научная статья по теме РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННАЯ ДЕСТРУКЦИЯ ГИДРОКСИЛСОДЕРЖАЩИХ АМИНОКИСЛОТ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ Химия

Текст научной статьи на тему «РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННАЯ ДЕСТРУКЦИЯ ГИДРОКСИЛСОДЕРЖАЩИХ АМИНОКИСЛОТ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ»

РАДИАЦИОННАЯ ХИМИЯ

УДК 544.54:547.466

РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННАЯ ДЕСТРУКЦИЯ ГИДРОКСИЛСОДЕРЖАЩИХ АМИНОКИСЛОТ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ

© 2012 г. А. А. Сладкова*, А. А. Сосновская*, И. П. Едимечева*, В. А. Книжников**, О. И. Шадыро*

*Белорусский государственный университет Беларусь, 220030, Минск, ул. Ленинградская, 14 E-mail: shadyro@open.by **Институт физико-органической химии НАНБеларуси Беларусь, 220072, Минск, ул. Сурганова, 13 Поступила в редакцию 10.01.2012 г. В окончательном виде 24.02.2012 г.

Совокупность приведенных в работе данных свидетельствует о том, что гидроксилсодержащие аминокислоты при радиолизе их водных растворов подвергаются деструкции с разрывом —С—С— связи, приводящей как к декарбоксилированию молекул исходных веществ, так и к отщеплению боковых заместителей. Вероятность реализации этих реакций в значительной степени определяется величиной pH раствора. Важную роль в таких процессах деструкции играют аминильные радикалы или аминиевые катион-радикалы, образующиеся при взаимодействии серина и треонина с 'OH-радикалами по механизмам переноса электрона или атома водорода от аминогрупп исходных веществ.

Широкое распространение и биологическая значимость аминокислот (АК), пептидов, белков обусловливают неуменьшающийся интерес к изучению их свойств, включая и те, которые определяют пути радиационно-химических трансформаций этого класса соединений.

Надежно установлено, что основными процессами, протекающими при действии излучения на водные растворы большинства АК, являются дез-аминирование и декарбоксилирование исходных веществ [1—4]. Вероятность реализации этих процессов определяется строением АК и состоянием их в растворе. При физиологических значениях рН, когда АК находятся в цвиттер-ионной форме, их дезаминирование происходит по окислительному и восстановительному механизмам [1, 2]. Механизм радиационно-индуцированного де-карбоксилирования АК окончательно не установлен. В то же время выдвинуто предположение, что при радиолизе распад АК с элиминированием С02 протекает через стадию образования амини-евых катион-радикалов [3, 4].

Нами было показано, что радиолиз треонина в водных растворах сопровождается не только декарбоксилированием, но и деструкцией по —С—С— связи с отщеплением боковой цепи и образованием ацетальдегида [5]. Для выяснения закономерностей протекания радиационно-индуцированной деструкции гидроксилсо-держащих АК в настоящей работе исследовано влияние рН среды на состав продуктов радиоли-

за серина, треонина и их О-замещенных производных.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Использованы ДХ-серин, фосфат ДХ-сери-на, Х-треонин, О-метил-Х-треонин, фосфат Б,Ь-треонина, ДХ-аланин, ДХ-валин фирмы "ЛЫ-йеЫ".

Водные растворы исследуемых соединений готовили на бидистиллированной воде. Необходимая величина рН достигалась прибавлением растворов хлорной кислоты и гидроксида натрия. Исследуемые растворы помещали в ампулы и продували аргоном в течение 45 мин для удаления кислорода, после чего ампулы запаивали в токе инертного газа. Приготовленные образцы облучали на у-установке с источником излучения 60Со, мощность дозы — (0.39 ± 0.01) Гр с-1. Интервал поглощенных доз составил 0.47-1.87 кГр.

Анализ карбонильных продуктов радиолиза осуществляли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) на хроматографе ЬС-10ЛЭУР (8Ытаё2и) после проведения реакции карбонильных соединений с 2,4-динит-рофенилгидразином, как описано в [5].

Глицин в облученных растворах АК определяли методом ВЭЖХ после проведения реакции с орто-фталевым альдегидом, как описано в [6]. Условия хроматографирования: колонка Мие1ео-811 120-5 С18; элюент — цитратный буфер

283

2*

Радиационно-химические выходы О (молекула/100 эВ) основных продуктов деструкции, образующихся при радиолизе 0.01 М деаэрированных водных растворов АК

Исходные вещества Продукты радиолиза рН

7.0 9.5 12.0

Аланин CO2 0.93 ± 0.09 1.83 ± 0.19 2.42 ± 0.20

CH3CH0 0.05 ± 0.02 0.20 ± 0.02 0.43 ± 0.05

Валин C02 0.30 ± 0.03 1.35 ± 0.10 1.50 ± 0.14

(CH3) 2CHCH0 0.02 ± 0.01 0.05 ± 0.01 0.13 ± 0.03

Серин CO2 2.38 ± 0.19 3.19 ± 0.32 1.78 ± 0.20

CH20 0.010 ± 0.002 0.12 ± 0.01 0.70 ± 0.06

CH3CHO 0.32 ± 0.04 0.40 ± 0.05 0.20 ± 0.02

H0CH2CH0 0.02 ± 0.01 0.06 ± 0.01 0

NH2CH2C00H 0 0.07 ± 0.01 0.22 ± 0.02

Треонин C02 2.12 ± 0.15 2.40 ± 0.28 1.23 ± 0.10

CH3CH0 0.05 ± 0.02 0.61 ± 0.06 1.49 ± 0.15

CH3CH2CH0 0.02 ± 0.01 0.21 ± 0.03 0.09 ± 0.03

CH3C(0)CH3 0.19 ± 0.03 0.08 ± 0.02 0.06 ± 0.02

(pH 6.6)/метанол (60/40, об./об.); скорость подачи элюента — 1 мл/мин; температура 25°C; детектор флуоресцентный RF-10AXL (^ex = 330 нм, ^ет = 420 нм), объем вводимой пробы 1 мкл.

