Термодинамика образования молекулярных комплексов в водных растворах аминокислот, пептидов, нуклеиновых оснований и макроциклических соединений тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

На правах рукописи

КУЛИКОВ Олег Вячеславович ¡/Г, л^

ТЕРМОДИНАМИКА ОБРАЗОВАНИЯ МОЛЕКУЛЯРНЫХ КОМПЛЕКСОВ В ВОДНЫХ РАСТВОРАХ АМИНОКИСЛОТ, ПЕПТИДОВ, НУКЛЕИНОВЫХ ОСНОВАНИЙ И МАКРОЦИКЛИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

02.00.04 - физическая химия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора химических наук

Иваново - 2006

Работа выполнена в Институте химии растворов Российской академии наук

Официальные оппоненты:

доктор химических наук, профессор Ларин Геннадий Матвеевич, доктор химических наук, профессор Михайлов Олег Васильевич, доктор химических наук,

старший научный сотрудник Мамардашвили Нугзар Жораевич

Ведущая организация Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ивановский государственный химико-технологический университет»

Защита состоится 27 апреля 2006 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 002.106.01 при Институте химии растворов РАН по адресу: 153045, г. Иваново, ул. Академическая, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химии растворов РАН.

Автореферат разослан <) марта 2006 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

Ломова Т.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Проблемы изучения межмолекулярных взаимодействий и комплексообразования в системах содержащих сольватированные биомолекулы и макроциклические лиганды актуальны для фундаментальной химии и представляют значительный практический интерес.

Все известные направления использования синтетических макроциклических соединений — краун-эфиров и природных циклодекстринов основаны на их уникальной способности к избирательному комплексообразованию с катионами и нейтральными молекулами. Выбор молекул "гостей" макромолекулами-хозяевами обусловливается принципом комплементарное™ и составляет основу протекания многих биохимических процессов, таких как ферментативный катализ, мембранный транспорт, взаимодействия антиген-антитело и т.п. Принцип «молекулярного узнавания» является определяющим при использовании краун-соединений и их производных для разделения биомолекул (например, аминов и аминокислот) и для создания новых комплексных соединений обладающих уникальными свойствами. Такие соединения в литературе часто называют молекулярными комплексами.

Несмотря на важность таких объектов, они изучены в основном структурными методами в кристаллическом состоянии, и механизм взаимодействий до сих пор не ясен. В литературе имеется лишь ограниченное количество работ, посвященных анализу термодинамических аспектов «молекулярного узнавания» в растворах, роли растворителя и сольватации реагентов. В основном это связано с отсутствием надежных методов определения термодинамических характеристик сложных межмолекулярных взаимодействий, приводящих к образованию как слабых ассоциатов, так и супрамолекулярных комплексов.

Поэтому комплексное физико-химическое исследование природы, энергетики и механизма межчастичного взаимодействия широкого ряда биомолекул с макроциклическими лигандами, обладающими различной структурой полостей и типом связывания молекул гостей, является актуальным как с точки зрения развития химии супрамолекулярных соединений, так и приоритетных направлений биохимии, биотехнологии, фармакологии.

Цель работы. Целью настоящей работы является установление общих закономерностей в термодинамике реакций молекулярного комплексообразования в водных растворах модельных биологических и макроциклических соединений с различной химической природой полости.

Для ее выполнения необходимо решение следующих задач: - провести экспериментальное термодинамическое исследование энергетики межмолекулярных взаимодействий в водных растворах аминокислот, пептидов, карбоновых кислот, нуклеиновых оснований и макроциклических лигандов (краун-эфиры, криптанды, циклодекстрины);

- провести обобщение полученных результатов с позиций сольватационного подхода;

- адаптировать физико-математический формализм для расчета основных термодинамических характеристик (АН, ДБ, АО и энтальпийных коэффициентов Иху) «слабых» и «сильных» (специфических) взаимодействий в тройных растворах, содержащих модельные биологические и макроциклические соединения;

- определить способность рассматриваемых макроциклических соединений к избирательному связыванию модельных биомолекул в кристаллическом состоянии и в воде и выявить роль «слабых» и специфических сил при взаимодействии;

- на основе данных ЯМР-спектроскопии предложить возможный молекулярный механизм изучаемых взаимодействий.

Научная новизна работы. Впервые проведено термодинамическое и структурное исследование комплексообразования пептидов с краун-эфирами в водном растворе с выделением в виде кристаллогидратов «супрамолекулярных» соединений пептид/краун/вода. Показана возможность образования молекулярных комплексов в водных растворах аминокислот, карбоновых кислот, нуклеиновых оснований с циклодекстринами основанная на избирательности межмолекулярных взаимодействий. Предложены термодинамические критерии для дифференцирования межмолекулярных взаимодействий на «слабые» и специфические приводящие к молекулярному комплексообразованию.

Показано, что комплексообразование ряда биомолекул с двумя классами макроциклических лигандов: краун-эфирами и циклодекстринами имеет различный молекулярный механизм. Впервые исследована высокая избирательная способность циклодекстринов к комплексообразованию с нуклеиновыми основаниями и пищевыми кислотами, обусловленная возможностью взаимодействия как внутри полости, так и на поверхности циклодекстрина.

Впервые для изучения таких систем предложен термодинамический метод, основанный на физико-математическом формализме вириальных разложений избыточных энтальпий растворов и расчетах термодинамических функций образования, позволяющий комплексно изучать как слабые, так и сильные специфические взаимодействия, приводящие к образованию молекулярных комплексов в растворах биологических и макроциклических соединений с ограниченной растворимостью.

На основе комплексного анализа полученных экспериментальных данных выявлено влияние природы, строения и сольватации молекул реагирующих веществ на межмолекулярные взаимодействия в растворах содержащих различные функциональные биомолекулы и макроциклические соединения.

Практическая значимость.

Полученные результаты и выявленные закономерности позволяют прогнозировать термодинамические характеристики взаимодействия

j5

исследованных классов молекул, моделировать синтез новых супрамолекулярных соединений обладающих слоистой структурой полярных и неполярных областей в кристаллическом состоянии и закладывают научную основу для создания нового класса супрамолекулярных материалов.

Полученный в работе большой объем экспериментальных данных по термодинамике взаимодействия в тройных растворах, содержащих аминокислоты, пептиды, нуклеиновые основания, карбоновые кислоты, краун-эфиры и циклодекстрины, имеют ценность как справочный материал и является научной основой для разработки технологий селективного разделения биомолекул, синтеза высокоэффективных лекарственных и пищевых веществ пролонгированного действия.

Выявленные закономерности и механизмы взаимодействия биомолекул с краун-эфирами и циклодекстринами в водных растворах позволяют глубже понять особенности протекания таких биохимических процессов, как мембранный транспорт, ферментативный катализ и т.д. Обнаруженная способность циклодекстринов избирательно взаимодействовать с нуклеиновыми основаниями в водных растворах может найти практическое использование при разработке процессов инкапсулирования и в решении проблем, связанных с повышением растворимости этих соединений в водной среде. В случае изученных взаимодействий циклодекстрина с карбоновыми кислотами применяемыми в пищевой промышленности эффект комплексообразования можно использовать для понижения их кислотности и регулирования органолептических характеристик их растворов. Апробация работы. Результаты . исследований были представлены и обсуждались на II Международном симпозиуме «Макроциклические лиганды для разработки новых материалов» (Буэнос-Айрес, Аргентина, 1994); VI Международной конференции по калориметрии и термическому анализу (Закопане, Польша, 1994); I Международной конференции по биокоординационной химии (Иваново, 1994); VI, VII, VIII Международных конференциях «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» (Иваново, 1995, 1998, 2001); Международной конференции по термодинамике, экспериментальной калориметрии и термическому анализу (Закопане, Польша, 1997); 1-ой Международной конференции по супрамолекулярной науке и технологии (Закопане, Польша, 1998); XXII Всероссийском Чугаевском совещании по химии комплексных соединений (Иваново, 1999); XX Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Ростов-на-Дону, 2001); 2-ом Международном Симпозиуме «Молекулярный дизайн и синтез супрамолекулярных архитектур (Казань, 2002).

Вклад автора. Диссертация выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ ИХР РАН по научным темам руководимым автором: «Физическая химия супрамолекулярных комплексов биомолекул с макроциклическими соединениями» 1991-2001 гг. (№госрег 01.9.30 005102) и «Физико-химическое исследование супрамолекулярных комплексов, представляющих интерес для пищевой технологии» 2001-2004 гг. (№госрег

01.2.00 1 03068) при финансовой поддержке: Международного научного фонда (Фонд Сороса) - гранты 1Ш3000, ЛЬС^ЗОО; гранта Конкурса-экспертизы 1997 г. научных проектов молодых ученых РАН по фундаментальным и прикладным исследованиям. Часть экспериментальных данных была получена соискателем в Институте физической химии Польской академии наук (г.Варшава). Соискатель благодарен своим соавторам за вклад в решение изучаемых проблем.

Автор выражает искреннюю признательность профессору, д.х.н. Шарнину Валентину Аркадьевичу за большое внимание к работе, ценные консультации и помощь при ее выполнении.

Во всех публикациях, отражающих основное содержание диссертации и выполненных в соавторстве, основные идеи, постановка задачи, разработка методик относится к вкладу соискателя.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 2 коллективных монографиях, 45 статьях и 17 тезисах докладов. Объем II структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 7 глав, основных результатов и выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 246 страницах и содержит 51 таблицу, 50 рисунков, библиографию из 313 наименований и 12 страниц приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Физико-математический формализм для исследования термодинамики специфических и слабых взаимодействий в бинарных и тройных растворах биомолекул.

В разделе рассмотрены различные термодинамические подходы к исследованию слабых и специфических взаимодействий в растворах биомолекул. Особое внимание уделено адаптации формализма вириальных разложений для описания слабых гетеротактических взаимодействий в водных растворах. Нами разработана система термодинамических критериев, позволяющая классифицировать взаимодействия, имеющие место в растворах, на «сильные» приводящие к образованию комплексов, и на «слабые» взаимодействия.

В случае комплексообразования между биомолекулами (специфические взаимодействия) появляется возможность расчета термодинамических функций указанного процесса (ка ДЛСН, Д^).

Таким образом, развитый здесь термодинамический подход к ' исследованию энергетики взаимодействия биомолекул в воде, основанный на вириальных разложениях избыточной энтальпии раствора и расчетах функций ассоциации, позволяет комплексно изучить как слабые, так и сильные взаимодействия, приводящие к образованию молекулярных комплексов. Физико-математический формализм и экспериментальные методики апробированы на широком круге систем, включающих растворы аминокислот, пептидов, краун-эфиров, циклодекстринов, нуклеиновых оснований и карбоновых кислот. Особое значение имеет применимость

данных методик для исследования взаимодействий в растворах с ограниченной растворимостью компонентов. Выводы, полученные на основе термодинамических критериев, подтверждены структурными методами (рентгеноструктурный анализ, ЯМР спектроскопия).

