«Особенности переноса электрона в хиральных связанных системах»
(глава в монографии "Chirality from Molecular Electronic States", Eds. By Takashiro Akitsu, IntechOpen, London, 2019)
Агеева A.A., Храмцова Е.A., Магин И.М., Поляков Н.Э., Miranda M.A., Лёшина Т.В.
1. Общая формулировка научной проблемы и ее актуальность
Исследование выполнено в рамках проблемы: установление природы влияния хиральной асимметрии на скорость и направление химических и биологических процессов. Сегодня хиральные химические соединения и биомолекулы являются предметом изучения для многих областей науки. До сих пор актуальны исследования роли хиральности в происхождении жизни на Земле, а также практически важные для фармакологии поиски причин различий в лечебных свойствах энантиомеров лекарств, более половины которых являются хиральными. Важность таких исследований обусловлена, в частности, тем, что большинство хиральных лекарств используется в виде рацематов из -за дорогостоящих процедур разделения на энантиомеры. Между тем лечебные свойства энантиомеров нередко отличаются не только по эффективности, но оказываются противоположными.
2. Конкретная решаемая в работе задача и ее значение
В обзоре рассматриваются особенности процессов с частичным и полным переносом заряда (перенос электрона, ET) в хиральных связанных системах. Как известно, ET - одна из самых универсальных реакций в химии и биологии. Недавние исследования, проведенные на примерах фотоиндуцированного ЕТ (РЕТ) в хиральных донорно -акцепторных диадах показали несколько важных особенностей, связанных именно с присутствием хиральных центров в молекулах. Актуальность этой информации обусловлена использованием процессов РЕТ в качестве модели для исследования связывания хиральных лекарств с ферментами и рецепторами.
3. Используемый подход, его новизна и оригинальность
Процессы связывания хиральных лекарств с ферментами и рецепторами интенсивно исследуются биохимическими и фармакологическими методами, но природа влияния хиральных центров на активность энантиомера до конца не установлена. Разумно предположить, что одна из причин неудач в том, что с помощью принятых в фармакологии методик анализируется одновременно целый ряд показателей, из которых не представляется возможным вычленить какой из них является ключевым. Биохимические методики, в свою очередь, изучают процессы связывания хиральных лекарств с ферментами и рецепторами, но ничего не могут сказать о том, какие физические взаимодействия определяют воздействие хиральных центров, на эти процессы. Чтобы выделить какое физическое взаимодействие лекарства с ферментом и рецептором определяет его активность, в лаборатории магнитных явлений в течение ряда лет развивается оригинальный подход. В рамках этого подхода с помощью совокупности физических методов (фотохимия, спиновая химия) изучаются в растворах процессы, моделирующие взаимодействия лекарств с ферментами и рецепторами. Это фотоинициируемые процессы переноса электрона. Результаты исследований, проведенных в соавторстве с группой испанских ученых, рассмотрены в обзоре.
4. Полученные результаты и их значимость
В обзоре рассмотрены результаты исследований, проведенных в последние два десятилетия, включая работы авторов обзора. Это исследования процессов РЕТ в хиральных связанных системах – диадах, включающих молекулы лекарств -нестероидных противовоспалительных препаратов (НПВП) и молекулу хирального донора электрона. Были продемонстрированы несколько важных особенностей ЕТ в хиральных диастереомерах. Главной особенностью процессов с переносом заряда в таких системах является стереоселективность: обнаружено различие в скоростях ЕТ и квантовых выходах флуоресценции диастереомеров диад и эксиплексов, образующихся в результате частичного переноса заряда. Следующая особенность - различие в коэффициентах усиления химически индуцированной динамической поляризации ядер (ХПЯ) возникающей при УФ облучении растворов диад. Вероятными причинами этого эффекта являются различия в распределении спиновой плотности в парамагнитных формах диастереомеров диад. Эти парамагнитные формы – бирадикал-цвиттерионы (БЦ), образующиеся в результате перехода хромофора в возбужденное состояние. Авторы этих исследований выдвигают гипотезу, что различие в распределении спиновой плотности БЦ является результатом различий в пространственной структуре БЦ (R, S) - и (S, S) -диастереомеров. Это, в свою очередь, результат димеризации диад. Предполагается, что ассоциация может влиять на конформации диастереомеров. Влияние димеризации на эффективность РЕТ в хиральных системах можно рассматривать как пример хирального катализа, который сегодня является самой популярной теорией происхождения хиральности (теория Франка). Таким образом, изучение ET в хиральных связанных системах позволяет пролить свет на причины различной активности хиральных молекул, включая различие в терапевтических свойствах энантиомеров.
5. Уровень полученных результатов в сравнении с мировым
Работа выполнена при поддержке грантом РНФ 18-13-00047.
Вклад авторского коллектива: 90%.
Список работ