CC BY
23Ученые записки Крымского федерального университета имени В. И. Вернадского Биология. Химия. Том 3 (69). 2017. № 4. С. 275-282.
УДК 547.918:547.757:543.42
СУПРАМОЛЕКУЛЯРНЫЙ КОМПЛЕКС МОНОАММОНИЙНОЙ СОЛИ ГЛИЦИРРИЗИНОВОЙ КИСЛОТЫ (ГЛИЦИРАМА) С ТРИПТОФАНОМ
Яковишин Л. А.1, Гришковец В. И.2
1ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет», Севастополь, Россия 2Таврическая академия (структурное подразделение) ФГАОУ ВО «Крымский федеральный университет имени В. И. Вернадского», Симферополь, Республика Крым, Россия E-mail: chemsevntu@rambler.ru
Получен новый молекулярный комплекс состава 1:1, включающий моноаммонийную соль глицирризиновой кислоты (глицирам, GC) и L-триптофан (Trp). Методом спектрофотометрии исследовано взаимодействие GC с Trp в водных растворах при рН 7,2. Комплекс имеет константу устойчивости ,K"GC-Trp=(4,8+0,2)-104 M-1. GC формирует комплекс с Trp при участии ионных и гидрофобных взаимодействий, что было установлено методом ИК-спектроскопии. Ключевые слова: тритерпеновые гликозиды, глицирризиновая кислота, глицирам, триптофан, супрамолекулярный комплекс, спектрофотометрия, ИК-спектроскопия, константа устойчивости.
ВВЕДЕНИЕ
L-Триптофан (Trp; рис. 1) - гидрофобная незаменимая аминокислота, превращающаяся в серотонин, триптамин и другие важные физиологически активные вещества. Trp используется в качестве антидепрессанта и анксиолитика. Его назначают при алкогольной и наркотической интоксикации, бессоннице и расстройствах приема пищи. Остаток Trp входит в состав действующих веществ ряда синтетических пептидных препаратов [1, 2].
Сейчас активно изучается молекулярное капсулирование различных биомолекул и тритерпеновых гликозидов, т. к. оно может быть перспективным для современного драг-дизайна [3, 4]. Ранее были получены молекулярные комплексы Trp с тритерпеновыми гликозидами плюща (3-О-а-£-рамнопиранозил-(1®2)-О-а-£-арабинопиранозидом хедерагенина и его 28-0-а-£-рамнопиранозил-(1®4)-0-Р-0-глюкопиранозил-(1®6)-О-Р-^-глюкопиранозиловым эфиром) [5, 6]. Рассмотрена возможность комплексообразования Trp со стероидными гликозидами [7, 8]. При этом установлено, что Trp не образует комплексов с биозидом и триозидом неотигогенина, но дает их с биозидом гитогенина (петуниозидом D). Получены комплексы сердечных гликозидов дигоксина и К-строфантина-b с Trp и тройные комплексы, содержащие дополнительно катионы Ca2+ и Mg2+ [9].
Синтезированы молекулярные комплексы глицирризиновой кислоты (3-0-P-D-глюкуронопиранозил-( 1 ® 2)-О-Р-^-глюкуронопиранозида глицирретиновой
кислоты, GA) и ее моноаммонийной соли (глицирама, GC; рис. 1) с различными
веществами [3, 4, 10-15]. GA является главным тритерпеновым гликозидом корней солодки Glycyrrhiza glabra L. Однако особенности межмолекулярного взаимодействия Trp с GC не были рассмотрены. С целью расширения сведений о комплексах тритерпеновых гликозидов с биологически активными веществами нами получен комплекс GC-Trp. В настоящей статье приведены результаты его спектрофотометрического и ИК-спектроскопического анализа.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Использовали образец GC фирмы Calbiochem (США). Комплекс GC с Trp препаративно получали жидкофазным способом. Для этого смешивали растворы, содержащие по 1 ммоль GC и 1 ммоль Trp (растворитель - 70 % водный этанол-хлороформ, взятые в соотношении 3:1 по объему). Смесь выдерживали при 50 °C в течение 1,5 ч при постоянном перемешивании. Органические растворители отгоняли в вакууме.
УФ-спектры получены при температуре 26 °С на спектрофотометре Unico UV-Vis 4802 (США) в кварцевых кюветах (1=1 см). Для составления изомолярной серии использовали 10-4 М водные растворы GC и Trp (рН 7,2, фосфатный буфер Na2HPO4-NaH2PO4). Полученные смеси выдерживали при температуре 26 °С в течение 40 мин. при постоянном перемешивании. Для определения состава каждого комплекса и константы его устойчивости K было проведено 5 независимых экспериментов. Погрешность определения К не превышала 10 %. Расчет К выполнен при l = 258 нм.
ИК-спектры сняты с твердых образцов на ИК-Фурье-спектрометре ФТ-801 (СИМЕКС, Россия) с универсальной оптической приставкой НПВО (нарушенного полного внутреннего отражения). Для работы с ИК-спектрометром ФТ-801 использовали программу ZaIR 3.5.
Рис. 1. Моноаммонийная соль глицирризиновой кислоты (глицирам, GC) и триптофан (Trp).
HOOC,
OH
ИК-спектр GC (v, см1): 3204 (ОН, NH), 2931 (СН), 2873 (СН), 1715 (С=О), 1698 (С=О), 1646 (С(11)=О, C=C), 1590 (СОО), 1455 (СН2, СН3), 1410 (СОО), 1421 (NH4+), 1387 (СН), 1362 (СН), 1349 (СН), 1306 (СН), 1260 (СН), 1212 (СН), 1164 (С-О-С, С-ОН), 1074 (С-О-С, С-ОН), 1039 (С-О-С, С-ОН), 980 (=CH).
ИК-спектр Trp (v, см-1): 3401 (NHHIW), 3076 (NH3+), 3017 (NH3+, СН), 2977 (СН), 2847 (СН), 2724 (NH3+), 2519 (NH3+), 2065 (NH3+), 1661 (индольное кольцо), 1634 (аминокислотная полоса I - NH3 ), 1583 (СОО), 1557 (аминокислотная полоса II -NH3 ), 1540 (индольное кольцо), 1456 (индольное кольцо), 1410 (индольное кольцо, СОО ), 1354 (С=С, СНинд), 1229 (СНиВД), 1156 (СНиВД), 1145 (NH3+), 1116 (СНиВД), 1098 (СЭД, 1076 (СНинд, ССЧ NH3+), 1053 (СНинд), 1006 (индольное кольцо), 986 (индольное кольцо), 741 (CHmn, СОО ).
ИК-спектр комплекса GC с Trp (v, см-1): 3401 (NH^), 3243 (ОН, NH), 3078 (NH3+), 3039 (NH3+, СН), 2949 (СН), 2859 (СН), 2840 (СН), 2728 (NH3+), 2539 (NH3+), 2065 (NH3), 1715 (С=О), 1698 (С=О), 1661 (индольное кольцо), 1647 (С(11)=О, C=C), 1636 (аминокислотная полоса I - NH3 ), 1585 (СОО ), 1559 (аминокислотная полоса II -NH3 ), 1541 (индольное кольцо), 1456 (индольное кольцо, СН2, СН3), 1412 (индольное кольцо, NH4+, СОО ), 1388 (СН), 1355 (С=С, СН, СНинд), 1229 (СНинд), 1214 (СН), 1156 (СНинд, С-О-С, С-ОН), 1146 (NH3 ), 1116 (СНинд), 1097 (ON), ), 1076 (СНИВД, ССN, NH3 ), 1031 (С-О-С, С-ОН), 985 (индольное кольцо, =CH), 742 (CHинд, СОО ).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Состав комплекса GC с Trp, равный 1:1, определен методом изомолярных серий. Изомолярная кривая приведена на рис. 2. Комплексы моно- и бисдесмозидных гликозидов плюща с Trp имели аналогичный состав [5, 6]. Спектр поглощения изомолярной серии GC c Trp обладает изобестическими точками при 232 и 274 нм (рис. 3).
с (Тгр)/с (ОС)
Рис. 2. Зависимость изменения оптической плотности АЛ от соотношения компонентов изомолярной серии при 1=258 нм (с(ОС)+с(Тгр)=Ю-4 М, рН 7,2).
Между ОС и Тгр устанавливается равновесие вида:
ОС + Тгр 5=6 ОС-Тгр
к
ОС-Тгр
[ОС-Тгр] [ОС][Тгр]
(1)
константа устойчивости комплекса.
где ^ОС-Тгр -
КОС-Тгр, равная (4,8±0,2)104 М-1, была рассчитана по методу А. К. Бабко на основе изомолярной кривой по формуле 2 [16]. Значение КОС-Тгр хорошо согласуется с литературными данными, т. к. у ранее полученных комплексов ОА и ОС с биологически активными молекулами, имеющими состав 1:1, К имели порядок 103105 М-1 [3, 4, 10-15]. Считается, что высокая устойчивость молекулярных комплексов тритерпеновых гликозидов с биомолекулами и фармацевтическими субстанциями может быть объяснена наличием гидрофобных взаимодействий между веществами [17, 18], а также энтропийным фактором, связанным с процессами десольватации [19].
ДА0ДА1
к
(2)
с (ДА, -АА1)2
где с - суммарная концентрация веществ, равная 10-4 М, ДА0 - изменение оптической плотности, соответствующее комплексу при полном отсутствии диссоциации, а ДА1 - изменение оптической плотности, соответствующее значению на фактической кривой.
А 1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3 -
0,2 -
0,1
0,0
1, нм
Рис. 3. Кривые поглощения изомолярной серии растворов (с(ОС)+с(Тгр)=10 М, рН 7,2).
Взаимодействие ОС с Тгр вызывает в ИК-спектрах сдвиги ряда полос поглощения. Так, например, валентные колебания связей ОН у ОС в комплексе поглощают при 3243 см"1, что подтверждает наличие водородных связей. По сравнению с индивидуальным ОС смещение полосы поглощения составило +39 см1 (рис. 4). Кроме того, поглощение связей СО в С-О-С и С-ОН у ОС в комплексе проявляется в виде интенсивного пика при 1031 см-1, т.е. Ау составило -8 см-1. Положение полосы поглощения КИ индольного кольца Тгр при 3401 см-1 не изменяется. Полосы поглощения С=О карбоксильных групп ОС также не сдвигаются. Возможно, что они не принимают участия в комплексообразовании.
Отмечены смещения полос поглощения КИ3+ у Тгр (3017®303 9 см-1 и 2519®2539 см-1). Для СО карбоксилата ОС Ау = -5 см-1. Полученные изменения в ИК-спектрах могут указывать на ионные взаимодействия цвиттер-иона Тгр с СОО-ОС.
При межмолекулярном взаимодействии также имеют место гидрофобные взаимодействия Тгр с неполярным агликоном гликозида. В результате этого наблюдается смещение некоторых полос поглощения связей СН: у Тгр 2847®2840 см-1, а у ОС 2931®2949 и 2873®2859 см-1.
Рис. 4. ИК-спектры ОС, Тгр и их молекулярного комплекса. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Впервые получен молекулярный комплекс ОС с Тгр состава 1:1. Константа устойчивости комплекса А"ОС-Тгр=(4,8±0,2)-104 М-1 определена на основе изомолярной кривой.
2. Данные ИК-спектроскопии указывают на ионные взаимодействия цвиттер-иона Trp с СОО- GC. При взаимодействии GC с Trp имеют место гидрофобные контакты, в результате которых смещаются некоторые полосы поглощения связей СН.
3. Положение полос поглощения NH индольного кольца Trp и связей С=О карбоксильных групп GC при комплексообразовании не изменяется.
Список литературы
1. Sandyk R. L-Tryptophan in neuropsychiatric disorders: a review / R. Sandyk // Int. J. Neurosci. - 1992. -Vol. 67, № 1-4. - P. 127-144.
2. Коробов Н. В. Отечественные инновационные лекарственные средства: статус синтетических пептидных препаратов / Н. В. Коробов, К. А. Биченова, А. Н. Яворский // Мед. технол. Оценка и выбор. - 2011. - № 1. - С. 98-102.
3. Tolstikova T. G. The complexes of drugs with carbohydrate-containing plant metabolites as pharmacologically promising agents / T. G. Tolstikova, M. V. Khvostov, A. O. Bryzgalov // Mini Rev. Med. Chem. - 2009. - Vol. 9, № 11. - P. 1317-1328.
4. Yakovishin L. A. Ivy and licorice triterpene glycosides: promising molecular containers for some drugs and biomolecules / L. A. Yakovishin, V. I. Grishkovets // Studies in natural products chemistry; ed. Atta-ur-Rahman. - Amsterdam: Elsevier, 2017. - Vol. 55. - Chapter 11. - P. 351-383.
5. Молекулярное комплексообразование сапонинов плюща с L-триптофаном / Л. А. Яковишин, А. В. Лекарь, С. Н. Борисенко [и др.] // Химия растит. сырья. - 2011. - № 4. - С. 65-70.
6. Молекулярное комплексообразование тритерпеновых гликозидов с триптофаном в водных растворах / Л. А. Яковишин, В. И. Гришковец, Н. В. Епишина, И. С. Куртаметов // Ученые записки Таврического национального университета им. В. И. Вернадского. Сер. «Биология, химия». -2010. - Т. 23 (62), № 2. - С. 270-275.
7. Пилипенко В. В. Взаeмодiя стеро!дних глiкозидiв з амшокислотами: дослщження методом плазменно-десорбцшно! мас-спектрометрп / В. В. Пилипенко, С. О. Аксьонов, О. М. Калшкевич [та ш.] // Biopolym. Cell. - 2000. - Т. 16, № 3. - С. 212-219.
8. Pilipenko V. V. 252Cf Plasma desorption mass spectrometric study of interactions of steroid glycosides with amino acids / V. V. Pilipenko, L. F. Sukhodub, S. A. Aksyonov [et al.] // Rapid Commun. Mass Spectrom. - 2000. - Vol. 14. - P. 819-823.
9. Горчакова Н. А. Комплексообразование сердечных гликозидов с аминокислотами и щелочноземельными металлами / Н. А. Горчакова, Т. Г. Самарская, В. А. Самарский [и др.] // Экспер. и клинич. фармак. - 1992. - Т. 55, № 2. - С. 106-109.
10. Спектрофотометрiя супрамолекулярних комплекЫв тритерпенових глiкозидiв плюща i солодцю з левомщетином (хлорамфешколом) / Л. О. Яковшин, О. М. Корж, О. Д. Дегтяр, А. В. Клименко // Ukr. Bioorg. Acta. - 2013. - Т. 11, № 1. - С. 33-36.
11. Молекулярные комплексы тритерпеновых гликозидов плюща и солодки с доксорубицином / Л. А. Яковишин, В. И. Гришковец, А. В. Клименко [и др.] // Хим.-фарм. журн. - 2014. - Т. 48, № 6. - С. 37-40.
12. Комплексы b-глицирризиновой кислоты с нестероидными противовоспалительными средствами как новые транспортные формы / Г. А. Толстиков, Л. А. Балтина, Ю. И. Муринов [и др.] // Хим.-фарм. журн. - 1991. - Т. 25, № 2. - С. 29-32.
13. Далимов Д. Н. Молекулярные комплексы моноаммониевой соли глицирризиновой кислоты с некоторыми лекарственными средствами и их интерферониндуцирующая активность / Д. Н. Далимов, Ю. Т. Исаев, А. М. Сайиткулов // Химия природ. соедин. - 2001. - № 2. - С. 132-134.
14. Nafisi S. A comparative study of glycyrrhizin and glycyrrhetinic acid complexes interactions with DNA and RNA / S. Nafisi, F. Manouchehri, M. Bonsaii // Iranian J. Org. Chem. - 2012. - Vol. 4, № 2. -P. 841-849.
15. Izutani Y. Aggregation property of glycyrrhizic acid and its interaction with cyclodextrins analyzed by dynamic light scattering, isothermal titration calorimetry, and NMR / Y. Izutani, K. Kanaori, M. Oda // Carbohydr. Res. - 2014. - Vol. 392. - Р. 25-30.
16. Бабко А. К. Физико-химический анализ комплексных соединений в растворах / А. К. Бабко. - К.: Изд-во АН УССР, 1955. - 328 с.
17. Gluschenko O. Yu. NMR relaxation study of cholesterol binding with plant metabolites / O. Yu. Gluschenko, N. E. Polyakov, T. V. Leshina // Appl. Magn. Reson. - 2011. - Vol. 41, № 2. -P. 283-294.
18. Study of the interaction between monoammonium glycyrrhizinate and bovine serum albumin / Y.-J. Hu, Y. Liu, J.-B. Wang [et al.] // J. Pharm. Biomed. Anal. - 2004. - Vol. 36, № 4. - P. 915-919.
19. Комплексообразование глицирризиновой кислоты с 5-нитро-8-оксихинолином и тринитроглицерином / В. Н. Майстренко, В. Н. Гусаков, И. А. Русаков [и др.] // Докл. Акад. наук. - 1994. - Т. 335, № 3. - С. 329-331.
SUPRAMOLECULAR COMPLEX OF MONOAMMONIUM SALT OF GLYCYRRHIZIC ACID (GLYCYRAM) WITH TRYPTOPHAN
Yakovishin L. A.1, Grishkovets V. I.2
1Sevastopol State University, Sevastopol, Russia
2V. I. Vernadsky Crimean Federal University, Simferopol, Crimea, Russian Federation E-mail: chemsevntu@rambler.ru
A new supramolecular complex of triterpene glycoside glycyram (monoammonium salt of glycyrrhizic acid (3-0-P-D-glucuronopyranosyl-(1®2)-0-P-D-glucuronopyranoside of 18p-glycyrrhetinic acid), GC) with hydrophobic essential amino acid Z-tryptophan (Trp) was prepared.
The complexation of GC with Trp in aqueous solution at pH 7.2 (phosphate buffer Na2HPO4-NaH2PO4) was investigated by spectrophotometry method. Absorption spectrum of isomolar series for GC-Trp mixture has isobestic points at 232 and 274 nm. It was shown that GC and Trp forms a 1:1 complex, having a stability constant KGC-Trp = (4.8±0.2)104 M-1. In the previously obtained 1:1 complexes of glycyrrhizic acid and GC with biologically active molecules, stability constants were of the order of 103-105 M-1. Molecular complex of GC with Trp was studied by IR spectroscopy. The changes in the IR spectra were indicated to presence of ionic interactions of the zwitter-ion Trp with GC (NH3+ OOC) and hydrophobic contacts.
Keywords: triterpene glycosides, glycyrrhizic acid, glycyram, tryptophan, supramolecular complex, spectrophotometry, IR spectroscopy, stability constant.
References
1. Sandyk R., L-Tryptophan in neuropsychiatric disorders: a review, Int. J. Neurosci., 67 (1-4), 127 (1992).
2. Korobov N. V., Bichenova K. A., Yavorsky A. N., Domestic innovative drugs: synthetic peptides prospects, Med. technol. Assessment and choice, 1, 98 (2011). (in Russ.).
3. Tolstikova T. G., Khvostov M. V., Bryzgalov A. O., The complexes of drugs with carbohydrate-containing plant metabolites as pharmacologically promising agents, Mini Rev. Med. Chem., 9 (11), 1317 (2009).
4. Yakovishin L. A., Grishkovets V. I., Ivy and licorice triterpene glycosides: promising molecular containers for some drugs and biomolecules, in Studies in natural products chemistry, edited by Atta-ur-Rahman, 55, 351 (Elsevier, Amsterdam, 2017).
5. Yakovishin L. A., Lekar A. V., Borisenko S. N., Vetrova E. V., Borisenko N. I., Grishkovets V. I., Molecular complexation of ivy saponins with L-tryptophan, Khim. Rastit. Syr'ja, 4, 65 (2011). (in Russ.).
6. Yakovishin L. A., Grishkovets V. I., Epishina N. V., Kurtametov I. S., Molecular complexation of the triterpene glycosides with tryptophan in water solutions, Sci. Not. Taurida V. I. Vernadsky Nat. Univ., ser. Biol. Chem., 23 (2), 270 (2010). (in Russ.).
7. Pilipenko V. V., Aksyonov S. A., Kalinkevich A. N., Sukhodub L. F., PDMS study of the steroid glycosides interaction with amino acids, Biopolym. Cell, 16 (3), 212 (2000). (in Ukr.).
8. Pilipenko V. V., Sukhodub L. F., Aksyonov S. A., Kalinkevich A. N., Kintia P. K., 252Cf Plasma desorption mass spectrometric study of interactions of steroid glycosides with amino acids, Rapid Commun. Mass Spectrom., 14, 819 (2000).
9. Gorchakova N. A., Samarskaya T. G., Samarsky V. A., Lezina G. G., Grischenko L. I., Babak V. V., Complexation of cardiac glycosides with amino acids and alkaline earth metals, Eksp. Klin. Farmakol., 55 (2), 106 (1992). (in Russ).
10. Yakovishin L. A., Korzh E. N., Degtyar A. D., Klimenko A. V., Spectrophotometry of the supramolecular complexes of ivy and licorice triterpene glycosides with laevomycetin (chloramphenicol), Ukr. Bioorg. Acta, 11 (1), 33 (2013). (in Ukr.).
11. Yakovishin L. A., Grishkovets V. I., Klimenko A. V., Degtyar A. D., Kuchmenko O. B., Molecular complexes of ivy and licorice triterpene glycosides with doxorubicin, Khim.-Farm. Zhurn., 48 (6), 37 (2014). (in Russ.).
12. Tolstikov G. A., Baltina L. A., Murinov Yu. I., Davydova V. A., Tolstikova T. G., Bondarev A. I., Zarudin F. S., Lazareva D. N., Complexes of P-glycyrrhizinic acid with nonsteroidal antiinflammatory drugs as novel transport forms, Khim.-Farm. Zhurn., 25 (2), 29 (1991). (in Russ.).
13. Dalimov D. N., Isaev Yu. T., Saiitkulov A. M., Molecular complexes of ammonium glycyrrhizate with certain medicinal agents and their interferon-inducing activity, Khim. Prirod. Soedin., 2, 132 (2001). (in Russ.).
14. Nafisi S., Manouchehri F., Bonsaii M., A comparative study of glycyrrhizin and glycyrrhetinic acid complexes interactions with DNA and RNA, Iranian J. Org. Chem., 4 (2), 841 (2012).
15. Izutani Y., Kanaori K., Oda M., Aggregation property of glycyrrhizic acid and its interaction with cyclodextrins analyzed by dynamic light scattering, isothermal titration calorimetry, and NMR, Carbohydr. Res., 392, 25 (2014).
16. Babko A. K., Physico-chemical analysis of complex compounds in the solutions, 328 (Izd-vo AN USSR, Kiev, 1955). (in Russ).
17. Gluschenko O. Yu., Polyakov N. E., Leshina T. V., NMR relaxation study of cholesterol binding with plant metabolites, Appl. Magn. Reson, 41 (2), 283 (2011).
18. Hu Y.-J., Liu Y., Wang J.-B., Xiao X.-H., Qu S.-S., Study of the interaction between monoammonium glycyrrhizinate and bovine serum albumin, J. Pharm. Biomed. Anal., 36 (4), 915 (2004).
19. Maistrenko V. N., Gusakov V. N., Rusakov I. A., Murinov Yu. I., Tolstikov G. A., Complexation of glycyrrhizic acid with 5-nitro-8-hydroxyquinoline and trinitroglycerol, Dokl. Akad. Nauk., 335 (3), 329 (1994). (in Russ).