Глава 2. Термодинамические характеристики бинарных водных растворов аминокислот, пептидов и макроциклических лигандов.

В этом разделе методами калориметрии и денсиметрии изучены термодинамические характеристики гидратации аминокислот, пептидов, краун-эфиров и криптанда[222], а также взаимодействия растворенных молекул друг с другом.

Оценка влияния гидратационных свойств боковых групп пептидов на процесс молекулярного узнавания проводилась с использованием метода групповых вкладов для полученных нами гомотактических энтальпийных ^ коэффициентов И2. Результаты расчетов показывают, что вклад в коэффициент парных взаимодействий от аланильной группы увеличивается, когда она расположена вблизи аммонийной группы. Влияние заряженной аммонийной группы на сольватную оболочку смежной с ней метильной группы сильнее влияния карбоксилатной группы. Это влияние управляет деструкцией сольватной оболочки и благоприятствует гидрофобной гидратации метильной группы. Таким образом, влияние цвиттерионных заряженных групп на гидрофобное взаимодействие пептид-пептид с участием боковых групп молекул заключается в следующем: аммонийная группа способствует гидрофобному взаимодействию, а карбоксилатная группа препятствует ему.

Эти выводы подтверждаются и для водных растворов трипептидов. Вклады валиновых, лейциновых и метиленовых остатков характеризуют величину гидрофобного взаимодействия между отдельными неполярными группами. Кроме того, существует корреляция между величинами вкладов в от отдельных боковых групп пептидов и Ван-дер-Ваальсовыми объемами этих радикалов (рис. 1).

Рис.1. Корреляция между величинами вкладов в Ь2 от отдельных боковых групп пептидов и ван-дер-ваальсовыми объемами этих радикалов при 298,15 К.

Концентрационные зависимости избыточных свойств растворов пептидов. На концентрационных зависимостях термодинамических

характеристик водных растворов дипептидов обнаружены участки, связанные с существованием:

-неассоциированных молекул дипептида (разбавленные растворы); -как неассоциированных, так и ассоциированных форм совместно; -при высоких концентрациях в основном пептидных ассоциатов. Изображенная на рисунке 2 линейная зависимость между И3 и числом сольватированных молекул в первой сольватной оболочке свидетельствует о том, что значения величин описывающих тройные взаимодействия характерные для достаточно концентрированных растворов, прямо пропорционально зависят от размера сольватной оболочки пептидов в воде. Это подтверждает влияние сольватации на энергетические характеристики взаимодействия «пептид-пептид» в воде.

Рнс.2. Зависимость энтальпийных коэффициентов * тройного взаимодействия дипептидов в воде (Ь3) от числа молекул растворителя в первой сольватной оболочке (Пз).

500-

о 3

-500-

-еГ .

1000-

-1500-

1- Е1у-в1у(п5=30), 2 - р-а1а-£1у(п5=33), 3 - Ь-а-а1а-£1у(Пз=35), 4 - gly-L-a-ala(ns=35), 5 - р-а1а-р-а1а(п5=36), 6 - Ь-а-а1а-Ь-а-а1а(п3=40), 7 - БЬ-а-а1а-р-а1а(п5=38), 8 - ОЬ-а-а1а-ОЬ-уа1(п5=48)

Хиралыюе узнавание. Значительное внимание при изучении биологических систем отводится хиральному изомеризму. Гидрофобные взаимодействия в разбавленных растворах дипептидов зависят от позиции хирального центра в цвиттерионной молекуле. Различия для хиральных энантиомеров в величинах И2 при 298 К сохраняются и при повышении температуры для Ь-а-а1а-Ь-а-а1а, БЬ-а-а1а-ОЬ-а-а1а, Ь-а-а1а^1у и ОЬ-а-а1а-но БЬ-изомер имеет более высокое значение И2 при 308 и 318 К по сравнению с Ь-изомером.

Кроме биомолекул нами изучены водные растворы макроцикпических лигандов представленных на рис.3, которые были вторым реагентом изучаемых взаимодействий «хозяин-гость».

Краун-эфиры. Полученные нами энтапьпийные коэффициенты межмолекулярных взаимодействий «растворенное вещество-растворенное вещество» для краун-эфиров и криптанда[222] в воде представлены в таблице 1. Обнаружена линейная зависимость между значениями энтальпий сольватации краун-эфиров и коэффициентов их парных взаимодействий.

оГ

СН2ОН

I

ок

-у»

у<04

а-циклодекстрин р-циклодекстрин

' / ^О С) О О

О О Г ^ Г н

^ СО

12-краун-4 15-краун-5 18краун-6 Рис. 3. Структурные изображения циклодекстринов и краун-эфиров.

Причина существования зависимости лежит в природе гидрофобных эффектов, наличие которых определяется преобладанием неполярных макроциклов в данных растворах. Анализ вкладов оксиэтиленовых групп в величину И2 и стандартный парциальный мольный объем Уф (табл.2) для эфиров 12-краун-4, 15-краун-5 и 18-краун-6 подтверждает этот вывод.

Таблица 1. Энтальпийные коэффициенты межмолекулярных взаимодействий краун-эфиров и криптанда[222] в воде при 298,15 К.

Соединение Ьг, Дж-кгмоль*2 Ьз, Дж-кг2-моль'3 Ь4, Дж-кг3,моль"4 Дж-кг"1

12-краун-4 15-краун-5 18-краун-6 1,10-диаза-18-краун-6-криптанд [222] 3034(1) 4095(9) 5611(10) 2561(86) 7468(20) -407(3) -731(26) -834(30) 5636(510) -1792(86) 94(3) 274(21) 217(22) -6362(800) 6,1 5,2 4,5 42 33

о* (стандартное отклонение) = [ЦДНЭКСП - ДНраСч)2/М(М-1)]1/2

Величины парциальных мольных объемов включают в себя большое число возможных вкладов. Также как для водных растворов эфиров с открытой цепью, имеет место аддитивность вкладов оксиэтиленовой группы в Уф для описываемых краун-эфиров (табл. 2), что не выполняется для вкладов в И2.

Таблица 2. Вклады этано-оксидных групп (СН2 СН2О-) в энтальпийные коэффициенты парных взаимодействий и стандартные парциальные мольные объемы для разбавленных водных растворов краун-эфиров при 298,15 К.

Вклад (СН2 СН20-) 12-краун-4 15-краун-5 18-краун-6

Ь2, Дж кг моль"2 Уф, см3моль~' 759(0,1) 37,5(0,1) 819(2) 37,3(0,1) 935(2) 37,2(0,1)

Глава 3. Термодинамика и механизм взаимодействия аминокислот и пептидов с макроциклическими лигандами и супрамолекулярные комплексы на их основе.

В разделе обсуждаются результаты проведенных нами термодинамических, волюметрических, ЯМР-спектроскопических, рентгенографических и термокинетических исследований взаимодействий аминокислот и пептидов с рядом макроциклических лигандов (краун-эфиры, криптанд[222] и циклодекстрины) в водных растворах и их кристаллических комплексов.

Рентгенографические и потенциометрические исследования в спиртах показали, что молекула аминокислоты связывается с макроциклическим лигандом посредством ТУ///-группы. Взаимодействие осуществляется за счет образования трех водородных связей между атомами водорода молекулы «гостя» и донорными атомами кислорода молекулы «хозяина» и посредством трех ион-дипольных взаимодействий АГ...О (рис. 4а, 46).

В результате исследований было обнаружено, что добавление краун -эфира к насыщенным спиртовым растворам аминокислот способствует увеличению растворимости последних. Из данных по термодинамическим параметрам комплексообразования аминокислот с 18-краун-6 в метаноле и этаноле показано, что макроциклические лиганды не способны избирательно связывать различные аминокислоты в спиртах. В то же время, процесс их взаимодействия характеризуется различными энтальпийными и энтропийными вкладами. Таким образом, сольватация молекул «хозяина»,

роль в процессе

Рис. 4.

Кристаллическая структура комплекса 18-краун-6/диглицин /вода.

Константы устойчивости комплексов Кс рассматриваемых аминокислот с краун-эфиром в воде значительно ниже (табл. 3), чем в спиртовой среде.

Стабилизация комплексов, образованных аминокислотами с большими неполярными группами, обусловлена стремлением комплексной частицы к уменьшению общей гидрофобной площади, доступной для молекул воды. Комплексы, образованные Ь-серином и Ь-треонином, у которых ОЯ-группы боковой цепи расположены близко к макроциклическому кольцу, более устойчивы по сравнению с комплексами, образованными Ь-аспарагином и Ь-глутамином, у которых ЛТ/2-группы удалены от кольца лиганда. Возможно, ОЯ-группы способны образовывать водородные связи с 18-краун-6 и тем самым дополнительно стабилизировать комплекс. Анализ значений

энтальпии и энтропии комплексообразования (табл.3) показывает, что комплексообразование 18-краун-6 с АК является селективным процессом.

Таблица 3. Термодинамические характеристики комплексообразования

аминокислот с 18-краун-6 эфиром в воде при 298,15К.

Аминокислота Кс , АсС, АсН", ДсБ",

кг-моль"1 кДж-моль"1 кДж-моль"1 Дж-моль'^К"1

Глицин 4,45(0,12) -3,7 -10,83(0,08) -22,7

Ь-а-аланин 2,51(0,2) -2,28 -8,17(0,04) -19,8

Ь-Фенилаланин 4,7(1) -3,52 -18,45(1,2) -49

Ь-Валин 9,31(2) -5,53 -4,38(0,2) 3,9

Ь-Лейцин 11,6(2) -6,08 -10,9(0,5) -16,2

Ь-Пролин 9(4) -5,44 -5,21(1) 0,8

Ь-Изолейцин 28,18(2,24) -8,3 -3,75(0,08) 15,1

ОЬ-Метионин 16,98(1,59) -7 -5(0,07) 6,71

Ь-Гистидин 10,47(2,55) -5,8 -5,42(0,26) 1,27

Ь-Серин 14,79(1,34) -6,7 -7,27(0,2) -1,9

Ь-Треонин 13,49(1,28) -6,51 -9,25(0,17) -9,4

Ь-Аспарагин 4,66(1,07) -3,71 -15,85(0,33) -40,94

Ь-Глутамин 4,17(1,03) -3,5 -16,61(0,38) -43,9

В ряде случаев обнаружено, что энтальпия комплексообразования АСН° линейно зависит от энтальпии гидратации аминокислоты А1,уС1ГН0(АК) (рис.5). Анализ зависимости АсН° = /(АЬуагН0(АК)) показывает, что при увеличении энтальпии гидратации аминокислоты комплексообразование становится энтальпийно неблагоприятным, но более энтропийно стабилизированным.

