Влияние природы гетероатома в бензазолах на их спектральные свойства в. С. Сибирцев*, А. В. Гарабаджиу icon

Влияние природы гетероатома в бензазолах на их спектральные свойства в. С. Сибирцев*, А. В. Гарабаджиу



НазваниеВлияние природы гетероатома в бензазолах на их спектральные свойства в. С. Сибирцев*, А. В. Гарабаджиу
Дата конвертации02.11.2012
Размер84.21 Kb.
ТипДокументы

Журнал органической химии. -1997. -Т.33, N.12. -С.1840-1843.


ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ ГЕТЕРОАТОМА В БЕНЗАЗОЛАХ

НА ИХ СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА


В.С. Сибирцев*, А.В. Гарабаджиу


* Центральный научно-исследовательский рентгено-радиологический институт

Минздрава РФ;

Санкт-Петербургский государственный технологический институт

(технический университет), Россия, 198013, С.-Петербург, Загородный пр. 49


Аннотация. Исследованы различия спектров поглощения и флуоресценции в воде и спирте ряда 2-фенилбензазолов, обусловленные присутствием в составе гетероциклического “ядра” их молекул атомов: S, O и N, а также группы HN–. На основании полученных данных сделан вывод, что наиболее интенсивными люминесцентными свойствами в ряду бензазолов обладает индольный фрагмент. Соответственно, данный фрагмент может быть признан оптимальным составляющим “ядра” вновь синтезируемых внешнесвязывающихся с ДНК потенциальных флуорофоров.


В настоящее время все большее распространение приобретают искусственно синтезируемые достаточно низкомолекулярные соединения, способные cпецифически связываться с определенными последовательностями нуклеотидов в геноме. Такие соединения могут быть использованы непосредствено в качестве радиопротекторов, противоопухолевых, антибактериальных, антивирусных препаратов [1,2]. Однако, если, помимо достаточно высокой специфичности, ДНК–связывающее соединение обладает также удобными для регистрации свойствами – например, способностью флуоресцировать и резко изменять интенсивность своего свечения при взаимодействии с полинуклеотидом – то область его применения значительно расширяется. В частности, подобные соединения могут быть использованы для быстрой оценки биологической загрязненности воды, в качестве ДНК-тропных зондов. Кроме того, с их помощью могут быть разработаны высокочувствительные и специфичные экспресс-методы диагностики наследственных, злокачественных, инфекционных заболеваний, радиационных воздействий [3,4].

Следует отметить, что подавляющее большинство флуорофоров на нуклеиновые кислоты содержит в составе своей молекулы один или несколько гетероцикличеких фрагментов, которые и обеспечивают как активные флуоресцентные свойства рассматриваемых соединений, так и специфичность взаимодействия их с полинуклеотидами. В частности, для внешнесвязывающихся с ДНК соединений обязательным является присутствие в составе молекулы фрагментов, состоящих из одного или двух конденсированных ароматических циклов, причем один из этих циклов должен быть пятичленным и содержать по крайней мере один гетероатом [5].
Молекула же потенциального интеркалятора должна содержать один или несколько фрагментов, представляющих собой конденсированную ароматическую систему с тремя и более кольцами, причем, как минимум, в состав одного из колец также обязательно должен входить гетероатом [6].

В связи с вышесказанным, для разработки теоретических принципов конструирования новых потенциально активных флуорофоров на нуклеиновые кислоты интерс представляло – изучить количественно, как влияет природа гетероатома в бензазольном цикле (являющемся определяющим фрагментом структуры многих распространенных в настоящее время внешнесвязывающихся с ДНК лигандов [7–9]) на спектральные свойства потенциальных флуорофоров на нуклеиновые кислоты.

С данной целью было выбрано 5 соединений:

5-амино-2-(4-аминофенил)бензтиазол (I),

5-амино-2-(4-аминофенил)бензоксазол (II),

5(6)-амино-2-(4-аминофенил)бензимидазол (III),

5(6)-амидино-2-(4-аминофенил)бензимидазол (IV),

4',6-диамидино-2-фенилиндол (V).


^ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ


Данные, полученные из спектров поглощения и флуоресценции соединений I–V в воде и изопропаноле (который – как было показано ранее, в частности, в работах [8–10] – моделирует условия микроокружения, создающиеся для молекулы красителя при взаимодействии ее с ДНК), представлены в таблице и на рис.1,2. Из представленного видно, что с увеличением массы гетероатома в бензазольном цикле возрастала структурированность спектров соответствующих соединений. Причем, спектры флуоресцентной эмиссии для соединений I–III были в этом отношении более чувствительны, чем спектры поглощения данных красителей. Так, в области длин волн выше 300 нм наличие двух максимумов поглощения было характерно только для соединения I; тогда как по два максимума флуоресцентной эмиссии имели как соединение I, так и соединение II. При этом, отношение интенсивностей более коротковолнового максимума эмиссии к более длинноволновому (ISW/ILW) было выше для соединения I.

Также, возрастало соотношение ISW/ILW у красителей I и II при переходе от водной среды к спирту. Возможно, это связано с тем, что с молекулами спирта данные соединения образовывали водородные связи более "охотно", чем с молекулами воды. Длинноволновый же максимум на спектрах флуоресцентной эмиссии соединений I и II, как показано в работе [7], относится, скорее всего, к комплексу, образуемому за счет водородной связи между двумя молекулами красителя; в то время как, за коротковолновый максимум на спектрах флуоресцентной эмиссии данных соединений отвечают, по-видимому, их одиночные молекулы.

По мере уменьшения структурированности спектров поглощения и флуоресценции в ряду соединений I–III, квантовые выходы у них возрастали как в водной среде, так и в спирте (см. табл.1). Таким образом, можно говорить об усилении флуоресцентных свойств в ряду: бензтиазол – бензоксазол – бензимидазол. Возможно, причиной этого является эффект "внутреннего тяжелого атома" [7,11]. Квантовый выход соединения IV в воде, напротив, был значительно ниже, чем у соединения III. Это можно объяснить тем, что амидиновая терминальная группа соединения IV в значительно большей мере, чем соответствующая амино-группа соединения III, способна оттягивать электронную плотность от бензимидазольного "ядра" молекулы красителя и, тем самым, ингибировать его флуоресцентные свойства.

При этом, в спирте (как и при взаимодействии рассматриваемых соединений с ДНК), в условиях низкой диэлектрической проницаемости среды происходит частичное разобщение электронных систем терминальных группировок и "ядра" молекулы красителя; и в результате, последнее восстанавливает свои флуоресцентные свойства. Вследствие этого, в частности, хотя абсолютные величины квантовых выходов в воде и спирте (jwat и jalk, соответственно) для соединения III были выше, чем для соединения IV; соотношение jalk/jwat было значительно большим для соединения IV.

В тоже время, соединение V – обе терминальные амино-группы которого заменены амидиновыми радикалами – имеет величины как абсолютных (jwat и jalk), так и относительного (jalk/jwat) квантовых выходов в воде и спирте большие, чем у соединения IV. Очевидно, это обусловлено наличием более интенсивных и устойчивых флуоресцентных свойств у p-избыточного индольного "ядра" соединения V, по сравнению с бензимидазольным "ядром" молекулы соединения IV, проявляющим p-амфотерные свойства [12].

Исходя из вышесказанного, можно сделать заключение об усилении флуоресцентных свойств в ряду: бензтиазол – бензоксазол – бензимидазол – индол. Сходный порядок данные гетероциклы демонстрировали и в отношении активности связывания с ДНК [7]. Таким образом, наиболее оптимальными в качестве "ядра" молекулы вновь синтезируемого внешнесвязывающегося с ДНК потенциального флуорофора следует, по-видимому, считать бензимидазольный, либо индольный фрагменты.

^ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ


Синтез соединений I–III был описан ранее в работе [13]. Соединение V (коммерческий флуорофор – DAPI) было получено от фирмы Serva (ФРГ). Соединение же IV было синтезированно на кафедре молекулярной биологии Санкт-Петербургского государственного технологического института по методике, описанной в работе [14].

Все измерения проводились при постоянной величине концентрации красителя: ^ СКРАС = 4,0x10-6М и температуре 20–25 OС. Спектры поглощения исследуемых растворов регистрировали на спектрофотометре фирмы "Beckman" (Австрия), Model 35. Флуоресценцию проб анализировали на спектрофлуориметре фирмы "Hitachi" (Япония), Model 850. При записи спектров на флуориметре щели монохроматоров возбуждения и эмиссии устанавливали по 3 нм, скорость сканирования – 120 нм/мин, время отклика – 2 с, усиление ФЭУ – нормальное. При этом, запись спектров флуоресцентной эмиссии проводили при длинах волн, соответствующих максимумам возбуждения, которые у исследованных соединений совпадали с максимумами поглощения, а коэффициенты молярной флуоресценции определяли как: m = I/Cкрас, где интенсивность флуоресценции (I) исследованных соединений регистрировалась при указанных выше режимах работы спектрофлуориметра в стандартной кювете сечением 1 см2.

Квантовые выходы флуоресценции исследуемых красителей определялись относительным методом с использованием в качестве стандарта раствора сульфата хинина в 1 М серной кислоте (j 0.55) [15]. Так как перекрывание спектров поглощения и флуоресценции у соединений (I)–(V) практически отсутствовало, расчет относительных квантовых выходов осуществляли, исходя из максимумов величин поглощения и флуоресценции в соответствующих условиях, по формуле: j2/j1 = (I2x A1) / (I1x A2) [9] (где I2, I1 и A2, A1 – величины интенсивности флуоресценции и оптической плотности исследуемого соединения в состояниях 2 и 1). Спектры флуоресценции корректировали с использованием счетчика квантов на основе стандартного спиртового раствора родамина В, в соответствии с руководством по эксплуатации к спектрофлуориметру Hitachi–850.

^ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


1. Denison L., Haigh A., D'Cunha G., Martin R.F. // Int. J. Radiat. Biol. –1992. –Vol.61. –P.69–81.

2. Wilson F.W., Tanious A.T., Barton H.J., Jones P.L., Fox K., Wydra R.L., Strekowski L. // Biochemistry. –1990. –Vol.29. –№36. –P.8452–8461.

3. Morgan A.R., Evans D.H., Lee J.S., Pulleyblank D.E. // Nucl. Acids Res. –1979. –Vol.7. –№3. –P.571–595.

4. Иванов С.Д., Кованько Е.Г., Ремизова И.В., Стефаненко Ф.А. // Радиобиологические подходы к диагностике лучевых поражений. / Под ред. Комара Е.В. –Л.: ЛГИУВ, 1987. –С.69–75.

5. Сибирцев В.С. Исследование механизмов флуоресцентного взаимодействия комплексов ДНК-лигандов бензимидазольного и фенилиндольного рядов: Дис. ... канд.хим.наук. –С.Пб.: СПбГТИ (ТУ), 1995. –230c.

6. Miller K.J., Newlin D.D. // Biopolymers. –1982. –Vol.21. –№3. –P.633–652.

7. Иванов С.Д., Квитко И.Я., Ртищев Н.И., Фомина Е.И., Нагорская Л.П. // Биоорган. химия. –1989. –Tом.15. –№5. –C.648–655.

8. Сибирцев В.С., Гарабаджиу А.В., Иванов С.Д. // Биоорган. химия. –1994. –Том.20. №6. –C.650–668.

9. Сибирцев В.С., Гарабаджиу А.В., Иванов С.Д. // Биоорган.химия. –1995. –Том.21. –№9. –С.731–736.

10. Jin R., Breslauer K.J. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. –1988. –Vol.85. –№23. –P.8939–8942.

11. Мак-Глинн С., Адзуми Т., Киносита М. Молекулярная спектроскопия триплетного состояния. –М.: Мир, 1972. –448с.

