищі. Встановлено закономірності інгібуючого впливу ліпофільних тіазолієвих солей на фотофосфорилюючу систему хлоропластів гороху.

Практичне значення одержаних результатів. Вперше синтезовано спін-мічені похідні тіазолію, які можуть бути використані на практиці для досліджень тіамінзвязуючих білків та процесів біологічного транспорту вітаміну В1. Синтезовано ряд нових солей тіазолію, що ефективно інгібують фотофосфорилювання в хлоропластах гороху. Результати роботи можуть бути важливими для обґрунтування звязку поміж структурою та біологічною активністю тіазолієвих аналогів тіаміну.

Особистий внесок здобувача. Дисертантом виконано експериментальну частину дисертаційної роботи, проведено необхідні розрахунки кінетичних та інших параметрів, проаналізовано отримані результати. Планування роботи, обговорення механізмів і формулювання висновків відбувалося спільно з науковим керівником. Друковані роботи були підготовлені за безпосередньою участю дисертанта.

Апробація результатів дисертації. Результати роботи були представлені на наукових конференціях з біоорганічної хімії та нафтохімії ІБОНХ НАН України (Київ,  2002 р., 2003 р.), XIX та XX Українських конференціях з органічної хімії (Львів, 2001 р., Одеса, 2004 р.), VIII Українському біохімічному зїздові (Чернівці, 2002 р.), Міжнародній конференції “Новые технологии получения и применения биологически активных веществ (Алушта, 2002 р.), Міжнародній конференції з хімії азотвмісних гетероциклів (Харків, 2003 р.).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 4 статті в наукових фахових виданнях і тези 7 доповідей.

Структура та обєм роботи. Дисертація складається зі вступу, огляду літератури, експериментальної частини, викладу отриманих результатів та їх обговорення, висновків і списку літератури (141 найменування). Дисертаційна робота налічує 123 сторінки друкованого тексту і проілюстрована 6 таблицями та 21 малюнком.


ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ


В першому розділі представлено огляд літератури, яка присвячена вивченню механізмів модельних перетворень вітаміну В1 і його структурних тіазолієвих аналогів.

В другому розділі описано синтези вихідних речовин, що були обєктами дослідження, та умови проведення експериментів.

Третій розділ включає результати вивчення методом ЕПР спектральних властивостей спін-мічених іонів тіазолію в міцелярних системах. Представлено кінетичні дані реакції розкриття тіазолієвого циклу тіаміну і його структурних аналогів в присутності загальної основи. Розглянуто вплив 4-аміно-2-метил-піримідиніл-5-метильного замісника на швидкість розкриття бензтіазолієвого циклу і подано квантовохімічні розрахунки та стереохімічні моделі ймовірних інтермедіатів цієї реакції. Обговорюються результати дослідження перетворень солей тіазолію в міцелярному середовищі в присутності ацетилбензоїлу. Проаналізовано взаємодію ліпофільних тіазолієвих катіонів з фотофосфори-люючою системою хлоропластів.


Спін-мічений іон тіазолію: рН-залежне звязування міцелою


Стабільні нітроксильні радикали застосовуються в біоорганічній хімії для дослідження біорегуляторів та процесів, що відбуваються за їх участю, методом ЕПР (Жданов, 1981; Likhtenshtein et al., 2000). Нами вперше синтезовано парамагнітні структурні аналоги вітаміну В1 - 3-[(1-оксил-2,2,6,6-тетраметилпі-перидиніл-4)амінокарбонілметил]-4,5-диметилтіазолій хлорид  (1) і 3-[(1-ок-сил-2,2,6,6-тетраметилпіперидиніл-4)амінокарбонілметил]-4-метил-5-[2-(ада-мантил-1-карбонілокси)етил]тіазолій хлорид (2). Методом ЕПР досліджено властивості вільних радикалів 1 і 2 при взаємодії з катіонними та аніонними міцелами в фосфатному буфері (рН 6 і рН 7,6) в інтервалі температур від 20оС до 60оС. Вид спектрів ЕПР спінових зондів 1, 2 в міцелярному розчині визначається рядом факторів, найсуттєвішими з яких є константи надтонкої взаємодії та час кореляції обертальної дифузії (τс). За умов дослідів величина τс відповідала закономірностям „швидкого” ізотропного обертання.

Ці дані вказують на те, що ефективність взаємодії спін-міченого тіазолієвого іону з аніонною міцелою SDS може визначатися величиною рН середовища. 

Звязування радикалу 1 міцелами, які утворені цетилтриметиламоній бромідом (CTAB),  при рН 6 та 7,6 є менш значним (рис. 2). Однак у випадку радикалу 2, що вміщує гідрофобний замісник у положенні 5, при рН 7,6 з підвищенням температури інтенсивність обертання суттєво знижується (величина τс зростає), що свідчить про можливі перетворення тіазолієвого іону при взаємодії з гідроксид-іонами, які концентруються рядом з катіонними центрами надмолекулярного асоціату.



Таким чином, введення 1-оксил-2,2,6,6-тетраметилпіперидинільного залишку в структуру замісника в положенні 3 тіазолієвого циклу дозволяє методом ЕПР продемонструвати його властивості в міцелярних системах, зокрема: рН-залежне (конкурентний в