«

X

Рис.5. Зависимость энтальпии ьтьг\ комплексообразования 18-краун-6 —

ч*ь"А1а АК от энтальпий гидратации

\ч

аминокислот.

.-Рго ОЬ-Ме^

, 1_-Уа1

—■-1—

110 120

кДж-моль'

ЯМР-спектроскопия растворов. Для подтверждения сделанного предположения об участии боковых групп некоторых АК в дополнительных взаимодействиях с макроциклическим кольцом эфира проведено дополнительное исследование с использованием структурных методов 13С ЯМР-спектроскопии.

Можно констатировать, что ИНз+-группа является центром комплексообразования АК и пептида глицил-глицин с 18-краун-6 в водном растворе, что подтверждают и проведенные нами ЯМР 13С исследования. Другая концевая СОО'-группа не участвует во взаимодействиях с краун-

эфиром и подвергается влиянию растворителя. Полярные и алифатические боковые группы только некоторых АК способны взаимодействовать с макроциклическим кольцом.

Характеристика взаимодействия пептид — краун в воде с помощью термодинамических параметров комплексообразования. Наряду с аминокислотами изучены также пептиды, отличающиеся друг от друга длиной молекулы и функциональными группами, что предоставляет возможность исследования способности эфира 18-краун-6 к молекулярному узнаванию пептидов различного строения. '

Рассмотрены две группы дипептидов: глицинсодержащие и аланинсодержащие. Термодинамические параметры комплексообразования 18-краун-6 эфира с некоторыми пептидами приведены в таблице 4. Глицинсодержащие пептиды образуют с 18-краун-6 типично энтальпийно стабилизированные комплексы (табл.4).

Таблица 4. Константы равновесия, изменения энергии Гиббса, энтальпии и энтропии комплексообразования дипептидов с 18-краун-6 в воде при 298,15К

Кс, АсС°, АсНи, АеБ",

Пептид кг-моль"1 кДж-моль"1 кДж-моль'1 Дж-моль'^К"1

Диглицин 5,05(0,24) -4,01 -8,75(0,08) -15,9

Триглицин 5,73(0,08) -4,33 -8,31(0,05) -13,3

Ь-а-аланил- 5,73(0,4) -4,32 -3,33(0,03) з;з

Ь-а-аланин

ОЬ-а-аланил-глицил- 8,05(0,6) • -5,17 -1,63(0,02) 11,9

глицин

Глицил-Ь-а-аланин 12,6(2,29) -6,29 -7,05(0,13) -2,5

Глицил-Ь-лейцин 4,57(2,77) -3,79 -13,65(0,4) -33,1

Глицил-у-амино- 2,51(1,25) -2,27 -19,51(0,35) -57,8

масляная кислота

Ь-а-аланил-глицин 18,62(1,47) -7,27 -3,1(0,08) 14

р-аланил-р-аланин 2,88(1,25) -2,63 -17,06(0,3) -48,4

БЬ-а-аланил- БЬ- 9,33(0,96) -5,53 -3,35(0,16) 7,3

серин

БЬ-а-аланил- БЬ- 4,68(0,69) -3,84 -4,85(0,2) -3,4

аспарагин

Возрастание длины молекулы пептида делает его взаимодействие с 18-краун-6 менее энтальпийно и более энтропийно благоприятным при усилении экзотермичности гидратации молекулы пептида (рис.6). В этом случае более значительное изменение энтропии реакции приводит к увеличению устойчивости комплексов при переходе от глицина к триглицину.

Рис.6. Зависимость изменения энтальпии комплексообразования 18-краун-6 с

глицинсодержащими пептидами от

энтальпии гидратации пептидов.

-ДНЬу<к / кДж-моль"'

Взаимодействие дипептидов, у которых а-аланильная группа находится вблизи аммонийной концевой группы (Ь-а-аланил-Ь-а-аланин, Ь-а-аланил-глицин, ОЬ-а-А1а-ОЬ-8ег и БЬ-а-А1а-ОЬ-А5П ), с эфиром 18-краун-6 сопровождается небольшой величиной энтальпии реакции. Это свидетельствует о том, что СНз -группа молекулы дипептида, расположенная вблизи его концевой А^//з+-группы,« препятствует комплексообразованию и делает его менее энтальпийно благоприятным. Такие пептиды, как ОЬ-а-аланил-ОЬ-валин и ОЬ-а-аланил-БЬ-лейцин вообще не образуют комплексов с 18-краун-6 в воде, т.к. взаимодействию препятствует не только метальная группа, но и большие боковые гидрофобные группы этих молекул. Значения параметров комплексообразования показывают, что эфир 18-краун-6 образует с большинством а-аланинсодержащих пептидов энтальпийно — энтропийно стабилизированные комплексы с отрицательными энтальпийными и положительными энтропийными вкладами.

Как видно из данных таблицы 4, влияние природы полярных боковых групп расположенных вблизи карбоксильной группы отдаленной от реакционного центра для молекул ОЬ-а-АЬ-БЬ-Бег и ОЬ-а-А1а-ОЬ-А5п на изменение энтальпии комплексообразования с 18-краун-6 не проявляется. Это подтверждает вывод, сделанный нами для кристаллических комплексов о том, что пептидный остов располагается перпендикулярно по отношению к плоскости макроциклического кольца и в виду своей удаленности от макроцикла не вовлекается во взаимодействия с ним. Необходимо подчеркнуть, что особенности строения дипептидов отражаются на энергетических параметрах их взаимодействия с эфиром 18-краун-6.

Подводя итог, отметим, что удлинение молекулы пептида способствует ее комплексообразованию с 18-краун-6 вопреки одновременному усилению экзотермичности гидратации пептида. Это может быть связано с усилением роли процессов контролируемых энтропийной составляющей, особенно при гидратации молекулярных комплексов. Введение С7/з-группы в молекулы ди- и трипептидов приводит к стабилизации комплексов.

| 10.0-

>]С1у

11 = 0976

К <

9.5-

9.0-

С1у-С1у \

I

С1у-01у-01у

—I—

200

Взаимодействие аминокислот с криптандом [222]. Известно, что процессы взаимодействия криптанда[222] с аминокислотами в метаноле и этаноле приводят к образованию комплексов состава 1:1. Изученная нами водная реакционная среда способствует тому, что взаимодействия криптанд-аминокислота являются слабыми (табл. 5) и не во всех случаях сопровождаются комплексообразованием, в отличие от взаимодействия 18-краун-6 — аминокислота.

Таблица 5. Энтальпийные коэффициенты взаимодействий криптанда [222] с аминокислотами в воде при 298,15 К.

Аминокислота рН Аминокислота hxy, рН

кДж • кг • моль' кДж • кг • моль"

Глицин 2,07(0,19) 7,97 L-Пролин 4,1(0,09) 8,41

L-a- Алании 9,52(0,15) 7,92 L-Гистидин -17,15(0,08) 7,9

L-Валин 13,08(0,18) 7,9 L-Треонин 24,03(0,3) 7,35

L-Лейцин 2,17(0,34) 8,06 L-Серин 25,76(0,12) 7,79

L-Изолейцин 11,57(0,22) 8,03 L-Аспарагин -46,98(0,32) 6,88

DL-Метионин 16,57(0,13) 7,88 L-Глутамин 14,45(0,48) 7,82

L-Фенилаланин 39,22(0,78) 7,82

Как известно из литературы, молекула аминокислоты проникает в полость криптанда своей положительно заряженной концевой Л7/з+-группой, и взаимодействие осуществляется за счет образования одной водородной и двух электростатических связей. Кроме того, нами показано, что в исследованных водных растворах присутствует монопротонированная форма криптанда содержащая внутри своей полости ионы Нкоторые предотвращают проникновение ЛТ/^-группы аминокислоты, тем самым, препятствуя комплексообразованию.

Это приводит к тому, что взаимодействия большинства аминокислот с криптандом[222] сопровождаются только их частичной дегидратацией (эндотермический эффект), что демонстрирует линейная зависимость Нху = / (ЛнуЦгН(АК)), представленная на рисунке 7.

Phe

о

Рис.7

Зависимость

коэффициентов парных взаимодействий криптанда [222] с аминокислотами в воде (hxy) от энтальпии гидратации аминокислот

(AhydrH).

120

130

140

150

160

•Д Н1ЛХ1, кДж-моль'

•I

Данные расчетов в таблице 5 показывают различия в энергетике взаимодействия для близких по составу молекул. Взаимодействие криптанда[222] с Ь-лейцином является более благоприятным энергетически, чем с его структурным изомером Ь-изолейцином. Для ароматической аминокислоты Ь-фенилаланина значительный вклад, в величину Иху вносит эндотермический процесс дегидратации объемной гидрофобной боковой группы АК.

Таблица 6. Термодинамические характеристики комплексообразования криптанда [222] с аминокислотами в воде при 298,15 К.__

Аминокислота 1<с, кг-моль"1 ДсС, кДжмоль"1 А«Ни, кДж-мол к"1 Асв", Дж-моль'^К"1

Ь-Гистидин Ь-Треонин Ь-Глутамин 25,7(1,8) 87,1(9,0) 75,86(8,1) -8,03(0,56) -11,06(1,1) -10,7(1) -37,85(0,24) -2,65(0,31) -2,38(0,42) -100,04(7) 28,22(2,8) 27,91(2,5)

Ароматическая аминокислота Ь-гистидин образует комплекс с криптандом [222] (табл. 6). В данном случае процесс образования комплекса обусловлен особенностями строения боковой цепи гистидина, где имеется атом азота (акцептор протона) способный образовывать связь с атомом водорода монопротонированной формы криптанда. При взаимодействии криптанда [222] с полярными аминокислотами в воде обнаружено образование комплексов в системах Ь-треонин — криптанд [222] и Ь-глутамин - криптанд [222]. Для Ь-аспарагина характерно большое отрицательное значение коэффициента Иху, однако, образование комплекса не обнаружено. Таким образом, различия взаимодействий криптанда [222] с рассмотренными аминокислотами определяются особенностями структуры, гидратационных свойств и стерического соответствия взаимодействующих молекул. Указанные факторы определяют способность макроциклического лиганда к избирательному комплексообразованию с аминокислотами в воде.

Слабые и специфические взаимодействия неполяриых и ароматических аминокислот с циклодекстринами. ЯМР-спектроскопия растворов. Важным свойством циклодекстринов является их способность связывать различные молекулы — «гости» в своей гидрофобной полости, не образуя ковалентных связей. Среди факторов, определяющих комплексообразующую способность ЦД к АК, можно назвать такие, как влияние среды и сольватационных свойств «хозяина», «гостя» и комплекса; соответствие геометрических размеров «хозяина» и «гостя», асимметрию полости и др. При исследовании комплексообразования ЦД с ароматическими АК сделан вывод, что «гости» глубже проникают в полость Р-ЦД, чем а-ЦД. Также известно, что а-амино и а-карбоксилатные группы АК не могут включаться в полость ЦД, но они могут взаимодействовать с гидроксильными группами на поверхности полости ЦД. Полученные нами значения коэффициентов Ьху для взаимодействий а- и р-ЦД с АК в воде при 298.15 К приведены в таблице 7. Большая группа АК не образует комплексов с ЦД, а взаимодействие между указанными молекулами является слабым.

Таблица 7. Энтальпийные коэффициенты парных взаимодействий а- и р-циклодекстринов (х) с аминокислотами (у) в воде при 298,15 К.

Раствор х + у Ьжу, Раствор х + у hXy,

кДж • кг • моль"2 кДж • кг • моль"2

а-ЦД + глицин -10,43(0,5) Р-ЦД + глицин 3,78(0,44)

а-ЦД + Ь-а-аланин -5,07(0,47) Р-ЦД + Ь- а-аланин -1,87(0,09)

а-ЦД + Ь-вапии -6,45(0,76) Р-ЦД + Ь- валин 4,19(1,59)

а-ЦД + Ь-лейцин -8,11(1,2) Р-ЦД + Ь-пролин 1,48(0,34)

а-ЦД + Ь-пролин -2,95(0,35) Р-ЦД + Ь-метионин 6,39(1,74)

а-ЦД + Ь-гистидин -24,45(0,29) Р-ЦД + Ь-лейцин 43,3(3,5)

а-ЦД + Ь-аспарагин -4,45(0,99) Р-ЦД + Ь-фенилаланин 72,5(4,4)

а-ЦД + Ь-серин -10,15(0,58) Р-ЦД + Ь-гистидин 18,3(1,6)

а-ЦД + Ь-треонин 6,4(0,25) Р-ЦД + Ь-триптофан -111(3)

а-ЦД + Ь-фенилаланин -31,41(1,87) Р-ЦД + Ь- тирозин -326(49)

а-ЦД + Ь-триптофан -87(14,02)

а-ЦД + Ь-тирозин -1435(15)

Однако значения Ьху для всех систем ароматическая аминокислота +

циклодекстрин велики по модулю, что подтверждает возможность ' протекания процессов комплексообразования.

Термодинамические характеристики процессов комплексообразования ароматических АК с а- и р-ЦД в воде приведены в таблице 8, где видно, что в случае с Р-ЦД образуется большее количество комплексов с АК.

Таблица 8. Константы равновесия, изменения энергии Гиббса, энтальпии и

энтропии комплексообразования аминокислот с а- и р-циклодекстрином в воде при 298,15 К.__•_1_______

Кс , AcGu, АсН0,

Комплекс кг моль"1 кДж-моль"1 кДж-моль"1 Дж-моль'^К"1

а-ЦД/L-Phe 6,9(2,8) -4,8(1,9) -12,4(4,9) -25,3(10,1)

а-ЦД/L-Tyr 2455(221) -19,4(1,7) -2,8(0.3) 55,7(5,1)

а-ЦД/L-Trp 18,2(3,1) -7,2(1,2) -12,2(2,1) -16,8(2,9)

Р-ЦД/L- Phe 7,4(4,7) -4,9(3,2) 25,4(3,0) 101,8(65)

Р-ЦД/L- Туг 184,5(92) -12,9(6,5) -3,9(1,4) 30,1(24)

Р-ЦД/L- Тф 42(14) -9,3(3) -6,9(2,3) 7,9(2,6)

р-ЦД/L- His 30,5(8) -8,5(1,1) 2,1(0,2) 35,4(4,7)

Использование меньшего макроцикла а-ЦД ведет к понижению устойчивости комплексов в случае с РЬе и Тгр. По данным таблицы 8 ' рассмотрены три типа систем при взаимодействии ЦД с ароматическими АК. Это комплексообразование, обусловленное энтальпийным фактором (АсН < О, АсБ < 0), энтропийно стабилизированное комплексообразование (АСН > 0, Ас8 > 0) и комплексообразование, обусловленное энтальпийным и энтропийным вкладами (АСН < 0, Ас8 > 0).

Комплекс р-ЦД/Ь-Шз является типично энтропийно стабилизированным за счет гидрофобных взаимодействий. Комплекс Р-ЦД/Ь-Тгр стабилизирован как за счет энтальпийного так и энтропийного вкладов и является более устойчивым по сравнению с энтальпийно

стабилизированным комплексом а-ЦД/Ь-Тгр. Комплексообразование а-ЦД с Ь-РЬе является энтальпийно благоприятным, а комплекс р-ЦД/Ь-РЬе -энтропийно стабилизированным. Комплексы Ь-Туг с а- и Р-ЦД являются наиболее устойчивыми. Комплекс а-ЦД/Ь-Туг значительно превосходит по устойчивости остальные комплексы а- и р-ЦД с АК (табл. 8). В отличие от единого молекулярного механизма комплексообразования 18-краун-6 с большинством АК, а-ЦД и Р-ЦД проявляют большую способность избирательно взаимодействовать с АК и образуют комплексы только с ароматическими АК за счет специфических взаимодействий.

ЯМР 'Н спектроскопическое исследование взаимодействий а- и Р-цикло декстринов с некоторыми аминокислотами. В исследованных спектрах ЯМР 'Н а- и Р-ЦД в дейтерированной воде проявляются шесть сигналов, соответствующие шести протонам (Рис.8).

.ОН

1 С

Рис.8. Расположение протонов в молекуле циклодекстрина.

Данные таблицы 9, где приведено изменение химических сдвигов протонов а- и Р-ЦД в присутствии АК показывают, что наиболее существенное смещение сигналов в область сильного поля наблюдается для протонов Н(3) и Н(5) в случае с ароматическими АК, что указывает на образование комплексов включения.

Компьютерное моделирование комплексообразования фенилаланина с а- и р-ЦД в воде показало, что ароматическое кольцо молекулы РЬе глубже проникает в полость Р-ЦД по сравнению с а-ЦД.

Таблица 9. Изменение химического сдвига протонов а- и Р-циклодекстринов

................— Л 1 С . „.____-I ___ Л Л1 _________-1\

Протон А6 / м.д.

L-фенилаланин L-триптофан L-гистидин глицин

а-ЦД Р-ЦД а-ЦД Р-ЦД а-ЦД Р-ЦД а-ЦД Р-ЦД

Н(1) 0,00 -0,00 0,00 -0,01 0,02 0,03 0,04 0,05

Н(2) 0,00 -0,05 0,01 0,01 0,04 0,05 0,06 0,07

Н(3) -0,08 -0,13 -0,03 -0,08 0,02 -0,02 0,02 0,03

Н(4) 0,01 -0,04 0,01 0,01 0,04 0,05 0,05 0,07

Н(5) -0,01 -0,15 0,00 • -0,05 0,01 0,01 0,01 0,05

Н(6) 0,00 - 0,01 0,01 0,01 -0,01 0,01 0,02

При комплексообразовании триптофана с ЦД сигналы протонов Н(3) а-ЦД и Н(3), Н(5) р-ЦД смещаются в область сильного поля, причем А8Н(3)а.цц<А8Н(3)р.цд и А8Н(3)р.цц>Д8Н(5)р.цд (табл.9). Полученные результаты объясняются большими молекулярными размерами гидрофобной

боковой группы триптофана. Глицин не образует комплексов с а- и Р-ЦД и для него наибольшие положительные значения Д8 получены для протонов Н(4), Н(2) и Н(1), находящихся на поверхности ЦД.

Структура кристаллических комплексов аминокислот и пептидов с эфиром 18-краун-6. Данные рентгеноструктурного анализа показывают, что кристаллические комплексы пептид— 18-краун-6 образуются за счет водородного связывания (// - Н...О), что приводит к приблизительно перпендикулярной ориентации пептидного остова по отношению к плоскости кольца краун - эфира. Аммонийная группа диглицина расположена глубже в макроциклическом кольце, нежели диаланина. Такое различие можно объяснить стерическими препятствиями, которые возникают из-за присутствия в комплексе 18-краун-6 — диаланин метальной боковой группы вблизи Л7//-группы пептида (рис. 9).

Молекулярная упаковка различных дипептидных комплексов с КЭ имеет одну общую особенность. Отдельные молекулы комплексов сшиты между собой водородными связями между пептидными группами антипараллельно расположенных молекул пептидов, а также с помощью молекул воды, образуя зоны высокой полярности (рис. 10). Молекулы КЭ, образуя двойные слои, находятся в зонах низкой полярности. Высокое содержание воды в кристаллических комплексах способствует образованию

трехмерной сетки водородных связей. Такие структуры могут служить основой для разработки нового класса молекулярных проводников и пленок Ленгмюра - Блоджетт.

Состав комплексов. Исследования с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии и термогравиметрии свидетельствуют, что все описываемые пептиды образуют с 18-краун-6 комплексы состава 1:1, за исключением ОЬ-а-аланил-ОЬ-аспарагина. В этом случае соотношение краун-пептид равно 1:2. Аспарагиновая группа делает возможным

Рис. 9. Модель супрамолекулярного комплекса 18-краун-6/диаланин/вода, иллюстрирующая стерические препятствия молекулярному узнаванию, создаваемые метальной группой.

Рис. 10. Молекулярная ; упаковка структуры комплексов

18-краун-6/диглицин/ вода.

образование дополнительных водородных связей между антипараллельно расположенными молекулами пептида в комплексах.

В случае дипептидных комплексов возникают водородные связи между амидными группами антипараллельных пептидных остовов соседних молекул. Существует линейная зависимость температуры разложения комплексов от числа аминокислотных остатков для глицинсодержащих пептидов (рис.11), которая не наблюдается для аланинсо держащих комплексов 18-краун-6/аланин/2Н20, 18-краун-6/диаланин/2Н20 и 18-краун-6/триаланин/2Н20. Таким образом, молекулярное узнавание аминокислот и пептидов эфиром 18-краун-6 в кристаллическом состоянии значительно

Рис.11. Зависимость температуры разложения комплексов пептидов с 18-краун-6 (7) от числа аминокислотных остатков (АО: глицин; 18-краун-6/глицин/2Н20; диглицин; 18-краун-6/диглицин/2Н20; триглицин; 18-краун-6/триглицин; аланин; 18-краун-6/аланин/2Н20; диаланин; 18-краун-6/диаланин/2Н20; триаланин; 18-краун-6/ триаланин/2Н20.

отражается на термокинетических характеристиках их комплексов.

Была также изучена возможность образования кристаллических соединений между глицином, диглицином, триглицином и криптандом [222].

Глава 4. Термодинамические характеристики взаимодействия некоторых карбоновых кислот с циклодекстринами.

Поскольку природные олигосахариды используются для защиты биологической активности пищевых кислот, в данном разделе представлены результаты наших исследований этих систем методами калориметрии, денсиметрии и ЯМР. Показано, что взаимодействия лимонной кислоты (J1K) с моно- и дисахаридами являются слабыми, что подтверждают небольшие величины hxy (табл. 10). Комплексообразование происходит только с а- и Р-циклодекстринами (ЦД) (табл. 11).

Таблица 10. Значения энтальпийных коэффициентов для взаимодействий лимонной кислоты с моно- и дисахаридами в воде при 298.15 К._

Система X+Y hxy, Дж-кг-моль"2 Система X+Y hxy, Дж-к г-моль*2

D-фруктоза a-D-глюкоза Р- D-глюкоза1 -335 (85) -2508 (496) -2382 (481) мальтоза сахароза -4108(556) -2667 (988)

Примечание: в этой и последующих таблицах в скобках даны доверительные интервалы ±1о 95-0

Энтальпийные коэффициенты Ьху для всех рассмотренных систем отрицательны. Поэтому, можно говорить о преобладании энтальпийно

cay ■'

Aid. -

Triíly

ВДу

1.0

2.0 N

благоприятных взаимодействий J1K с моно- и дисахаридами над эндотермическими эффектами их дегидратации. Глюкоза существует в виде двух диастереомеров, различающихся расположением ОН-группы у первого углеродного атома и, как обнаружено, различное расположение гидроксила у а- и Р-аномеров глюкозы не сказывается заметно на энергетике их взаимодействия с J1K (значения коэффициентов hxy для двух систем близки).

Таблица 11. Термодинамические функции комплексообразования лимонной кислоты с циклодекстринами в воде при 298.15 К.

Кс, AcG°, ДсН°, T-AcS°,

КОМПЛЕКС кг-моль"1 кДж-моль"1 кДж-моль"1 кДж-моль"1

а-ЦЦ/ЛК (2:1) 1778 (509) -18.5 -74.8 (2.1) -56.2

р-ЦД/JIK (1:1) 2.2 (0.7) - 1.9 -8.8 (0.5) -6.9

Также было обнаружено, что состав комплекса а-ЦД+ЛК соответствует стехиометрии 2:1, а Р-ЦЦ образует с ЛК комплекс состава 1:1.

Организация олигосахаридов в замкнутый цикл и действие принципа геометрического соответствия, на наш взгляд, являются главными факторами, определяющими процесс комплексообразования ЦД с ЛК.

Термодинамика взаимодействия аскорбиновой кислоты с сахаридами. Нами также исследована способность ЦД к комплексообразованию с аскорбиновой кислотой (рис.12).

т:

Рис.12. Структурная формула и конформация L-аскорбиновой кислоты.

Изучены некоторые особенности взаимодействия между аскорбиновой кислотой и моно- и дисахаридами в водных растворах на основе их энтальпийных характеристик.

Таблица 12. Энтальпийные коэффициенты парных взаимодействий

Система х + у hxv, Дж-кг-моль"2

О-фруктоза + аскорбиновая кислота -1074(36)

а-Б-глюкоза + аскорбиновая кислота 832(29)

Р-Б-глюкоза + аскорбиновая кислота 320(26)

О-галактоза + аскорбиновая кислота 725(75)

мальтоза + аскорбиновая кислота 164(34)

сахароза + аскорбиновая кислота -95(15)

Как видно из таблицы 12, доминирующая роль принадлежит гидрофобным взаимодействиям, Ьху положительны. а-Аномер по сравнению с Р-аномером глюкозы, имеет большую площадь неполярных групп, поэтому

большая положительная величина Ьху для системы аскорбиновая кислота + а-глюкоза объясняется более благоприятным гидрофобным взаимодействием для этих веществ.

Молекулы глюкозы и галактозы, являясь эпимерами, структурно отличаются ориентацией ОН-групп около атома С(4>- Галактоза гидратирована слабее, поэтому положительный вклад процессов дегидратации и величина коэффициентов Ь^ должны быть меньше. Площадь неполярной поверхности ос-галактозы больше чем у а-глюкозы. Вследствие этого положительный вклад в Ьху от гидрофобных взаимодействий должен увеличиться. Эти вклады компенсируют друг друга, что приводит к незначительным различиям величин коэффициента Ьху для упомянутых двух систем.

Структура и сольватационное состояние рассмотренных молекул определяет характер их взаимодействий, что отражается на термодинамических параметрах межмолекулярных взаимодействий.

Избирательное взаимодействие аскорбиновой кислоты с циклодекстринами. Данные калориметрического эксперимента показывают, что взаимодействие Р-ЦД с аскорбиновой кислотой является энергетически слабым, а а-ЦД с аскорбиновой кислотой - специфическим, приводящим к комплексообразованию (табл.13).

Таблица 13. Энтальпийные коэффициенты, константы равновесия, изменения энергии Гиббса, энтальпии и энтропии для взаимодействий аскорбиновой кислоты с а- и p-циклодекстринами в воде при 298.15 Ка.

Система кДж-кг-моль"2 Кс кг-моль'1 ДсС0 кДж-моль"1 AcII0, кДж-моль"1 TAtS0, кДж-моль"1

а-ЦЦ + АК Р-ЦЦ + АК -1.8(0,9) 1.9(0.2) -1.6(0.12) -6.0(0.3) -4.3(0.7)

а — в скобках указаны границы 95 % доверительного интервала.

Комплекс между а-ЦД и аскорбиновой кислотой является типично энтальпийно стабилизированным. С целью определения стехиометрии комплекса а-ЦД с аскорбиновой кислотой было проведено волюметрическое исследование. Комплекс соответствует составу 1:1. Мы полагаем, что именно недиссоциированная форма аскорбиновой кислоты участвует во взаимодействиях с ЦД, и образуется молекулярный комплекс а-ЦД/АК.

ЯМР-спектроскопия растворов циклодекстринов с аскорбиновой и лимонной кислотами. Аскорбиновая кислота имеет в своем строении гидрофобные и гидрофильные группы, которые могут обуславливать как поверхностное взаимодействие с ЦД, так и проникновение аскорбиновой кислоты в макроциклическую полость.

Для взаимодействий аскорбиновой кислоты с а-ЦД и Р-ЦД в исследованных нами спектрах (таблица 14) наблюдается небольшой сильнопольный сдвиг сигнала протона Н(3), подтверждающий неглубокое проникновение молекулы аскорбиновой кислоты в макроциклическую полость и образование комплекса для а-ЦД, что согласуется с нашими

калориметрическими исследованиями. В случае с Р-ЦД в спектрах ЯМР 'Н максимальный сдвиг сигнала в сторону сильного поля получен для протона Н(6). Это говорит о возникновении дополнительных взаимодействий между полярными группами молекул гостя и ЦД. Для взаимодействия с лимонной кислотой, наиболее заметное смещение сигнала в область слабого поля наблюдается для Н(2) и Н(4) как а, так и Р-ЦД. Таким образом, комплексообразование а- и Р-ЦД с лимонной кислотой имеет поверхностный характер, т.е. лимонная кислота координируется во внешней сфере ЦД.

Таблица 14. Изменения химического сдвига протонов а- и р-циклодекстринов в присутствии некоторых пищевых кислот

Протон А5 / м.д.

аскорбиновая кислота лимонная кислота

а-ЦД р-цд а-ЦД Р-ЦЦ

Н(1) -0,01 0,02 0,05 0,03

Н(2) 0,01 -0,04 0,06 0,05

Н(3) -0,04 -0,05 0,04 0,03

Н(4) 0,01 -0,04 0,06 0,06

Н(5) -0,02 - 0,03 0,02

Н(6) -0,02 -0,12 0,03 0,01

Эти установленные особенности взаимодействий определяют имеющуюся в данных системах возможность для разделения молекул карбоновых кислот при помощи цикл о декстринов.

Глава 5. Термодинамика взаимодействия оснований нуклеиновых кислот с аминокислотами и пептидами.

Проблема исследования взаимодействий нуклеиновых оснований (НО) с аминокислотами в воде является одной из основных изученных в нашей работе. Исследованные нуклеиновые основания представлены на рис.13.

о

'йЬг"

н

Уоаиил кн2

}. II н

Цитозин

1?

ИЫ^СН I I

II

6-азаУоаиил

I II <-н Аденин

о н

XV ^СН,

Т П "

II

Тимин

о и

^с.___

N С

I. II

СН3

СН, N

Рис.13. Структура оснований нуклеиновых кислот и некоторых их производных.

Кофеин

Известно, что взаимодействие между НО и АК в воде определяют Н-связи, когда карбоксильная группа АК соединяется с амино - или иминогруппой НО; стэкинг - взаимодействие; взаимодействие с переноса заряда; а также слабые взаимодействия (Ван-дер-Ваальсовы, диполь -дипольные, дисперсионные и др.).

В таблицах 15 и 16 представлены полученные значения термодинамических характеристик взаимодействий и комплексообразования оснований нуклеиновых кислот с аминокислотами в воде.

Таблица 15. Энтальпийные коэффициенты парных взаимодействий Иху(кДж кг • моль"2) оснований нуклеиновых кислот с аминокислотами

в воде при 298,15 К.

АК Ura 6-azaUra Thy Cyt Ade Caf

Gly 3,3(0,4) 2,2(0,1) -8,2(0,7) -1,8(0,7) 1,1(1,7) 0,4(0,3)

L-a-Ala -9,6(0,6) -3,4(0,3) -4,3(0,8) 10,7(1,9) 1,9(0,2) 0,5(0,4)

L-Val 2,8(0,4) - 0,1(0,8) 2,1(0,3) 2,1(0,2) -

L-Leu 2,9(1,8) - 7,8(2,6) -3,1(0,7) 2,7(0,1) -

L-Pro -8,5(0,3) -1,4(0,7) -23,2(0,4) 2,5(0,2) 1,9(1,3) 3,1(0,3)

DL-Met 14,5(0,9) - -2,1(0,2) 3,7(0,8) 2,5(0,9) -

L-His 5,7(1,9) - -9,6(2,8) -23,7(0,9) -46,9(7,9) -

L-Phe -3,6(0,9) -3,8(0,3) -27(6,5) 28(9,4) -4,7(3,5) -21,3(3,1)

L-Trp -49,3(2) - -73,2(3,4) 37,8(12,8) -61,4(2) -248,3(7,1)

DL-Thr -0,6(0,7) -16,6(0,9) 5,3(3,2) 5,8(2,3) -2,2(1) -0,8(0,2)

L-Asn 7,9(1,9) - -23,7(4,6) -8,1(0,3) -16,2(3) -

L-Gln - - -11,7(1,5) -3,2(0,3) -6,7(0,4) -

L-Lys HCl -18,7(1,6) - -12,5(1,3) -0,1(0,4) -30,6(0,8) -

L-Arg HCl 5,7(0,9) - -21,2(3,3) -2,1(10) - -

L-Asp 135,1(7,5) - -43(7,6) -137,7(9,8) -83,5(2,8) -

L-Glu 32(2,5) - -85,1(17) -12,1(1,1) -69,1(6,3) -

Ассоциацию в системах L-Trp + Ura, L-Trp + T hy, L-Trp + Caf, L-His

Cyt, L-His + Ade, L-Phe + Caf с учетом рентгеноструктурных данных можно объяснить взаимодействием электронодонорных ароматических колец АК с

кольцами НО при условии их комплементарности посредством п-п-перекрывания с частичным переносом заряда.

Таблица 16. Термодинамические функции комплексообразования оснований нуклеиновых кислот с аминокислотами в воде при 298,15 К.

Соединение Kc, кг • моль"1 ACGU, кДж • моль'1 дсни, кДж • моль"1 AcS", Дж • моль'1 • К"1

Ura L-Pro L-Trp L-Lys HCl 4,8(1,6) 6,9(2,3) 32,3(10,9) -3,9(1,3) -8,2(2,7) -8,6(2,9) -5,3(1,5) -3,5(1,2) -2,5(0,9) -4,8(1,6) 15,5(5,2) 20,6(6,9)

Cyt L-His L-Asp 30,5(4) 71,1(7) -2,8(0,3) -5,4(0,9) -8,5(1,1) -10,6(1,3) 19(3) 17(2)

Thy L-Pro L-Trp L-Asp 10,9(3,2) 18,1(6,3) 31,6(9,5) -5,9(1,8) -7,2(2,2) -8,6(2,6) -7,7(2,3) -11(3,7) -12,2(4,1) -5,9(1,8) -12,9(3,9) -12,3(3,7)

Ade L-Lys HCl L-His L-Trp L-Asp L-Glu 17,1(5,7) 4,2(2,1) 7,4(2,4) 4,2(2) 62,7(21,3) -7(2,4) -7,9(2,6) -8,2(2,7) -3,5(1,2) -10,3(3,4) -6,2(2,1) -7,3(2,4) -7,8(2,6) -34,6(11,2) -4,3(1,4) 2,9(1) 2(0,8) 1,4(0,5) -104(35) 19,9(6,6)

Caf L-Phe L-Trp 10(3,2) 18,5(4,4) -5,7(1,7) -7,2(1,7) -6,9(2,1) -37,4(9) -4,1(1,2) -101,3(24,3)

Согласно кристаллографическим данным, для системы Ade + L-Trp не существует прямого стэкинг — взаимодействия. Отсутствие молекулярного комплексообразования может быть связано со стерическим несоответствием ароматических колец АК кольцам НО и главный вклад в значения коэффициентов парных взаимодействий вносит эндотермический эффект дегидратации гидрофобных боковых групп аминокислот, что наиболее отчетливо видно на примере пар Cyt + L-Phe и Cyt + L-Trp. Эти примеры демонстрируют возможности" белково-нуклеинового «молекулярного узнавания» на уровне их составных элементов.

Согласно расчетным и экспериментальным данным, перечисленные атомы (рис.13) являются активными центрами нуклеиновых оснований. В целом, основываясь на результатах проведенных исследований термодинамики взаимодействия нуклеиновых оснований с аминокислотами в воде, можно утверждать, что способность к комплексообразованию с АК у пуринов (Ade, Caf) выше, чем у пиримидинов (Ura, 6-azaUra, Thy, Cyt) (табл. 16).

Коэффициенты парных взаимодействий для остальных изученных систем имеют сравнительно небольшие по абсолютной величине положительные и отрицательные значения (табл. 15), что исключает возможность комплексообразования. Вследствие того, что взаимодействие между боковыми группами АК и НО не обнаружено, можно предположить возможность кислотно-основного взаимодействия между концевыми цвитгерионными группами аминокислот и боковыми группами нуклеиновых оснований {NH, СО).

Рис.14. Зависимость

коэффициентов парных

взаимодействий (Ьху) ига с аминокислотами в воде от

энтальпий диссоциации

цвиттерионных карбоксилатных групп аминокислот (Д^эН).

10 15 20 25

Д. И(СООН УкДжмоль''

На рисунке 14 видны две линейные зависимости hxy(Adi!i!lH [СОСТ - гр.]): I — ряд Ala - Phe - Thr - Gly, и II - ряд Leu - Val - Gly - Asn. Обе зависимости показывают, что с увеличением кислотных свойств СОО'-группы экзотермический эффект взаимодействия возрастает.

В случае взаимодействия АК с тимином была обнаружена зависимость от изменений энтальпий диссоциации цвиттерионных аминогрупп

*ху

аминокислот, изображенная на рисунке 15.

Рис 15.

коэффициентов

взаимодействий

аминокислотами

энтальпий

цвиттерионных

Зависимость парных {hxy) Thy с в воде от диссоциации аммонийных

групп аминокислот (Д/,^//).

Д^ЩЫН,*) /кДж-моль'

Наличие изображенной на рисунке зависимости показывает, что с увеличением основных свойств аминокислот экзоэффект взаимодействия возрастает. Влияние Л7/з+-группы снижает вклад дегидратации во взаимодействие растворенных молекул, тем самым увеличивая экзотермический эффект взаимодействия в большей степени, нежели влияние СОО-группы.

Взаимодействие оснований нуклеиновых кислот с пептидами.

Рассчитанные энтальпийные коэффициенты парных взаимодействий некоторых пептидов с основаниями нуклеиновых кислот в воде приведены в таблице 17. При изменении числа глицильных остатков в пептидах характер изменения значений Иху различен для различных НО, что позволяет выделить 3 группы соединений. Так, для пар урацил и 6-азаурацил — глицинсодержащий пептид при увеличении числа глицильных остатков значения коэффициентов парных взаимодействий становятся более отрицательными; для пар тимин - глицинсодержащий пептид значения Иху уменьшаются по абсолютной величине с ростом длины пептида; и, наконец, для пар цитозин, аденин — глицинсодержащий пептид не существует зависимости величин Ъху от изменения числа глицильных остатков (рис. 16).

Таблица 17. Коэффициенты парных взаимодействий (Ьху, кДж • кг • моль'2)

пептидов с основаниями нуклеиновых кислот в воде при 298,15 К.

Пептид Ura 6-azaUra Thy Cyt Ade

giy 3,3(0,4) -2,2(0,8) -8,2(0,7) -1,8(0,7) 1,1(1,7)

digly -3,6(2,9) -2,6(1,6) -6,2(0,5) -7,3(1,9) -4,1(2,3)

trigly -4,7(3,2) -3(1,5) • -1,2(1,9) -2,2(3,2) -0,8(0,8)

L-a-ala -9,6(0,6) -3,4(0,3) -9,9(1,8) 10,7(1,9) 1,9(0,2)

L-a-ala-L- a-ala -3,4(1,5) -3,6(0,8) -6,4(0,8) -3,4(1,5) -4,2(3,1)

пептидов с основаниями нуклеиновых кислот в воде от числа глицильных остатков (п).

Рис.16. Зависимость

коэффициентов парных взаимодействий (hxy)

глицинсодержащих

-10

2

П

По аналогии с аминокислотами можно предположить наличие кислотно-основного взаимодействия указанных ранее НО с цвиттерионными группами пептидов. Кислотные свойства карбоксилатной СОО-группы прямо пропорционально зависят от размера пептида. Этим объясняется усиление кислотно-основного взаимодействия глицинсодержащих пептидов с Ura и 6-azaUra с ростом длины пептидной цепи, поскольку взаимодействие здесь осуществляется между NH группами нуклеинового основания и карбоксилатной группой пептида. И напротив, взаимодействие глицинсодержащих пептидов с Thy убывает при увеличении числа глицильных остатков, потому что, как показано, взаимодействие Thy с АК осуществляется, в основном, за счет кислотно-основного взаимодействия между концевой NH3+-группой АК и боковой СО группой тимина. В случае взаимодействия Ade и Cyt с указанными пептидами не существует зависимости hxy от числа глицильных групп пептида. Боковые метильные группы пептидов не влияют на взаимодействие НО-пептид.

Глава 6. Термодинамика и молекулярный механизм взаимодействий в водных растворах нуклеиновых оснований и макроциклических л и га н до в.

В решении проблемы повышения растворимости пуриновых и пиримидиновых оснований могут использоваться комплексы хозяин-гость на основе природных циклических олигосахаридов - циклодекстринов (ЦД). В данном разделе изучена способность ЦД к образованию комплексов включения с основаниями нуклеиновых кислот и их производными (рис.13) в водном растворе на основе термодинамических характеристик комплексообразования (Кс, и ДСН°) и значений энтальпийных вириальных коэффициентов hxy.

Взаимодействие нуклеиновых оснований с а-ЦД. Было обнаружено, что а-ЦД избирательно взаимодействует с НО и их производными, образуя комплексы включения только с цитозином, урацилом и кофеином. Термодинамические характеристики комплексообразования представлены в таблице 18. Взаимодействия а-ЦД с тимином и аденином являются слабыми, значения энтальпийных вириальных коэффициентов hxy для этих систем

приведены в таблице 19. Комплекс а-ЦД с Ura является более прочным, его константа устойчивости в три раза выше констант устойчивости комплексов а-ЦД/Cyt и а-ЦД/Caf. Ароматическое кольцо Ura не имеет заместителей, поэтому возможно относительно более глубокое проникновение молекулы Ura в полость а-ЦД, которое сопровождается гидрофобным взаимодействием с макроциклической полостью и высвобождением молекул воды, изначально находившихся в полости а-ЦД. Аденин и кофеин имеют подобное геометрическое строение, однако комплексообразование а-ЦД с Ade не выявлено.

Таблица 18. Термодинамические характеристики комплексообразования циклодекстринов с основаниями нуклеиновых кислот в водном растворе при

температуре 298.15 К.

К« AcG°, ДсН0, TAtS0,

Комплекс кг-моль"1 кДж-моль"1 кДж-моль"1 кДж-моль"1

а-ЦЦ /Ura 102(12) -11.5 -1.9 (0.2) 9.6

а-ЦД /Cyt 39 (1) -9.1 -2.9 (0.1) 6.2

ß-ЦЦ /Ade 2291 (68) -19.2 -3.4 (0.1) 15.8

а-ЦД/Caf 31(2) -8.5 -3.4 (0.2) 5.1

ß-IWCaf 30(2) -8.4 -2.2 (0.3) 6.2

Примечание. В скобках указаны величины 95%-ного доверительного интервала

На основе полученных данных сделано заключение, что избирательность комплексообразования а-ЦД с НО и их производным преимущественно определяется строением молекул-гостей.

Взаимодействие нуклеиновых оснований с ß-ЦД. ß-ЦД образует комплексы только с Ade и Caf (пуриновыми основаниями). Взаимодействия ß-ЦД с Cyt, Thy, Ura и 6-azaUra (пиримидиновыми основаниями) являются слабыми и не сопровождаются комплексообразованием (таблица 19). Все это свидетельствует о высокой способности ß-ЦД к молекулярному узнаванию оснований нуклеиновых кислот и их производных в водном растворе. Полученные результаты согласуются с литературными данными. В ходе капиллярного электрофоретического разделения нуклеотидов было обнаружено, что лучшее разрешение достигается для нуклеотидов аденозина, по сравнению с нуклеиотдами урацила, что связано с более слабыми взаимодействиями последних с ß-ЦД.

Структурные особенности взаимодействий нуклеиновых оснований с циклодекстринами и 18-краун-6. В дополнение к цикл о декстринам нами также изучен еще один макроциклический лиганд - эфир 18-краун-6 (18К6).

Взаимодействия а-ЦД с Thy и Ade, ß-ЦД - с Cyt, Thy, Ura, 18К6 - со всеми нуклеиновыми основаниями являются слабыми и их количественное описание проводилось на основе энтальпийных вириальных коэффициентов. Значения коэффициентов hxy, представлены в таблице 19.

Термодинамические функции комплексообразования, приведенные в таблице 18, относятся к 1:1 модели связывания, что подтверждают

многочисленные литературные данные по образованию комплексов включения ЦД с близкими по строению молекулами-гостями, такими как ароматические кислоты, фенолы, производные имидазола.

Комплекс Р-ЦД/Ас1е во много раз превосходит по своей устойчивости остальные комплексы ЦД с рассматриваемыми нуклеиновыми основаниями (табл. 18). Величина константы комплексообразования одна из самых значительных из обнаруженных в работе и близка к константам для комплексов а-ЦД с тирозином и лимонной кислотой. Все три исследованных случая являются важными примерами «молекулярного узнавания».

Таблица 19. Энтальпийные коэффициенты (Ьху, кДж кг-моль"2) парных взаимодействий макроциклических соединений с основаниями нуклеиновых кислот в воде при 298.15 К.

18K6 а-ЦЦ ß-ЦЦ

Cyt 4.37 — -1.11 (0.63)

Ura 5.30 _ -44.80 (12.34)

Thy -35.99 7.0(3.5) 0.75 (0.33)

Ade -10.88 12.5 (5.8) —

Для объяснения этого факта обратимся к рассмотрению величин изменения химических сдвигов в спектрах ЯМР 'Н ЦД. Данные таблицы 20 отчетливо показывают, что для системы Р-ЦД+Аёе наблюдается значительное смещение сигналов Н(5) и Н(3) в более сильное поле, на основании чего можно предположить, что молекула Ade глубже проникает в макроциклическую полость. Подобно аденину кофеин также относится к производным пуриновых оснований, однако он образует комплексы с обоими ЦД, характеризующимися примерно одинаковыми термодинамическими параметрами (табл. 18).

Таблица 20. Величины химических сдвигов (Д8)а в спектрах ЯМР *Н а- и ß-циклодекстринов в присутствии оснований нуклеиновых кислот при

А8 / и.д.

Протон Cyt Ura Ade Caf

а-ЦД ß-ЦД а-ЦД ß-ЦД а-ЦД ß-ЦД а-ЦД ß-ЦД

H(l) 0.00 0.02 0.02 0.02 0.00 -0.01 0.00 -0.01

Н(2) 0.01 0.03 0.04 0.03 0.00 0.02 0.00 0.00

ЩЗ) 0.00 0.01 0.00 0.01 0.00 -0.03 -0.01 -0.03

Н(4) 0.01 0.03 0.03 0.03 0.00 0.00 -0.01 -0.01

Н(5) 0.01 0.03 0.01 0.03 -0.01 -0.06 -0.01 -0.05

Н(6) 0.00 0.01 0.01 0.14 0.00 -0.01 -0.01 0.00

Как следует их данных табл. 20, молекула Caf глубже проникает в полость Р-ЦД, в то время как взаимодействие с а-ЦД является более поверхностным. Наибольшее значение А8 для молекулы СаГ получено для

протонов Н(1) (рис.13) как в случае с а- (А5=0.61 м.д.), так и Р-ЦД (А5=0.62 м.д.). Таким образом, СН3-группа Caf проникает в макроциклическую полость. Пиримидиновые нуклеиновые основания цитозин и урацил образуют комплексы только с а-ЦД. Комплекс а-ЦД/Ura более устойчив по сравнению с а-ЦД/Cyt, что подтверждается термодинамическими константами комплексообразования и химическими сдвигами протонов находящихся на внешней поверхности циклодекстрина. Краун-эфир, полость которого гидрофильна, не способен к комплексообразованию с нуклеиновыми основаниями.

На основе анализа взаимодействий 18-краун-6, а- и Р-ЦД с основаниями нуклеиновых кислот можно отметить, что макроциклы с гидрофильной полостью и гидрофобной наружной поверхностью не образуют комплексов с указанными биомолекулами. Наличие относительно гидрофобной полости у ЦД, ее размер и структурные особенности самих молекул-гостей являются основными факторами, определяющими избирательность комплексообразования нуклеиновых оснований с а- и Р-ЦД.

Глава 7. Роль растворителя в процессе «молекулярного узнавания» биомолекул.

В главе показана роль растворителя в процессе комплексообразования макроциклических лигандов с модельными биомолекулами. Для реакций комплексообразования АК с 18-краун-6 и циклодекстринами обнаружено, что значения ЛСН и ACS связаны регрессионным уравнением: ДсЩДжмоль1) = - 6214 + 266 • Д^Щж-моль'-К"1) Приведенное уравнение, рассчитанное на основе полученных нами данных, представляет собой энтальпийно - энтропийную компенсацию с компенсационной температурой 264 К. Регрессионное уравнение не является случайным и имеет высокий коэффициент корреляции (0.97).

Для этой зависимости обнаружено существование двух областей • пространства, разделяющих изученные лиганды - более отрицательные значения ЛСН и \S относятся к 18-краун-6, а более положительные - к Р-ЦД. Кроме того, видно, что точки, относящиеся к одинаковым АК, но разным лигандам, находятся в диаметрально противоположных концах графика (L-Phe и L-His).

Характер комплексообразования в отсутствие влияния среды для систем 18-краун-6 + АК (энтальпийно стабилизированные комплексы) и для систем Р-ЦД + АК (энтропийно стабилизированные комплексы) различен. Тем не менее наличие единого линейного энтальпийно - энтропийного эффекта свидетельствует, что управляющий фактор - влияние растворителя, а энергетика взаимодействия хозяин - гость играет меньшую роль в комплексообразовании.

Это показывает важную роль воды как растворителя и как участника реакций в биологических системах. Поэтому при изучении процессов

«молекулярного узнавания» в водной среде необходимо учитывать ее влияние. ; :

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

Впервые с позиций сольватационного подхода проведено обобщение большого массива экспериментальных данных, полученных соискателем или при его непосредственном участии, по термодинамике реакций образования молекулярных комплексов в водных растворах аминокислот, пептидов, карбоновых кислот, нуклеиновых оснований и макроциклических соединений.

1. При исследовании термодинамических характеристик гидратации модельных биологических (аминокислоты, пептиды) и макроциклических молекул (краун-эфиры, криптанд[222] ) установлено, что

существует взаимосвязь • в изменениях термодинамических характеристик гидратации и взаимодействия «пептид-пептид» в воде,

- изученные краун-эфиры в воде проявляют гидрофобные свойства, и для их объемных свойств выполняется правило групповых вкладов структурных фрагментов молекул.

2. На основе термодинамических, рентгенографических и данных ЯМР-спектроскопии показано, что как в водном растворе, так и в кристаллическом состоянии, цвиттерионная амино группа является реакционным центром комплексообразования аминокислот (АК) и алифатических пептидов с 18-краун-6. Обнаружено участие боковых полярных и алифатических групп только некоторых аминокислот в дополнительных взаимодействиях с макроциклическим кольцом.

3. Показано, что удлинение глицин- и аланин- содержащих молекул пептида способствует их комплексообразованию с 18-краун-6 вопреки одновременному усилению экзотермичности гидратации пептида. Это может быть связано с возрастанием роли процессов контролируемых энтропийной составляющей, особенно при гидратации молекулярных комплексов.

В отличие от краун-эфира 18-краун-6 при взаимодействии АК с криптандом[222] в воде обнаружена дополнительная стабилизация комплекса за счет участия боковых полярных групп АК в процессе комплексообразования.

4. Анализ основных термодинамических характеристик реакций комплексообразования показал, что цикл о декстрины (ЦД) проявляют способность более избирательно взаимодействовать с АК, чем 18-краун-6, образуя комплексы только с ароматическими АК. Причем для системы р~ ЦД+АК установлена линейная зависимость энтальпии комплексообразования от энтальпии гидратации АК.

5. Впервые выделены в кристаллическом состоянии супрамолекулярные комплексы пептид/18-краун-6/вода и изучена их уникальная слоистая структура и физико-химические свойства. Обнаружено, что структура кристаллических комплексов состоит их чередующихся

полярных и неполярных областей, а эффекты «молекулярного узнавания» проявляются как в растворах, так и в кристаллическом состоянии.

6. При взаимодействии карбоновых кислот с циклодекстринами экспериментально установлено, что комплекс включения реализуется в случае с аскорбиновой кислотой (аналогично, как с фенилаланином и триптофаном), а комплексы ЦД с лимонной кислотой образуются за счет взаимодействий между полярными группами молекулы-гостя и ОН-группами ЦД, находящимися на внешней стороне молекулы.

Показано, что слабые взаимодействия олигосахаридов с аскорбиновой кислотой характеризуются нарастанием экзотермичности процесса при переходе от моно- (глюкоза) к ди- сахаридам (сахароза) и далее к циклоамилозам (Р-ЦД).

7. Показано, что в зависимости от природы аминокислот, их взаимодействие с основаниями нуклеиновых кислот характеризуется как слабое, сопровождающееся частичной дегидратацией молекул, или как сильное, приводящее к образованию ассоциатов. Для слабого взаимодействия цитозина с аминокислотами обнаружена зависимость энтальпии взаимодействия от гидратного состояния молекул АК.

Сделано предположение, что взаимодействие тимина и урацила с • аминокислотами и глицинсодержащими олигопептидами локализовано вблизи заряженных групп АК и контролируется слабым кислотно-основным взаимодействием между цвиттерионными группами АК и боковыми группами (NH, СО) нуклеинового основания.

Выделены две группы АК, характер взаимодействия которых с пуриновыми основаниями (аденином и кофеином) различен. Для неполярных и алифатических АК преобладающим является эндотермический эффект их дегидратации, а для ароматических, полярных и заряженных АК -экзотермический эффект их взаимодействия с НО, приводящий в ряде случаев (Lys, His, Trp, Phe, Asp и Glu) к образованию комплексов. Таким образом, показано, что способность к комплексообразованию с аминокислотами у пуринов выше, чем у пиримидинов.

