Изучение кето-енольной таутомерии пептидной связи глицилглицина при комплексообразовании с ионами металлов Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

сделать вывод о том, что покрытия на степень миграции ионов металлов в

основе сверхтвердых соединений - окружающие ткани и препятствуя их

нитридов титана и гафния обладают токсическому воздействию на организм

изолирующими свойствами, снижая животных.

ЛИТЕРАТУРА: 1.Абдуллин И. Ш., Миронов М. М., Гарипова Г. И. Бактерицидные и биологически стойкие покрытия для медицинских имплантатов и инструментов // Мед.техника.-2004.-№4. С. 20-22. 2. Вильяме Д.Р., Роуф Р. Имплантаты в хирургии / Пер. с англ.-М.: Медицина, 1978.-552 с. 3.Кондрахин И.П., Курилов Н.В., Малахов А.Г. Клиническая лабораторная диагностика в ветеринарии.- М.: Агропромиздат, 1985. - 288 с. 4.Трахтенберг И.М. Проблема нормы в токсикологии / Трахтенберг И.М., Сова Р.Е., Шефтель В.О., Оникиенко Ф.А. Монография //— 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Медицина, 1991. — 208 с. 5. Yao Chen, Tapas Laha, Kantesh Balani and Arvind Agarwal Nanomechanical properties of hafnium nitride coating // Scripta Materialia 58 (2008) - p. 1121-1124.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИМПЛАНТАТОВ С ПОКРЫТИЕМ НИТРИДАМИ ТИТАНА И ГАФНИЯ НА ГЕМАТОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ КРЫС

Изосимова А.Э., Гатина Э.Б., Шоркина О.И., Коритам А.Ш.

Резюме

В результате проведенных исследований установлено, что использование имплантатов с покрытием из нитрида титана и нитрида гафния сглаживает воспалительный процесс и обеспечивает более длительное применение имплантата в организме экспериментальных животных.

EXPERIMENTAL STUDY OF THE EFFECT OF IMPLANTS COATED WITH TITANIUM NITRIDE AND HAFNIUM ON HEMATOLOGICAL INDICES OF THE RATS

Izosimova A.E., Gatina E.B., Shorkina O.I., Koritam A.S.

Summary

In the result of the research it has established that the use implants coated with titanium nitride and hafnium nitride smoothes the inflammatory process and provides a more prolonged exposure of the implant in the body of the experimental animals.

УДК 547.461.4

ИЗУЧЕНИЕ КЕТО-ЕНОЛЬНОЙ ТАУТОМЕРИИ ПЕПТИДНОЙ СВЯЗИ ГЛИЦИЛГЛИЦИНА ПРИ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИИ С ИОНАМИ МЕТАЛЛОВ

*Кадырова Р.Г. - д.х.н., профессор; Кабиров Г.Ф. - д.в.н., профессор, зав. кафедрой;

Муллахметов Р.Р. - к.в.н., доцент *Казанский государственный энергетический университет

Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана

e-mail: [email protected]

Ключевые слова: пептиды, глицилглицин, комплексные соли марганца, железа, кобальта, цинка, меди, пептидная связь, таутомерия.

Key words: peptides, glycylglycine, manganese, iron, cobalt, zinc, copper complex salts, peptide bond, tautomerism.

В последние годы активно активных пептидов. Выделено и изучено

развивается фармакология физиологически несколько сотен природных пептидов,

которые играют самостоятельную физиологическую роль. Пептидные антибиотики синтезируются

микроорганизмами, например грамицидин-5", в состав которого входят остатки аминокислот - орнитина и ^-изомеры фенилаланина. Регуляторные пептиды -пептидные гормоны, регулирующие многие химические реакции в клетках и тканях организма (например инсулин, вазопрессин и др.). Интенсивно развивается учение о нейропептидах. К ним относятся пентапептиды (энкефалины), выделенные из мозга животных, которые оказывают обезболивающее действие и используются как лекарственные средства [1].

В ГУНИИ фармакологии имени В.В. Закусова РАМН созданы оригинальные нейротропные глицин- и

пролинсодержащие дипептидные

соединения, при комплексном

исследовании которых

продемонстрированы их

иммунокорригирующие свойства и

противовоспалительное действие [2].

+

Получены высокоэффективные

дипептидные лекарственные препараты: ноотроп, ноопепт, антипсихотик дилепт, нейропротектор КБ-2 и др. [3].

Ранее нами [4] были проведены экспериментальные исследования по изучению комплексообразующей

способности дипептида глицилглицина с ионами 3^-биогенных металлов. Показано, что комплексообразование глицилглицина с ионами металлов может идти по амино-, карбоксильной и пептидной группам в зависимости от рН реакционной среды. В оптимальных условиях синтезированы комплексонаты глицилглицина с высокими выходами [4].

Комплексообразование дипептидов с ионами биогенных металлов представляет интерес, так как позволяет моделировать биологические системы, в которых свойства белка модифицированы присоединением иона металла. Дипептиды в водном растворе существуют в виде цвиттер -ионов:

КНз - Ш^) - СО - Ж - СИ(Я2)- соо

Пептидная (амидная) группа является сопряжена с электронами л:-связями

р,л-сопряженной системой, в которой кетогрупп:

неподеленная пара электронов атома азота

-мн-с;^

Делокализация электронной представлена резонансными структурами:

плотности в пептидной группе может быть

о

С - С ^—с -

а Н а

о

• с - с ^ N ^ с

а I а

Н

+

В пептидной связи за счет резонанса канонических структур простая связь С - N между углеродным атомом карбонильной группы и атомом азота NН-группы имеет характер частично двойной связи, что проявляется в уменьшении ее длины (0,132

нм) по сравнению с длиной одинарной простой связи С - N (0,147 нм). Такое сопряжение обусловливает копланарность пептидной группировки. В пептидах и белках пептидная группа находится в состоянии кето-енольной таутомерии:

- С - N- .< - C = N-

O H

кетоформа

Пептидные связи очень прочны и самопроизвольно не разрываются при нормальных условиях. При нагревании с концентрированными кислотами или щелочами пептидов происходит гидролиз пептидных связей с образованием свободных аминокислот.

В сильно щелочной среде пептидные группы пептидов переходят из кетоформы в енольную (иминольную) форму. В избытке щелочи происходит диссоциация водорода енольной ОН-группы. При этом возникает отрицательный заряд на атоме кислорода и при взаимодействии с ионами металлов образуются соли [chem. msu. su > rus / teachind / kolman / 72htm.]. [Биохимия. Biochemistru. ru > biochimija-severind / B 5873 Part 4.].

С целью разработки физиологически активных дипептидных лекарственных препаратов, и учитывая свойства пептидной связи в кислой и щелочной средах, нами проведено изучение кето-енольной таутомерии пептидной связи

глицилглицина при комплексообразовании с ионами металлов в зависимости от рН реакционной среды.

Материал и методы. Для изучения кето-енольной таутомерии пептидной связи глицилглицина при комплексообразовании были использованы следующие реактивы: глицилглицин (дипептид), содержание основного вещества 99,8 %, производства «ACROS Organics» (Бельгия); сульфаты: MnSO4 • 5H2O; FeSO4 • 7H2O; CuSO4 • 5H2O; ZnSO4 • 7H2O; CoCl • 6H2O и гидроксид натрия марки «х.ч.».

1. Общая методика синтеза глицилглицинатов марганца (II) (1) и железа (II) (2) в кислой среде. Раствор 0,0076 моль сульфатов Mn (II) или Fe (II) в 18 мл воды (рН 3) нагревают до 45-50 °С в течение 20 минут. К гомогенному гидролизату (рН 2) прибавляют по частям 0,0152 моль глицилглицина, нагревают 3035 минут до 45-50 °С (рН реакционного раствора 6,5), выдерживают в течение двух часов при комнатной температуре и

он

енольная форма

упаривают. Остаток обрабатывают спиртом, кристаллизуют, сушат при комнатной температуре и получают целевые продукты с высокими выходами (глицилглицинат Mn (II) дигидрат - 95,0 %, глицилглицинат Fe (II) дигидрат - 98,0 %[4]). Продукты хорошо растворяются в воде, не растворяются в спирте и ацетоне.

2. Общая методика синтеза глицилглицината Си (II) (3) в кислой среде. К раствору 0,0076 моль глицилглицина в 10 мл воды прибавляют 0,0038 моль сульфата меди (II), 0,00365 моль ацетата натрия и выдерживают при комнатной температуре в течение двух часов. Гомогенный раствор (рН 5) ярко синего цвета упаривают, кристаллический продукт промывают спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают глицилглицинат меди (II) дигидрат (кристаллический продукт ярко голубого цвета) с выходом 96,60 % [4]. Продукт хорошо растворяется в воде, не растворяется в спирте, ацетоне.

3. Общие методики синтеза глицилглицинатов цинка, меди (II), кобальта (II)

3.1. Синтез глицилглицината цинка (4) . 1-стадия - щелочная среда. К раствору 0,0152 моль глицилглицината в 15 мл воды прибавляют 0,0152 моль гидроксида натрия. Наблюдается разогрев реакционной массы до 36 °С, выдерживают 10 минут (рН 8,5) и нагревают до 50 °С.

2-стадия - кислая среда. К гомогенному раствору прибавляют по частям 0,0076 моль сульфата цинка и перемешивают. Через 10 минут выпадает белый осадок. Реакционную смесь (рН 5) выдерживают 30 минут при 50 °С, в течение одного часа при комнатной температуре и охлаждают. Осадок фильтруют, промывают водой (контроль на сульфаты с BaQ2), спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают глицилглицинат цинка дигидрат

(кристаллический продукт белого цвета) с выходом 94,5 %. Продукт не растворяется в

воде, спирте, ацетоне.

3.2. Синтез глицилглицинат меди (II) (3). 1-стадия - щелочная среда. К

раствору 0,0152 моль глицилглицина в 15 мл воды прибавляют 0,0152 моль гидроксида натрия. Наблюдается разогрев реакционной массы до 36 °С, выдерживают 10 минут (рН 8,5) и нагревают до 50 °С.

2-стадия - кислая среда. К гомогенному раствору прибавляют 0,0076 моль сульфата меди (II) и перемешивают. Реакционную смесь (рН 5) нагревают в течение 25 минут при 55 °С, охлаждают, выдерживают 2 часа при комнатной температуре и упаривают. Кристаллический остаток голубого цвета промывают спиртом и сушат при комнатной температуре. Получают глицилглицинат меди (II) дигидрат (кристаллический продукт голубого цвета с фиолетовым оттенком) с выходом 96,0 %. Продукт хорошо растворяется в воде, не растворяется в спирте, ацетоне.

3.3. Синтез глицилглицината кобальта (II) (5). 1-стадия - щелочная среда. К раствору 0,0076 моль глицилглицина в 10 мл воды прибавляют 0,0076 моль гидроксида натрия. Наблюдается разогрев реакционной массы до 36 °С выдерживают 10 минут (рН 8,5) и нагревают до 50 °С.

2-стадия - кислая среда. К гомогенному раствору прибавляют 0,0038 моль хлорида кобальта (II) и перемешивают. Реакционную смесь (рН 5) выдерживают 15 минут при 55 °С и в течение двух часов при комнатной температуре. Получают глицилглицинат кобальта (II) дигидрат (кристаллический продукт темно-вишневого цвета) с выходом 97,72 %. Продукт хорошо растворяется в воде, не растворяется в спирте, ацетоне.

4. Комплексообразование в сильно щелочной среде (рН 11-12).

Синтез двойного комплекса глицилглицината меди (II) (6). К раствору

0,0152 моля глицилглицина в 15 мл воды прибавляют 0,034 моля гидроксида натрия. Наблюдается разогрев реакционной массы до 40 °С, выдерживают 10 минут (рН 11-12) и нагревают до 50 °С. К гомогенному раствору присыпают по частям 0,0152 моль сульфата меди (II) и перемешивают. Реакционную смесь (рН 10) нагревают в течение 30 минут при 55 °С, охлаждают, выдерживают 2 часа при комнатной температуре и упаривают. Получают двойной комплекс глицилглицината меди (II) - ди-(глицилглицинат)-дикупрат (кристаллический продукт темно-фиолетового цвета) с выходом 93,75 %. Продукт с трудом растворяется в воде при комнатной температуре, не растворяется в спирте, ацетоне.

Результаты исследования.

Комплексообразование глицилглицина с ионами 3^-биогенных металлов основана на взаимодействии субстрата с гидроксидами данных металлов. Технология процесса определяется растворимостью,

устойчивостью образующихся гидроксидов в реакционной среде.

Гидроксиды марганца (II), железа (II) хорошо растворяются в кислой среде и не подвергаются окислению, в щелочной среде - нерастворимы и быстро окисляются до гидроксидов металлов (Ш).Для образования Mn(OH)2 и Fe(OH)2 нами использован процесс гидролиза соответствующих сульфатов при рН 2 реакционной смеси [4]. При действии на гомогенный водный гидролизат (рН 2), содержащий гидроксиды Me(II), глицилглицином реакция

комплексообразования с ионами Mn, Fe протекает в кислой среде по амино- и карбоксильной группам и не идет по пептидной группе. Реакция глицилглицина с ионами (реагенты сульфат меди и

ацетат натрия [5]) при рН 5 идет по аналогичной схеме:

Схема комплексообразования

глицилглицина в кислой среде:

MeSO + 2HOH

toC

2NH2 - CH2 - C - N - CH2COOH +

О Н

Me(OH)2 + H2SO4

рН < 7

(_ H2O)

[NH2 - CH2 - C - N - CH2COO - ]2 Ме

ОН

(1- 3)

где Me2+ : Mn2+ (1); Fe2+(2) ; Cu2+(3) Комплексообразование глицилглицина с ионами Zn2+ и Со2+ проводится действием на реакционный раствор субстрата и гидроксида натрия солями соответствующих металлов. На первой стадии процесса идет взаимодействие глицилглицина с гидроксидом натрия (при эквимолярном соотношении) с образованием

мононатриевой соли по карбоксильной группе субстрата при рН (8,5) [6] и

превращение пептидной группы из кетоформы в енольную форму. На второй стадии при добавлении в щелочной раствор реакционной смеси солей металлов происходит образование гидроксидов Me(II) и их взаимодействие с енольной формой мононариевой соли глицилглицина при рН 5 реакционной среды.

На второй стадии в реакционной смеси протекают следующие превращения реагентов, соответственно:

ZnSO4 • 7H2O + 2NaOH ^ Zn(OHh + Na2SO4 + 7H2O

ZnSO4 + 2H2O ^ Zn(OH)2 + 2H+ + SO

2 -4

CoCl2 6H2O + 2NaOH ^ Co(OH)2 + NaCl + 6H2O

СоС12 + 2Н20 ^ Со(ОН)2 + 2Н+ + 2 N1

В результате указанных превращений среда становится кислой (рН 5).

При переходе рН среды в кислую область (от 8,5 до 5) комплексонаты

глицилглицина цинка (II) и кобальта (II) получаются в кетонной форме, т. е. протекает кето-енольная таутомерия в две стадии по схеме:

1 -стадия

м^2 - сн2 - с - м - сн2соон

О Н

кетоформа

+ МаОН

рН > 7 (_Н2О)

МН2 - сН - с = м - с^соома

ОН

енольная форма

2-стадия

2М^2 - сН2 - с = М - с^сооМа

он

енольная форма

+ Ме(оН)2 (Н+)з рН < 7

[М^2 - сН2 - с - МН - сН - соо - ]2Ме

о кетоформа

где Me2+: Zn2+ (4), Со2+ (5) Глицилглицинат меди (II) (3), полученный указанным способом (методика 3.2) имеет фиолетовый оттенок (в отличие от продукта (3) по способу 2), что связано с наличием примеси биуретового медного комплекса.

В сильнощелочной среде (рН 11 -12) комплексообразование глицилглицина с

ионами меди (II) протекает через енольную форму динатриевой соли глицилглицина [6]. В результате реакции получается двойной медный комплекс: первый - по карбоксильной и аминной группам, второй - по иминольной группе (биуретовый комплекс), ди-(глицилглицинат)-дикупрат (6).

Схема превращения

М^2 - сн2 - с - м- сн2 - сооН

1-стадия

о Н кетоформа

МН2 - сН2 - с = М - с^сооМа оМа

енольная форма

+ 2 МаоН(рН 11-12)

( - 2^о)

+ 2 сиБо4 (- Ма28о4)

2-стадия

О = С - СН2 - N = С - СН2

Двойной комплекс - кристаллический высокоплавкий продукт темно-фиолетового цвета. В водном растворе (в воде растворяется с трудом) ионы Си2+ с К4^е(СК)6] образуют осадок красно-бурого цвета Сц2^е(СК)6] (качественная реакция).

Биуретовая реакция обусловлена наличием в белках и пептидах пептидной связи, которая в щелочной среде превращается из кетоформы (амидной) в иминольную форму и с сульфатом меди (II) образует биуретовый комплекс

фиолетового цвета. [^Шёоре&а гц > 1 ...Bшretovaja...na рерй^цу - 8уца2_у; Википедия - пептидная связь].

Глицилглицинаты меди (II) (3), цинка (4), кобальта (II) (5) дают качественную биуретовую реакцию на пептидную связь в щелочной среде (рН 8,5) с сульфатом меди (II). В этих условиях глицилглицинаты марганца (II) (1), железа (II) (2) образуют цветные осадки соответствующих гидроксидов, которые маскируют характерное фиолетовое окрашивание

биуретового комплекса.

Заключение. Изучена кето-енольная таутомерия пептидной связи

глицилглицина в зависимости от рН реакционной среды.

Показано, что в кислой среде не идет превращение амидной группы в иминольную (енольную). В щелочной среде (рН 8,5) (при эквимолярном соотношении субстрата и щелочи) глицилглицин из кетоформы превращается в енольную форму мононатриевого производного. При последующем действии на реакционную смесь солями металлов (рН 5) енольная форма переходит в кетонную с образованием глицилглицинатов металлов в кетоформе. В сильно щелочной среде (рН 11-12) (соотношение субстрат: щелочь 1 : 2 моль) глицилглицин из кетоформы превращается в енольную форму динатриевого производного, при

последующим действии на который сульфатом меди (II) получается двойной медный комплекс в енольной форме.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Комов В.П., Шведова В.Н. Биохимия. - М.: Дрофа, 2004. с. 26-28; 2. Щипаева Е.В. Иммунофармакологические свойства глицин- и пролинсодержащих дипептидов: Автореф...диссерт...канд. мед. наук. - Москва: ГУНИИ фармакологии им. В.В. Закусова РАМН. 2008.; 3. Гудашева Т.А. Стратегия создания дипептидных лекарств. // Инновации в современной фармакологии. Тез. докл. IV съезда фармакологов России. - Казань. 18-21.09.2012.; 4. Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф., Муллахметов Р.Р. Изучение комплексообразующей способности глицилглицина с 3^-биогенными металлами. // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э, Баумана. - Казань, 2014. - т. 218, с. 102-110.; 5. Гранберг ИИ. Практические работы и семинарные занятия по органической химии. - М.: Дрофа, 2001. -352с.; 6. Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф., Муллахметов Р.Р. Изучение реакции взаимодействия глицилглицина с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов. // Ученые записки КГАВМ им. Н.Э. Баумана. - Казань, 2014. - с. 110-117.

ИЗУЧЕНИЕ КЕТО-ЕНОЛЬНОЙ ТАУТОМЕРИИ ПЕПТИДНОЙ СВЯЗИ ГЛИЦИЛГЛИЦИНА ПРИ КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИИ С ИОНАМИ МЕТАЛЛОВ

Кадырова Р.Г., Кабиров Г.Ф., Муллахметов Р.Р.

Резюме

Изучена кето-енольная таутомерия пептидной связи глицилглицина в зависимости от рН реакционной среды.

Показано, что в кислой среде не идет превращение амидной группы в иминольную (енольную). В щелочной среде (рН 8,5) (при эквимолярном соотношении субстрата и щелочи) глицилглицин из кетоформы превращается в енольную форму мононатриевого производного. При последующем действии на реакционную смесь солями металлов (рН 5) енольная форма переходит в кетонную с образованием глицилглицинатов металлов в кетоформе. В сильно щелочной среде (рН 11-12) (соотношение субстрат: щелочь 1 : 2 моль) глицилглицин из кетоформы превращается в енольную форму динатриевого производного, при последующим действии на который сульфатом меди (II) получается двойной медный комплекс в енольной форме.

KETO-ENOL GLYCYLGYCINE PEPTIDE BOND TAUTOMERISMSTUDY AT COMPLEXATION WITH METAL IONS

Kadyrova R.G., Kabirov G.F., Mullakhmetov R.R.

Summary

Keto-enolglycylglycine peptide bond tautomerism depending on the pH of the reaction medium was studied.

It has been shown that there is no conversionof theamide group into an iminol (enol) groupin an acidic environment. In an alkaline medium (pH 8.5) (at an equimolar ratio of the substrate and base) glycylglycineis converted from keto- form into monosodium enol derivative. At follow-up action on the reaction mixture with metal salts (pH 5)the enol form is converted into a ketone one to form metalsglicylglicinate in the keto- form. In a highly alkaline environment (pH 11-12) (substrateratio : alkali of 1: 2 mol) glycylglycineis converted from keto-form into the enol form of disodium derivative, followed by action on which with copper sulfate (II) double coppercomplex in the enol form isobtained.

УДК 547.461.4

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСОНАТОВ АСКОРБИНОВОЙ КИСЛОТЫ ДВУХВАЛЕНТНЫХ 3 ¿-МЕТАЛЛОВ

^Кадырова Р.Г. - д.х.н., профессор; Кабиров Г.Ф. - д.в.н., профессор, зав. кафедрой;

Муллахметов Р.Р. - к.в.н., доцент *Казанский государственный энергетический университет Казанская государственная академия ветеринарной медицины имени Н.Э. Баумана

e-mail: [email protected]

Ключевые слова: аскорбиновая кислота, аскорбаты марганца, железа, кобальта. Key words: ascorbic acid, ascorbate, manganese, iron, cobalt.

Витамин С (аскорбиновая кислота) в природных условиях активен в трех формах: аскорбиновая кислота,

дегидроаскорбиновая кислота и аскорбиген (комплекс аскорбиновой кислоты с

белками) и все они участвуют во многих биохимических реакциях клеточного метаболизма. Витамин С является одним из компонентов антиоксидантной системы организма [1].