ХИМИЯ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ, 2004, том 38, № 1, с. 4-9
РАДИАЦИОННАЯ ХИМИЯ
УДК 541.51:547.953
ВЛИЯНИЕ ПРОИЗВОДНЫХ БИФЕНОЛОВ И ХИНОНОВ НА РАДИАЦИОННО-ИНИЦИИРОВАННОЕ ДЕФОСФОРИЛИРОВАНИЕ ГЛИЦЕРО-1-ФОСФАТА
© 2004 г. Т. А. Потоцкая, О. И. Шадыро, И. Л. Юркова
Научно-исследовательский институт физико-химических проблем Белорусского государственного университета 220080, Минск, ул. Ленинградская, 14 E-mail: shadyro@open.by Поступила в редакцию 09.09.2002 г.
Изучено влияние производных бифенолов и хинонов на радиационно-инициированное дефосфори-лирование глицеро-1-фосфата в различных условиях. Установлено, что в дезаэрированной среде производные пара- и орто-хинонов ингибируют образование фосфат-аниона в 1.8-1.9 раза, производные гидрохинонов и пирокатехинов - в 1.3-1.4 раза, 5-метилрезорцин и 2-метоксифенол не влияют на отщепление неорганического фосфата. Показано, что уменьшение радиационно-химичес-ких выходов фосфат-аниона связано с окислением хинонами радикалов глицеро-1-фосфата, образующихся при у-радиолизе его в водных растворах.
При действии ионизирующего излучения на биомембраны имеют место разнообразные сво-боднорадикальные процессы [1], одним из наиболее изученных является перекисное окисление липидов (ПОЛ) [1, 2]. В наших работах [3-7] пока-
Фосфатидилглицерин: У =
= (К1СОО)СН2СН(К2СОО)СИ2, где ^-углеводородные остатки. Глицеро-1-фосфат: У = Н.
Приведенные в работе [5] величины радиацион-но-химических выходов продуктов, образующихся в результате пероксидации и фрагментации фос-фатидилглицерина, свидетельствуют о сопоставимой вероятности протекания этих процессов. Известно, что природные и синтетические феноль-ные антиоксиданты (АО) играют важную роль в регуляции ПОЛ [1, 2]. На наш взгляд, для защиты биосистем от свободнорадикального повреждения целесообразно использовать вещества, которые эффективно ингибируют не только ПОЛ, но и СРФ липидов.
зано, что наряду с перекисным окислением фосфо-липиды, содержащие свободную гидроксильную группу в Р-положении к фосфоэфирной связи, могут претерпевать свободнорадикальную фрагментацию (СРФ), согласно схеме (I):
(I)
Интерес к изучению превращений фосфоэфи-ров глицерина, в частности глицеро-1-фосфата (ГФ), обусловлен тем, что они являются структурными фрагментами глицерофосфолипидов и при исследовании свободнорадикальных превращений последних могут быть использованы как модельные соединения. Кроме того, ГФ представляет собой важный компонент клетки, участвующий не только в синтезе липидов, но и некоторых других метаболических процессах. Одним из основных продуктов у-радиолиза водных растворов ГФ является фосфат-анион, который образуется преимущественно за счет реакции фрагментации ГФ (схема 1) [3, 8, 9].
С целью изучения влияния АО на процесс СРФ липидов мы исследовали радиационно-иницииро-
ванную фрагментацию ГФ в присутствии производных бифенолов и хинонов.