8. Обнаружено, что взаимодействия 18-краун-6 с основаниями нуклеиновых кислот являются слабыми и не сопровождаются комплексообразованием, в то время как ЦД избирательно взаимодействуют с основаниями нуклеиновых кислот. а-ЦД образует комплексы включения только с пиримидиновыми нуклеиновыми основаниями урацилом и цитозином, Р-ЦД - только с пуриновыми основаниями — аденином, кофеином. Кофеин вступает в комплексообразование как с а-, так и с Р-ЦД.

На примере взаимодействия циклодекстринов с пиримидиновыми и пуриновыми основаниями впервые показана высокая избирательность комплексообразования, которая определяется прежде всего принципом структурного соответствия, а также наличием гидрофобной полости.

На основе сдвигов в ЯМР-спектрах протонов циклодекстринов предложены качественные критерии образования поверхностных комплексов

(пиримидино вые основания) и соединений включения (пуриновые основания).

9. Полученные данные об энергетике молекулярного комплексообразования обладают предсказательной силой и позволяют прогнозировать термодинамические и структурные характеристики новых супрамолекулярных материалов (систем).

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

. 1. Куликов О.В., Лаптев П.В. Термодинамические аспекты молекулярного узнавания в растворах модельных биологических и макроциклических соединений // В кн. Биологически активные вещества в растворах: структура, термодинамика, реакционная способность/ Под ред. A.M. Кутепова, М.: Наука, 2001. С. 184-254.

2. Terekhova I.V., Kulikov O.V. Cyclodextrins. Physical-chemical aspects of formation of complexes "host-guest" and molecular selectivity in relation to biologically active compounds // in Chemistry of polysaccharides/ edited by G.E. Zaikov, Brill Academic Publishers, Netherlands, 2005. P. 38-76.

3. Куликов O.B., Баделин В.Г., Крестов Г.А. Термодинамическое и спектроскопическое исследование межмолекулярной ассоциации в водных растворах дипептидов // Биофизика, 1991, Т. 36, Вып. 3. С. 394398.

4. Куликов О.В., Баделин В.Г., Крестов Г.А. Особенности гидратации и межмолекулярных взаимодействий в растворах дипептидов // Журн. физ. химии, 1991, Т. 65, № 9. С. 2389-2396.

5. Куликов О.В., Баделин В.Г., Крестов Г.А. Температурные зависимости теплоемкостных и объемных характеристик растворов дипептидов в смеси вода-диметилсульфоксид // Известия Академии наук. Серия химическая, 1992, №4. С. 805-812.

6. Kulikov О.V., Zielenkiewicz A., Zielenkiewicz W., Badelin V.G., Krestov G.A. Excess enthalpies of aqueous solutions of small peptides at 25 C. //

„ J.Solut.Chem., 1992, Vol. 21, N 10. P. 1-17.

7. Lipkowski J., Kulikov O.V., Zielenkiewicz W. Complexation of peptides with crown ethers. Strucrure and thermal behaviour of ternary compounds: 18-crown-6/glycil-glycine/water and 18-crown-6/L-a-alanil-L-a-alanine/water // Supramolecular Chemistry, 1992, Vol. 1, P. 73-79.

8. Kulikov O.V., Zielenkiewicz W., Utzig E., Krestov G.A. Complexation, of peptides with crown ethers. Part 1. Composition and thermal behaviour of compounds consisting of oligopeptides and some crown ethers // Thermochim. Acta, 1993, Vol. 213, P. 103-113.

9. Zielenkiewicz W., Kulikov O.V., Krestov G.A. Excess enthalpies of aqueous solutions of small peptides at 308:15 and 318.15 K. Characteristics of solute-solute interactions // Bull.Polish Academy of Sci. Chemistry, 1992, Vol. 40, N 4. P. 293-305.

10. Куликов О.В., Баделин В.Г., Крестов Г.А. Термодинамическое и спектроскопическое исследование комплексообразования дипептидов с диметилсульфоксидом в их водных растворах // Биофизика, 1993, Т. 38, Вып. 2. С. 213-221.

11. Zielenkiewicz W., Kulikov O.V., Kulis-Cwikla I. Excess enthalpies and apparent molar volumes of aqueous solutions of crown ethers and cryptand(222) // J.Solution Chem., 1993, Vol. 22, N 11. P. 963-973.

12. Kulikov O.V., Zielenkiewicz W., Utzig E. Complexation of peptides with crown ethers.Part 2. Thermokinetic behaviour of hydrated compounds consisting of a-amino acids, peptides and 18-crown-6 // Thermochim.Acta, 1994, Vol. 237. P. 333-345.

13. Kulikov O.V., Zielenkiewicz W., Krestov G.A. Enthalpies of interaction of some amino acids and peptides with crown ethers in water at 25 С // Thermochim. Acta, 1994, Vol. 241. P. 1-16.

14. Kulikov O.V., Lapshev P.V., Parfenyuk E.V. The role of weak and specific forces in the interaction of amino acids with cytosine, uracil and caffeine // Mendeleev Commun., 1995, N 2. P. 72-74.

15. Zielenkiewicz A., Kulikov O.V., Piekarski H., Zielenkiewicz W. Thermodynamic investigations of interactions in aqueous solutions of glycine and some small peptides with caffeine and 1,3-dimethyluracil at 298.15 К // Thermochim.Acta, 1995, Vol. 256. P. 237-248.

16. Kulikov O.V., Krestov G.A. Thermodynamics and mechanism of complexation of peptides with 18-crown-6 in water // Pure & Applied Chemistry. 1995, Vol. 67, Ы 7. P. 1103-1108.

17. Kulikov O.V., Krestov G.A., Zielenkiewicz W. Enthalpy parameters for interaction of small peptides with 18-crown-6 and aza-18-crown-6 in water at 25 С//J.Solution Chem., 1995, Vol. 24, N 11. P. 1155-1170.

18. Куликов O.B., Зеленкевич В., Куликова С.Р. Изменение объемов при комплексообразовании аминокислот и пептидов с краун эфирами в воде // Журн. физ. химии, 1996, Т. 70, № 6. С. 1026-1030.

19. Parfenyuk E.V., Kulikov O.V. Enthalpic and volume effects in the interaction of D-glucose with crown ethers in water // Thermochim.Acta, 1996, Vol. 285. P. 253-258.

20. Куликов O.B., Корнилова Н.Ю. Термодинамические свойства супрамолекулярных комплексов аминокислот и пептидов с 18-краун-6 и криптандом(222) // Журн. физ. химии, 1996, Т. 70, № 12. С. 2119-2122.

21. Куликов О.В., Лаптев П.В., Парфенюк Е.В. Энтальпии взаимодействия аминокислот и пептидов с 6-азаурацилом в воде // Биофизика, 1996, Т. 41, Вып. 6. С. 1157-1162.

22. Kulikov О.V., Lapshev P.V. Interactions of p-cyclodextrin with nonpolar and aromatic amino acids in water// Mendeleev Commun., 1996, N 6. P. 255-256.

23. Лаптев П.В., Куликов O.B. Термодинамика и механизм взаимодействия урацила с аминокислотами в воде // Известия Академии наук. Серия химическая. 1997, № 5. С. 932-934.

24; Куликов О.В., Терехова И.Вг Термодинамика комплексообразования аминокислот, содержащих различные функциональные группы, с 18-краун-6 в воде // Координационная химия, 1997, Т. 23, № 12. С. 946-949.

25. Куликов О.В., Терехова И.В. Термодинамика комплексообразования аминокислот и пептидов, содержащих неполярные боковые группы, с 18-краун-6 в воде // Координационная химия, 1998, Т. 24, № 5. С. 395399.

26. Куликов О.В., Лапшев П.В.,Терехова И.В. Термодинамические характеристики и механизм комплексообразования некоторых макроциклических лигандов с аминокислотами в воде // Журн. физ. химии, 1998, Т. 72, № 4. С. 725-729.

27. Лапшев П.В., Куликов О.В. Термодинамические характеристики взаимодействия цитозина с аминокислотами в воде // Координационная химия, 1998, Т. 24, № 6. С. 476-479.

28. Куликов О.В., Терехова И.В. Термодинамические особенности взаимодействия дипептидов с макроциклическим эфиром 18-краун-6 в воде // Координационная химия, 1998, Т. 24, № 11. С. 878-880.

29. Терехова И.В., Куликов О.В. Термодинамические особенности взаимодействия дипептидов с макроциклическим эфиром 18-краун-6 в воде'// Известия Академии наук. Серия химическая, 1999, № 12. С. 22852288.

30. Лапшев П.В., Куликов О.В. Термодинамика и механизм взаимодействия аденина с аминокислотами в воде // Известия Академии наук. Серия химическая, 1999, № 2, С. 289-291.

31. Терехова И.В., Лапшев П.В., Куликов О.В. Термодинамический анализ селективного взаимодействия а- и p-циклодекстринов с ароматическими аминокислотами в воде // Журн. физ. химии, 2000, Т. 74, № 11. С. 20112013.

32. Terekhova I.V., Parfenyuk E.V., Kulikov O.V. Thermodynamics of the interactions of peptides with a- and P-cyclodextrins // J.Thermal. Analysis and Calorimetry, 2002, Vol. 68. P. 185-189.

33. Terekhova I.V. and Kulikov O.V. Thermodynamics of the interactions of ascorbic acid with a- and p-cyclodextrins in aqueous solutions // Mendeleev Commun., 2002. P. 111-112.

34. Терехова И.В., Куликов О.В. Взаимодействие неароматических аминокислот с циклодекстринами в водном растворе // Ж. общей химии, 2002, Т. 72, Вып. 7. С. 1165-1167.

35. Терехова И.В., Куликов О.В. Взаимодействие лимонной кислоты с моно-и олигосахаридами // Журн. физ. химии, 2002, Т. 76, № 9. С. 1601-1605.

36. Terekhova I.V. and Kulikov O.V. Calorimetric study of the molecular recognition of nucleic acid bases by p-cyclodextrin in aqueous solution // Mendeleev Commun., 2002. P. 245-246.

37. Терехова И.В., Лапшев П.В., Куликов О.В. Термодинамика комплексообразования а-циклодекстрина с основаниями нуклеиновых

кислот и их производными // Координационная химия, 2003, Т.29, № 1. С. 78-80.

38. Терехова И.В., Куликов О.В., Агафонов А.В. Объемные изменения происходящие при комплексообразовании 18-краун-6 с аминокислотами в водном растворе // Ж. общей химии, 2003, Т. 73, Вып. 2. С. 336-338.

39. Лапшев П.В., Куликов О.В., Терехова И.В. Термодинамика взаимодействия тимина с аминокислотами в воде // Журн. физ. химии. 2003, Т. 77, Вып. 5. С. 943-945.

40. Terekhova I.V., Kulikov O.V., