CC BY
107
ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2015, том 58, №7_
НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
УДК: 616-003.725:577.15:619
А.У.Козихонов, У.Н.Джулаев, У.Р.Раджабов, Мижгон Шухратзода, Г.М.Бобиев
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ КООРДИНАЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЦИНКА (II) С АМИНОКИСЛОТАМИ
Таджикский государственный медицинский университет им. Абуали ибн Сино
(Представлено академиком АН Республики Таджикистан У.М.Мирсаидовым 05.05.2015 г.)
Синтезированы координационные соединения цинка (II) с глицином и глутаминовой кислотой. Определена токсичность исследованных соединений.
Ключевые слова: координационные соединения - цинк - аминокислоты - глицин - глутаминовая кислота.
В последние десятилетия значительно увеличилось количество лекарственных препаратов, представляющих собой синтетические аналоги природных биологически активных веществ. Наиболее безопасными из них являются препараты на основе синтетических пептидов, поскольку они не являются чужеродными живому организму и вследствие этого вызывают наименьшее количество побочных реакций. Значительную часть из этих препаратов составляют иммуномодулирующие препараты, в том числе и на основе пептидов. Кроме этих пептидов, значительную роль в функционировании иммунной системы играют некоторые микроэлементы, наиболее значимым из которых с этой точки зрения является цинк. Роль его в клеточном иммунитете против бактерий, вирусов, паразитов и опухолевых клеток уже ни у кого не вызывает сомнений. Было показано, что иммуномодулирующи-ми свойствами обладают аминокислоты лизин, триптофан, глутаминовая кислота и их смеси. Число болезней, связанных с понижением иммунитета, в современном мире возрастает. С целью улучшения сферы действия лекарственных средств и создания более эффективного препарата для улучшения работы иммунной системы нужно разработать и внедрить новое наиболее эффективное с фармакологической точки зрения средство. До настоящего времени не был разработан ни один лекарственный препарат на основе биокоординационных соединений иммунологически активных микроэлементов и низкомолекулярных пептидов и аминокислот. В связи с этим представляется актуальным изучение путей комплексообразования аминокислот с ионами биологически активных металлов, таких как цинк, и создание на их основе новых высокоэффективных иммуномодулирующих препаратов.
Целью настоящей работы явилось изучение процессов комплексообразования цинка с глицином и глютаминовой кислотой в водных растворах. Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:
- изучить взаимодействие глицина и глутаминовой кислоты с ионом цинка методом оксред-метрии в водных растворах;
- изучить биологическую активность координационных соединений цинка с глицином и глу-таминовой кислотой.
Адрес для корреспонденции: Козихонов Атхамжон Умарович. 734003, Республика Таджикистан, г. Душанбе, пр. Рудаки, 139, Таджикский государственный медицинский университет. E-mail: [email protected]
Методы исследования
Проведение экспериментальных измерений предусматривало выполнение следующих предварительных работ: подготовку и проверку хлорсеребряного и цинкового электродов; калибровку стеклянных электродов, которые являются функцией сорта стекла, используемого для приготовления шарика внутреннего вспомогательного электрода и состава раствора, помещенного внутри самого электрода. Кроме того, установлена электродная функция амальгамированного цинкового электрода измерением окислительного потенциала системы в зависимости от различных концентраций цинка (II).
Концентрация сульфата цинка определялась комплексонометрическим методом. Титрованный раствор NaOH был приготовлен и оттитрован согласно методики [1]. Глутаминовая кислота марки "Ч" очищалась методом перекристаллизации с горячей водой [2]. Серная кислота марки «ХЧ» была оттитрована раствором NaOH известной концентрации. Раствор сульфата натрия готовили по навеске, ареометром определяли его плотность и вычисляли концентрацию рабочего раствора. Для получения зависимостей окислительного потенциала ф от концентрационных переменных (рН, рС^ pCa.cn)) на оксредметрической установке измерялись ЭДС гальванических элементов.
Измерения ЭДС гальванических элементов проводились на иономере ЭВ-74 с точностью ±1мВ. Значения потенциала хлорсеребряного электрода и величина и=2.303ЯТ/Р при температуре 308 К. были взяты из справочника [3]. Перед каждым опытом растворы с погруженными в них электродами и соединительные сосуды выдерживались в термостате не менее получаса под током предварительного очищенного азота. Цинковые электроды перед опытами амальгамировали [4].
