Физические аспекты взаимодействия полихлорированных дибензо-п-диоксинов с клеточным фосфатидилэтаноламином тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

На правах рукописи

Байгулова Ольга Витальевна

ФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОЛИХЛОРИРОВАННЫХ ДИБЕНЗО-П-ДИОКСИНОВ С КЛЕТОЧНЫМ ФОСФАТИДИЛЭТАНОЛАМИНОМ

02.00.04. Физическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Уфа-2003

Работа выполнена на кафедре медицинской физики с курсом информатики Башкирского государственного медицинского университета г. Уфы

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук,

профессор Насибуллин P.C.

доктор физико-математических наук,

проф. Пономарев O.A.;

доктор физико-математических наук,

проф. Якшибаев РА

Институт органической химии УНЦ РАН

Защита состоится "18" декабря 2003 г. в 14— час на заседании диссертационного совета Д 212.013.10 при Башкирском государственном университете по адресу: 450074, г. Уфа, ул. Фрунзе, 32, БашГУ, химический факультет.

С диссертацией можно озпакомшъся в библиотеке БашГУ.

Автореферат разослан " j-f " И<м£№ 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор химических наук, профессор

/Хурсан С.Л./

178(0

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Актуальность изучения соединений диоксинового класса обусловлена тем, что проводимые в течение последних десятилетий интенсивные исследования диоксинов и родственных соединений, представляющих крайне опасные загрязнители окружающей среды, не дали ясного понимания молекулярного механизма их действия, в том числе характера их взаимодействия с биологическими системами и механизма их биологической активности. Имеющиеся многочисленные публикации показывают, что свое токсическое и биологическое действие диоксины осуществляют посредством взаимодействия с так называемым внутриклеточным цитозольным АЬ-редептором, однако структура и функции этого рецептора пока остаются не до конца выясненными. В то же время, в биологических процессах активно участвуют мембранные липиды. Биологическая активность веществ широкого спектра действия зависит от их способности взаимодействовать с биологическими объектами, и в первую очередь с клеточными фосфо-липидами.

Несмотря на большое многообразие публикаций, посвященных диоксиновой проблеме, данные о влиянии диоксинов на пространственную структуру и электронное строение клеточных фосфолипидов нами не были обнаружены. Однако, учитывая сегодняшние масштабы повсеместного диоксинового загрязнения и вредные последствия их воздействия на организм, такая информация является крайне важной, поскольку поможет понять молекулярной механизм их действия и в дальнейшем разработать эффекгавные методы и средства для выведения из организма или снижения до минимума их токсического действия.

Сведения об изменении структурных и физических параметров фосфолипидов под действием БАС дают возможность более глубокого понимания механизма их действия на молекулярном уровне. Для выяснения природы того или иного поведения молекул и механизма их взаимодействия требуется молекулярный подход, так как именно в этом случае можно понять, что собственно происходит в действительности.

Цель работы. Исследование механизма взаимодействия диоксинов с фосфо-липидами клеточных мембран, что требует решения следующих задач:

- определение точек локализации диоксинов на поверхности биологической мембраны, т.е. наиболее вероятного местоположения взаимодействия диоксинов с клеточными фосфолипидами, и в частности - фосфатидилэтаноламином;

- установление особенностей межмолекулярных взаимодействий диоксинов с фосфатидилэтаноламином и на основании полученных данных - молекулярных механизмов возникновения комплексов "фосфатидилэтаноламин - диоксин";

- выявление изменения пространственног о и электронного строения фосфа-тидилэтаноламина при взаимодействии с диоксинами.

Научная новизна исследований. Впервые показано образование комплексов диоксинов с фосфатидилэтаноламином (ФЭ) за счет взаимодействия я-системы электронов диоксиновых колец и ИНз-группы ФЭ, возникающих как результат межмолекулярных взаимодействий. Определены энергии образования комплексов "диоксин - фосфатидилэтаноламин", структурные и электронные параметры. Выявлены значительные изменения пространственной структуры и электронного строения как молекулы фосфатидилэтаноламина, так и диоксиновых молекул при образовании данных комплексов. Установлено, что механизм взаимодействия различных диоксиновых молекул с фосфатидилэтаноламином посредством образования я-системы является общим.

Теоретическая и практическая ценность работы. Данные об особенностях взаимодействия диоксиновых молекул, различающихся структурой, а значит и физико-химическими свойствами, с клеточным фосфатидилэтаноламином могут быть использованы для построения теории связи структуры этих молекул с их реакционной способностью и биологической активностью.

Данные об электронном строении и пространственной структуре обнаруженных комплексов "диоксин - фосфатидилэтаноламин" могут быть использованы при проведении дальнейших экспериментальных исследований.

Результаты исследований механизма взаимодействия диоксинов с клеточным фосфатидилэтаноламином представляют интерес как для фундаментальной науки, так и для многих других областей медицинского, сельскохозяйственного, промышленного, экологического профиля, занимающихся решением диоксиновой проблемы.

Знания о молекулярном механизме действия диоксинов на структурообразующие компоненты биологических мембран позволят в дальнейшем разработать препараты и методы для выведения диоксинов из организма или снижения до минимума их токсического воздействия. Кроме того, такие данные помогут разработать эффективные методы очистки от диоксинов продуктов питания.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на следующих семинарах и конференциях- 1) У-Х Всероссийские конференции "Струк-

тура и динамика молекулярных систем" (г. Йошкар-Ола - Казань, 1998-2003 гг.), 2) молодежная научно-практическая конференция "Проблемы моделирования в естествознании" (г. Волжский, 1997 г.); 3) конференция "Проблемы теоретической медицины" (г. Уфа, 1997 г.); 4) конференция, посвященная 30-летию ИФМК УНЦ РАН и 50-летию УНЦ РАН (г. Уфа, 2001 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных работ, из них: 14 статей (6 - в центральной печати), 6 - тезисы докладов конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 170 страницах, содержит 11 таблиц и 41 рисунок. В приложение, изложенном на 138 страницах, вынесено 70 таблиц расчетных данных комплексов "диоксин - фосфатиди-лэтаноламин". Список использованной литературы содержит 234 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении сформулирована проблема и обоснована актуальность темы исследования; указаны объекты исследования, представлены цели исследования и методы их достижения; определена научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы.

В первой главе проведен обзор литературы по фосфолипидам клеточных мембран, классификации и роли липидных молекул в составе биологических мембран; рассмотрены вопросы пространственного строения и подвижности изучаемых фосфолипидных молекул и особенностях их организации в мембране, их физико-химических свойствах и методах исследований.

Биологические мембраны являются очень сложными объектами, поскольку выполняют функцию регулирования большинства жизненно важных клеточных

тттллтт*»/>^гчт» О^хховит-тти пттгтгтдтпг^пачлт^ттт* сгпчтпиритохд п тл г и* »и а и тси>т'' а - ~ ~ "■ _. —....... ^ ,.......,....... ... „„ --------------■ — * —....... ....

липиды и, в частности, фосфолипиды. Они участвуют во всех мембранных процессах

Физико-химические исследования фосфолипидных моле1дш имеют важное значение для понимания свойств биологических мембран. Поведение фосфолипи-дов можно анализировать, основываясь на геометрической форме и электронном строении. Изучая пространственную структуру и подвижность фосфолипидов, отдельно останавливаются на структуре и подвижности глицеринового позвоночника, полярных головок и углеводородных цепей. В молекулах фосфатидилхолина (ФХ) и фосфатидилэтаноламина (ФЭ) участок молекул, включающий глицерино-

вый "позвоночник" и фосфатную группу, имеет всегда транс- конформацию. Для полярной головки наиболее энергетически выгодной является гош- конформация. Жирнокислотные остатки являются существенной частью практически всех ли-пидных молекул. Минимум потенциальной энергии соответствует полностью транс- конформациижирнокислотных цепей.

Вторая часть главы посвящена обзору литературы по современному состоянию диоксиновой проблемы, в котором рассмотрены источники возникновения диоксинов и пути их проникновения в объекты живой и неживой природы; приведены данные об их изомерном составе, структуре и физико- химических свойств вах, особенностях поведения в окружающей среде и взаимодействии с биологическими системами; данные экспериментальных и теоретических исследований диоксинов.

Диоксины характеризуются комплексом необычайных физико- химических свойств и уникальной биологической активностью, являясь одним из опаснейших'' источников долговременного заражения биосферы. В силу своей чрезвычайной химической устойчивости и высокой липофильности, они мало поддаются воздействию клеточных ферментных систем, поэтому, попадая в организм, легко распределяются по нему, накапливаясь прежде всего в жировых тканях и тканях, богатых липидами, и далее модифицируют биохимические процессы.

Физико-химические исследования диоксиновых ксенобиотиков существенно осложняются по причине их структурного многообразия, сложности изомерного и гомологического состава, неадекватного изменения физических и химических свойств в рядах гомологов, а также их высокой токсичности. Строение диоксиновых молекул (рис. 1) предопределяет их чрезвычайную устойчивость к действию кислот, щелочей, окислителей и высоких температур; высокую устойчивость к фотолитическому, химическому и биологическому разложению; способность к образованию прочных комплексов со многими природными и синтетическими полициклическими соединениями. Именно это обеспечивает диоксинам долгую жизнь в природе и создает большие трудности при попытках их уничтожения. Тем не менее, уже проведены достаточно обширные хрома-тографические, масс-спектрометрические, кристаллографические исследования, спектроскопические исследования этих соединений в радио- и оптических диапа-

Рис. 1. Структура и схема нумерации диоксиновых молекул.

зонах. Кванговохимическими методами удалось установить природу их большого сродства с Ah-рецептором (диоксиновым рецептором). Однако молекулярный механизм взаимодействия с клеточными фосфолипидами пока изучен недостаточно полно.

Во второй главе "Методы исследований" проведен обзор преимуществ и недостатков теоретических методов исследований взаимодействия фосфолипидов с биологически активными соединениями (БАС); обоснована необходимость и важность использования расчетных методов, изложены теоретические основы квантовохимических расчетов взаимодействия диоксинов с фосфолипидами клеточных мембран. Рассмотрены основные приближения, используемые в различных квантовохимических методах, и полуэмпирические допущения; на основании анализа преимуществ и недостатков различных полуэмпирических методов расчетов дано обоснование выбора метода MNDO как наиболее подходящего для решения поставленной задачи. Квантовохимические методы позволяют установить существование комплексов БАС с биомолекулами, в том числе и клеточными фосфолипидами, и определить структурные и такие физико-химические характеристики образованных комплексов как электронное строение, энергия взаимодействия, ди-польный момент, теплота образования, распределение зарядов на атомах и др.

Метод MNDO имеет существенные преимущества перед другими методами по ряду параметров. Кроме того, при изучении Насибуллиным P.C. микроволновых спектров молекулы пиразола экспериментальные значения тензора квадру-польной связи ядер азота, которые наиболее чувствительны к выбираемому приближению, хорошо коррелировали с расчетными данными, полученными методом MNDO. Это позволило нам считать данный метод наиболее подходящим для решения поставленных задач.

В третьей главе "Расчеты структурных и электронных параметров комплексов "диоксин - фосфатидилэтаноламин" представлены методика проведения расчетов взаимодействия диоксинов с клеточными фосфолипидами и результаты проведения данных вычислений.

Для проведения расчетов были отобраны 4 диоксиновые молекулы, для которых экспериментально был установлен ряд их относительной биологической активности (рис. 2, табл. 1). Исходные структуры молекул ПХДЦ и ФЭ выбирались из экспериментальных данных и предварительно оптимизировались с использованием методов молекулярной механики и MNDO.

Далее проводилось варьирование взаимного пространств венного расположения молекул ПХДЦ и ФЭ относительно друг друга (рис. 3) с одновременной оптимизацией геометрии в приближении супермолекулы. В результате проведения исследований Рис. 2. Молекулы ПХДЦ: а) 2,3,7,8-ТХДЦ; Ь) взаимодействия диоксинов с 1,2,3,7,8,9-ГХДД; с) 2,3,7,9-ТХДЦ; <1) 2,3,7- ФЭ было обнаружено образо-ТриХДД. вание устойчивых структур.