12. Пожарский А.Ф. Теоретические основы химии гетероциклов. –М.: Химия, 1985. –280с.

13. Preston I., De Winter W., Hofferbert W.I. // J. Heterocycl. Chem. –1969. –Vol.6. –№1. –P.119–121.

14. Склярова И.В., Кузнецов В.А., Соколова Н.Ю., Гарабаджиу А.В., Гинзбург А.В., Добрынин Я.В., Никилаева Т.Г., Финько В.Е. // Хим.–фарм. журн. –1989. –Том.22. –№6. –С.697–699.

15. Паркер С. Фотолюминесценция растворов. –М.: Мир, 1972. –510с.



Похожие:

Влияние природы гетероатома в бензазолах на их спектральные свойства в. С. Сибирцев*, А. В. Гарабаджиу iconСпектральные свойства красителей бисбензимидазольного ряда при взаимодействии с ДНК ó 1997 г. В. С. Сибирцев, А. В. Гарабаджиу
Центральный научно-исследовательский рентгенорадиологический институт Минздрава РФ
Влияние природы гетероатома в бензазолах на их спектральные свойства в. С. Сибирцев*, А. В. Гарабаджиу iconВ. С. Сибирцев 1, А. В. Гарабаджиу
Экспресс–метод оценки общей микробиологической загрязненности воды при помощи флуоресцентных
Влияние природы гетероатома в бензазолах на их спектральные свойства в. С. Сибирцев*, А. В. Гарабаджиу iconИванов С. Д., Гарабаджиу А. В., Сибирцев В. С., Фомина Е. И
...
Влияние природы гетероатома в бензазолах на их спектральные свойства в. С. Сибирцев*, А. В. Гарабаджиу iconСравнительное исследование свойств днк-специфичных красителей индольного и бензимидазольного ряда  2001 г. В. С. Сибирцев, А. В. Гарабаджиу
Центральный научно-исследовательский рентгенорадиологический институт Минздрава РФ
Влияние природы гетероатома в бензазолах на их спектральные свойства в. С. Сибирцев*, А. В. Гарабаджиу iconНовые методы биотестирования и анализа ДНК с помощью флуорофоров  2010 г. В. С. Сибирцев, А. В. Гарабаджиу
Рассмотрены также новые методы, позволяющие по результатам анализа ДНК с помощью специфичных флуорофоров осуществлять быструю предварительную...
Влияние природы гетероатома в бензазолах на их спектральные свойства в. С. Сибирцев*, А. В. Гарабаджиу iconВлияние природы на человека – Осень – хочется размышлять, весна – желание жизни начать сначала. «Любование природой»
В. Астафьев «Царь-рыба»: природа влияет на человека, она даже может изменить его отношение к жизни
Влияние природы гетероатома в бензазолах на их спектральные свойства в. С. Сибирцев*, А. В. Гарабаджиу iconУрок 40. Природные комплексы Северного Кавказа тип урока : комбинированный. Цели и задачи проверить знания, усвоенные на предыдущем уроке об особенностях гп и природы Кавказа
...
Влияние природы гетероатома в бензазолах на их спектральные свойства в. С. Сибирцев*, А. В. Гарабаджиу iconЛекции на фвс, 520-1, 520-2, 530. Краткий электронный конспект по датам. Лекция 1: 10 февраля Глава Неопределённый интеграл опр и свойства
Определение первообразной, Свойства: что F+C тоже перв. (Док-ть), что разность двух первообр = C. Определение неопр интеграла. Свойства...
Влияние природы гетероатома в бензазолах на их спектральные свойства в. С. Сибирцев*, А. В. Гарабаджиу iconПетров А. Н
Спектральные характеристики приэкваториальных (L 15) протонов на разных высотах
Влияние природы гетероатома в бензазолах на их спектральные свойства в. С. Сибирцев*, А. В. Гарабаджиу iconУрока: «свойства и применение предельных одноосновных карбоновых кислот» История открытия и физические свойства муравьиной кислоты

Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов