CC BY
3УДК 541.49
Синтез, строение и свойства моделей нитрозильных [2Fe—2S], [lFe—2S] протеинов и перспективы применения их
в биологии и медицине
Н. А. Санина, С. М. Алдошии
НАТАЛИЯ АЛЕКСЕЕВНА САНИНА — кандидат химических наук, старший научный сотрудник Института проблем химической физики (ИНХФ) РАН. Область научных интересов: бионеорганическая химия, синтез и реакционная способность металлоорганических соединений.
СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ АЛДОШИН — академик, доктор химических наук, директор ИНХФ РАН, член Президиума РАН, Координационных советов РАН по интеллектуальной собственности и по инновационной деятельности, имеет правительственные награды. Область научных интересов: кристалле- и бионеорганическая химия, связь структуры со свойствами, реакции в твердой фазе.
142432 Россия, Черноголовка Московской обл., ИНХФ РАН, факс (096)524-96-76, E-mail [email protected]
В обзоре представлены методы получения, кристаллическое, электронное строение и свойства бия-дерных и моноядерных сера-нитрозильных комплексов железа — синтетических моделей активных центров нитрозильных негемовых протеинов, которые могут быть использованы на практике для направленной доставки монооксида азота in vivo.
Моноксид азота, продуцируемый ферментативным путем в различных биосистемах, участвует в разнообразных физиологических и биохимических процессах [1—9]. Негемовые протеины, содержащие в активных центрах ионы железа [10—12], наряду с молекулами малой молекулярной массы — супероксид анионом, кислородом, аминами, тиолами [13—15], являются основными мишенями NO in vivo [16—20]. Однако, маленький период жизни NO (5—15 с) затрудняет изучение молекулярных механизмов его действия [21—24]. В клетке функции резервуаров — хранилищ NO и соединений по его доставке выполняют S-нитрозотиолы (RSNO) и динитрозильные комплексы железа (ДНКЖ) с природными лигандами (цистепи, глутатион и др.) [25—34]. В этой связи синтез и исследование структурных аналогов нитрозильных аддуктов негемового железа имеет важное значение с точки зрения фундаментального изучения механизмов реакций эндогенного NO и его интермедиатов.
Понимание химии, строения и физико-химических свойств моделей активных участков нитрозильных негемовых железо-серных белков связано с применением полученных знаний на практике для направленной доставки монооксида азота in vivo [35—46]. Поиск и исследование новых доноров монооксида азота вызывает в последние годы огромный интерес специалистов в области практической медицины. Среди известных на сегодняшний день соединений — синтетических доноров NO [47] — би- и моноядерные [Fe—S] нит-розильные комплексы до сих пор остаются малоизученным классом, несмотря на то, что преимущества их использования на практике для направленной доставки монооксида азота несомненны. Применение их в качестве адъювантов в химио- и радиотерапии открывает новые перспективы для эффективного лечения злокачественных ново-
образований [48—51]. Соединения этого класса способны подавлять агрегацию тромбоцитов и инициировать синтез стресс-белков, усиливающих защитные системы организма [52]. Нитрозильные [Fe-S] комплексы могут быть использованы также для создания нового класса сердечно-сосудистых лекарств: введение их животным ослабляет агрегацию тромбоцитов, снижает кровяное давление, вызывает расслабление сосудов [53—56].
Известно, что in vivo сера-нитрозильные комплексы железа существуют в двух формах: моноядерной [Fe(SR)2(NO)2]- [57, 58] и биядерной [Fe2(SR)2(NO)4] [59—63]. Между этими формами наблюдается динамическое равновесие, зависящее от концентрации тиолов в физиологических условиях. Моноядерные динитрозильные комплексы железа идентифицируют в растворах по характерному ЭПР сигналу с g ~ 2,03 [64] . Вопрос о строении и свойствах биядерных железо-сера-нитрозильных комплексов сегодня также активно обсуждается, и единого мнения на этот счет пока не существует. Предполагается, например, что биядерные комплексы железа [Fe2(SR)2(NO)4] в растворе представляют собой димерные ассоциаты моноядерных динитрозильных комплексов железа [65, 66]. Поиск и исследование свойств новых синтетических нитрозил-тиолатов железа необходим для понимания истинного строения подобных соединений.
Первый синтетический аналог нитрозильных негемовых железо-серных белков — «красная соль» — была выделена Руссином в 1958 году [67]. Позже методы получения солей с дианионом [Fe2S2(NO)4]2_ были усовершенствованы [68]:
FeSO4 + NaNO2 + (NH4)2S
nh4oh
NH4[Fe4S3(NO)7]
Q4NHal
(Q4N)2[Fe2S2(NO)4]
ROH
• R2[Fe2S2(NO)4]
Установлено, что использование тетраядерных железо-серных кластеров — солей с анионом [Ре48з^О)7]1- — в качестве N0 доноров не представляет практического интереса. Эксперименты на куль-
Рис. 1. Структура дианиона [Ре282(М)>4]2 — «красной соли Руссина»
турах клеток и на двух неопластических клеточных линиях человека (8К-МЕЬ188) и мыши (591) [51] показали, что тетраядерный комплекс [Ре45з(ЫО)7]1_ цитотоксичен [43, 7]. Известны!! железо-серный нитрозильный комплекс состава [Ре454(ЫО)4] [73] — «кубан» — также обладает высокой токсичностью и не растворим в воде [44].
«Красная соль Руссина» менее токсична и более фотоактивна: значения квантового выхода составляют 0,09—0,40 в зависимости от растворителя и других условий. Дианион биядерного сера-нитрозильного комплекса железа (рис. 1) имеет приближенную />2/, — симметрию [69—71]. Два атома Ре связаны с двумя мостиковыми атомами серы и двумя лигандами N0. Расстояние Ре...Ре составляет 2,700—2,720 А. Атомы железа координированы атомами серы и N0 группами и имеют искаженно-тетраэдрическое строение. Фрагменты Ре—Ы—О имеют искаженное линейное строение. Значения углов Ре—Ы—О находится в интервале 164—168° (табл. 1). Методами РСА и ядерной гамма-резонансной спектроскопии (ЯГР) показано, что на строение аниона в солях состава (}4[Ре252(МО)4]2_ оказывают заметное влияние размер и строение катионов [69, 72] (табл. 2).
Применение солей с дианионом [Ре252(МО)4]2_ в
Рис. 2. Кристаллическое строение комплекса ^[ Рег^гСЪЬ^Ок] • 4Н20
качестве доноров монооксида азота, тем не менее, ограничено их крайней неустойчивостью: в растворах комплексы превращаются в «черную» соль [73—75]:
2Н+ + 4Ре282(140)42- -—^
^ 2Ре483(140)7- + 2Э2- + N20 + Н20
Реакцией «красной соли Руссина» с алкилгалогени-дами [76—81] были синтезированы более устойчивые «эфиры красной соли Руссина» — комплексы с Я = СН3, СН3СН2, С6Н5СН2, НОСН2СН2, Оз5СН2СН2:
[Ре282(140)4]2- + 2ЯНа1 ^ [Fe2(SR)2(NO)4] + 2НаГ
Блокировка атомов серы в дианионе [Ре252(ЫО)4]2_ заместителем Я = 8203 позволяет получать диамагнитные биядерные Ц2~$-замещенные тиосульфатные комплексы по схеме [73, 82]:
2Ре804 + 4М28203 + 4NO ^ М2ГРе2(52Оз)2(МО)4] + М^О, + 2М2804 М = К+, N3+
В этих соединениях мостиковый атом серы, как и в «эфирах», связан с заместителем Я = БОз [83] (рис. 2).
Таблица I
Средние значения основных длин связей и углов сера-нитрозильных комплексов железа
Соединение ]\Г- О Ре-К Ре—К—О Ре-Б IV—Ее—N Ре—Ре
т4[Ре483(Ж))7]-Н20 (N—0)., 1.160 (N-0)6 1,166 (Ре.,—14) 1,651 (Ре6—N1 1,669 Ре.,—14—О 176,5 Ре6—14—О 168,1 (Ре.-Б) 2,205 (Ре6-5) 2,256 (14—Ре6—14) 116,8 (Ре.,— (Ре6- Ре6) 2,697 -Ре6) 3,569
С52[Ре252тО)4] • 2Н20 1,148-1 175 1,654-1,675 163,8-167,9 2,230-2,240 112,3-114,9 2,700- -2,720
{п-Рг414}2[Ре282(140)4] • 2Н20 1,176-1 179 1,650-1,655 163,2-163,5 2,224-2,226 111,5 2,704
{Ме414}2[Ре2(ц2-820з)2(140)4] 1,150-1 170 1,664-1,675 168,0-171,3 2,257-2,260 115,6 2,70
{п-Ви4М}2[Ре2(|а2-8203)2(М0)4] 1,149-1 170 1,666-1,669 167,5-170,8 2,250-2,251 117,1-117,6 2,702
[Ре2(8С5Н4М)2(МС»4] 1,125-1 190 1,640-1,660 170,9-171,7 2,280 119,4 2,725
[Ре2(8С4Н3^)2тО)4] 1,131-1 174 1,650-1,684 166,7-172,5 2,249-2,269 117,1-119,5 2,726
[Ре2(8С2Нз144)2(140)4] • 2Н20 1,149-1 157 1,669-1,677 168,2-171,5 2,298-2,318 118,7 4,040
ГРе(5С2Н3^)(5С2Н2^)тО)2] • 1/2Н20 1,183-1 170 1,658-1,682 158,1-171,5 2,311 112,5 5,225
Таблица 2
Параметры мессбауэровских спектров Ре57 [Ре—в] нитрозильных комплексов при Т = 85 К, Т = 78 К(§), Т= 296 К ()
и средние значения частот колебаний ГЧ'О-групп
Мг Соединение Координацион- T, К 5fe*, мм/с AEq**, мм/с Г*", мм/с VN0, см^1 AVNO
ный узел см 1
1 (NH4)[Fe4(|-S)3(N0)7]-H20 Fe6{S2(NO)2} Fea{S3(NO)} 85 0,154 0,158 0,957 0,733 0,28 0,24 1738,7
2 («-Bu4)[Fe4fe-S)3(NO)7] • Н20 Feg {S2(NO)2} Fea {S3(NO)} 85 0,141 0,166 0,894 0,635 0,30 0,29 1725,3 —
3 Na2[Fe2(|i2-S)2(NO)4] • 4Н20 Fe6 {S2(NO)2} Fea {S2(NO)2} 85 0,091 0,104 0,510 0,827 0,28 0,28 1719,0 —
4 Cs2[Fe2S2(NO)4] • 2Н20 {S2(NO)2} 85 0,078 0,368 0,27 1676,9 -
5 {и-bu4N}2[Fe2S2(N0)4] • 2Н20 {S2(NO)2} 85 0,064 0,258 0,27 1657,0 -
6 | (S3(NO)} 85 0,150 1,473 0,334 - -
7 | Fe{S2(NO)2} 78 0,163(1) § 1,241(1) § 0,28(3) § 1741, 1782 41
8 | Fe{S2(NO)2} 78 0,160(1) § 1,277(1) § 0,28(3) § 1745, 1771 26
9 | Fe{S2(NO)2} 78 0,138(1) § 1,144(2) § 0,26(3) § 1746, 1772 26
10 | Fe{S2(NO)2} 78 0,157(1) § 1,118(1) § 0,27(3) § 1750, 1770 20
11 tFe2(SC5H4N)2(NO)4] Fe{SS(NO)2} 85 0,177(1) 1,262(1) 0,320(2) 1734, 1792 58
12 iFe2(SC4H3N2)2(NO)4] Fe{SS(NO)2} 85 0,169(1) 1,264(1) 0,290(2) 1748, 1797 49
13 tFe2(SC2H3N4)2(NO)4] • 2Н20 Fe{SN(NO)2} 85 296 0,304(1) 0,216(1) 0,997(2) 0,943(1) 0,305(2) 0,237(2) 1732, 1805 73
14 [Fe2(C2H2N3S)2(NO)4] • Н20 Fe{SN(NO)2} 85 296 0,293(1) 0,223(1) 1,181(1) 1,223(1) 0,329(2) 0,238(2) 1732, 1805 73
15 [Fe2(C2H3N4S)2(NO)4] • Н20 Fe{SN(NO)2} 85 296 0,298(1) 0,223(1) 1,024(1) 1,004(1) 0,260(2) 0,252(2) 1732,1794 75
16 [Fe2(C7H4NS2)2(NO)4] • Н20 Fe{SN(NO)2} 85 296 0,291(1) 0,216(1) 1,008(1) 0,994(1) 0,258(2) 0,245(2) 1729,1790 62
17 [Fe2(C7H4N2S)2(NO)4] • Н20 Fe{SN(NO)2} 85 0,287(1) 1,076(1) 0,290(2) 1725, 1802 77
18 [Fe(SC2H3N3)(SC2H2N3)(NO)2] 1/2Н20 Fe{SS(NO)2} 296 0,188(1) 1,118(1) 0,258(2) 1749, 1807 58
19 (Et4N)[Fe(SPh)2(NO)2] Fe{SS(NO)2} 296 0,08 0,78 - 1744,1709 35
20 [Fe2(C3H3N2S)2(NO)4] Fe{SN(NO)2} 296 0,196(1) t 1,109(2) t t 1736, 1792 115
* 5ре — изомерный сдвиг относительно a-Fe; ** AEq — квадрупольное расщепление; *** Г — ширина линии
Значения длин связей в этом ряду соединений близко к распределению аналогичных длин связей в тетрая-дерных комплексах железа Fe6 [75] (табл. 1). В бия-дерном центросимметричном анионе
[Fe2(S203)2(N0)4]2- каждый атом железа связан с другим атомом железа, с двумя ц-атомами серы и с двумя атомами азота двух групп NO. Мостиковый атом серы связан с группировкой SO3. Наличие у мостиковых атомов серы групп SO3, на которых локализован отрицательный заряд, приводит к перераспределению электронной плотности в тиосульфатных комплексах по сравнению с сульфидными [Q4N]2Fe2S2(NO)4. Присутствие групп SO3 в анионе [Fe2(S203)2(N0)4]2_ вызывает стерические затруднения для превращения биядерного комплекса в тетраядерный [Fe4S3(NO)7]-.
Тиосульфатные комплексы более устойчивы в твердой фазе при хранении в темноте и в отсутствии влаги по сравнению с сульфидными комплексами, что подтверждается данными ИК и мессбауэровской спектроскопии (табл. 2). Моделирование процесса димери-
зации показало, что при сближении атомов на расстояния достаточные для образования связи Ре—Б возникали короткие контакты Ре—N0 и Гс—5С) (< 2 А).Схему двухэлектронного восстановления тио-сульфатного нитрозильного комплекса можно представить в виде [84]:
[Ре2(ц-8203)2(Ы0)4]2-+ е ^ [Ре2(ц-8203)2(М0)4р-+е^ ^ [Ре2(ц-820з)2(М0)4]4- ^ продукты
Из тиосульфатного нитрозильного комплекса действием тиолов в присутствии избытка 820з2_ и соответствующих тиолов можно также получать «эфиры» с Я = Ме, 1д. /-Рг, /-Ви, я-Рг, я-Ви, Ме(СН2)4 [85]. Экстракция реакционной смеси метиленхлоридом позволяет выделять нитрозильные продукты с выходами до 60% [86]. Метод, к сожалению, не применим для комплексов, нерастворимых в СН ^СЬ. что ограничивает эффективность его использования. По методу Брауэра [87] эти комплексы можно получать с выходами до
Рис. 3. Кристаллическое строение [ Рег (Я ('5 Н 4 N) 2 (N О) 41
80%, однако в ходе реакции образуется Ре^От. и метод не применим для тиолов с низкими значениями константы основности (рКа):
4FeS04 ■
8КОН + 2RSH + 4K2S204 +
h 4NO ^ [Fe2(SR)2(NO)4] Fe203 + 5H20
Нейтральные «эфиры» можно также получать действием А1к5Н на иодо-мостиковый комплекс [Ре212(ИО)4] в присутствии слабых оснований [88] или действием А1к282 на карбонильный комплекс [Ре(СО)2(ЫО)2] [89]. По данным ЭПР исследований эти реакции протекают через стадию образования моноядерных динитрозильных комплексов железа (ДНКЖ).
Строение и мессбауэровские параметры биядерных диамагнитных ^^-замещенных комплексов с Л = 2-меркаптопиридином (рис. 3, соединение 11 в табл. 2) и 2-меркаптопиримидином (рис. 4, соединение 12 в табл. 2) близки к таковым для тиосульфатных комплексов (соединения 7—10 в табл. 2) [90, 91].
Установлено, что Ц2~$-замещенные комплексы в твердой фазе диамагнитны. Комплексы с тиосульфат-ным анионом в растворах дают сигнал ЭПР с §ср = 2,03 и изотропной 5-компонентной сверхтонкой структурой (СТС) при комнатной температуре [83] в результате взаимодействия неспаренного электрона с двумя эквивалентными ядрами азота N0 лигандов. Это сигнал идентичен сигналам ДНКЖ, которые обнаружены в микроорганизмах и тканях животных. Этот класс биядерных сера-нитрозильных комплексов железа, несомненно, представляет интерес для практического использования в биомедицинских исследованиях. Квантовый выход реакции выделения N0 из «эфиров солей Руссина» с алкильными заместителями составляет 0,02—0,13. Электрохимические исследования [92] показали, что из 1 моль комплекса генерируются 4 моль N0, в отличие от «черной» соли, 1 моль которой дает 3,7 моль N0 [51]. Сведения по исследо-
ванию цитотоксичности «эфиров» в литературе отсутствуют, за исключением информации о канцерогенных свойствах с R = СН3 [68]. Биядерные комплексы |i2~S типа, как показали недавние исследования, в протонных растворителях разлагаются с образованием моноядерных динитрозильных комплексов с g = 2,03. Последние активируют ДНК—репарационные системы резистентности кишечной палочки Е. coli к разнообразным стрессам, в том числе контролируемых SOS и SoxRS регулонами [93]. Указанные репарационные системы определяют резистентность клетки к самым разнообразным агентам, в том числе применяемым в терапии, включая радиацию, алкилирующие агенты, антибиотики и др.
В качестве доноров NO в настоящее время применяются растворы ДНКЖ с тиолами природного происхождения: цистеином, глутатионом и другими, полученными пропусканием газообразного NO через смесь сульфата железа(П) и соответствующего тиола, взятых в мольном соотношении 1 : 2, соответственно. ДНКЖ с природными лигандами до сих пор не выделены в кристаллическом состоянии [20, 26, 94—97]. Устойчивость этих соединений в растворах невелика, что ограничивает возможность их применения для фундаментальных и прикладных исследований.
Первый кристаллический аналог ДНКЖ с серосодержащим лигандом имел анионную структуру [NEt4][Fe(NO)2(SR)2] с R = Ph [98] и был получен реакцией «черной соли Руссина» с дифенилсульфидом при 110 °С (схема 1):
[Fe4S3(NO)7]- PhSSPh/K°H (Et4N)[Fe(SPh)2(NO)2]
L 4 3V 'n MeOH/ Et4NCl
Схема 1
Активные исследования последних лет привели к успешному выделению и характеристике монокристаллов серосодержащих ДНКЖ — моделей нитро-зильных [IFe—2S] ферредоксинов — при использовании в качестве бидентантных лигандов: N-прото-нированного бис-меркаптоэтандиазаоктана (H2bme-daco) [99], согласно схеме 2, и 3-меркапто-1,2,4-три-азола по схеме 3 [100].
В моноядерном комплексе (рис. 5), синтезированному по схеме 3 в физиологических условиях
+ 12 / ТГФ +
РРЫ+[Ре(СО)3(ЫО)]- —2-»- РШ+[№(КО)2Г
РШС1/ МеОН
Ре(СО)5 + КаШ2 + №0
ТГФ
О 0С Н2Ьше-ёасо/ ТГФ
Ре
^О
Ш
где PPNC1 — бис(трифен:илфосфин)аммон:ий хлорид [1Ч(РРЬ3)2]С1
Схема 2
[Ре2(Б2Оз)2(КО)4] + 10 к!-, 4 он
2- 2$2Оз2
- 2 [РефОз^О]
3-
- 4 $2оз'
2 [Ре(ВЯ)2(КО)2]
Схема 3
= 25 °С, рН = 6,5—7,5), лиганды находятся в прото-нированной и депротонированной формах: на атоме серы 8(1), вследствие депротонирования, сосредоточен отрицательный заряд и образованная с атомом железа связь имеет ковалентный характер. Другой атом серы Б(2) — формально нейтрален и образует с атомом железа донорно-акцепторную связь. Заряд ЫО-групп близок к нулевому.
По данным ИК спектроскопии в моноядерном комплексе (соединение 18, табл. 2) наиболее интенсивными являются полосы поглощения, обусловленные колебаниями ЫО-групп (1807 и 1749 см-1 с плечом при 1725 см-1). Мессбауэровский спектр комплекса имеет дублетную структуру и значения параметров мессбауэровских спектров, более, чем вдвое превышают таковые для изоэлектронного анионного моноядерного комплекса [98] (соединение 19, табл. 2). Анализ основных межатомных расстояний и углов в нейтральном комплексе (соединение 18, табл. 2) по сравнению с таковыми в анионном (соединение 19, табл. 2) показал их небольшие отличия. Значительное увеличение изомерного сдвига нейтрального моно-
1м(8ы
.N(50)
N(80)
n(70)
0(3а)
Рис. 5. Структура моиоядериого динитрозильного комплекса [Ре (8 С2 НN) (Я С2 Н 2 N ;<) (N О) 2 ] • 1/2НгО
ядерного комплекса, вероятно, связано с необычной координацией 1,2,4-триазол-З-тиона (БТпаг): в форме тионного и тионатного лигандов. Удлинение связей Ре—(БТпаг)- по сравнению с Рс—(8Р11) приводит к уменьшению электронной плотности на атоме железа и, соответственно, к увеличению изомерного сдвига. Кроме того, вклад в увеличение изомерного сдвига дополнительно может вносить ослабление о-донирования от тионного лиганда на атом железа, также связанное с уменьшением электронной плотности на ядре железа. Большая асимметрия распределения окружающих железо зарядов в хромофоре Ре+1(8°8-ЫЫ) по сравнению с Ре+^^ЫМГ качественно объясняет возрастание значения А£д в моноядерном нейтральном комплексе по сравнению со значением квадрупольного расщепления в анионном моноядерном комплексе.
Следует отметить, что азогетероциклические тиолы обладают высоким координационным потенциалом [47], вследствие наличия в них структурного фрагмента ц-Ы—С—Б. Поэтому в реакции комплексообразова-ния в присутствии координирующего железо N0 их можно использовать в качестве лигандов для получения устойчивых биядерных [101] нитрозильных [2Ре— 2Б] комплексов. В основе метода лежит реакция обмена тиосульфатных лигандов на гетероциклические в физиологических условиях по схеме 4 [84], позволяющая варьировать лигандами с различными биологическими функциями:
[Ре2(Б2Оз)2 (Ш)4]
2- 2 !52Оз2"
- 2 [Ре^ОзШОЬ]3
+ 2 Ы! , 2 ОН
- 4 !2Оз2-
[Ре2(8Я)2(КО)4]
Схема 4
Комплексы имеют центросимметричную димерную биядерную структуру. Атом Ре образует одну связь Ре—8 с одним, а другую Ре—N с другим гетероциклическим лигандом. Связывание лигандов с атомами железа происходит мостиковым способом через атомы серы и азота Ц2~8,Ы (п'-Б, П1"!^). Существование про-тотропного таутомеризма в растворах гетероциклических тиолов обуславливает два способа координации азагетероциклов с атомом железа: в тионной форме (например, соединение 13, табл. 2) (рис. 6) и в тиоль-ной форме (соединение 20, табл. 2) (рис. 7). Атом Ре образует одну связь Ре—Б с одним, а другую Ре—N с другим гетероциклическим лигандом. Основные длины связей, углов и параметры ЯГР и ИК спектров ц-Ы-С-Б комплексов представлены в таблицах 1, 2.
Монокристаллы ц-Ы—С—Б комплексов в отличие от диамагнитных Ц2-8-замещенных тиосульфатных и тионатных комплексов, дают ЭПР сигнал, который представляет собой лоренцеву линию с § = 2,032 и шириной 6—10 мТ. Оценка числа неспаренных электронов, приходящихся на один атом железа, проведенная на основании измерения интенсивности ЭПР сигнала от образца с известной массой, дает значение 1,0 + 0,2. Фактически, Зс/1 -конфигурация в тетраэд-рической координации имеет спин 5 = 3/2, образованный тремя неспаренными электронами, локализованными на ¿/п-орбиталях. В данном случае суммарный спин парамагнитного центра, определяется ио-
Б
Рис. 6. Кристаллическая структура биядерного комплекса [Fe2(SC2H3N4)2(N0)4]-2H20
Рис. 7. Кристаллическая структура биядерного комплекса [Fe2(C3H3N2S)2(NO)4]
ном Fе(<г/7) (S = 3/2) в димере и двумя связанными с ним NO-группами (S = 1/2). При образовании кова-лентной связи каждый из n*-NO электронов спаривается с одним из i/п-электронов Fe, приводя к суммарному спину парамагнитного центра St = 1/2.
Согласно [10], электронная плотность связи металл—NO может быть удовлетворительно описана тремя формами, реализующимися в зависимости от природы металла и лигандов, окружающих его:
[M(«-D+ - NO+] о [М«+ - NO] о [M(«+1)+ - NO]
Электронная плотность I характеризуется короткими длинами связей М—NO, высоким значением частот валентных колебаний NO-групп (1650— 1985 см-1) и электрофильной активностью. Для электронной плотности III, наоборот, характерны удлинение связей М—NO, уменьшение значения частот валентных колебаний NO-групп (1525—1590 см-1) и нуклеофильная активность. Более того, существует разнообразие геометрии связи М—NO (рис. 8). Линейная связь М—NO доминирует либо благодаря частичному перекрыванию заполненной п орбитали NO и незанятой dz2 орбитали иона металла (NO является
,2 \
dxz " .....\ ; \
^уг \ ■ / \
""W \ 1'
О"—-
Сь* *----° »"О о* П
0^0 Ч \У
Рис. 8. Диаграмма молекулярной орбитали М—N0 и геометрия М—Ж)-связи
Геометрия Гибридизация у^о » см^1 атома азота
йр 1650-1985
йр2 1525-1690
sp2 - 1500
sp3 - 1330
о-донорным лигандом), либо в результате п-обратного донирования из заполненной с/п иона металла на ан-тисвязывающую п*орбиталь N0. Это ведет к дестабилизации с1т} орбитали. Угловая М—N0 связь возника-
п
N0. Это, наоборот, стабилизирует (кг орбиталь. В [2Ре—2Б] и [ 1 Ре—28] нитрозильных комплексах значения частот валентных колебаний NO-гpyппы лежат в области 1657—1807 см-1, заряд на N0 можно формально считать нейтральным, т.е. атом железа формально находится в состоянии Ре(+1) (с/7, 5 = 1/2) или согласно принятому «Е—р1» обозначению [99, 102] — суммированию Ре" ¿/-электронов и количества Г^О-лигандов — как {Ре^О)2}9.
Электронейтральность NO-гpyпп означает, что пара электронов связи распределена поровну между Ре и N0. Смещение пар на Ре приводит к конфигурации Ре!-(с)9)-2^0+); смещение на N0 - к Ре3+(с15)—2^02-) конфигурации, суммарный спин Б, = 1/2 при этом не меняется. Зависимость магнитной восприимчивости от температуры в ц-Г^—С—Б системах описывается законом Кюри—Вейсса с 6^8Ки эффективным магнитным моментом, приходящимся на один атом Ре (цЭфф), равным 1,85 цВ [82, 101, 103]. Полученное значение цЭфф близко к чисто
линейная M=N^O
угловая
мостиковая
o
n /\
(№-no)m m о
N-М
(№-no)m м
спиновому значению для одного неспаренного электрона (1,73). Отсутствие сильного обменного взаимодействия согласуется со значительным удалением атомов железа друг от друга (Fe...Fe превышает 4 А) в биядерных ц-N—С—S железо-нитрозильных комплексах.
Заключение
Преимущество разработанных по схемам 3 и 4 методов синтеза состоит в том, что в физиологических условиях (t = 25 °С, рН = 6,5—7,5) можно получать и выделять кристаллические би- и моноядерные нитро-зильные комплексы железа — аналоги нитрозильных негемовых протеинов семейства «g = 2,03» с выходами 60—90%. Комплексы железа с азогетероцикличесими лигандами имеют в своем составе одновременно две биохимические функциональные группы: NO- (радио, хемосенсибилизатор, обладающий вазодилататорной активностью) и RS-группу (входящую в состав антибактериальных и противовоспалительных агентов, ингибиторов ферментов, антиметаболитов). Среди лигандов, обладающих антибактериальной и ингиби-рующей активностью, представляют интерес 2-мер-каптобензимидазол — ингибитор сАМФ-фосфодиэс-теразы; 2-меркаптобензтиазол — ингибитор полифе-нолоксидазы, проявляет антимикробные свойства [104]. Тиопроизводные триазолов и тетразолов проявляют широкий спектр антимикробных и противогрибковых свойств, блокируют образование S-рибосом, ДНК, ингибируют биосинтез рибофлавина [105—107]. Известно, что 2-меркаптоп:иридин — потенциальный антиметаболит пиримидиновых оснований нуклеиновых кислот, фармакологическое действие которого подобно действию 6-тиогуанина и 6-меркаптопурина — препаратов, применяющихся в клинической практике при лечении острых лейкозов. В работах [108—
111] был продемонстрирован антинеопластический эффект координационных соединений металлов с пиридин- и пиримидинтиолами. Изучение условий стабилизации и физико-химических свойств [82, 84, 93,
112] диамагнитных и парамагнитных ц-S—С—N-мостиковых структур показало, что эти соединения могут служить адекватными моделями активных участков нитрозильных [2Fe—2S] и [lFe—2S] ферредок-синов и использоваться для фундаментального изучения механизмов реакций эндогенного NO и его ин-термедиатов.
Выявлена и изучена их адьювантная активность [113] при комбинации с противоопухолевыми цито-статиками: добавление NO-донора к цисплатину приводит к 100% выживанию животных с лейкемией Р388 (при монотерапии цисплатином выживает 67% животных). Антиметастатическая активность водорастворимых Ц2~$-комплексов показана на меланоме В-16, карциноме легких Льюиса (LL). Препараты ингибируют рост подкожно трансплантированной опухоли AKATOJ1. Синтезированные комплексы показали ва-зодилататорную активность: пролонгирующее релак-сирующее действие при концентрациях Ю-6— Ю-5 М. Исследования выполнены на сегментах грудных аорт крыс. Донирование монооксида азота начинается при концентрации Ю-6 М и происходит без ферментативной и фотоактивации. Успешно начаты исследования генетической активности [114] на молекулярном и клеточном уровнях с использованием комплекса бак-
териальных штаммов E.coli со слитыми оперонами и в опытах с S.typhimurium ТА100. SOS-, SoxRS-индуци-рующая активность новых доноров NO сопоставима с активностью наиболее сильного из SOS-индукторов — DNICcys и значительно превосходит используемый в клинической практике нитропруссид натрия. Мутагенная активность всех синтезированных доноров монооксида азота не обнаружена.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (грант 02-03-33344).
ЛИТЕРАТУРА
1. Недоспасов А.А. Биохимия, 1998, т. 63, вып. 7, с. 881—904.
2. Wink D.A., Feelisch М., Fukoto J. е. a. Archives of biochemistry and biophysics, 1998, v. 351, № 1, p. 66—74.
3. Малышев И.Ю., Манухина Е.Б. Биохимия, 1998, т. 63, № 7, с. 992-1006.
4. Watmough N.J., Butland G., Cheesman M.R. e. a. Biochim. Biophys. Acta, 1999, v. 1411, p. 456-474.
5. Северина И.И. Биохимия, 1998, т. 63, № 7, с. 939.
6. Ванин А.Ф. Там же, 1998, т. 63, № 7, с. 924-938.
7. Cammack C.L., Joannou C.L., Cui X.-Y. e. a. Biophys. Bio-chem. Acta, 1999, v. 1411, p. 475.
8. Kelm M. Ibid., 1999, v. 1411, p. 273-289.
9. Меньщикова Е.Б., Зенков H.K., Реутов В. П. Биохимия, 2000, т. 65, № 4, с. 485-503.
10. Fontecave М., Pierre J.-L. Bull. Soc. Chem. Fr., 1994, v. 131, p. 620-631.
U.Bian S., Cowan J.A. Coord. Chem. Rev., 1999, v. 190, p. 1049.
12. Butler R., Megson I.E.Chem. Rev., 2002, v. 102, p. 1155.
13. Butler A.R, Rhodes P. Analytical Biochemistry, 1997, v. 249, p. 1—9.
14. Gaston B. Biochim. Biophys. Acta, 1999, v. 1411, p. 323-333.
15. Butler A.R., Elkins-Daukes S., Parkin D. e. a. Chem. Common., 2001, p. 1732-1733.
16. Foster M. W., Cowan J.A. J. Am. Chem. Soc., 1999, v. 121, p. 4093.
17. Roger P.A., Ding H. J. Biol. Chem., 2001, v. 276, p. 30980.
18. Yang IV., Roger P.A., Ding H. Ibid., 2002, v. 277, p. 12868.
19. Roger P.A., Eide L., Klungland, Ding H. DNA Repair, 2003, v. 2, p. 809-817.
20.Лобышева И. И., Сереженков В.А., Стукан Р.А. и др. Биохимия, 1997, т. 62, № 7, с. 934.
21. Wink D.A., Mitchell J.В. Free Radical Biology & Medicine,
1998, v. 25, № 4, p. 434.
22. Voevodskaya N.V., Kubrina L.N., Serezhenkov V.A. e. a. Current Topics in Biophysics, 1999, v. 23, № 1, p. 31—37.
23. D'Autreaux B. Proc. Nat. Acad. Sci., USA, 2002, v. 99, p. 16619.
24. Koo M.S. EMBO J., 2003, v. 22, p. 2614-2622.
25. Fontecave M., Bonomo Inorg. Chim. Acta, 2001, v. 318, p. 1.
26. Vanin A.F., Serezhenkov V.A., Mikoyan V.D., Genkin M.V. Nitric oxide, 1998, v. 2, p. 224.
27. Wang P.G., Xian M., Tang X.P. Chem. Rev., 2002, v. 102, № 4, p. 1091.
28. Reginato N., McCrory C.T.C., Pervitsky D. J. Am. Chem. Soc.,
1999, v. 121, № 43, p. 10217.
29. Severina I.S., Bussygina O.G., Pyatakova N.V. e. a. Nitric Oxide, 2003, v. 8, № 3, p. 155-163.
'
31. Koo M.S. EMBO J., 2003, v. 22, p. 2614-2622.
32. Rinanese G.-M., De Angelis F., Melchionna S., De Vita A. J. Am. Chem. Soc., 2000, v. 122, p. 11963-11970.
33. Lo Bello M., Nuccetelli M., Caccuri A.M. e. a. J. Biological Chemistry, 2001, v. 276, p. 42138-42145.
34. Turella P. J. Biol. Chem., 2003, v. 278, p. 42294-42299.
35. Feelisch M. Naunyn-Schmiedeberg's Arch Pharmacol, 1998, v. 358, p. 113-122.
36. Burgaud J.-L., Ongini E., Del Soldato P. Ann. N.Y. Acad. Sci., 2002, v. 962, p. 360-371.
37. Bourassa J., DeGraff W., Kudo S. J. Am. Chem. Soc., 1997, v. 119, № 12, p. 2853.
38. Blackburn R.V., Galoforo S.S., Berns C.M. e. a. Cancer., 1998, v. 82, p. 1137.
39. Williams J.L. Cancer Res., 2001, v. 61, p. 3285.
№. Blackburn R.V., Galoforo S.S., Berns C.M. e. a. Ibid., 1998, v. 82, № 4, p. 1137.
41. Меньщикова Е.Б., Зенков H.K., Реутов В. П. Биохимия, 2000, т. 65, № 4, с. 485.
42. Винк Д. А., Водовоз Й., Кук Дж. А. и др. Там же, 1998, т. 63, № 7, с. 948.
43. Bourassa J., DeGraff, W. Kudo S J. Am. Chem. Soc., 1997, т. 119, c. 2853-2860.
44. Flitney F.W., Megson I.L, Thomson J.L.M. e. a. Brit. J. Pharmacol., 1996, v. 117, p. 1549-1557.
45. Ford P.C., Bourassa J., Kudo S., Miranda K. Coord. Chem. Rev., 1998, v. 171, p. 185-205.
46. Ueno Т., Suzuki Y., Fujii S. Biochem. Pharmacol, 2002, v. 63, p. 485.
47. Санина H.A., Агдошин C.M. Известия АН, Сер. хим., 2004 (в печати).
48. Проскуряков С.Я., Коноплянников А. Г., Иванников А. И. и др. Российский онкологический журнал, 2000, № 3, с. 41—45.
49. Lala К. Cancer and Metastasis Reviews, 1998, v. 17, p. 1—6.
50. Кабисов К., Соколов В.В., Шехтер А.Б. и др. Российский онкологический журнал, 2000, № 1, с. 24—29.
51. Janczyk A., Wolnicka-Glubisz. A., Chmura А. е. a. Nitric Oxide, 2004, v. 10, № 1, p. 42-50.
52. Siri О., Tabard A., Pullumbi P., Guilard R. Inorg.Chemica Acta, 2003, p. 633-640.
53. Проскуряков С.Я., Бикетов С.П., Иванников А.И., Скворцов В. Г. Иммунология, 2000, № 1, р. 9—20.
54. Vanin А. F., Stukan R.A., Manukhina E.B. Biochim. Biophys. Acta, 1996, v. 1295, p. 5-12.
55. Masini E., Salve mini D., Ndisang J.F. e. a. Inflamm, res., 1999, v. 48, p. 561-568.
56. Preiser H. Sepsis, 2000, v. 4, p. 99-109.
57. Connelly N.G., Gardner C. J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1976, p. 1525-1527.
58. Strasdeit IL, Krebs В., Henkel G. Z. Naturforech., 1986, Bd 41, S 1357-1362.
59. Butler AR, Megson I.L. Chem. Rev., 2002, v. 102, № 4, p. 1155.
60. Li, L., Morton J.R., Preston К.F. Magnet. Reson. Chem., 1995, v. 33, p. S14-S19.
61. Drapier J.C., Pellat C., Henry Y. J. Biol. Chem., 1991, v. 266, p. 162-167.
62. Ванин А.Ф. Биохимия, 1998, v. 63, № 7, p. 782.
63. Vanin A.F., Miller В., Alencar J.L. e. a. Nitric oxide, 2002, p. 194.
64 .Butler A. R., Glidewell C., Johnson I.L., Walton J. С. Polyhedron,
1987, v. 6, p. 20085-20090.
65. Vanin A.F., Serezhenkov V.A., Mikoyan V.D. Nitric oxide: Biol. Chem., 1998, v. 2, p. 224.
66. Vanin A.F., Stukan R.A., Manukhina Y.B. Biophysics, 1997, v. 42, p. 7.
67. Roussin F.Z. Ann. Chim. Phys., 1958, v. 52, p. 285-290.
68. Butler A.R., Glidewell C., Li M.-H. Adv. Inorg. Chem., 1988, v. 32, p. 335-393.
69. Sanina N.A., Chuev LI., Aldoshin S.M. e. a. Russian Chemical Bulletin, 2000, v. 49, № 3, p. 444-451.
70. Lin X., Zheng A., Lin Sh. e. a. J. Struct. Chem. (Wuhan), 1982, v. 1, p. 79.
71. Huang L., ZhaoX., Zhuang В., Jiegon H. Ibid., 1992, v. 11, p. 397.
72. Sanina N.A., Filipenko O.S., Aldoshin S.M., Ovanesyan N.S. Russian Chemical Bulletin, 2000, v. 49, № 6, p. 1109-1112.
73. Butler A.R., Glidewell C., Li M.-H. Adv. Inorg. Chem., 1988, v. 32, p. 335-393.
74. Bourassa J.L., Ford PC. Coord. Chem. Rev., 2000, v. 200, p. 887.
75. Sanina N.A., Chuev LI., Aldoshin S.M. e. a. Russian Chemical Bulletin, 2000, v. 49, № 3, p. 444-451.
76. Thomas J.Т., Robertson J.H., Cox E.G. Acta Crystallogr., 1958, v. 11, p. 599.
77. Buler A.R., Glidewell C., Hyde A.R., McGinnis J. Inorg. Chem., 1985, v. 24, p. 2931-2934.
78. Sung S.S., Glidewell C., Butler A.R., Hoffman R. Ibid., 1985, v. 24, p. 3856.
79. Seyferth D., Gallagher M.K., Cowie M. Organometallics, 1986, v. 5, p. 539-548.
80. Glidewell C., Harman M.E., Hursthouse M.B. e. a. J. Chem. Res. (S), 1988, p. 212-213.
81. Glidewell C., Lambert R.J., Harman M.E., Hursthouse M.B. J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1989, v. 9, p. 2061-2064.
82. Санина H.A., Алдошин С.M., Руднева Т.Н. и др. Коорд. химия, 2004 (в печати).
83. Sanina N.A., Rakova O.A., Aldoshin S.M. e. a. Rus. J. of Coord. Chem., 2001, v. 27, № 3, p. 198-202.
84. Ракова O.A., Санина H.A., Шилов Т.В. и др. Коорд. химия, 2001, т. 27, № 9, с. 698-704.
85. Glidewell С., Lambert R.J., Harman М.Е., Hursthouse M.B. J. Chem. Soc., Dalton Trans., 1990, v. 10, p. 2685-2690.
86 .Butler A.R., Glidewell C., Glidewell S. Polyhedron, 1990, v. 9, № 19, p. 2399-2405.
87. Руководство по препаративной нерганической химии. Под ред. Т. Брауэра. М.: Иностранная литература, 1956, с. 838.
88. Muchfuss Т.В., Weatherill T.D. Inorg. Chem., 1982, v. 21, p. 827.
89. Basosi R., Gaggelli E., Tiazzi E., Valensin G. J. Chem. Soc. Perkin Trans. II, 1975, p. 423-428.
90. Rakova O.A., Sanina N.A., Shilov G. V. e. a. Rus. J. of Coord. Chem., 2002, v. 28, № 5, p. 341-345.
91. Sanina N.A., Rakova O.A., Shilov G.V J. Chem. Crystallogr., 2004 (в печати).
92. Conrado C.L., Bourassa J.L., Egler C. e. a. Inorg.Chem., 2003, v. 42, p. 2288-2293.
93. Васильева C.B., Мошковская Е.Ю., Санина H.A. и др. Докл. АН, 2004 (в печати).
94. Stupakova M.V., Lobysheva LI., Mikojan V.D. е. a. Biochemistry , 2000, v. 65, № 6, p. 810-816.
95. Mulsch A., Mordvincev P.L, Vanin A.F., Buss R. FEBS Lett., 1991, v. 294, № 3, p. 252-256.
96. Malyshev I.Y., Malugin A. V, Golubeva L.Y. e. a. Ibid., 1996, v. 391, p. 21-23.
97. Costanco S., Menage S., Purello R. e. a. Inorg. Chim. Acta,
2001, v. 318, p. 1-7.
98. Strasdeit IL, Krebs В., Henkel G. Z. Naturforsch., 1986, Bd. 41B, S. 1357.
99. Chiang Ch.-Yi, Miller M.L., Reibenspies J.H., Darenbourg M.Y. J. Am. Chem. Soc., 2004, v. 126, p. 10867-10874.
100. Sanina N.A., Rakova O.A., Aldoshin S.M. e. a. Mend. Commun., 2004, v. 14, № 1, p. 7-8.
101. Агдошин С.M., Санина H.A., Ракова O.A. и др. Изв. АН, Сер. хим., 2003, т. 8, с. 1614-1620.
102. Enemark J.H., Feltham RD. Coord. Chem. Rev., 1974, p. 340.
103. Rakova O.A., Sanina N.A., Aldoshin S.M. e. a. Inorg. Chem. Commun., 2003, v. 6, p. 145-148.
104. Wewer H.De., Besse P., Verachtert H. Appl. Microbiol. Bio-technol., 1994, v. 42, № 4, p. 631-635.
105. Klark R.W., Squattrito P.J., Sen А.К, Dubey S.N. Inorg. Chim. Acta, 1999, v. 293, p. 61-69.
106. Menzies C.M., Squattrito P.J. Ibid., 2001, v. 314, p. 194-200.
107. Tsarenko I.V., Makarevich A.V., Orechov D.A. Bio. Eng., 1998, v. 19, p. 469-473.
108. Cervantes G., Marchai S., Prieto M.J. J. Inorg. Biochem., 1999, v. 77, p. 197.
109. Mazzo M., Chetch V, Nicolini M. II. Farmaco, 1993, v. 48, p. 1631.
110. Gonzalez V.M., Fuertes M.A., Perez-Alvarez M.J. e. a. Biochem. Pharmacol., 2000, v. 60, p. 371.
111. Rosenfleld S.G., Mascharak P.K., Arora S.K. Inorg. Chim. Acta, 1987, v. 129, p. 39.
112. Ракова O.A., Санина H.A., Шульга Ю.М. и др. Докл. АН,
2002, т. 383, № 3, с. 1.
[[3. Sanina N.A., Rakova O.A., Aldoshin S.M. e.a. Reactive Oxygen and Nitrogen Species:Diagnostic, Preventive and Therapeutic Values, St.Petersburg, 2002, p. 188.
114. Васильева C.B., Мошковская E. Ю., Санина H А. и др. Биохимия, 2004, т. 69, № 8, с. 1088-1095.
115. Sanina N.A., Aldoshin S.M., Rudneva T.N. e. a. J. Chem. Phys., 2004 (в печати)