Результаты и их обсуждения
Оксредметрические исследования показали, что в изученной системе в области рН = 3.0 - 9.0 в растворах доминируют как моно-, так и биядерные, координационные соединения. На основании анализа зависимостей окислительного потенциала от концентрационных переменных, предположено, что в изученной системе в равновесии находятся аква-, гидроксо- глицинатные и глутаминатные комплексные частицы, а также протекают протеолитические процессы глицина и глутаминовой кислоты.
Установление состава координационных соединений цинка (II) в водном растворе глицина и глутаминовой кислоты в широкой области рН методом оксредметрии выполнено в области концентрации цинка (II) =1-10-3 - 1 • 10-4 моль/л, ионная сила 0.1 моль/л и температура 308 К.
Ядерность координационных соединений цинка (II) была установлена рассмотрением зависимостей окислительного потенциала ф от концентрации ионов цинка (II) (рис. 1). Как видно из рис. 1, в рассматриваемом интервале рН зависимость имеет прямолинейный характер с угловым коэффициентом, равном -и/2 и -и/4. Согласно теории метода оксредметрии, теоретическое значение частного производного окислительного потенциала от обратного логарифма концентрации окисленной формы цинка имеет следующий вид:
[5ф/фСапСщ]ри, ревы рсап(щ= - и/2д (1)
Экспериментальная зависимость окислительного потенциала ф от рС^щ имеет наклон -и/2 и -и/4. Сопоставив это с уравнением (1), получим - -и/2 и q=1, -и/4 и q=2. Следовательно,
при концентрации цинка (II) 110-4 - 5 10-3 моль/л в растворе происходит образование моно- и двухъя-дерных координационных соединений цинка (II). На зависимостях ф-рС^(щ с увеличением концентрации двухвалентного цинка окислительный потенциал увеличивается (рис.1).
Рис.1. Зависимость окислительного потенциала ф от рС2п(П) в системе: цинк (II) - глицин-вода; Т=308 К, J=0.1 моль/л, С^у=1- 10-2моль/л.
Число лигандов глицина и глутаминовой кислоты, входящих в координационные соединения, было установлено на основании рассмотрения зависимости ф-рС^
Так, в интервале рН от 2 до 8.0 можно заметить формирование прямолинейных участков с различными угловыми коэффициентами. С возрастанием концентрации лиганда отмечается уменьшение окислительного потенциала системы, где происходит формирование линейного участка с угловым коэффициентом, равным и/2 и и. Согласно теории метода оксредметрии, это свидетельствует об образовании в растворе комплексного соединения состава MeL = 1:1 и MeL = 1:2. Теоретическая зависимость частного производного окислительного потенциала ф от рСЁ1^ выражается в виде следующего уравнения:
[^/^^ц pczn(п), pczn(п)= u/2n•(x/q-u/p) (2)
Если сопоставить экспериментально полученное значение углового коэффициента с теоретическим (уравнение 2), то получим следующие сведения о количестве и виде соединяющихся лигандов. Экспериментальная зависимость имеет угловой коэффициент, равный и/2. Выше было установлено, что в кислых областях рН образуются моноядерные комплексы (в случае q=1). Если в растворах отсутствует комплексообразование восстановленной формы, тогда правая часть уравнения (2) равна и/2(х^), где х - число лигандов. Приравнивая теоретическое выражение к экспериментальному, т.е. и/2(х^)=и/2, находим х=1, то есть к иону-комплексообразователю присоединяется один лиганд. При угловом коэффициенте и, х=2, то есть в растворах происходит образование координационных соединений цинка (II) с глицином и глутаминовой кислотой состава 1:1 и 1:2.
Теперь, когда известны ядерность комплексов и число координируемых лигандов, приступим к анализу зависимостей окислительного потенциала ф от рН, что позволит определить приблизительную область существования координационных соединений цинка по шкале рН и определить общее число легендою в комплексах. Когда состав образующихся координационных соединений будет ус-
тановлен, кривые зависимости окислительного потенциала ф от рН можно использовать для расчета констант образования комплексов, и построения их диаграмм распределения (рис. 2).
Таким образом, совместный анализ зависимостей ф-рСгП(п> ф-рСЁ1и1 и ф-рН позволяет заключить, что в водных растворах глицина и глютаминовой кислоты образуются моноядерные и биядер-ные координационные соединение различного состава (табл. 1,2)
Рис. 2. Зависимость окислительного потенциала ф от рН в системе: цинк (II) - глютамин - вода; Т= 308 К. 1=0.1 моль/л, Сгп(щ = 110-3 моль/л, С§1и1=1 • 10-2 моль/л.
Таблица 1
Значения угловых коэффициентов состав комплексных соединений, образующихся в системе цинк (II) - глицин-вода при температуре 308 К, 1=0.1 моль/л, С^щ=1' 10-3 моль/л, С01у=1' 10-2 моль/л
рН Тангенсы углов наклона зависимостей Состав комплексов
ф-рн Ф-рСад) ф-рСа1у
1.0 - 4.0 0; - и/2 -и/4 0 гп ( Н2О )б2+
4.0 - 6.0 0; - и/2 - и/2 0 гп (ОН)(Н2О)з+
6.0 - 8.0 0; - и/2 - и/2 и/2 гп1+; гп(ОН)+
8.0 - 9.0 - и/2; э - и/2; - и/4 и гпЪ; гП212(ОН)2
Таблица 2
Значения угловых коэффициентов и состав комплексных соединений, образующихся в системе цинк (II) - глутаминовая кислота-вода при температуре 308 К, 1=0.1 моль/л, Сгп(П)=1-10-3 моль/л,
Са1у=0.01 моль/л
рН Тангенсы углов наклона зависимостей Состав комплексов
ф-рН ф-рСгп(п) ф-рСНь
2.0-4.4 - - - гп (Н2О)62+;
4.8-5.2 -2и и/2 и гпь2+ , гпь22+;
5.2-6.4 -3и и/2 и гпь2+ , гпь2+
6.8-7.5 -2и и/2 и гпь22+
7.5-8.0 -и и гпь2
Безвредность комплексного соединения цинк - глицин и глутаминовая кислота изучали в соответствии с «Методическими указаниями по определению токсических свойств препаратов, применяемых в ветеринарии и животноводстве» [5]. Опыты проводили на 5 кроликах и 5 белых мышах (табл. 3, 4).
С целью оценки безвредности соединений вводили белым мышам (массой 18-20 г, п= 5 шт.) и кроликам породы шиншилла (массой 2.5-2.7 кг, п=5 шт.) 2 раза в сутки в течение 7 дней.
За лабораторными животными наблюдали 14 дней, учитывая общее состояние, внешний вид, поведенческие реакции, приём пищи и воды, ритм и частоту сердцебиения, количество дыхательных движений. О безвредности ориентировочно-терапевтической дозы соединений свидетельствуют результаты наблюдения за животными. В течение указанного времени не было ни одного случая летального исхода животных.
Острую токсичность изучали в опытах на белых мышах (массой 18-20 г) и кроликах (массой 1.5-2.0 кг), из которых по принципу парных аналогов сформировали по 5 групп. Перед началом исследований за лабораторными животными, которых содержали в обычных условиях, наблюдали в течение 14 дней. Последний раз корм давали вечером накануне опыта, приём воды не ограничивали [6].
Через 6 ч после введения испытуемого соединения производили очередную дачу корма белым мышам и кроликам, которых в дальнейшем переводили на обычный режим. При наблюдении (14 дней) за лабораторными животными учитывали их общее состояние, внешний вид, поведенческие реакции, приём пищи и воды, ритм и частоту сердцебиения, количество дыхательных движений. При осмотре внутренних органов павших животных слизистая оболочка желудка была гиперемирована и наполнена кормовыми массами, печень без изменения, в кончиках легких было точечное кровоизлияние. Не установлено отрицательного влияния разных доз препаратов. Поведение, состояние слизистых оболочек и шерстного покрова подопытных и контрольных животных не отличались.
В результате проведенных экспериментов установлено, что испытуемые препараты не вызывают даже незначительных явлений гиперемии, отёка, расчёсов на месте аппликации. У животных также не выявлено признаков токсикоза при накожной аппликации испытуемыми соединениями. Таким образом, у координационных соединений не выявлено кожно-раздражающего и кожно-резорбтивного действия.