Многочисленные расчеты, когда молекулы ФЭ выводились из состояния равновесия до 0,2А, при оптимизации геометрии, показали, что эти устойчивые структуры восстанавливались.

5, = С15,1 '-Ы11,1 '-С^-СЯг, 82 = С^^^-О^-СЯ! Я, = М^Ч-СЯ,, Я2 = Ы1и1-СК2

Рис. 3. Параметры, определяющие пространственное расположение молекул ПХДЦ и ФЭ относительно друг друга: СЯь СИз - центры 1-го и П-го диоксиновых колец; Ы'1,1', С'5'1' - атомы N1, С5 ФЭ1, Ы[1'21, С15,21 - атомы N1, С5 ФЭ2; 8) и б2- торсионные углы, определяющие положение молекул ФЭ1 и ФЭ2 относительно ПХДЦ.

Это позволило нам установить существование комплекса, возникающего за счет взаимодействия я-системы электронов диоксиновых колец и ЫНз-гругты ФЭ (рис. 4). При этом мы обнаружили две разновидности данного типа комплекса. 1-я разновидность - комплекс, образующийся при взаимодействии молекул диоксинов с одной молекулой ФЭ на одном из крайних диоксиновых колец (рис. 4, 1). 2-я разновидность - комплекс, образующийся при взаимодействии диоксинов одновременно с двумя молекулами ФЭ на крайних диоксиновых кольцах, когда молекулы ФЭ располагаются с одной стороны относительно плоскости диоксиновых молекул (рис. 4, 2).

Таблица 1

Экспериментальные и расчетные данные исследуемого ряда ПХДЦ

Молекула Относи- Энергия комплексообразовання ПХДЦ с ФЭ:

ПХДЦ тельная комплекс ПХДЦ с одной комплекс ПХДЦ с

биологи- молекулой ФЭ: двумя молекулами

ческая на 1-м на П-м ФЭ с одной сторо-

актив- кольце кольце ны относительно

ность*, угол Екомп угол Екомп плоскости диокси-

% 61 52 новой молекулы

углы (81, 82) Екомп

2,3,7,8-ТХДЦ 100 320° -3,76 320° -3,76 0°, 0° -33,36

1,2,3,7,8,9-ГХДД 22 340° -3,68 330° -3,19 0°, 0° -32,22

2,3,7,9-ТХДЦ 8 0° -1,83 350° -2,68 0°, 0° -30,82

2,3,7-ТриХДЦ 0,06 330° -1,32 340° -2,37 0°, 0° -33,19

Примечания: (*) - определяется через концентрацию, вызывающую 50%-е повышение уровня гидроксшаз ароматических углеводородов от максимально возможного: чем эта концентрация ниже, тем активнее считается диоксиновая молекула

На рис. 5 представлены диаграммы зависимости энергии образования 1-й разновидности данного типа комплекса от значений углов 8], 62, изменение которых задавалось с шагом 10°. Данные приведены относительно минимального значения. На рис. 6 - потенциальные поверхности энергии образования 2-й разновидности данного типа комплекса, полученные при вращении пары углов (8), 82), изменение которых задавалось с шагом 30°.

На всех рисунках наблюдаются области минимальных значений энергии. Глубина и обширность потенциальных ям позволяет сделать вывод об энергетической устойчивости структур в этих точках и охарактеризовать их как локальные минимумы.

Рис. 4. Комплексы ПХДЦ с ФЭ: 1 - комплекс ПХДЦ с одним ФЭ на 1-м или Н-м крайнем кольце, 2 - комплекс ПХДД одновременно с двумя ФЭ на крайних кольцах с одной стороны относительно плоскости диоксиновой молекулы; а - молекула ПХД Ц, Ь и с - ФЭ1 и ФЭ2, соответственно.

Энергии комплексообразования в точках минимумов и соответствующие значения углов 6ь 82 приведены в табл 1. Из нее видно, что энергия образования 2-й разновидности комплекса значительно повышается по сравнению с энергией образования 1-й разновидности комплекса.

Исследования геометрических и физических параметров образующихся комплексов в точках минимумов энергии дали следующие результаты

Для 1-й разновидности комплекса. Двугранные углы в гидрофильной части молекулы ФЭ, т.е. в области комплексообразования, изменяются в среднем на 49°, за исключением углов С[7,-0[Ш1-Р(121=01131 и С[71-О[10,-Р[12,-О[141, изменения ко-

Энергия,ккал/моль 11111«! "8 1

Энергия,ккал/моль

652005

007170

23,7,8-ТХДД 1,23,7,8,9-ГХДЦ

2,3,7,9-ТХДД

2,3,7-ТриВДД

I 30 № » 12« 1» 1М 210 240 170 300 330 340

угол 6Ь °

О 30 <0 » 120 190 100 2» 240 270 300 330 3«

угол 5], °

Рис. 6. Зависимость энергии образования комплексов ПУД7Т одновременно с 2-мя ФЭ на крайних кольцах с одной стороны относительно плоскости диоксиновых молекул.

торых составляют 120°-130°, что, по-видимому, можно объяснить внутренним вращением связей Р''2*=0[13' и Р!'2)-0(14' в фосфатной группе. В жирнокислотных

"хвостах" двугранные углы изменяются всего на 1-2°. Длины связей между атомами остаются без изменений, но отмечены некоторые изменения межатомных расстояний: ЫП1-С[1281 - увеличивается на 0,23-0,30а; С117)-С11191, С|п|-С1'281 - увеличиваются на 0,12-0,17А и 0.11-0.17А, т.е. углеводородные "хвосты" немного вытягиваются.

Изменения зарядов на атомах ФЭ в области комплексообразования составляют в среднем 0,01-0,02 а.е.; на остальных атомах заряды практически не изменяются. Общий суммарный заряд молекулы также остается неизменным.

Для 2-й разновидности комплекса. Двугранные углы гидрофильной части обеих молекул ФЭ меняются в среднем на 2°-12°. Также наблюдается изменение длин связей между атомами в гидрофильной части: С'5'-С'7', р'12'-0'14' уменьшаются на 0,01Ау обоих ФЭ; О110'-Р112! уменьшается на 0,02Ау обоих ФЭ; Р|П|-01151 удлиняется на 0,01А у ФЭ1 и на 0,02А у ФЭ2. А также межатомных расстояний: И[,!-С'171 увеличиваются на 0,12-0,22А у обоих ФЭ; ^''-С11281 увеличиваются на 0,14-0,37А;

С[17]_С[И9)> спт^щ увеличиваются на 1,74-1,88А И 1,90-2,07а; с[1,9|-С[1281 уменьшаются на 2,61-2,62Ау ФЭ1 и 1,14Ау ФЭ2.

Изменение зарядов на атомах ФЭ в области комплексообразования составляет 0,01-0,03 а.е., за исключением атома О'13', на котором заряд увеличивается на 0,06-0,08 а е. На остальных атомах заряд практически не изменяется. Общий суммарный заряд молекулы также остается неизменным.

Тем не менее, в обоих случаях происходит изменение электронного строения фосфолипидных молекул в области комплексообразования. При этом на атомах этаноламинной группы наблюдается существенное изменение электронной заселенности нижней свободной молекулярной орбитали (НСМО), особенно заметное - на атомах N14 и С'5'; а на атомах фосфатной группы отмечено значительное изменение электронной заселенности верхней занятой молекулярной орбитали (ВЗМО), особенно заметное - на атоме

Одновременно с этим наблюдается изменение формы диоксиновых молекул (рис. 7). В свободном состоянии они являются жесткими практически плоскими молекулами (рис. 7, А: угол между плоскостями крайних диоксиновых колец составляет 177°-179°. В точках минимумов они приобретают форму "бабочки" (рис. 7, В): угол между плоскостями крайних диоксиновых колец становится равным 161°-171° для 1-й разновидности комплекса и 168°-172° - для 2-й разновидности комплекса.

Для 1-й разновидности комплекса изменение зарядов на атомах С того диок-синового кольца, с которым взаимодействует ЫНз-группа ФЭ, составляет 0,03-0,04 а.е., а на атомах С другого диоксинового кольца - 0,01-0,02 а.е. Для 2-й разновидности комплекса изменения зарядов на атомах диоксинов составляют 0,01-0,02 а.е. Общий суммарный заряд молекул ГТХД Д остается неизменным.

Однако наблюдается изменение электронного строения молекул диоксинов. Для 1-й разновидности комплекса самые заметные изменения отмечены на атомах

С141, Си, С131, С[51, С112', С"Ч, СМ С'9', О1'41, О171; при этом на атомах того диокси-

нового кольца, с которым взаимодействует №1з-группа ФЭ, происходит существенное изменение электронной заселенности НСМО, а на атомах другого кольца -значительное изменение электронной заселенности ВЗМО.

Для 2-й разновидности комплекса на атомах Ст, Ср), С131, С[5], С[|2], С[|", С'8', С'9' - заметные изменения электронного строения как ВЗМО, так и НСМО (наиболее значительные - на атомах С1'2', С1"', С18', С'9'), а на атомах О'7', О'14' -существенное изменение электронного строения ВЗМО.

Сравнительный анализ структуры оптимизированных комплексов и межатомных расстояний в двух энергетически крайних точках дал следующие результаты. Для 1-й разновидности комплекса в точках минимумов полярная часть ФЭ вытягивается вдоль плоскости диоксиновых молекул, т.е. ЫНз-группа взаимодействует с одним из крайних диоксиновых колец, в то время как фосфатная группа взаимодействует с другим крайним диоксиновым кольцом. В точках же высоких значений потенциального барьера фосфатная группа располагается на максимальном удалении от плоскости диоксиновых молекул. Для 2-й разновидности комплекса фосфатные группы РО4 ФЭ в точках минимумов энергии располагается несколько ближе к диоксиновой молекуле, чем в точках высоких потенциальных барьеров, особенно к атомам О™, 0[М|.

177°-179°

Рис. 7. Формы диоксиновых молекул: А - в свободном состоянии; В - "бабочка", в комплексах с ФЭ.

Подробные исследования 2-й разновидности комплекса выявили еще одно вероятное состояние, в котором отмечены значительные изменения геометрических и физических параметров образуемых комплексов. Оно характеризуется тем, что в одной из молекул ФЭ происходит заметное удлинение связи К'''-Н'2' до 2,494,40 А с одновременным образованием связи или

нт_о[1«] фэ1 или ФЭ2,

которая становится равной 0,94-0,95А, при этом длина связей Р'12'=0|п| или Р'12'-увеличивается на 0,08-0, Юа. Длины связей между остальными атомами полярной части изменяются в среднем на 0,01-0,06А. Одновременно на атомах N•4, Н13', Н14', О1'01, 0[131 и 0[14) того ФЭ, на котором происходит отрыв атома Н[2', наблюдается значительное изменение зарядов: на Ы"', н'3', Н'4' он увеличивается на 0,30-0,34 а.е., 0,12-0,16 а.е., 0,06-0,10 а.е., соответственно; на О1'01, О113', 0[141 заряд уменьшается на 0,06-0,11 а.е., 0,16-0,25 а.е., 0,14-0,18 а.е., соответственно. На остальных атомах этого ФЭ изменение зарядов составляет 0,01-0,05 а е. На другом ФЭ при этом заряды на тех же атомах изменяются на 0,03-0,06 а е , на остальных атомах - на 0,01-0,04 а.е. На атоме Р[12' заряд уменьшается на 0,02-0,05 а.е. у обеих молекул ФЭ. Значения углов (8], 82), при которых наблюдается отрыв атома

ни,

соответствующие им значения энергии образования комплекса и некоторые особенности данного состояния приведены в табл. 3 ("-" - отрыв атома

не наблюдается).

Кроме существенного изменения зарядов на атомах ФЭ в области комплек-сообразования, имеет место значительное изменение электронного строения обеих фосфолипидных молекул. При этом на атомах фосфатной группы отмечено заметь ное изменение электронной заселенности ВЗМО (особенно сильное - на атоме 0'П|); а на атомах этаноламинной группы - заметное изменение электронной заселенности НСМО (особенно сильное - на атомах

N'4

и

сЯ).

Помимо значительного изменения электронного строения и длин связей между атомами ФЭ, наблюдаются серьезные изменения двугранных углов гидрофильной части фосфолипидных молекул, которые составляют 5°-200°. Вследствие этого происходит изменение геометрического строения полярных частей обеих фосфолипидных молекул: если в свободном состоянии она имеет вид изогнутой гош- конформации, то в состоянии 2 она приобретает транс- гош- или транс-конформацию. При этом расстояния между атомами м'''-Р'12' увеличиваются на 0,81-1,69А , Ы,1'~С'17' увеличиваются на 1,03-1,32а. Исключение составляет пара углов (8|, 82) = (330°, 60°), при которой гош-конформация полярной части становится более скрученной и расстояние

уменьшается на 1,14-1,24а.

Таблица 3

Особенности состояния 2 и энергия образования (ЕК0М1Ш) комплексов ПХДЦ с 2-мя ФЭ на крайних кольцах с одной стороны относительно плоскости диок-синовых молекул

Углы (8ь 62), ° Энергия комплексообразования отрыв атома Н12' от КНз-группы у молекулы:

2,3,7,8- тхдц 1,2,3,7,8,9- гхдц 2,3,7,9- тхдц 2,3,7-ТриХДЦ

0,120 -14,69 _ — ФЭ2, с образованием связи Ни(фэ2)-0!131(фэ2)

30,120 -37,81 - - - ФЭ1, с образованием связи Н!21(фэ1Г01131(ФЭ2)

300, 90 -17,63 -12,31 - -

90,270 -49,36 -37,99 -37,24 -48,93 ФЭ1, с образованием связи Н[2\фэ1)-0[,3)(фэ1)

90,300 -47,28 -29,66 -29,37 -36,22

120,0 -11,88 -37,04 -11,42 -11,33

120, 330 -34,25 -24,72 -20,21 -22,29

330, 60 -44,49 -42,13 -44,64 -43,40

30,150 -39,74 -35,74 -43,44 -37,57 ФЭ1, с образованием связи НИ(фэ])-0114\фэ1)

Кроме этого, увеличиваются расстояния между конечными С-атомами углеводородных цепочек с[Ш1-С1128]: на 0,92-1,08а дня ФЭ1 и 2,13-3,25а для ФЭ2. Также отмечено увеличение суммарного дипольного момента образующейся молекулярной системы, за исключением случая, когда гош- конформация полярной части становится более скрученной, и суммарный дипольный момент уменьшается.

Одновременно с этим в данных точках диоксиновые молекулы приобретают форму "бабочки", как показано на рис. 7, В (углы между плоскостями крайних ди-оксиновых колец становятся равными 165°-169°). Также отмечается перераспределение зарядов на всех углеродных атомах диоксиновых колец (изменения составляют 0,01-0,05 а.е.) и изменение их электронного строения. Причем практически на всех углеродных атомах - как НСМО, так и ВЗМО.

С целью выявления значения и роли электростатических взаимодействий в проявлении биологической активности были рассчитаны электростатические по-

тенциалы исследуемого ряда диоксиновых молекул, картинки пространственного распределения которых представлены на рис. 8. Потенциалы этих молекул получены в плоскостях, параллельных плоскостям молекул, на расстоянии 1,75 А от них (ван-дер-ваальсовый радиус).

2,3,7,8-ТХДЦ

1,2,3,7,8,9-ГХДЦ

Ш!

/ л

■ \ / |Ч I 1 1

\гГ — ч \ V ( (^Г ^ 11 1 4 / 1 \ 4 - 1 \ 1 1 / . сь.__— ] » 1 \ 1 1

2,3,7,9-ТХДЦ 2,3,7-ТриХДД

Рис. 8. Картины пространственного распределения электростатического потенциала исследуемого ряда диоксинов: сплошная линия - область положительного потенциала, пунктирная линия - область отрицательного потенциала.

Как видно из представленного рисунка, для 2,3,7,8-ТХДЦ потенциал имеет отрицательные значения только в области расположения атомов хлора, т.е. в латеральных областях. По мере уменьшения активности соответствующих диоксиновых молекул область отрицательного потенциала увеличивается и становится все более асимметричной. А у 2,3,7-ТриХДД и 2,3,7,9-ТХДЦ появляется дополнительная область отрицательного потенциала на одном из атомов кислорода.

Обсуждение результатов. Энергия образования комплексов диоксинов с одной фосфолипидной молекулой имеет прямо пропорциональную корреляционную зависимость с относительной биологической активностью данных диоксино-вых молекул. И это хорошо согласуется с тем, что чем активнее данная диоксино-вая молекула, тем она прочнее связывается с различными биологическими молекулами и тем больший биологический эффект может вызывать. Однако сравнение энергий образования 1-й и 2-й разновидностей обнаруженного комплекса позволяет заключить, что энергетически более выгодным, а значит, и более вероятным, является взаимодействие диоксинов одновременно с двумя фосфолипидными молекулами. Тем более что образование таких структур не должно иметь стериче-ских затруднений. Большая величина энергии комплексообразования диоксинов одновременно с двумя молекулами фосфолшщцов говорит об устойчивости образованных комплексов. Кроме того, это хорошо согласуется с тем экспериментальным фактом, что диоксины накапливаются прежде всего в жировых тканях и тканях, богатых липидами. Однако энергия комплексообразования диоксинов одновременно с двумя фосфолипидными молекулами не коррелирует с относительной биологической активностью диоксиновых молекул. И это говорит о сложной и неоднозначной взаимосвязи между структурой диоксинов, их физико-химическими свойствами, реакционной способностью, относительной биологической активностью и особенностями взаимодействия с клеточными фосфолипидами. Тем не менее, несмотря на столь большие различия в значении энергии образования двух разновидностей комплексов, ряд особенностей взаимодействия диоксинов с фосфолипидами присущ обеим разновидностям образующихся комплексов.

Образование комплексов диоксинов с фосфатидилэтаноламином в точках минимумов энергии приводит к некоторым изменениям структуры фосфолипидной молекулы и значительным изменениям формы диоксиновых молекул.

Одновременно с этим наблюдается изменение электронного строения как фосфолипидной, так и диоксиновых молекул в области комплексообразования. При этом на атомах этаноламинной группы ФЭ наблюдается изменение электронной заселенности НСМО, а на атомах фосфатной группы ФЭ наблюдается изменение электронной заселенности ВЗМО. В диоксиновых молекулах значительные изменения отмечены на всех углеродных атомах диоксинового скелета, при этом на атомах того диоксинового кольца, с которым взаимодействует этаноламинная группа ФЭ, происходит изменение электронной заселенности НСМО, а на атомах другого кольца отмечено изменение электронной заселенности ВЗМО.

Вместе с тем, при отрыве одного из атомов Н от МНз-группы ФЭ в комплексах ПХДЦ с 2-мя ФЭ на крайних кольцах диоксинов с одной стороны относительно плоскости диоксиновых молекул наблюдаются значительные изменения пространственной структуры как фосфолипидных, так и диоксиновых молекул, а также их электронного строения.

В сложной и симметричной системе, каковыми являются рассматриваемые комплексы, естественно, имеется ряд орбитальных состояний с равной или близкой по величине энергией. Замеченное удлинение связи мМ-нИ, приводящее к отрыву атома

„[2]

от NH3-группы и образованию связи с одним из атомов О фосфатной группы, по-видимому, связано с эффектом Яна-Теллера. Разрыв связи NPL НИ и образование новой связи или показывает один из воз-

можных механизмов действия диоксинов на клеточные мембраны - разрушение фосфолипидных молекул. Образование комплексов диоксинов с фосфолипидами при отрыве одного из водородных атомов от МНз-группы ФЭ ведет к изменению дипольного момента системы, а значит и изменению кинетических параметров межмолекулярных взаимодействий.

Поскольку общий суммарный заряд участвующих в комплексообразовании молекул ФЭ и ПХДЦ остается неизмененным, то изменение зарядов на атомах не связано с переносом заряда между молекулами, а объясняется перераспределением зарядов на атомах в пределах молекул в результате образования комплексов.

Исходя из анализа межатомных расстояний и структур оптимизированных комплексов, можно сделать вывод, что помимо этаноламинной группы ФЭ, в процессе комплексообразования фосфатидилэтаноламина с диоксинами активное участие принимает и фосфатная группа. Этим и объясняется изменение электронной заселенности ВЗМО на атомах Р04-группы. Кроме того, по-видимому, именно близкое расположение фосфатной группы ФЭ к диоксиновым кольцам способствует изменению формы диоксиновых молекул, перераспределению зарядов и электронной заселенности ВЗМО на атомах того диоксинового кольца, с которыми фосфатная группа взаимодействует.

Полученные картины пространственного распределения электростатического потенциала диоксиновых молекул качественно согласуются с данными других авторов, которые, во-первых, рассчитали электростатический потенциал некоторых диоксинов с использованием программы GAUSSIAN 82 (в базисе STO-5G) и предположили, что наличие отрицательных потенциалов в латеральных областях у самой активной молекулы 2,3,7,8-ТХДД и их отсутствие у других менее активных

соединений играет существенную роль во взаимодействии с рецептором, а усиление отрицательного потенциала выше атомов кислорода может способствовать понижению биологической активности; во-вторых, с целью поиска связей между строением, электронными, энергетическими параметрами полигалогенированных дибензо-п-диоксинов (ТТГДЦ) и их индуцирующими свойствами провели кванто-вохимические расчеты с использованием метода МО ЛКАО ССП в приближении ППДП/2 со стандартными параметрами Попла, расширенного метода Хюккеля (РМХ), вириально- статистического метода и обнаружили наличие зависимости между физиологической активностью ПГДД и уровнем и локализацией верхней занятой молекулярной орбитали (ВЗМО).

Выводы

1. Впервые установлено образование комплексов диоксинов с клеточным фосфатидилэтаноламином с участием гс-системы электронов диоксиновых колец и №Ь-1руппы ФЭ как результата межмолекулярных взаимодействий; определены структурные и электронные параметры образующейся молекулярной системы.

2. Определена энергия образования комплексов "диоксин - фосфатидилэта-ноламин" и показано образование нескольких разновидностей этих комплексов.

3. Выявлена корреляционная зависимость между относительной биологической активностью диоксиновых молекул и энергией образования комплексов диоксинов с одной молекулой фосфатидилэтаноламина.

4. Установлено, что образование указанных комплексов ведет к изменению пространственной структуры и электронного строения не только фосфолшщдных, но и диоксиновых молекул; наиболее значительные изменения отмечены при взаимодействии одной диоксиновой молекулы одновременно с двумя молекулами фосфатидилэтаноламина.

5. Установлено, что механизм межмолекулярных взаимодействии диоксинов с клеточным фосфатидилэтаноламином с участием я-системы электронов является общим для всего исследованного ряда диоксиновых молекул.

6. Вычислены электростатические потенциалы диоксиновых молекул на расстоянии вандерваальсового радиуса и построены картины пространственного распределения этих потенциалов; показана корреляция картин распределения потенциалов и биологической активности диоксиновых молекул.

Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Насибуллин P.C. Квантово-химические исследования воздействия 2,3,7,8-ТХДЦ на клеточные фосфолипиды /P.C. Насибуллин, О.В. Байгулова, Е.Р. Фах-ретдинова и др. //Токсикологический вестник. -1999. - № 4. - с. 14-16.

2. Байгулова О.В. Комплексообразование 2,3,7,8- ТХДЦ с двумя молекулами ФЭ /О.В. Байгулова, М.С. Сетченков, Д.И. Косарева и др. //Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. - 1999. - № 2.

3. Насибуллин P.C. II. Кванговохимическое моделирование взаимодействия полихлорированных дибензо-п-диоксинов с фосфатидилэтаноламином /P.C. Насибуллин, О.В. Байгулова //Токсикологический вестник. - 2001. - № 1. - с. 10-14.

4. Насибуллин P.C. Комплексообразование полихлорированных дибензо-п-диоксинов с фосфатидилэтаноламином /P.C. Насибуллин, О.В. Байгулова, Д.И. Косарева //Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. -2001,-№4.