Известно, что реакция СРФ (I) протекает при радиолизе различных би- и полифункциональных органических соединений [1, 10]. На примере а-ди-олов установлено, что кислород может ингибиро-вать процесс их фрагментации, окисляя а-гидро-
ксиалкильные радикалы (RC ОН). Карбонильные соединения, в частности альдегиды и кетоны, также могут окислять радикалы RC ОН [10]. К карбонильным соединениям, являющимся хорошими окислителями, относятся хиноны. Многие биологически активные соединения такие, как токоферолы, флавоноиды, убихиноны, витамины группы К, которые могут выступать в роли АО, присутствуют в биомембранах преимущественно в одной из наиболее стабильной для данного соединения форме: фенольной или хинонной. Изложенные выше факты и обусловили проведенный в настоящей работе поиск ингибиторов СРФ глицеро-1-фос-фата среди производных хинонов и бифенолов, моделирующих структурные фрагменты природных веществ.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Использовали тролокс С (1), убихинон Q0 (2), оксиацетон фирмы "Sigma"; 5-метилрезорцин (3), 2-метоксифенол (4) и 4-трет-бутилпирокатехин (5) фирмы "Aldrich". Соединение 4-трет-бутилбен-зохинон-1,2 (6) было получено по методике [11]. Вещества 2-трет-бутилгидрохинон (7) и 2-трет-бутилбензохинон-1,4 (8), а также 2,3,5-триметилги-дрохинон (9) и 2,3,5-триметилбензохинон-1,4 (10) были предоставлены Г.И. Полозовым и Л.А. Масловской. Структуру синтезированных веществ определяли методом ЯМР, их чистоту контролировали хромато-масс-спектрометрически.
Водные 0.1 М растворы ГФ с добавками и без добавок облучали в запаянных ампулах на установке ЛМБ-у-1М (источник 137Cs) с мощностью дозы 0.33 Гр/с. Для насыщения систем 02 или его удаления растворы продували соответствующим газом -кислородом или аргоном в течение 30 и 60 мин. Для установления необходимой величины рН раствора использовали NaOH и HClO4. Фосфат-анион определяли в соответствии с [12], оксиацетон - как описано в [3]. Продукты радиационно-иницииро-ванных превращений производных бифенолов и хинонов определяли спектрофотометрически на приборе "Specord-40". Спектры поглощения данных веществ в водных 0.1 М растворах ГФ снимали до и после их облучения. В спектрах исследуемых соединений их фенольные формы имели максимумы поглощения при 290 ± 5 нм, а хинонные - при 270 ± 3 нм.
Таблица 1. Радиационно-химические выходы фосфат-аниона и оксиацетона, образующихся в результате у-радиолиза водных дезаэрированных 0.1 М растворов ГФ в присутствии 0.5 мМ производных бифенолов и хинонов (рН 7.1)
Радиационно-химические выходы рассчитывали из данных по накоплению продуктов радиолиза от поглощенной дозы. В использованном интервале поглощенных доз (0-3 кГр) количество продуктов фрагментации ГФ увеличивалось линейно с ростом дозы облучения.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
С целью получения информации, в какой мере соединения, моделирующие природные АО, будут влиять на радиационно-инициированное де-фосфорилирование ГФ, мы исследовали образование фосфат-аниона в присутствии соединений 1 и 2 (табл. 1). Последние являются водорастворимыми аналогами а-токоферола и коэнзима 010 соответственно. Введение вещества 1 в раствор ГФ уменьшало радиационно-химический выход фосфат-аниона в 1.35 раза, а соединение 2 - в 1.8 раза. При исследовании фрагментации ГФ в присутствии соединений 5-8 было установлено, что хиноны подавляли образование фосфат-аниона эффективнее, чем бифенолы (табл. 1). При этом, исходя из спектрофотометрических данных, следовало, что с увеличением дозы облучения происходило восстановление убихинона 00, хинонов 6 и 8 до соответствующих фенольных соединений, а в спектрах тролокса, бифенолов 5 и 7 появлялись полосы поглощения, характерные для продуктов их окисления - соответствующих хинонов. На рис. 1 представлены зависимости УФ-поглощения соединений 1 и 2 от дозы при их у-облучении в водных 0.1 М растворах ГФ. Изменения в спектрах поглощения веществ 5-8 и 10 при их облучении в
водных 0.1 М растворах ГФ были аналогичны тем, что и в случае соединений 1 и 2.
