научная статья по теме ВЛИЯНИЕ ВИТАМИНОВ ГРУППЫ В НА РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ГИДРОКСИЛСОДЕРЖАЩИХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Химия

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ ВИТАМИНОВ ГРУППЫ В НА РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ГИДРОКСИЛСОДЕРЖАЩИХ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ»

ХИМИЯ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИИ, 2011, том 45, № 5, с. 414-419

РАДИАЦИОННАЯ : ХИМИЯ

УДК 541.15+577.164.1

ВЛИЯНИЕ ВИТАМИНОВ ГРУППЫ В НА РАДИАЦИОННО-ИНДУЦИРОВАННЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ГИДРОКСИЛСОДЕРЖАЩИХ

ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ © 2011 г. С. Д. Бринкевич*, Р. Л. Свердлов*, П. Ю. Лагутин**, О. И. Шадыро*

* Белорусский государственный университет Беларусь, 220030, Минск, просп. Независимости, 4 ** СООО "Лекфарм" Беларусь, 223110, Логойск, ул. Минская, 2а E-mail: shadyro@open.by Поступила в редакцию 09.03.2011 г.

Методом стационарного радиолиза изучено взаимодействие витаминов группы В с а-гидроксилсодер-жащими углеродцентрированными радикалами, образующимися при облучении деаэрированных водных растворов этанола, этиленгликоля, а-метилгликозида, мальтозы и а-глицерофосфата при рН 7. В рамках теории функционала плотности рассчитаны энтальпии гомолитической диссоциации —С—Н, —О—Н и —N—H связей (BDE) и энтальпии присоединения Н-атома по —С=О и —C=N— группам (HAE) тестируемых соединений. Совокупность экспериментальных и расчетно-тео-ретических данных свидетельствует о том, что витамин В2, никотинамид и пиридоксальфосфат эффективно окисляют, а витамины Bi и В6 — восстанавливают а-гидроксилсодержащие углеродцентрирован-ные радикалы, предотвращая реакции их рекомбинации и фрагментации.

В настоящее время считается, что свободноради-кальное повреждение биологических объектов при воздействии на них ионизирующих излучений либо активных форм кислорода обусловлено модификацией азотистых оснований и возникновением одно- и двуцепочечных разрывов в структуре нуклеиновых кислот [1], а также активацией процессов пе-рекисного окисления липидов [2]. В работах [3—7] показано, что важную роль в формировании радиационного повреждения биомолекул могут играть реакции свободнорадикальной фрагментации, протекающие через стадию образования а-гидроксил-содержащих углеродцентрированных радикалов (а-ГУР) и приводящие к деструкции и модификации липидов [3—5], пептидов [6] и углеводов [7], а в ряде случаев — к образованию апоптозиндуцирую-щих молекул [5]. В отличие от перекисного окисления липидов реакции свободнорадикальной фрагментации происходят преимущественно с участием водорастворимых субстратов либо в полярных частях амфифильных молекул, что обусловливает необходимость поиска ингибиторов данного процесса среди гидрофильных веществ. В настоящей работе изучено влияние витаминов группы В на образование основных продуктов радиолиза этанола, этиленгликоля, а-метилгликозида, мальтозы и а-глицерофосфата в деаэрированных водных растворах при рН 7.

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Без предварительной очистки использовали следующие коммерчески доступные вещества: а-метил-D-глюкопиранозид, мальтозу, (+/—)-мезо-2,3-бу-тандиол, ацетальдегид, натрия D,L-а-глицерофос-фатгексагидрат (95%), пиридоксин (B6), никотина-мид (НА), рибофлавин (В2), пиридоксаль-5-фосфат (ПФ), тиамина гидрохлорид (Bj) фирмы "Sigma-Ald-rich", калия дигидрофосфат, натрия гидрофосфат и хлорную кислоту фирмы 'Aplichem". Этанол-ректификат (96 об. %) очищали сорбцией на цеолите марки "Wolfen Zeosorb LA" с последующей перегонкой. Этиленгликоль фирмы "Merk" перед использованием перегоняли при 8 мм рт. ст. для удаления карбо-нилсодержащих веществ.

Для приготовления деаэрированных растворов тестируемых веществ в этаноле их продували аргоном высокой степени чистоты (99.9%) в пикнометрах, после чего объем доводили до метки деаэрированным растворителем, раствор перемешивали, разливали в предварительно продутые аргоном ампулы и запаивали. Для приготовления водных растворов этанола, этиленгликоля, мальтозы и а-ме-тилгикозида с pH 7 использовали фосфатный буфер KH2PO4/Na2HPO4 [8]. В случае водных растворов а-глицерофосфата pH доводили до значений 7 ± ± 0.05 добавлением необходимых количеств хлорной кислоты или гидроксида калия. Концентрация большинства витаминов группы В в водных растворах гидроксилсодержащих органических соедине-

ний составляла 10 3 моль/л. Рибофлавин (В2) использовался в концентрации 2 х 10-4 моль/л в силу низкой растворимости. После приготовления растворы разливали по ампулам, продували аргоном в течение 60 мин, после чего запаивали. Облучение проводили на установке MPX-y-25M с источником 60Со. Мощность поглощенной дозы составляла 0.440 ± 0.006 Гр/с, интервал поглощенных доз — 0.13-1.32 кГр.

Концентрацию ацетальдегида, метанола и 2,3-бутандиола в растворах определяли методом газожидкостной хроматографии на "Shimadzu GC-17A" c пламенно-ионизационным детектором [9]. Глюкозу определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на "Shimadzu LC-10 AD" c рефрактометрическим детектором и колонкой 250/4 NUCLEOSIL Carbohydrate [10]. Концентрацию неорганического фосфата на фоне органического определяли реагентно-спек-трофотометрически с использованием методики, подробно описанной в [11]. Концентрацию добавок в облученных и исходных растворах определяли спектрофотометрически на "Specord S 600".

Вычисление энтальпии гомолитической диссоциации -С-Н, -N-H и -О-Н связей при 298 К (BDE), энтальпии присоединения Н-атома по кратным связям в структурах тестируемых соединений при 298 К

(НАЕ) проводили для конформеров, обладающих минимумом энергии в газовой фазе, по методике [12] в рамках теории функционала плотности (ОБТ) с использованием базиса (RO)B3LYP/6-311++G(2d,2p).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Простейший представитель а-ГУР — а-гидрок-сиэтильный радикал (а-ГЭР) образуется с радиаци-онно-химическим выходом О = 5.5 частиц/100 эВ [13] при радиолизе деаэрированного этанола (реакции (1), (2)). В отсутствие добавок а-ГЭР с примерно равной вероятностью расходуются в бимолекулярных реакциях рекомбинации (3) и диспропор-ционирования (4) с образованием соответственно бутандиола-2,3 (БД) и ацетальдегида (АА). Поэтому по изменению радиационно-химических выходов основных продуктов радиолиза деаэрированного этанола в присутствии тестируемых соединений можно судить о реакционной способности и механизме реакций исследуемых веществ с а-ГЭР.

C2H5OH

C2H5OH + e!

©

solv

C2H5OH + C2H5OH

C2H5OH2 + CH3CHOH,

(1)

(2)

®

Y

®

CH3CHOH + CH3CHOH-

CH3CH( OH)CH( OH) CH3

CH3CHO + C2H5OH.

(3)

(4)

При радиолизе деаэрированного этанола в присутствии витаминов группы В происходит практически полное подавление образования БД (таблица), что свидетельствует о высокой реакционной способности тестируемых соединений по отношению к а-ГЭР. При этом В2, НА и ПФ значительно увеличивают радиационно-химические выходы АА — продукта окисления а-ГЭР. Ранее было показано, что вещества, содержащие карбонильные группы: альдегиды [14], хиноны [15], иминохиноны [16], флавоноиды [17] и аскорбиновая кислота [9,12] способны окислять а-ГУР. Наличие данных функциональных фрагментов в структуре рассматриваемых веществ позволяет сделать заключение о возможности реализации следующей реакции:

СН3СНОН + < —»- СН3СНО + <3Н, (5)

д = в2, пф, на.

В случае витаминов В1 и В6 наблюдается одновременное снижение радиационно-химических

выходов как БД, так и АА, что характерно для веществ, способных восстанавливать а-ГЭР:

CH3CHOH + XH —► CH3CH2OH + X • ,

(6)

ХН = вь в6.

При радиолизе разбавленных деаэрированных водных растворов органических соединений гомо-литические реакции индуцируются радикальными продуктами радиолиза воды, образующимися по следующей схеме:

H2O-

-H • + e© + • OH + H3O®.

(7)

Использованные в работе концентрации гид-роксилсодержащих органических соединений в водных растворах не менее чем на 2 порядка превышали соответствующую величину для добавок, при этом константы скорости реакций радикальных продуктов радиолиза воды с витаминами группы В и субстратами являются сопоставимыми величинами [18]. Следовательно, наблюдаемые в присутствии тестируемых соединений изменения радиа-ционно-химических выходов основных продуктов

Влияние витаминов группы В на радиационно-химические выходы продуктов радиолиза гидроксилсодержагцих органических соединений в деаэрированных водных растворах

сл

Исследуемая Продукт радиолиза Радиационно-химический выход (О), молекула/100 эВ

система без добавок В1 В2 В6 ПФ НА

Этанол (96%) СН3СНО 1.58 ± 0.16 0.36 ± 0.06 2.98 ± 0.29 0.37 ± 0.26 2.27 ±0.86 3.01 ±0.27

СН3СН(НО)СН(ОН)СН3 1.31 ±0.03 0.09 ± 0.01 0.32 ± 0.03 0.12 ± 0.12 0.25 ±0.09 0.31 ±0.01

1 М раствор этанола СН3СНО 0.33 ±0.10 0.57 ± 0.07 3.56 ± 0.60 0.58 ± 0.05 3.98 ±0.18 2.13 ±0.51

СН3СН(НО)СН(ОН)СН3 1.68 ±0.14 0.04 ± 0.01 0.06 ± 0.01 0.04 ± 0.01 0.04 ±0.01 0.05 ±0.02

1 М раствор этанола, насыщенный ^О СН3СНО 2.55 ±0.25 0.98 ± 0.11 5.05 ± 0.19 0.95 ± 0.07 5.04 ±0.31 4.62 ±0.23

СН3СН(НО)СН(ОН)СН3 2.39 ±0.12 0.09 ± 0.01 0.24 ± 0.05 0.08 ± 0.01 0.12 ±0.02 0.17 ±0.01

3 М раствор этиленгликоля СН3СНО 12.24 ± 1.17 0.44 ± 0.03 0.54 ± 0.10 1.61 ± 0.20 0.30 ±0.05 2.98 ±0.91

НОСН2СНО 0.88 ±0.13 1.37 ± 0.15 4.05 ± 0.78 1.17 ± 0.25 4.50 ±0.36 0.66 ±0.11

1 М раствор этиленгликоля СН3СНО 3.21 ±0.14 0.18 ± 0.03 0.36 ± 0.05 0.32 ± 0.09 0.11 ±0.03 2.59 ±0.22

НОСН2СНО 1.18 ±0.10 1.09 ± 0.15 4.34 ± 0.25 1.79 ± 0.21 5.13 ±0.37 0.91 ±0.20

0.1 М раствор а-метилгликозида СН3ОН 1.71 ±0.11 0.31 ± 0.03 1.18 ± 0.06 1.46 ± 0.04 0.43 ±0.03 1.74 ±0.13

0.1 М раствор а-мальтозы Глюкоза 1.20 ±0.10 0.10 ± 0.04 - 1.07 ± 0.11 - -

0.1 М раствор а-глицерофосфата Н2РО- 2.84 ±0.07 1.63 ± 0.13 1.78 ± 0.10 1.68 ± 0.03 1.80 ±0.05 2.29 ±0.05

X К

и Е

о о

К X ш м

и ч м К К<

£

&1 ►и

Я

В

и Л

К

й тз

радиолиза обусловлены взаимодействием витаминов группы В с углеродцентрированными радикалами гидроксилсодержащих органических соединений.

Облучение деаэрированных разбавленных водных растворов этанола позволяет генерировать по реакции (8) а-ГЭР которые в отсутствие примесей расходуются равновероятно в бимолекулярных реакциях (3) и (4).

CHзCH2OH _Н2Н (НН) CHзC:HOH. (8)

В отсутствие добавок радиационно-химический выход АА снижается за счет взаимодействия с гид-ратированными электронами по реакции (9). Этот эффект может быть нивелирован насыщением раствора закисью азота, которая имеет более высокую

константу скорости реакции с е"

CH3CHO + е0 —-

• о н+ •

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

Пoхожие научные работыпо теме «Химия»