ХИМИЯ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИИ, 2009, том 43, № 6, с. 487-490
^=РАДИАЦИОННАЯ ХИМИЯ
УДК 541.15:547.466
РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ТРЕОНИНА И ЕГО ПРОИЗВОДНЫХ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ
© 2009 г. А. А. Сосновская, А. А. Сладкова, И. С. Добриденев, О. И. Шадыро
Белорусский государственный университет Беларусь, 220030, Минск, ул. Ленинградская, 14 E-mail: shadyro@open.by Поступила в редакцию 17.03.2009 г.
Показано, что наличие а,Р-аминоспиртовой группировки в молекуле гидроксилсодержащей аминокислоты треонина и его производных обусловливает их способность подвергаться свободнорадикальной деструкции с разрывом С-С-связи, протекающей за счет фрагментации азот- и углеродцентрирован-ных радикалов исходных веществ.
Радиационно-индуцированные превращения аминокислот (АК), белков, протеинов детально изучались, так как с ними во многом связывают формирование биологических эффектов действия радиации [1]. Наблюдается особый интерес к изучению радиа-ционно-индуцированных реакций белковых молекул с активными формами кислорода (АФК). Это связано с тем, что АФК, во многом за счет взаимодействия с регуляторными белками, участвуют в процессах функционирования организма [2]. Имеются данные, что АФК опосредованно задействованы в процессах клеточного деления, дифференцирования, передачи внешних сигналов, ионного транспорта, иммунного ответа [3]. АФК играют важную роль в защите организма от микробных и вирусных инфекций, в борьбе с клетками опухолей и в поддержании внутриклеточного иммунитета. С другой стороны, взаимодействие АФК с белковыми молекулами, как и с другими биополимерами, в условиях окислительного стресса ведет к гибели или злокачественной трансформации клеток.
Способность ионизирующего излучения при действии на водные системы генерировать АФК делает методы радиационной химии востребованными для изучения ключевых процессов функционирования биосистем в норме и патологии. Для понимания на молекулярном уровне изменений белков при их взаимодействии с АФК необходима информация о закономерностях радиолиза водных растворов АК. Получению такой информации уделялось много внимания. Однако имеются проблемы, касающиеся как отдельных представителей этого класса соединений, так и путей их возможных радиационно-хи-мических превращений. Гидроксилсодержащие АК (серин, треонин) занимают особое место в этом плане по возможному разнообразию и вероятности ра-диационно-индуцированных реакций, в которые, исходя из своего строения, они могут вступать. Ранее нами показано [4], что продукты радиолиза воды
инициируют дезаминирование треонина и серина существенно эффективнее, чем других АК. Наличие в серине и треонине свободной гидроксильной группы в Р-положении к амино- и карбоксильной группам делает эти АК предрасположенными вступать и в другие процессы, изучение которых было предметом настоящего исследования. С этой целью нами изучены закономерности радиационно- и фотоинду-цированных процессов деструкции гидроксилсодержащей АК треонина и ее производных.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В работе использованы Б,Ь-треонин (I), 1-амино-пропанол-2 (II), L-треонина метиловый эфир (гидрохлорид) (III), метиловый эфир N-карбобензилоксит-реонина (метиловый эфир N-CBZ-L-треонина) (IV) фирмы "Sigma". Исследовали 0.1 М водные растворы соединений I-III при комнатной температуре. Растворы готовили на бидистиллированной воде. Доведение рН растворов до необходимых величин осуществляли прибавлением водных растворов хлорной кислоты или гидроксида натрия. Удаление кислорода проводили путем продувки ампул с растворами исследуемых веществ аргоном высокой степени очистки в течение 45 мин. Насыщение кислородом осуществляли продувкой ампул с растворами чистым кислородом в течение 40 мин. После запаивания ампулы облучали на у-установке с источником излучения 60Со, мощность поглощенной дозы составляла (0.49 ± 0.01) Гр/с, интервал поглощенных доз - 0.1-3.0 кГр.
УФ-облучение 0.1 М раствора соединения IV в этиловом спирте проводили с помощью лазера (к = = 266 нм; v = 10 Гц; Еимп = 3 х 10-4 Дж).
Анализ карбонильных продуктов свободноради-кальных превращений исследуемых веществ осуществляли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на хроматографе фирмы "Shi-
Выходы О (молекула/100 эВ) продуктов радиолиза 0.1 М водных растворов треонина (I) и 1-аминопропанола-2 (II) зависимости от рН
Исходные Продукты рН
вещества 1.5 3.0 7.0 9.5 12.0
I Аг КН3 - - 5.08 ± 0.32 - -
СН3СОСН3 2.11 ± 0.14 1.81 ± 0.11 1.13 ± 0.17 0.54 ± 0.11 0.50 ± 0.05
СН3СНО 0.04 ± 0.01 0.04 ± 0.01 0.05 ± 0.00 0.66 ± 0.11 2.10 ± 0.06
СН3СН2СНО 0 0 0.03 ± 0.00 0.72 ± 0.12 0.15 ± 0.01
II Аг КН3 1.76 ± 0.02 2.46 ± 0.16 4.28 ± 0.24 3.54 ± 0.14 3.64 ± 0.34
СН3СОСН3 0.79 ± 0.07 1.20 ± 0.06 1.10 ± 0.13 0.82 ± 0.12 0.39 ± 0.02
СН3СНО 0.04 ± 0.00 0.12 ± 0.02 0.30 ± 0.06 0.79 ± 0.08 1.20 ± 0.08
II О2 КН3 0.16 ± 0.05 0.52 ± 0.16 0.64 ± 0.08 2.36 ± 0.22 3.36 ± 0.20
СН3СОСН3 СН3СНО
0 0
0
0.10 ± 0.00
0
1.20 ± 0.02
madzu" после проведения реакции карбонильных продуктов с 2,4-динитрофенилгидразином. Условия хроматографирования: колонка NuCLEOSIL 120-5 C18 (длина - 250 мм, внутренний диаметр - 4 мм), элюент - метанол/вода (80/20), скорость подачи элюента - 0.7 мл/мин, температура - комнатная, объем вводимой пробы - 4 мкл, детектор ЦУ-УК, X = 366 нм.