Влияние хинонов и бифенолов на фрагментацию ГФ может проявляться на стадии инициирования, так как данные вещества эффективно взаимодействуют с активными частицами, продуктами радиолиза воды. Константа скорости реакции тролокса с ОН-радикалом составляет 2.2 х 109 л моль-1 с-1 (рН 7.0) [13], а для 4-трет-бутилпирокатехина -7.6 х 109 л моль-1 с-1 (рН 7) [14]. В результате происходит образование семихинонных радикалов. Хиноны также могут эффективно реагировать с
е-ч Н-атомом и ОН-радикалом. 4-трет-бутил-бензохинон-1,2 реагирует с данными частицами с константами скорости 1 х 1010, 7.8 х 108 и 6.5 х х 109 л моль-1 с-1 соответственно [14]. Однако реакция между ГФ с ОН-радикалом также протекает с константой скорости порядка 2 х 1010 л моль-1 с-1 [9]. В исследованных системах концентрация субстрата превышает концентрацию добавок в 200 раз, поэтому можно предположить, что реакции изученных бифенолов и хинонов с ОН- и Н-частица-ми будут маловероятны и, следовательно, не будут вносить существенного вклада в ингибирова-ние дефосфорилирования ГФ.
Как мы уже отмечали, хиноны подавляли фрагментацию ГФ эффективнее, чем бифенолы. Поскольку хиноны проявляют окислительные свойства, можно предположить, что радикал Я(1) глице-ро-1-фосфата будет окисляться хинонами согласно схеме (II):
НО
НО.
Р
О* "ОН
НО о
ОН +
О
ОН +
О
О
О
ОН
(II)
О
ОН
Это подтверждают данные работы [15], в которой методом импульсного радиолиза установлено, что ЯС ОН-радикалы ряда биологически важных веществ могут окисляться пара-бензохино-ном с образованием соответствующего карбонильного соединения и семихинонного радикала с высокими константами скорости (^ ~ 109 л моль1 с1).
Что касается бифенолов, то возможно на начальных стадиях облучения в дезаэрированных растворах производные гидрохинона и пирокатехина реагируют с образующимися в процессе радиолиза радикальными интермедиатами с образованием семихинонного радикала, который далее может окисляться до хинона. Авторами [16] уста-
Поглощение 1.0'
Поглощение 0.5
0.12 -
0.08-
0.04-
0 1.0
(б)
2
270
Длина волны, нм
300
1.0 1.5
Доза, кГр
Рис. 1. Зависимость УФ-поглощения у-облученных водных 0.5 мМ растворов убихинона Qo (а) и тролокса С (б), содержащих 0.1 М ГФ, от поглощенной дозы (рН 7.1): 1, 2 - поглощение убихинона Qo (268 нм), 3, 4 - поглощение убихинола Qo (285 нм), 5, 6 - поглощение тролокса С (290 нм), 7,8 - поглощение хинона тролокса С (270 нм). Дезаэрированные системы: •, ■ - кислородсодержащие системы: Л, □. Каждая точка - результат трех независимых определений.
новлено, что фенольные соединения могут взаимодействовать с углеродцентрированными радикалами. Константы скорости таких реакций в бензоле или толуоле изменялись в пределах от 2.3 х 103 л моль-1 с-1 для 4-цианофенола до 7.1 х х 105 л моль-1 с-1 для а-токоферола. Согласно [17], реакция НОС Н и трет-бутильного радикалов с 2,6-ди-трет-бутилфенолом в гептане протекает с равной 702 и 93 л моль1 с1 соответственно. Из данных работы [18] следует, что радикалы
Рис. 2. Оптический спектр поглощения у-облученно-го водного дезаэрированного 0.5 мМ раствора 2,3,5-триметилгидрохинона, содержащего 0.1 М ГФ, рН 5.0 (а) и 9.0 (б). Мощнос
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.