Неорганический фосфат в растворах фосфата серина и фосфата треонина определяли спектро-фотометрическим методом [7].

Анализ CO2 в облученных растворах исследуемых соединений проводили методом газо-жид-костной хроматографии с парофазной задачей пробы (хроматограф GC-2010, система автоматической задачи пробы A0C-5000 (Shimadzu)). Условия хроматографирования: колонка Rt®-Q-BOND; подвижная фаза — гелий; детектор по теплопроводности. Условия пробоподготовки: анализируемый раствор подкисляли раствором фосфорной кислоты до pH 1 и термостатировали при 100°C в течение 20 мин.

Радиационно-химические выходы образования веществ рассчитывали из данных по их накоплению в зависимости от поглощенной дозы излучения. В использованном интервале поглощенных доз концентрации продуктов радиолиза увеличивались линейно с ростом дозы облучения. Усреднение результатов и определение значения погрешности проводили по методу наименьших квадратов (с использованием программы Microsoft Excel).

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Для установления закономерностей радиаци-онно-индуцированных процессов —С—С— деструкции гидроксилсодержащих АК нами были определены состав и выходы ряда продуктов радиолиза 0.01 М нейтральных и щелочных водных растворов серина и треонина, для сравнения — также аланина и валина.

Полученные данные (таблица) однозначно указывают на то, что образование при радиолизе водных растворов АК продуктов, имеющих в своем составе меньшее число атомов углерода, чем исходные вещества, протекает более эффективно для серина и треонина, чем для аланина и валина. Процессы —С—С— деструкции исследованных АК при радиолизе интенсифицируются в щелочных растворах. Как следует из данных таблицы, основные продукты разрушения углеродного скелета молекул при радиолизе аланина и валина образуются в результате их декарбоксилирования, тогда как для серина и треонина также реализуются реакции, приводящие к накоплению формальдегида, глицина и ацетальдегида соответственно за счет отщепления боковых заместителей АК. Глицин, идентифицированный нами среди продуктов радиолиза треонина методом жидкостной хроматографии с масс-спектромет-рическим детектированием, используя монито-

РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННАЯ ДЕСТРУКЦИЯ

ринг заданного иона, из-за трудностей хромато-графического разделения с исходным веществом не был количественно определен.

Возрастание выходов продуктов деструкции для всех исследованных АК при переходе от нейтральных к щелочным растворам указывает на существенную роль в этих процессах непротониро-ванной аминогруппы исходных соединений. Подтверждением этому могут быть данные, полученные при изучении влияния рН среды на выходы продуктов радиолиза 0.1 М раствора треонина (рисунок). Приведенные на рисунке данные показывают наличие корреляции между долей молекул треонина с непротонированной аминогруппой и выходами ацетальдегида. Причем увеличение вероятности протекания процесса —С—С— деструкции с отщеплением боковой цепи треонина приводит к снижению вероятности реализации реакций, ответственных за образование ацетона (рисунок). Наблюдаемая зависимость выходов пропионового альдегида от рН свидетельствует о том, что реакции, приводящие к образованию данного продукта, предпочтительнее протекают при рН 9-10.

На примере радиолиза О-замещенных производных серина и треонина нами оценивалось участие свободной гидроксильной группы в молекулах этих АК в образовании продуктов разрыва —С—С— связи с отщеплением боковых заместителей. Установлено, что при радиолизе 0.1 М водных растворов фосфатов серина и треонина при

285

рН 12 происходит образование неорганического

фосфата с выходами О (И2РО4), равными (1.97 ± ± 0.12) и (2.02 ± 0.20) молекула/100 эВ соответственно. В то же время не обнаружены продукты отщепления боковой цепи как при радиолизе фосфатов гидроксилсодержащих АК, так и в случае растворов О-метил-треонина.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Данные [3, 4] и результаты настоящего исследования однозначно указывают, что все алифатические АК при радиолизе их водных растворов с той или иной вероятностью подвергаются де-карбоксилированию, к которому приводят реакции разрыва —С—С— связи в молекулах исходных веществ. Детали этого механизма, как отмечалось во введении, до конца не выяснены. В то же время наблюдаемое в работе [3] увеличение выходов СО2 в щелочных растворах в присутствии М2О указывает, как минимум, на два важных факта. Во-первых, процесс декарбоксилирования АК индуцируется образующимися при радиолизе воды *ОИ-радикалами. Во-вторых, АК в анионной форме более склонны при радиолизе вступать в реакции, приводящие к образованию СО2. Это позволило авторам [3, 4] выдвинуть предположение, что реакция декарбоксилирования АК протекает через стадию образования аминиевых катион-радикалов по схеме:

R— CH—COO- R— CH—COO-

'он. i —-- rc HNH2 + CO2.

nh2 -oh- nh2 2 (1)

(I)

В данном случае 'OH-радикалы взаимодействуют с непротонированнными аминогруппами АК по реакции переноса электрона по так называемому SET (single electron transfer) механизму. Образующиеся катион-радикалы (I) легко подвергаются гетеролитическому распаду, давая СО2 и RC * HNH2 радикалы, которые были обнаружены методом импульсного радиолиза [4].

8 ЕТ-механизм для АК, находящихся в цвит-тер-ионнной форме, невозможен, так как у атома азота аминогруппы нет неподеленной пары электронов. В данном случае к появлению Сцентрированных катион-радикалов (I) может приводить реакция отрыва

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком