Введение 3
Раздел 1 Обзор литературы 5
1.1 Применение производных азобензола в фотофармакологии 5
1.1.1 Блокаторы ионных каналов 5
1.1.2 Фотоактивируемые лекарственные препараты 10
1.1.3 Использование фотопереключателей для контроля биологических систем 12
1.2 Влияние заместителей на спектральные и временные характеристики 12
1.3 Устойчивость соединений в организме 17
Раздел 2 Экспериментальная часть 19
2.1 Методы разностной спектроскопии высокого временного разрешения 19
2.1.1 Флеш-Фотолиз 20
2.1.2 Метод возбуждение-зондирование 21
2.2 Методы и материалы 23
2.2.1.Подготовка растворов 23
2.3 Используемые методы 23
2.3.1 Установка для флеш-фотолиза 23
2.3.2 Спектрофотометр 24
2.3.3 Спектроскопия комбинационного рассеяния 24
2.3.4 Циклическая и дифференциальная вольтамперометрия 24
2.3.5 Квантово-химические расчеты 26
Раздел 3 Обсуждение результатов 27
Выводы 42
Благодарности 43
Список литературы 44
В современных исследованиях в области биологии и фармакологии актуальными являются работы, направленные на изучение процессов, происходящих внутри клетки, и их контроль.
Одним из таких направлений является фотофармакология. Исследования в данной области позволяют влиять на процессы в клетке путем воздействия электромагнитного излучения. Примером фотофармакологических препаратов являются фотоактивируемые цитостатические и антибиотические препараты, а также молекулярные фотопереключатели. При взаимодействии со светом, последние, могут переходить между своими изомерными формами, обладающими различной биологической активностью [1].
Одними из соединений, на основе которых строят молекулярные переключатели, часто выступают производные азобензола. Данные соединения при взаимодействии с электромагнитным излучением переходят за время порядка сотен фемтосекунд из своей стабильной транс-формы в цис-форму. Обратный переход может происходить как при поглощений излучения с другой длиной волны, так и термически, при этом времена термической изомеризации лежат в интервале от наносекунд до лет (Рис.1).
Рис.1 Фотохимические и термические изомерные переходы производного азобензола.
Производные азобензола широко используют в нейробиологических исследованиях для контроля нейронных систем. Принцип действия заключается в том, что в одной из своих форм соединение блокирует ионный канал, что приводит к поляризации или деполяризации клеточной мембраны. При поглощении кванта света происходит изменение конформации соединения, что приводит к открытию ионного канала, вызывая изменение мембранного потенциала и формирование первичного импульса[2]. Данный процесс позволяет исследователям контролировать активность нейронов. Однако, важно отметить, что для подобных исследований критическим является время изменения мембранного потенциала, которое зависит от многих факторов, в том числе от времен цис-транс изомеризации.
Рис.2 Соединения ЛЛР(слева) и DENAQ(справа).
Нами были исследованы процессы цис-транс изомеризации на примере двух производных азобензола DENAQ и AAQ (рис.2), которые относятся к двум поколениям блокаторов ионных каналов. Представители двух поколений резко отличаются по своим спектральным и временным характеристикам, а также по растворимости и временам отклика мембраны. В работе, представленной группой Траунера, времена отклика клеточной мембраны для соединений DENAQ и AAQ составляло 300мс и 7-8 минут, соответственно^]. Возможным объяснением разницы в свойствах может являться различное значение pKa соединений, что может вызывать протонирование DENAQ, что приводит к увеличению растворимости и изменению спектральных характеристик соединения.
Нами была поставлена задача определить является ли время цис-транс изомеризации, лимитирующей, и определить причины различия характеристик представленных соединений.
Цель работы: определить, является ли процесс цис-транс перехода лимитирующим для времен отклика клеточной мембраны и определить отличия механизмов процесса цис-транс изомеризации для соединений.
Основные этапы работы:
Измерить и сопоставить с квантовохимическими расчётами спектры в УФ и видимой области (стационарные и разностные) и спектры комбинационного рассеяния при различной кислотности среды.
Измерить времена цис-транс изомеризации и электрохимические характеристики для соединений при различных значениях рН среды.
На основании полученных данных определить различия в механизмах цис-транс изомеризации соединений DENAQ и AAQ.
В ходе данной работы нами были измерены спектры поглощения соединений AAQ и DENAQ в водных растворах с различным значением кислотности среды. Исходя из полученных данных было выдвинуто предположение о протонировании соединения DENAQ и об отсутствии протонирования на всем диапазоне рН для AAQ. Данное предположение было подтверждено при анализе спектров комбинационного рассеяния и результатов электрохимических измерений. Нами было показано, что DENAQ находится в протонированном состоянии уже при щелочных значениях кислотности среды и протонируется второй раз в кислой среде.
Различие в значениях рКа соединений, а соответственно возможность их протонирования, объясняют различия в спектральных и термодинамических свойствах данных соединений. Помимо этого, при протонировании происходит увеличение растворимости соединения в водных растворах, что важно учитывать при его использовании в клетках.