5. Байгулова О.В. Квантовохимические исследования механизмов взаимодействия диоксинов с клеточными фосфолипидами /О.В. Байгулова, P.C. Насибуллин //Электронный журнал "Исследовано в России". - 2003. - с. 733-742. (httm://zhurnal.ape.relarn.ru/articIes/2003/064.pdf)

6. Байгулова О.В. О комплексообразовании диоксинов с фосфолипидами клеточных мембран /О.В. Байгулова, В.А. Пономарева, P.C. Насибуллин //Структура и динамика молекулярных систем. Сборник статей. - Йошкар-Ола, Казань, Москва, 1998. - с.107-111.

7. Байгулова О.В. Комплексообразование 2,3,7,8- ТХДЦ с двумя молекулами ФЭ /О.В. Байгулова, М.С. Сетченков, Д.И. Косарева и др. //Структура и динамика молекулярных систем. Сборник статей. - Казань: УНИПРЕСС, 1999. - вып. VII. -с. 251-254.

8. Насибуллин P.C. Комплексообразование полихлорированных дибензо-п-диоксинов с фосфатидилэтаноламином /P.C. Насибуллин, О.В. Байгулова, Д.И. Косарева //Структура и динамика молекулярных систем. Сборник статей. - Москва: ИФХ РАН, 2000. - вып. VII. - с. 431-434.

9. Байгулова О.В. Влияние полихлорированных дибензо-п-диоксинов на конформацию и электронное строение клеточных фосфолипидов /О.В. Байгулова, Д.И. Косарева //Структура и динамика молекулярных систем. Сборник статей. -Йошкар-Ола, 2001. - ч. 1 - с. 47-51.

10. Насибуллин P.C. Квантовохимическое моделирование взаимодействия полихлорированных дибензо-п-диоксинов и дибензофуранов с фосфолшщдами клеточных мембран /P.C. Насибуллин, О.В. Байгулова, С.А. Шуткова //Физика в Башкортостане. Сборник трудов. - Уфа: Гилем, 2001. - с. 159-168.

11. Байгулова О.В. Конформационные и элеюронные изменения в молекулах фосфатидилэтаноламинов и диоксинов при образовании комплексов /О.В. Байгулова, P.C. Насибуллин //Структура и динамика молекулярных систем. Сборник статей IX Всероссийской конференции. - Уфа, 2002. - том 1.-е. 43-46.

12. Байгулова О.В. Моделирование взаимодействия 2,3,7,8-ТХДД с клеточными фосфолипидами /О.В. Байгулова, Д.И. Косарева, М.А. Сутюшева //Тез. докл. молодежной конференции "Проблемы моделирования в естествознании". - Волжский, 1997. - с.15-16.

13. Комплексообразование 2,3,7,8-ТХДД с двумя молекулами ФЭ /О.В. Байгулова, М.С. Сетченков, Д.И. Косарева и др.//Структура и динамика молекулярных систем. Сборник тезисов VI Всероссийской конференции. - Йошкар-Ола, Казань, Москва, 1999. - с. 93.

14. Байгулова О.В. Комплексообразование полихлорированных дибензо-п-диоксинов с фосфатидилэтаноламином /О.В. Байгулова, P.C. Насибуллин, Д.И. Косарева //Структура и динамика молекулярных систем. Сборник тезисов VII Всероссийской конференции. - Москва, 2000. - с. 113-114.

15. Байгулова О.В. Влияние полихлорированных дибензо-п-диоксинов на конформацию и электронное строение фосфошпидов клеточных мембран /О.В. Байгулова, Д.И. Косарева, P.C. Насибуллин //Структура и динамика молекулярных систем. Сборник тезисов VIII Всероссийской конференции. - Йошкар-Ола, 2001. -с. 21-22.

16. Байгулова О.В. Конформационные и электронные изменения в молекулах фосфатидилэтаноламинов и диоксинов при образовании комплексов /О.В. Байгулова, P.C. Насибуллин //Структура и динамика молекулярных систем. Сборник тезисов IX Всероссийской конференции. - Уфа, 2002. - с. 13.

17. Байгулова О.В. Комплекс полихлорированных дибензо-п-диоксинов с двумя молекулами фосфатидилэтаноламина одновременно на одном из крайних диоксиновых колец /О.В. Байгулова, P.C. Насибуллин //Структура и динамика молекулярных систем. Сборник тезисов X Всероссийской конференции. - Казань, 2003. - с. 28.

Байгулова Ольга Витальевна

ФИЗИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОЛИХЛОРИРОВАЕПШХ ДИБЕНЗО-П-ДИОКСИНОВ С КЛЕТОЧНЫМ ФОСФАТИДИЛЭТАНОЛАМИНОМ

02.00.04. - физическая химия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Лицензия № 0177 от 10.06.96 г. Подписано к печати 12.11.2003 г. Отпечатано на ризографе. Формат 60x84 '/,6. Усл.-печ. л. 1,5. Уч.-изд. 1,72. Тираж 100 экз. Заказ № 274.

450000, г. Уфа, ул. Ленина, 3, Башкирский государственный медицинский университет

'<L<=>&5 - ft l^SIO

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Биологическая мембрана

1.1.1. Состав и функции биологической мембраны

1.1.2. Классификация и роль липидных молекул в составе мембраны

1.1.3. Организация фосфолипидов в бислое

1.1.3.1. Жидкокристаллическая структура фосфолипидов

1.1.3.2. Положение полярных головок в бислое

1.1.3.3. Положение углеводородных цепочек в бислое

1.1.4. Пространственная структура и подвижность фосфоли-пидных молекул

1.1.4.1. Пространственная структура и подвижность глицеринового позвоночника

1.1.4.2. Пространственная структура и подвижность полярных головок фосфолипидов

1.1.4.3. Пространственная структура и подвижность углеводородных цепочек

1.2. Диоксины

1.2.1. Возникновение, развитие и современное состояние ди-оксиновой проблемы

1.2.2. Основные характеристики диоксинов, определяющие их поведение в окружающей среде и взаимодействие с биологическими системами

1.2.2.1. Изомерный состав и геометрические особенности

1.2.2.2. Физико-химические свойства и структурные особенности

1.2.3. Особенности поведения в окружающей среде и взаимодействия с биологическими системами

1.2.3.1. Окружающая среда

1.2.3.2. Взаимодействие с биологическими системами

1.2.3.3. Токсичность

1.2.3.4. Концепция рецепторного механизма взаимодействия ксенобиотиков с биологическими системами

1.2.3.5. Роль Ah-рецептора в проявлении токсичности

1.2.3.6. Цитохром Р

1.2.4. Экспериментальные и теоретические исследования диоксинов

1.2.4.1. Данные ЯМР-спектроскопии 59 ® 1.2.4.2. Данные исследований, проведенных с использованием квантово-химических методов 60 1.2.4.3. Механизмы взаимодействия с биомембранами 64 1.3. Межмолекулярные взаимодействия в биологических системах

Глава 2. Методы исследования 72 2.1. Расчетные методы 72 ф 2.2. Обоснование выбора метода исследования

2.3. Основные приближения квантовохимических методов расчета электронной структуры молекул

2.3.1. Преимущества и недостатки неэмпирического и полуэмпирического квантовомеханических подходов

2.4. Полуэмпирические приближения и допущения

2.5. Обзор полуэмпирических методов расчета

2.5.1. Обоснование выбора квантовохимического полуэмпирического метода MNDO для проведения исследований

2.6. Основные этапы работы программ для полуэмпирических расчетов

2.7. Степень надежности и достоверности результатов квантово-химических расчетов

2.8. Индексы реакционной способности биоактивных молекул

2.8.1. Роль электростатического потенциала в межмолекулярных взаимодействиях

Глава 3. Расчеты структурных и электронных параметров комплексов "диоксин - фосфатидилэтаноламин"

3.1. Методика проведения квантовохимических расчетов

3.2. Расчеты структурных параметров и электронных свойств молекул фосфатидилэтаноламина и диоксинов при образовании ^-комплексов

3.2.1. Взаимодействие диоксинов с одной молекулой фосфатидилэтаноламина на одном из крайних диоксиновых колец

3.2.2. Взаимодействие диоксинов одновременно с двумя молекулами фосфатидилэтаноламина на крайних диоксиновых кольцах с одной стороны относительно плоскости диоксиновой молекулы

3.2.2.1. Исследование минимумов энергии

3.2.2.2. Исследование отрыва атома Н[2] от NH3-rpynnbi ФЭ

3.3. Электростатические потенциалы диоксиновых молекул 141 Выводы 144 Список литературы 145 Приложение

Все возрастающая по интенсивности деятельность человечества на данном этапе развития науки и технологии привела к появлению в биосфере Земли огромных масс веществ, которые отсутствовали в период биологической эволюции. Преобладающая часть их составляют впервые синтезированные или выделенные из природных источников соединения. Сегодня уже известно около 7 млн. соединений, и их количество ежегодно увеличивается на десятки тысяч. Основная часть этих химических соединений появилась в XX веке.

Почти все химические соединения обладают в разной степени способностью влиять на функции тех или иных биологических систем. Однако на современном этапе развития науки знания о последствиях этого воздействия явно недостаточны, чтобы прогнозировать достаточно длительное и оптимальное существование человека в этом все более насыщающемся биологически активными веществами мире. Сегодня становится очевидным, что возник расширяющийся разрыв между все возрастающей способностью нашей технологической цивилизации создавать все новые химические соединения и ограниченной возможностью биосферы воспринимать действие этого химического потенциала без необратимых тяжелых последствий. Этот существующий разрыв неизбежно приводит к тому, что общество из-за отсутствия знаний о биологической активности преобладающего количества известных соединений не может достаточно полно их использовать. Не вызывает сомнения тот факт, что среди уже имеющихся соединений могут быть найдены эффективные регуляторы патологических процессов, протекающих в организме, и новые лечебные препараты. В то же время химия проводит интенсивный синтез все новых препаратов. Эта деятельность непрерывно генерирует опасные для человека и среды яды, канцерогены, мутагены, аллергены. Их появление приводит к дополнительной необходимости синтеза новых лекарств. Такая деятельность, продолжающаяся свыше века, привела к тому, что человек и среда обитания испытывают действие множества химических препаратов, отрицательные последствия которых для живой природы не всегда предсказуемы.

В определенной мере ограниченность наших знаний о биологической активности химических соединений обусловлена существующими приоритетами, когда уделяется большое внимание и выделяются материальные ресурсы на развитие синтеза, а исследование свойств полученных соединений недооценивается. Следует отметить и то, что традиционные методы исследования биологической активности с помощью тест-объектов на животных являются трудоемкими, малопродуктивными и требуют больших затрат времени и ресурсов.

Элементный состав химических соединений и их строение полностью определяют физические и химические свойства молекул, включая и их биологическую активность. Сейчас настоятельно стоит задача создания теории связи строения молекул с их биологической активностью, которая может быть построена на основе данных о молекулярном механизме действия биоактивных препаратов. Решение этой задачи открывает возможность истолкования глубинных молекулярных основ жизни - сложнейших биохимических реакций, протекающих в клетках, и является необходимым условием сознательного управления всем живым.

На протяжении нескольких последних десятилетий полихлорированные дибензо-п-диоксины и обширная группа родственных соединений привлекают пристальное внимание ученых во всем мире [75, 77, 219]. Многие из этих соединений являются причиной неблагоприятных биологических эффектов в организме человека и животных [74, 81]. Хотя молекулярный механизм биологической активности данного класса веществ интенсивно изучается многими исследователями [91, 186, 187, 230], но все еще остаются невыясненными многочисленные вопросы механизма их действия и зависимости между структурой молекул этих соединений и их биологической активностью [176]. По данным многочисленных публикаций [75] ПХДД и родственные соединения образуют относительно прочные комплексы с так называемым внутриклеточным цитозольным диоксиновым рецептором (Ah- рецептором), посредством чего они проявляют свое биологическое воздействие [215]. Эти комплексы имеют длительное время существования, что и обуславливает большую вероятность проявления токсического действия. Поэтому важным этапом в понимании молекулярного механизма биологической активности и предсказании токсических эффектов диоксинов является исследование механизма возникновения этих комплексов. Однако структура и функции этого рецептора пока остаются предметом интенсивных дискуссий [124, 223]. В центре внимания исследователей, как правило, находятся вопросы взаимодействия диоксинов с белковыми молекулами. В то же время, определенное значение в биологическом действии диоксинов имеет их воздействие на клеточные фосфолипиды, поскольку для взаимодействия с внутриклеточным Ah-рецептором необходимо проникновение диоксинов через мембрану клетки. Механизм проникновения диоксинов в клетку пока не ясен, но уже существуют доказательства того, что этот процесс включает их перенос в клетку из фосфолипидных везикул [181]. Поэтому для понимания механизма биологического действия диоксинов неизбежным и важным этапом является изучение особенностей межмолекулярных взаимодействий диоксинов с фосфолипидами клеточных мембран.