Таблица 3
Токсичность координационных соединений цинка с глицином
№ т х104/кг Токсичность ЬБоо Аллергенность Раздражающие свойства
1 3.08 - 0.3 - -
2 6.16 - 0.6 - -
3 9.24 - 0.9 - -
4 12.32 - 1.2 - -
5 15.40 - 1.5 - -
Таблица 4
Токсичность координационных соединений цинка с глутаминовой кислотой
№ т х104/кг Токсичность ЬБ00 Аллергенность Раздражающие свойства
1 8 - 0.8 - -
2 1.6 - 1.6 - -
3 2.4 - 2.4 - -
4 3.2 - 3.2 - -
5 4.0 - 4.0 - -
Действие координационных соединений на слизистую оболочку глаза изучали на кроликах (самках, массой 2.5-2.7 кг, n=5), которых разделили на две группы. Животным первой группы в конъюнктивальный мешок однократно закапывали водный раствор соединения в количестве одной капли, второй (контрольной) - дистиллированную воду в том же количестве. По результатам токсикологических исследований были определены, ДДоо, (табл. 3,4).
Результаты опытов показали, что разработанные соединения безвредны и являются нетоксичными. На основании вышеизложенного материала можно заключить, что координационные соединения цинка с глицином и глютаминовой кислотой в изученной области концентраций являются практически безвредными и нетоксичными веществами для лабораторных животных.
Выводы
1. В системах цинк (II) - глицин - вода и цинк (II) - глутаминовая кислота - вода при температуре 308 К и ионной силе 0.1 (моль/л) методом оксредметрии установлено образование моноядерных координационных соединений.
2. Впервые изучены острые токсичности координационных соединений цинка (II) с глицином и глютаминовой кислотой. Выявлено, что все изученные соединения являются нетоксичными.
Поступило 07.05.2015 г.
ЛИТЕРАТУРА
1. Коростелев П.П. Приготовление растворов для химико-аналитических работ. - М.: Изд. АН СССР, 1962, с.311.
2. Раджабов У.Р., Рахимова М.М., Юсупов З.Н. Имидазольные и бензимидазольные комплексы железа. - Естественные и технические науки, 2011, №3, с.63-70.
3. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. - Л.: Химия, 1978, с.130-132.
4. Раджабов У.Р., Рахимова Р.Н., Ёрмамадова С.Г, Шарипов И.Х. Биологические свойства азольных координационных соединений Fe, Cu и Zn. - Вест. ТНУ. - Душанбе: Сино, 2013, 1/1(102), с.95-101.
5. Ветеринарные препараты: справочник. Сост. Маланин Л.П. и др./ Под ред. Третьякова А.Д. - М.: Агропромиздат,1988, 319 с.
6. Ершов Ю.А., Ершов Ю.А., Плетенев Т. В. Механизмы токсического действия неорганических соединений. — М.: Медицина, 1989, 267 с.
А.У.Цозихонов, У.Н.Чулаев, У.Р.Рачабов, Мижгон Шухратзода, Г.М.Бобиев
ТАЭДИЦИ РАВАНДИ ^ОСИЛШАВИИ ПАЙВАСТ^ОИ КООРДИНАТСИОНИИ РУ^ (II) БО АМИНОКИСЛОТА^О
Донишго^и давлатии тиббии Тоцикистон ба номи Абуали ибни Сино
Мураккаботи координатсионии рух бо глитсин ва кислотаи глутаминат дар махлули обй тахкик карда шуд ва кушандагии онхо муайян карда шуд.
Калима^ои калиди: мураккаботи координатсиони - ру% - аминокислота - глитсин - кислотаи глутаминат.
A.U.Kozkhonov, U.N.Dzhulaev, U.R.Rajabov, Mizhgon Shuhratzoda, G.M.Bobiev
THE STUDY OF THE FORMATION COORDINATION COMPOUNDS OF ZINC (II) WITH AMINOACID
Avicenna Tajik State Medical University
Synthesized the coordinating compounds of zinc (II) with glycine and glutaminicum acid. It has determined by toxicity of the explored compounds
Key words: coordination compounds - zinc - amino acid - glycine - glutaminicum ac.