Анализ аммиака в растворах исследуемых соединений проводили методом жидкостной хроматографии на аминокислотном анализаторе Т339 ("М1кго1ееИпа РгаИа"), как описано в [4].
Все приведенные данные получены путем усреднения не менее 3 серий экспериментов. Радиацион-но-химические выходы рассчитывали из зависимостей накопления веществ от поглощенной дозы.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
При изучении радиолиза водных растворов различных АК показано, что дезаминирование и де-карбоксилирование исходных веществ являются основными процессами, вероятность которых во многом зависит от строения АК и рН растворов [1, 5-7]. Гидроксилсодержащие АК (серин, треонин) при облучении водных растворов наиболее эффективно элиминируют аммиак по различным механизмам [8, 9]. Информация о возможности реализации других радиационно-индуцированных превращений этих АК практически отсутствует. С целью получения такого рода данных мы исследовали состав продуктов радиолиза водных растворов треонина и его производных, а также возможность УФ-индуциро-ванной фрагментации амидного аналога треонина (IV).
Как следует из полученных данных (таблица), ра-диолиз треонина в водных растворах сопровождается как дезаминированием исходного вещества, так и образованием продуктов его деструкции по С-С-связи. Необходимо отметить, что такие продукты образуются и при радиолизе водных деарированных растворов аминоспиртового аналога треонина -1-аминопропанола-2. На выходы продуктов радиолиза веществ I и II существенно влияет рН среды.
Треонин, как и большинство АК, при радиолизе водных растворов взаимодействует как с еаф так и с радикалами Н и ОН [5]. Аминоспирты при облучении в водных растворах трансформируются главным образом за счет реакций с образующимися при радиолизе воды Н- и ОН-частицами [10]. Сходство в наборе основных продуктов радиолиза соединений I и II указывает на возможность реализации одних и тех же процессов, ответственных за образование этих продуктов. Так, дезаминирование аминоспир-тов протекает за счет распада а-гидроксилсодержа-щих углеродцентрированных радикалов исходных веществ [11, 12]. В случае вещества II это будет следующий процесс:
Реализация процесса (1) с большей вероятностью возможна, когда аминогруппа депротонирована либо гидроксильная группа в радикалах аминоспирта диссоциирована [10], что обеспечивает большие вы-
РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ТРЕОНИНА
489
ходы аммиака в нейтральных и щелочных растворах. Наряду с аммиаком при радиолизе соединения II образуется ацетон - продукт фрагментации II без разрушения углеродного скелета, выход которого уменьшается в щелочной среде. При радиолизе треонина также происходит образование со значительными выходами ацетона, этот процесс преимущественно реализуется в кислых средах, в которых
аминокислоты находятся в катионной форме. В данном случае для образования ацетона необходима реализация нескольких последовательных стадий сво-боднорадикальных превращений, включающих не только дезаминирование исходного вещества, но и его декарбоксилирование, что можно представить схемой (2):
Процесс (2) включает также стадию 1,5-миграции атома водорода с последующим декарбоксилирова-нием перегруппированного радикала. Для подтверждения данной схемы мы изучили состав продуктов радиолиза водного раствора метилового эфира треонина III, у молекул которого нет подвижного атома водорода в карбоксильной группе и a priori невозможна реализация стадии 1,5-миграции атома водорода. Нами установлено, что ацетон в этом случае не образуется, хотя соединение III при радиолизе подвергается дезаминированию [4]. Это говорит в пользу возможности реализации трансформации треонина по схеме (2).
Среди продуктов радиолиза водных растворов соединений I и II присутствует ацетальдегид. Выходы CH3CHO значительно увеличиваются в щелочных средах и достигают значений, указывающих на высокую вероятность реализации процессов, ведущих к деструкции исходных веществ за счет разрыва С-С-связи. Причем, как следует из данных по радиолизу водных растворов вещества II, кислород инги-бирует процесс образования ацетона - продукта фрагментации его углеродцентрированных радикалов по реакции (1) - и не влияет на выходы ацеталь-дегида в щелочных средах (см. таблицу). Это указывает на то, что С-С-деструкция соединений I и II с образованием ацетальдегида не включает стадию образования углеродцентрированных радикалов, которые эффективно окисляются кислородом. В данном случае по аналогии с фрагментацией О-цен-трированных радикалов а-диолов [13] возможна реализация следующей реакции:
\ R он \ *
/ \ =1120 / ( HO NH2 HO NH
R
% NH H ^
(3)
CH3CH0 + rchnh2
Я = -СООН (I), Н (II).
В щелочных средах взаимодействие ОН-радикалов с непротонированной аминогруппой протекает с существенно большей веро
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.