В мембранах идут важные для жизни метаболические и энергетические процессы. Фосфолипиды, являясь основным компонентом клеточных мембран, выполняют специфические функции в метаболических превращениях и межклеточных взаимодействиях, играют роль разделительного барьера и обеспечивают механическую прочность клеток. Изменения естественного течения различных биохимических процессов в клетке, вызываемые попадающими в организм чужеродными соединениями - ксенобиотиками (КБ), тем или иным образом связаны с нарушением барьерной или структурной функции мембраны [17, 41, 67]. Биологическая активность веществ широкого спектра действий проявляется в значительной степени по их взаимодействию с фосфолипидами. Поэтому огромный интерес представляет исследование молекулярного механизма взаимодействия БАС с этими структурообразующими компонентами клеточной мембраны, поскольку изменения в мембранных структурах непременно сказываются и на ее физико-химических свойствах.

Физико-химические исследования фосфолипидных молекул имеют важное значение для понимания свойств биологических мембран. Поведение индивидуальных фосфолипидов можно анализировать, основываясь на геометрической форме и электронном строении этих молекул. Значительный вклад в изучение биологических мембран вносят исследования изменения пространственного пространственной структуры и электронного строения изолированных фосфолипидов под действием различных классов биологически активных соединений.

Для того, чтобы БАС вызвало биологический эффект, оно должно обладать способностью взаимодействовать с биомолекулами; поэтому теория биологической активности веществ тесно связана с теорией реакционной способности. Реакционная способность, пространственное строение и многие другие характеристики молекул БАС определяются взаимодействием электронов с ядрами, их поведением во времени и пространственным распределением [22, 79]. Изучение сложных биологических систем можно начинать с изучения распределения электронной плотности молекул при данном расположении ядер.

Достаточно адекватное описание реакционной способности и биологической активности веществ требует квантовохимического расчета полных энергий исходных молекул и образующихся в результате их взаимодействия молекулярных систем. Полная энергия является наиболее фундаментальным индексом реакционной способности. Кроме полной энергии, к наиболее важным индексам реакционной способности относятся энергии ВЗМО и НСМО и коэффициенты вкладов при этих орбиталях, электростатический потенциал, заряды на атомах. Энергии ВЗМО и НСМО играют особенно важную роль, поскольку именно с ними связаны основные физико-химические свойства молекул. Знание распределения электронных зарядов в молекуле особенно важно для решения проблемы реакционной способности.

Современный уровень естественных наук и вычислительной техники открывает новые возможности подхода к проблемам биологической активности химических соединений и дает возможность применения вычислительных методов к биологическим системам [1, 34, 45, 68, 72]. Интенсивное развитие квантовомеханической теории молекулярных взаимодействий за последние годы обязано использованию современных быстродействующих ЭВМ, общему развитию методов расчета электронной структуры молекул и их пространственного строения, и использованию более точных математических методов.

Аналитические расчеты поверхности потенциальной энергии имеют большое значение для развития теории межмолекулярных взаимодействий, для более точных расчетов термодинамических характеристик молекулярных систем. Поэтому одной из важных задач является разработка методики построения потенциальных поверхностей и соответствующего программного обеспечения.

Но несмотря на всю важность исследований в области построения взаимосвязи структуры биологических молекул с их реакционной способностью и биологической активностью, развитие исследований сдерживается высокой сложностью изучаемых биологических систем. Именно поэтому при работе с такими системами ограничиваются исследованиями, проводимыми вычислительными методами. Использование полуэмпирических методов на корректно выбранной модели позволяет вычислять геометрические, термодинамические, электронные параметры сложных молекул и молекулярных систем.

Ранее при исследованиях методами квантовой химии и ЯМР- спектроскопии действия пиразола и пиридина и некоторых их производных на фосфо-липиды клеточных мембран было показано образование трех типов комплексов между гетероциклом данных молекул и молекулой фосфатидилхолина [30-31, 38-40, 53, 56-64, 174]. Первый комплекс образуется за счет водородной связи между фосфатной группой фосфатидилхолина (ФХ) и атомом азота пиридина или пиразола (комплекс 1-го типа); второй комплекс образуется вследствие взаимодействия я-электронов кольца гетероцикла и холиновой группы ФХ N(CH3)3 (комплекс П-го типа); третий комплекс образуется за счет взаимодействия кольца гетероцикла с двойной связью С = С в остатке олеиновой кислоты ФХ (комплекс III-го типа). Поскольку молекулы диоксинов также принадлежат к классу шестичленных гетероциклических соединений, некоторые расчетные данные, полученные для пиразола и пиридина, можно по аналогии соотнести с диоксинами.

Данная работа посвящена исследованию воздействия некоторых соединений из класса полихлорированных дибензо-п-диоксинов (ПХДД) на пространственную структуру и электронное строение фосфолипидов биомембран. И хотя в настоящей работе приводится результаты исследований одного вида фосфолипида, а именно фосфатидилэтаноламина (ФЭ), характер взаимодействий биоактивных веществ с другими видами фосфолипидов может быть схожим.

Вследствие исключительной токсичности ПХДД, трудностей получения и идентификации отдельных изомеров проведение исследований взаимодействия диоксинов с фосфолипидами экспериментальными методами в настоящее время затруднено. Поэтому одним из доступных на сегодняшний день источником информации являются данные исследований, проводимых с использованием квантовохимических методов.

Представленная работа выполнена в рамках обширной программы кафедры медицинской физики БГМУ по исследованию молекулярного механизма действия БАС и установлению взаимосвязи структуры этих соединений с их реакционной способностью и биологической активностью. Знания о молекулярном механизме действия диоксинов на биологические мембраны позволит в дальнейшем разработать эффективные препараты и методы для выведения их из организма или снижения до минимума их токсического воздействия.

выводы

1. Впервые установлено образование комплексов диоксинов с клеточным фосфатидилэтаноламином с участием тс- системы электронов диоксиновых колец и NH3-rpynnbi ФЭ как результата межмолекулярных взаимодействий; определены структурные и электронные параметры образующейся молекулярной системы.

2. Разработана методика и программа построения потенциальных поверхностей комплексов "диоксин-фосфатидилэтаноламин"; определена энергия образования данных комплексов, и показано образование нескольких разновидностей этих комплексов.

3. Выявлена корреляционная зависимость между относительной биологической активностью диоксиновых молекул и энергией образования комплексов диоксинов с одной фосфолипидной молекулой.

4. Установлено, что образование указанных комплексов ведет к изменению пространственной структуры и электронного строения не только фосфолипидных, но и диоксиновых молекул; наиболее значительные изменения отмечены при взаимодействии одной диоксиновой молекулы одновременно с двумя молекулами фосфатидилэтаноламина.

5. Показано, что механизм межмолекулярных взаимодействий диоксинов с клеточным фосфатидилэтаноламином с участием я-системы электронов является общим для всего исследованного ряда диоксиновых молекул.

6. Вычислены электростатические потенциалы диоксиновых молекул на расстоянии вандерваальсового радиуса и построены картины пространственного распределения этих потенциалов; показана корреляция картин распределения потенциалов и биологической активности диоксиновых молекул.

Основные материалы диссертации опубликованы в работах [2-13, 47-52, 70, 117].

1. Антомонов Ю.Г. Моделирование биологических систем. Киев: Науко-ва думка, 1977.

2. Антонов В.Ф. Липиды и ионная проницаемость мембран. М.: Наука,1982.

3. Байгулова О.В., Косарева Д.И. Влияние полихлорированных дибензо-п-диоксинов на конформацию и электронное строение клеточных фосфолипидов //Структура и динамика молекулярных систем. Сборник статей. Йошкар-Ола, 2001.-ч. 1-е. 47-51.

4. Байгулова О.В., Косарева Д.И., Сутюшева М.А. Моделирование взаимодействия 2,3,7,8 ТХДД с клеточными фосфолипидами //Тез. докл. Молодежной конференции "Проблемы моделирования в естествознании". - Волжский, 1997. -с. 15-16.

5. Байгулова О.В., Насибуллин Р.С. Конформационные и электронные изменения в молекулах ФЭ при взаимодействии с диоксинами //Структура и динамика молекулярных систем. Сборник тезисов IX Всероссийской конференции. -Уфа, 2002.-с. 21-22.

6. Байгулова О.В., Насибуллин Р.С. Квантовохимические исследования механизмов взаимодействия диоксинов с клеточными фосфолипидами //Электронный журнал "Исследовано в России". 2003. - с. 733-742. (httm://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2003/064.pdf)

7. Байгулова О.В., Насибуллин Р.С. Конформационные и электронные изменения в молекулах ФЭ при взаимодействии с диоксинами //Структура и динамика молекулярных систем. Сборник статей IX Всероссийской конференции. -Уфа, 2002. том 1. - с. 43-46.

8. Байгулова О.В., Насибуллин Р.С., Терегулов Р.Г. Взаимодействие поли-хлорированных дибензо-п-диоксинов с фосфатидилэтаноламином //Мат. Региональной конференции "Резонансные и нелинейные явления в конденсированных средах". Уфа, 1999. - с. 26-28.

9. Байгулова О.В., Пономарева В.А., Насибуллин Р.С. О комплексообра-зовании диоксинов с фосфолипидами клеточных мембран //Структура и динамика молекулярных систем. Сборник статей. Йошкар-Ола, Казань, Москва, 1998.-с. 107-111.

10. Байгулова О.В., Сетченков М.С., Косарева Д.И., Насибуллин Р.С. Ком-плексообразование 2,3,7,8- ТХДД с двумя молекулами ФЭ //Тезисы конференции "Структура и динамика молекулярных систем". Йошкар-Ола, Казань, Москва, 1999. - с. 93.

11. Байгулова О.В., Сетченков М.С., Косарева Д.И., Насибуллин Р.С. Ком-плексообразование 2,3,7,8- ТХДД с двумя молекулами ФЭ //Структура и динамика молекулярных систем. Сборник статей. Казань: УНИПРЕСС, 1999. - вып. VII.-с. 251-254.

12. Байгулова О.В., Сетченков М.С., Косарева Д.И., Насибуллин Р.С. Ком-плексообразование 2,3,7,8- ТХДД с двумя молекулами ФЭ //"Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения". 1999. - № 2.

13. Бергельсон Л.Д. Биологические мембраны. М.: Наука, 1975.

14. Берсукер И.Б. Эффект Яна-Теллера и вибронные взаимодействия в современной химии. М.: Наука, 1987.

15. Биохимическая фармакология /Под. ред. П.В. Сергеева. М.: Высшая школа, 1982. - 343 с.

16. Болдырев А.А. Биологические мембраны и транспорт ионов. М.: Мир, 1985.

17. Буркерт У., Эллинджер Н. Молекулярная механика. М.: Мир, 1986.

18. Видовая токсичность 2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксина при остром и хроническом воздействии на организм млекопитающих /А.Д. Кунцевич, Н.М. Трошкин, С.И. Баулин и др. //Докл. Рос. АН. 1995. - т. 340, № 2. - с. 268-270.

19. Войтюк А.А., Близнюк А.А. Квантово-химическое изучение ион-молекулярных комплексов с водородными связями //Журнал структурной химии. Новосибирск: Наука, Сибирское отд., 1992. - т. 33, № 6. - с. 157-183.

20. Волькенштейн М.В. Конфигурационная статистика полимерных цепей. М., Л.: Изд-во АН СССР, 1959.

21. Волькенштейн М.В., Голованов И.Б., Соболев В.М. Молекулярные орбитали в энзимологии. М.: Наука, 1982. - 293 с.

22. Говил Дж., Госур Р.В. Структура фосфолипидов в биологической мембране //Успехи квантовой химии и квантовой биологии. Киев: Наукова думка, 1980. - ч. II. - с. 92-103.

23. Голубеев В.Н., Контуш А.С. Механизмы взаимодействия пестицидов с липидным бислоем клеточных мембран. М: Международная ассоциация "Интербиос", 1991.-36 с.

24. Давыдов А.С. Квантовая химия. М.: Наука, 1973. - 703 с.

25. Диоксины и их опасность для здоровья человека: Обзор /М.П. Бессонова, А.Д. Власова, A.M. Гордов и др. М.: НИИ медстатистики, 1992. - 161 с.

26. Диоксины реальная опасность: Международная конференция Санкт-Петербург 19-21 мая 1993 г. - СПб., 1993.

27. Дьячков П.Н. Квантовохимические расчеты в изучении механизма действия и токсичности чужеродных веществ //Итоги науки и техники. Сер. Токсикологическая. М: ВИНИТИ, 1990. - т. 16. - 280 с.

28. Дюар М. Теория молекулярных орбиталей в органической химии. М.: Мир, 1972. - 590 с.

29. Загитов Г.Н. Математическое моделирование процессов взаимодействия пиразола и некоторых его производных с фосфолипидами клеточных мембран: Дисс. канд. физ.-мат. наук. Уфа, 1992. - 115 с.

30. Зелеев М.Х. Математическое моделирование взаимодействия пиридина и некоторых его производных с клеточными фосфолипидами: Дисс. канд. физ.-мат. наук. Уфа, 1995. - 110 с.

31. Ивков В.Г., Берестовский Г.Н. Динамическая структура липидного бислоя.-М., 1981.-293 с.

32. Илиел Э., Аллинжер Н., Энжиал С., Моррисон Г. Конформационный анализ /Пер. с англ. под. ред. А.А. Ахрема. М.: Мир, 1969. - 592 с.

33. Кларк Т. Компьютерная химия. М.: Мир, 1990. - 384 с.

34. Клопман Г., Ивэнс Р. Полуэмпирические методы расчета электронной структуры /Ред. Дж. Сигал. М.: Мир, 1980. - т. 1.-е. 47-93.

35. Кондратьев В.Н. Биологические мембраны. Методы. /Под ред. Дж.Б. Финдлея, У.Г. Эванза. М.: Мир, 1990. - 424 с.

36. Конформационный анализ углеводородов и их производных /А.Н. Верещагин, В.Е. Катаев, А.А. Бредихин и др. М.: Наука, 1990. - 296 с.

37. Косарева Д.И. Математическое моделирование конформационных свойств фосфолипидов клеточных мембран при образовании комплексов с пиридином и некоторыми его производными: Дисс. канд. физ.-мат. наук. Уфа, 1999.-203 с.

38. Косарева Д.И., Насибуллин Р.С. Исследование комплексов пиридина с клеточными фосфолипидами //Мат. междунар. конференции "Структура и динамика молекулярных систем". Йошкар-Ола, 1998. - ч. 3. - с. 200-203.

39. Косарева Д.И., Насибуллин Р.С., Ишембетов А.Р. Влияние молекулы пиридина на конформации углеводородных цепей фосфатидилхолина //Структура и динамика молекулярных систем. Сборник статей VI Всероссийской конференции. Казань, 1999. - с. 214-217.

40. Ландау М.А. Молекулярная природа отдельных физиологических процессов. М.: Наука, 1985. - 260 с.

41. Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Квантовая механика. М.: Наука, 1974.752 с.

42. Ленинджер А. Биохимия. М.: Мир, 1974.

43. Майер Г.В., Данилова В.И. Квантовая химия, строение и фотоника молекул. Томск: Изд-во Томского ун-та, 1984. - 218 с.

44. Математическое моделирование биологических процессов /Отв. ред. A.M. Молчанов. М.: Наука, 1979.

45. Молекулярные структуры. Прецизионные методы исследования /Под ред. А. Доменикано, И. Харгиттаи. М.: Мир, 1997. - 671 с.

46. Насибуллин Р.С., Байгулова О.В. II. Квантовохимическое моделирование взаимодействия полихлорированных дибензо-п-диоксинов с фосфатидилэ-таноламином //Токсикологический вестник". 2001. - № 1. - с. 10-14.

47. Насибуллин Р.С., Байгулова О.В., Косарева Д.И. Комплексообразова-ние полихлорированных дибензо-п-диоксинов с фосфатидилэтаноламином //Структура и динамика молекулярных систем. Тезисы докладов VII Всероссийской конференции. Москва, 2000. - с. 113-114.

48. Насибуллин Р.С., Байгулова О.В., Косарева Д.И. Комплексообразова-ние полихлорированных дибензо-п-диоксинов с фосфатидилэтаноламином //Структура и динамика молекулярных систем. Сборник статей. Москва: ИФХ РАН, 2000. - вып. VII. - с. 431-434.

49. Насибуллин Р.С., Байгулова О.В., Косарева Д.И. Комплексообразова-ние полихлорированных дибензо-п-диоксинов с фосфатидилэтаноламином //Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2001. - № 4.

50. Насибуллин Р.С., Байгулова О.В., Фахретдинова Е.Р., Пономарева В.А. Квантово- химические исследования воздействия 2,3,7,8-ТХДД на клеточные фосфолипиды //Токсикологический вестник. 1999. - № 4. - с. 14-16.

51. Насибуллин Р.С., Косарева Д.И. Влияние пиридина на конформацион-ные свойства фосфолипидов клеточных мембран //Материалы IV Всероссийской конференции "Структура и динамика молекулярных систем". Йошкар-Ола, 1997. -ч. 3. - с. 45.

52. Насибуллин Р.С., Косарева Д.И., Спирихин JI.B. //Биополимеры и клетка. 1998. - т. 14, № 5. - с. 15-17.

53. Насибуллин Р.С., Косарева Д.И, Спирихин JI.B., Фахретдинова Е.Р. Влияние пиридина на электронное строение клеточного фосфатидилхолина //Башкирский химический журнал. 1998. - т. 5, № 4. - с.21-23.

54. Насибуллин Р.С., Пономарева В.А., Спирихин JI.B. //Биомембраны. -1992.-т. 9, №3.-с. 308-311.

55. Насибуллин Р.С., Ремизов А.Б., Алпарова М.В., Насыров Х.М. Образование водородной связи между молекулами пиразола и его производных и фосфолипидами клеточных мембран в растворах //Хим.-фарм. журнал. 1991. - № 12.-с. 15-16.

56. Насибуллин Р.С., Серебреник М.А. //Биополимеры и клетка. 1997. -№2.-с. 12-15.

57. Насибуллин Р.С., Серебреник М.А. Структура и подвижность жирно-кнслотных цепей в комплексе фосфатидилхолин пиразол //Материалы V Всероссийской конференции "Структура и динамика молекулярных систем". -Йошкар-Ола, 1998. ч. 1. - с. 103-106.

58. Насибуллин Р.С., Спирихин Л.В., Пономарева В.А. Образование комплексов молекулы пиразола с фосфолипидами //Биофизика. 1991. - т. 36, вып. 4. - с. 594-598.

59. Насибуллин Р.С., Султанова B.C., Загитов Г.Н., Зелеев М.Х. //Биофизика. 1993. - т. 38, вып. 4. - с. 684-686.

60. Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. М.: Мир, 1974.

61. Нечипоренко С.П., Ротенберг Ю.С. Метаболизм ароматических углеводородов //Итоги науки и техники. Сер. Токсикологическая. М.: ВИНИТИ, 1981.-т. 12.

62. Нижний С.В., Эпштейн Н.А. Количественные соотношения химическая структура биологическая активность //Успехи химии. - 1978. - т. 47, № 4. -с. 739-772.

63. Никифорович Г.В. Конформации и функции биологических молекул /Под ред. Г.И. Чипенса. Рига: Зинатне, 1984. - с. 7-16.

64. Поликар А. Молекулярная цитология мембран животной клетки и ее микроокружение. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1975. - 182 с.

65. Пульман Б.П., Пульман А.П. Квантовая биохимия. М.: Мир, 1965.

66. Селюжницкий Г.В., Воробьева Л.В. Медико-биологическое воздействие диоксинов на живые организмы //Диоксины реальная опасность: Международная конференция. Сб. пленарных докладов. - СПб., 1993. - с. 35-41.

67. Серебреник М.А., Косарева Д.И., Байгулова О.В., Садыков С.С., Насибуллин Р.С. Влияние биологически активных веществ на конформационные свойства клеточных фосфолипидов //Мат. конференции "Проблемы теоретической медицины". Уфа: БГМУ, 1997. - с. 74-76.

68. Слэтер Дж. Электронная структура молекул. М.: Мир. - 1965. - 587 с.

69. Стьюпер Э., Бреггер У., Джорс П. Машинный анализ связи химической структуры и биологической активности /Пер. с англ. М.: Мир, 1982. - 235 с.

70. Тиунов J1.А. Основные механизмы метаболизма ксенобиотиков в организме человека и животных //Итоги науки и техники. Сер. Токсикологическая. -М.: ВИНИТИ, 1981. т. 12. - с. 5-64.

71. Федоров JI.A. Диоксины как фундаментальный фактор техногенного загрязнения природы //Экологическая химия. 1993. - № 3. - с. 169-187.

72. Федоров JI.A. Диоксины как экологическая опасность: ретроспектива и перспективы. М.: Наука, 1993. - 260 с.

73. Федоров Л.А., Мясоедов Б.Ф. Диоксины: химико-аналитические аспекты проблемы //Успехи химии. 1990. - т. 59, № 11.- с. 1818-1866.

74. Фокин А.В., Борисов Ю.А., Коломиец А.Ф. Некоторые корреляции строения и свойств полигалогенированных дибензо-п-диоксинов //Хим.-фарм. журнал. 1986. - т. 20, № 7. - с. 787-791.

75. Фудзинага С. Методы молекулярных орбиталей. М.: Мир, 1988. - 356с.

76. Хедвиг Р. Прикладная квантовая химия. М.: Мир, 1977. - 596 с.

77. Хобза П., Заградник Р. Межмолекулярные комплексы. М.: Мир, 1989. -376 с.

78. Accidental exposure to dioxins human health aspects: International Forum. Bethesda, 1981 /Ed. F. Coulston, F. Pocchiary. - N.Y.: Acad, press., 1983.- 294 p.

79. Aniline O. Chlorodioxins origins and fate /Ed. E.H. Blair. - Wash. (D.C): Amer. Chem. Soc., 1973. - p. 126-135 (Adv. Chem. Ser.; vol. 120).

80. Ashley D.L., Barnaut E.R, Patterson D.G., Hill R.H. Use of *H nuclear magnetic resonance longitudinal relaxation times in structure elucitation of chlorinated polyaromatic compounds //Anal. Chem. 1988. - vol. 60. - p. 15-19.

81. Ashley D.L., Reddy V.V., Patterson D.G. Proton nuclear magnetic resonance studies of dibenzo-p-dioxins: substituent effects //Magn. Reson. in Chem. -1989-vol. 27-p. 117-122.

82. Bailar J.C. How dangerous dioxin? //N. Engl. J. Med. 1991. - vol. 321. - p. 260-262.

83. Beatty P.W. Studies on the metabolism and possible mechanism of toxicity of 2,3,7,8 TCDD: Ph. D. Thesis. - USA: Vanderbilt University, 1978.

84. Bell R.A., Gara A. /Ed. L.H. Keith, C. Rappe, G. Choudharu //Chlorinated dioxins and dibenzofurans in the total environment. Stoneham: Butterworth, 1985. -p. 3-16.

85. Bickel M.H., Muhlebach S. /Ed. O. Hutzinger, R.W. Frei, E. Merian, F. Pocchairi //Chlorinated.dioxins and related compounds: Impact on the environment. -Oxsford: Pergamon press, 1982. p. 303-306.

86. Biological mechanisms of dioxin action: Banbury Report 18 /Ed. A. Poland, R. Kimbrough. N.Y.: Cold Spring Harbor Lab., 1984.

87. Biological membranes: physical fact and function /Ed. D. Chapman. London: Academic Press, 1968.

88. Birnbaum L. Evidence the role Ah receptor in responses to dioxin //Prog. Clin. Biol. Res. 1993.

89. Blaurock A.E. The spaces between membrane bilayers within PNS myelin as characterized by X- ray diffraction //Brain res. 1981. - vol. 210. - p. 383-387.

90. Boer F.B., Van Remoortere F.P., North P.P., Newman M.A. //Acta. Crys-tallogr. Sect. B: Struct. Crystallogr. Cryst. Chem. 1972. - vol. B28. - p. 1023-1029.

91. Boggs J.M. Lipid Intermolecular Hydrogen Bonding: Influence on Structural Organization and Membrane Function //Biochim. Biophys. Acta. 1987. - vol. 906.-p. 353-404.

92. Bowman W.G., Spiro T.G. MNDO-MOCIC evaluation of the uracil force field: application to the interpretation of flavine vibrational spectra //J. Chem. Phys. -1980.-vol. 73.-p. 5482-5492.

93. Brosio C.F., Di Nola A., Kovales A.L. A stereochemical model for phospholipids. I. Conformational energy refinement and molecular packing of L-a-dipalmitoyllecitin (DPL) //J. Theor. Biol. 1977. - vol. 67, № 2. - p. 319-334.

94. Buldt G., Gaily H.I., Seelig J., Zaccai G. Neutron diffraction studies on phosphatidylcholine model membranes //J. Molec. Biol. 1979. - vol. 134. - p. 673691.

95. Buldt G., Gaily H.I., Seelig A., Seelig J., Zaccai G. Neutron diffraction studies on selectively deuterated phospholipid bilayers //Nature. 1978. - vol. 271. - p. 182-184.

96. Buldt G., Seelig J. The conformation of phosphatidylethanolamine in the gel phase as seen by neutron diffraction //Biochemistry. 1980.

97. Buldt G., Wohlgemuth R. The headgroup conformation of phospholipids in membranes //J. Membrane Biol. 1981. - vol. 58. -p. 81-100.

98. Cantrell J.S., Webb N.C., Mabis A.J. //Acta Crystallogr. 1969. - vol. 25B, № l.-p. 150-156.

99. Chan S.I., Bocian D.F., Peterson N.O. Nuclear magnetic resonance studies of the phospholipid bilayer membrane /Ed. E. Grell //In: Membrane Spectroscopy. -Springer- Verlag, Berlin, Heideiberg and New York, 1980. p. 1.

100. Chinghsien Huang, Jeffrey T. Mason. Structure and properties of mixed-chain phospholipid assemblies //Biochim. Biophys. Acta. 1986. - vol. 864 .- p. 423470.

101. Connett P., Webster T. //Chemosphere. 1987. - vol. 16, № 8/9. - p. 20792083.

102. Crosby D.G., Moilanen K.W., Wong A.S. //Environ. Health Perspect. -1973.-vol. 5.-p. 259-266.

103. Davenport J.B., Johnson A.R. The nomenclature and classification of lipids. In: Biochemistry and methodology of lipids /Ed. A.R. Johnson, J.B. Davenport. -N-Y.: Wiley- Intersci., 1971. p. 47-83.

104. David J.H. Deuterium magnetic resonance study of the gel and liquid crystalline phases of dipalmitoyl phosphatidylcholine //Biophys. J. 1979. - vol. 27. -p. 339-358.

105. Dewar M.J.S. The molecular theory of organic chemistry. New York: McGraw-Hill, 1969.

106. Dewar M.J.S., Ford G.P., Rzepa H.S. An MNDO study of the structures, vibrational frequencies and ionization energies of the first five poly-yenes //Chem. Phys. Lett. 1977. - vol. 50. - p. 262-265.

107. Dewar M.J.S., Thiel W. //J. Amer. Chem. Soc. 1977. - vol. 99. - p. 4899.

108. Dewar M.J.S., Zoebisch E.G., Healy E.F., Stewart J.J.P. AMI: a new general purpose quantum mechanical molecular model //J. Amer. Chem. Soc. 1985. -vol. 107. - p. 3902-3909.

109. Dewar M.J.S., Yamaguchi Y., Suck S.H. Calculation of the vibrational frequencies of polyethylene and polyethylene-d4 by the MNDO semiempirical SCF method //Chem. Phys. Lett. 1977. - vol. 51. - p.l75-177.

110. Dewar M.J.S., Yamaguchi Y., Suck S.H. //Chem. Phys. 1979. - vol. 55. -p. 145.

111. Dunagin W.G. //J. Amer. Chem. Soc. 1984. - vol. 10, № 6. - p. 688-700.

112. Esposito M.P., Tierman Т.О., Dryden F.E. Dioxins: Report US EPA-600/2-80/197. Cincinnati: Office of Res. and Develop., 1980. - 351 p.

113. Fedorov L.A., Dostovalova V.I. //Abstracts of 11th Intern. Symp. on chlorinated dioxins and related compounds. Triangle Park, 1991. Rep. - p. 176.

114. Fingerhut M.A., Halperin W.E., Marlow D.A. et.al. //New England J. Med.- 1991. vol. 324, № 4. - p. 212-218.

115. Fock V.A. //Ztschr. Phys. 1930. - Bd. 61. - s. 126-134.

116. Galla H.J., Hartmann W., Sackmann E. Lipid- protein interaction in model membranes: Binding of mellitin to lecitine bilayer vesicles //Ber. Bubsenges. phys. chem. 1978. - vol. 82. - p. 918-922.

117. Garattini S., Vecchi A., Sironi M., Mantovani A. /Ed. O. Hutzinger, R.W. Frei, E. Merian, F. Pocchairi //Chlorinated dioxins and related compounds: Impact on the environment. Oxsford: Pergamon press, 1982. - p. 403-409.

118. Gasiewicz T.A., Elferink C.J., Henry E.C. Characterization of multiple forms of the Ah receptor: recognition of a dioxin- responsive enhancer involves het-eromer formation //Biochemistry. 1991. - vol. 30. - p. 2909-2916.

119. Gelbaum L.T., Patterson D.G., Ashley D.L., Groce D.F. //Chemosphere. -1988. vol. 17, № 3. - p. 551-558.

120. Gilman H., Deetrich J.J. Halogen derivatives of dibenzo-p-dioxin //J. Amer. Chem. Soc. 1957. - vol. 79, № 6. - p. 1439-1441.

121. Govil G., Hosur R.V., Saran A. //Chem. Phys. Lipids. 1978. - vol. 21. - p.77.

122. Gupta S.P., Govil G. Molecular orbital studies on the conformation of phospholipids //FEBS Lett. 1972. - vol. 27, № 1. - p. 68-70.

123. Gupta S.P., Govil G., Mishra R.E. //J. Theor. Biol. 1975. - vol. 51. - p.13.

124. Halogenated biphenyls, naphthalenes, dibenzodioxins and related product /Ed. R.D. Kimbrough. Amsterdam: Elsevier, 1980. - 406 p.

125. Harris M.W., Moore J.A., Vos J.G., Gupta B.N. //Environ. Health Perspect.- 1973.-vol. 5.-p. 101-109.

126. Hartree D.R. //Proc. Cambridge Philos. Soc. 1928. - vol. 24. - p.89-96.

127. Hauser H., Pasher I., Sundell S. Conformation of phospholipids: crystal structure of a lysophosphatidylcholine analogue //J. Mol. Biol. 1980. - vol. 137. - p. 249-264.

128. Hauser H., Pearson R.H., Pasher I., Sundell S. Preferred conformation and molecular packing of phosphatidylethanolamine and phosphatidylcholine //Biochim. Biophys. Acta. 1981. - vol. 650. - p. 21 -51.

129. Health effects of halogenated aromatic hydrocarbons /Ed. W.J. Nicholson, J.A. Moore. N.Y.: Acad. Sci., 1979. - 730 p. (Ann. N.Y. Acad. Sci., vol.320).

130. Helling C.S. Pesticide mobility of soils II. Applications of soil thin-layer chromatography //Soil Sci. Soc. Amer. Proc. - 1971. - vol. 35, № 5. - p. 737-743.

131. Hitchcock P.B., Mason R., Thomas K.M. Structural chemistry of 1,2-dilauryl- DL- phosphatidylethanolamine: molecular comformation and intermolecular packing of phospholipids //Proc. Nat. Acad. Sci. (USA). 1974. - vol. 71, № 8. - p. 3036-3040.

132. Hosur R.V., Govil G. //Ind. J. Biochem. Biophys. 1977. - vol. 14. - p.364.

133. Hosur R.V., Govil G. //J. Ind. Inst. Sci. 1975. - vol. 57. - p. 165.

134. Hosur R.V., Govil G. //Proc. Ind. Nat. Sci. Acad. 1979.

135. Hutzinger O., Fiedler H. Formation of dioxin and related compounds in industrial processes: Report N 173. NATO/ CCMS, 1988.

136. Hug W., Tinoko I J. Electronic spectra of nucleic acid bases. I. Interpretation of the in-plane spectra with the aid of all valence electron MO-SCF calculation //J. Amer. Chem. Soc. 1973. - vol. 95. - p. 2803-2813.

137. Isensee A.R., Jones G.E. //Environ Sci. Technol. 1975. - vol. 9. - p. 668672.

138. International Meeting "Dioxin".

139. International symposium on dioxins and related compounds.

140. Jensen L.R., Mabis A.J. //Acta Crystallogr. 1966. - vol. 21. - p. 770.

141. Jensen N.E., Sneddon I.B., Walker A.E. //Trans. St. Hosp. Dermatol. Soc. -1972. vol. 58, № 2. - p. 172-177.

142. Kearney P.C., Woolson E.A., Ellington C.P. //Environ. Sci. Technol. -1972. vol. 6, № 12. - p. 1017-1019.

143. Kende A.S., Wade J.J., Ridge D., Poland A. Synthesis and Fourier transform carbon-13 nuclear magnetic resonance spectroscopy of new polyhalodibenzo-p-dioxins //J. Org. Chem. 1974. - vol. 39, № 7. - p. 931-937.

144. Larson K. //Ark Kemi. 1964. - vol. 23. - p. 1.

145. Lee A.G. //Prog. Biophys. Molec. Biol. 1975. - vol. 29. - p. 3.

146. Lee A.G., Birdsall N.J.M., Metcalf J.C. /Ed. E.D. Korn //In: Methods in membrane biology. N.Y. and London: Plenum Press, 1974. - vol. 2. - p. 1.

147. Lee A.G., Birdsall N.J.M., Metcalfe J.C. NMR studies of biological membranes //Chem. Brit. 1973. - v. 9, № 3. - p. 116-123.

148. Lee A.G., Birdsall N.J.M., Metcalf J.C., Warren G.B., Roberts G.C.K. A determination of the mobility gradient in lipid bilayers by 13C nuclear magnetic resonance //Proc. R. Soc. B. 1976. - vol. 193. - p. 253-274.

149. Levine Y.K., Birdsall N.J.M., Lee A.G., Metcalfe J.C. Nuclear magnetic resonance relaxation measurements of synthetic lecithins and the effect of spin-labeled lipids //Biochemistry. 1972. - vol. 11. - p. 1416-1421.

150. Long G.A., McKinney J.D., Pedersen L.G. //Quant. Struct.-Act. Relat. -1987.-vol. 6.-p. 1.

151. Lorenzen A., Okey A.B. Detection and characterization of Ah receptor in tissue and cell from human tonsils //Toxicol. Appl. Pharmacol. 1991. - vol. 107. - p. 203-214.

152. Lucier G.W., Tritscher A.M., Van den Heuvel J.P. et al. //Organohalogen compounds: Extented abstracts of 12th Intern. Symp. on dioxins and related compounds. Tamper: Finnish Institute of occupational health, 1992. - vol. 10. - p. 3-6.

153. Manz A., Berger J., Dwyer J.H. et.al. Cancer mortality among workers in chemical plant contaminated with dioxin //Lancet. 1991. - vol. 338, № 8773. - p. 959-964.

154. Mason G., Safe S.H. //Chemosphere. 1986. - vol. 15, № 9/12. - p. 20812083.

155. MatsumuraF., Benzet J.H. //Environ. Health Perspect. 1973. - vol. 5. - p. 253-258.

156. McAlister J., Yathindra Y., Sundaralingam M. Potential energy calculations of phospholipids. Preffered conformations with intramolecular stacking and mutually titled hydrocarbon chain planes //Biochem. 1973. - vol. 12. - p. 1189-1195.

157. McKinney J.D., Darden Т., Lyerly M.A., Pedersen L.G. //Quant. Struct. -Act. Relat. 1985. - vol. 4. - p. 166.

158. McKinney J.D., Long G.A., Pedersen L.G. //Quant. Struct.-Act. Relat. -1984.-vol. 3.-p. 99.

159. McKinney J.D, McConuell E. Chlorinated dioxins and related compounds: Impact on the environment. //In: Structural specifitity and dioxin receptor. Oxford: Pergamon press, 1982. - p. 367-381.

160. McKinney J.D., Pedersen L.G. //Biochem. 1986. - vol. 240. - p. 621.

161. McLayghlin A.C., Cumis P.R., Hemminga M.A., Hoult D.I., Radda G.K., Ritchie G.A., Seeley R.J., Richards R.E. Application of 31P-NMR to model and biological membrane system//FEBS Lett. 1975. - vol. 57, № 2. - p. 213-218.

162. Miller G., Sontum S., Crosby D.G. //Bull. Environ. Comtam. Toxicol. -1977.-vol. 18.-p. 611-615.

163. Milnes M.H. //Nature. 1971. - vol. 232, № 5310. - p. 395-396.

164. Mitra C.K., Govil G. //Ind. J. Biochem. Biophys. 1976. - vol. 14A. - p.

165. Murray J.S., Evans P., Politzer P. A comparative analysis of the electrostatic potentials of some structural analogues of 2,3,7,8- TCDD and related aromatic system //Int.J. Quant. Chem. 1990. - vol. 37, № 3. - p. 271-289.

166. Murray J.S., Zilles B.A., Jayasuriya K., Politzer P. Comparative analysis of electrostatic potentials of dibenzofuran and some dibenzo-p-dioxins //J. Am. Chem. Soc. 1986. - vol. 108. - p. 915-918.

167. Okamoto Y. A new dioxin decomposition process based on a hybrid density-functional calculation //Chem. Phys. Lett. 1999. - vol. 310. - p. 355-360.

168. Okey A.B. The Ah receptor: a specific site for action of chlorinated dioxins? /Eds. R.E. Tucker, A.L. Young, A.P. Gray //Human and environmental risks of chlorinated dioxins and related compounds. N.Y.: Plenum Press, 1983. - p. 423-440.

169. Pariser R., Parr R.G. A semiempirical theory of the electronic spectra and electronic structure of complex unsaturated molecules. I. //J. Chem.Phys. 1953. - vol. 21. - p. 446-471.

170. Pasher I., Sundell S., Harlos K., Eibl H. Conformation and packing properties of membrane lipids: the crystal structure of sodium dimyristoylphosphatidyl-glycerol //Biochim. Biophys. Acta. 1987. - vol. 896. - p. 77-88.

171. Pearson R.H., Pasher I. The molecular structure of lecithin dehydrate //Nature. 1979. - vol. 281. - p. 499-501.

172. Petersen N.O., Chan S.I. More on the motional state of lipid bilayer membranes: interpretation of order parameters obtained from nuclear magnetic resonance experiments //Biochemistry. 1977. - vol. 16. - p. 2657-2667.

173. Plant A.L., Knapp R.D., Smith L.C. Mechanism and rate permeation of cell by polycyclic aromatic hydrocarbons //J. Biol. Chem. 1987. - vol. 262. - p. 2514

174. Plimmer J.R., Klingebiel U.I., Crosby D.G., Wong A.S. Chlorodioxins -origins and fate /Ed. E.H. Blair //Amer. Chem. Soc. 1973. - p. 44-54 (Adv. Chem. Ser.; vol. 120.).

175. Poland A., Glover E. //Environ. Health Perspect. 1973. - vol. 5. - p. 245251.

176. Poland A., Glover E. //Mol. Pharmacol. 1973. - vol. 10. - p. 349-359.

177. Poland A., Glover E., Kende A.S. Stereospecific high affinity binding of 2,3,7,8- tetrachlordibenzo-p-dioxin by hepatic cytosol. //J. Biol. Chem. 1976. - vol. 251, № 16.-p. 4936-4946.

178. Poland A., Greenlee W.F., Kende A.S. Studies on the mechanism of action of the chlorinated dibenzo-p-dioxins and related compounds //Ann. N.Y. Acad. Sci. -1979.-vol. 320.-p. 214-230.

179. Poland A., Knutson J.C. 2,3,7,8-TCDD and related halogenated aromatic hydrocarbons: examination of the mechanism of toxicity //Ann. Rev. Pharmacol. Toxicol. 1982. - vol. 22. - p. 517-554.

180. Poland A., Smith D., Metter G., Possick P. //Environ. Health Perspect. -1971. vol. 22, № 3. - p. 316-327.

181. Polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans: IPCP environmental health criteria. Geneva: WHO, 1990. (IPCP International Programme on Chemical Safety, vol. 88).

182. Pople J.A., Beveridge D.L. Approximate Molecular Orbital Theory. New York: McGraw-Hill, 1970.

183. Pople J.A., Santry D.P., Segal G.A. //J. Chem. Phys. 1965. - vol. 43. - p. 129-135.

184. Pullman В., Berthod H. Quantum- mechanical studies on the conformation of phospholipids: The conformational properties of the polar head //FEBS Lett. -1974. vol. 44, № 3. - p. 266-269.

185. Pullman В., Saran A. //Int. J. Quant. Chem. QBS. 1975. - vol. 2. - p. 71.

186. Qin Z. The study on UV-degradation dynamics of 2,3,7,8- tetrachlorodi-benzo-p-dioxin and its analogues //Chemosphere. 1996. - vol. 33, № 1. - p. 91-97.

187. Rappe C., Nygren M., Lindstrom G., Hansson M. //Chemosphere. 1986. -vol. 15,№9/12.-p. 1635-1640.

188. Roothan C.C.J. //Rev. Mod. Phys. 1951. - vol. 23. - p. 69-89.

189. Rothman J.E., Tsai D.K., Dawidowicz E.A, Lenard J. Transbilayer phospholipids asymmetry and its maintenance in the membrane of influenza virus //Biochemistry. 1976. - vol. 15. - p. 2361-2369.

190. Ryan J.J., Mills P. Lipid extraction from blood and biological samples and concentration of dioxin-like compounds //Chemosphere. 1997. - vol. 34, № 5-7. - p. 999-1009.

191. Ryan J.J., Schecter A., Lizotte R. et.al. //Chemosphere. 1985. - vol. 14, № 6/7. - p. 929-932.

192. Rzepa H.S. MNDO SCF-MO calculations of kinetic isotope effects for de-hydrochlorination reaction of chloroalkanes//J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1981. -p. 939-940.

193. Safe S.H. Comparative toxicology and mechanism of action of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans //Ann. Rev. Pharmacol. Toxicol. 1986. -vol. 26.-p. 371-399.

194. Safe S.H. /Ed. R.D. Kimbrough //Halogenated biphenyls, terphenyls, naphthalenes, dibenzodioxins and related products. Amsterdam: Elsevier, 1989. - p. 131-159.

195. Safe S.H., Safe L.M. //J. Agric. Food Chem. 1984. - vol. 32, № 1. - p. 6871.

196. Saito N., Fuwa A. Prediction for thermodynamic function of dioxin for gas phase using semi-empirical molecular orbital method with PM3 Hamiltonian //Chemosphere. 2000. - vol. 40. - p. 131-145.

197. Schindler H., Seelig J. Deuterium order parameters in relation to thermodynamic properties of a phospholipid bilayers. A statistical mechanical interpretation //Biochemistry. 1975. - vol. 14. - p. 2283-2287.

198. Schwetz B.A., Norris J.M., Sparschu G.L. //Environ. Health Perspect. -1973.-vol. 5.-p. 87-99.

199. Seelig, J. Deuterium magnetic resonance. Theory and application to lipid membranes //Quant. Rev. Biophys. 1977. - vol. 10, № 3. - p. 353-418.

200. Seelig J., Dijkman R., De Haas G.H. Thermodynamic and conformational studies on 2-sn- phosphatidylcholine in monolayers and bilayers //Biochemistry. -1980.-vol. 19.-p. 2215-2219.

201. Seelig J., Gaily H.U. Investigation of phosphatidylethanolamine bilayers by deuterium and phosphorous- 31 nuclear magnetic resonance //Biochemistry. -1976.-vol. 15, №24. -p. 5199-5204.

202. Seelig J., Gaily H.U., Woglemuth R. //Biochem. Biophys. Acta. 1977. -vol. 467.-p. 109.

203. Seelig A., Seelig J. //Biochemistry. 1974. - vol. 13. - p. 4839.

204. Seelig A., Seelig J. Bilayers of dipalmitoyl- 3- sn- phosphatidylcholine. Conformational differences between the fatty acyl chains //Biochim. Biophys. Acta. -1975.-vol. 14.-p. 1-5.

205. Seelig J., Seelig A. Lipid conformation in model membranes and biological membranes //Q. Rev. Biophys. 1980. - vol. 19. - p. 19-61.

206. Silbergeld E.K., Gasiewicz T.A. Dioxin and Ah receptor //Amer. J. Ind. Med. 1989. - vol. 16. - p. 455-474.

207. Singer S.J., Nicolson G.L. The Fluid Mosaic Model of the Structure of Cell Membranes //Science. 1972. - vol. 175. - p. 720-731.

208. Singer S.J. The Molecular Organization of Membranes //Ann. Rev. Bioch. 1974.-vol. 43.-p. 805-833.

209. Skarjune R., Oldfield E. //Amer. Chem. Soc. 1979. - vol. 18, № 26. - p. 5903-5909.

210. Sklenar H., Jager J. Molecular structure biological activity relationship on the basis of quantum chemical calculation //Успехи квантовой химии и квантовой биологии. - Киев: Наукова думка, 1980. - ч. И. - с. 337-354.

211. Stewart J.J.P. //J. Сотр. Chem. 1989. - vol. 10. - p. 209-220.

212. Stewart J.J.P. MOP AC, a general molecular orbital package, version 6.0 (QCPE No.455).

213. Stieglitz L., Vogg H. Formation and decomposition of polychlorodibenzo-dioxins and -furans in municipal waste incineration //KFK 4379. February 1988. p. 1-16.

214. Sundaralingam M. //Ann. N.Y. Acad. Sci. 1972. - vol. 195. - p. 324.

215. Swanson H., Bradfield C.A. The Ah receptor: genetics, structure and function //Pharmacogenetics. 1993. - vol. 3. - p. 213-230.

216. Taylor J.S. //Ann. N.Y. Acad. Sci. 1979. - vol. 320. - p. 295-307.

217. The effects on herbicides in South Vietnam. Pt A. Summary and Conclusion. Wash. (PC): Nat. Acad, of Sci., 1974.

218. Toxicological profile for 2,3,7,8 tetrachlorodibenzo-p-dioxin: Report ATSDR/TP-88/23. - Oak Ridge Nat. Lab., 1989.

219. Vander Kool G. //Chem Phys. Lipids. 1973. - vol. 27. - p. 148.

220. Weller Т., Frischleder H. Quantum chemical and empirical calculation on phospholipids. II A conformational analysis of model headgroups of phospholipids obtained by the PCILO-procedure //Chem. and Phys. Lipids. - 1975. - vol. 15, № 15. -p. 5-8.

221. Whitlock J.P.J. Genetic and molecular aspects of 2,3,7,8- tetrachlorodibenzo-p-dioxin action //Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 1990. - vol. 30. - p. 251277.

222. Whitlock J.P.J. Mechanistic aspects of dioxin action //Chem. Res. Toxicol. 1993. - vol. 6, № 6. - p. 754-763.

223. Young A.L. /Ed. R.E. Tucker, A.L. Young, A.P. Gray //Human and Environmental risks of chlorinated dioxins and related compounds. N.Y.: Plenum press, 1983.-p. 173-190.

224. Zaccai G., Buldt G., Seelig A., Seelig J. Neutron diffraction studies on phosphatidylcholine model membranes. 2. Chain conformation and segmental disorder//J. Molec. Biol. 1979. - vol. 134. - p. 693-706.

225. Zahradnic R., Achenbach F. //Int. J. Quant. Chem. 1989. - vol. 35. - p. 167-180.-l/sez rX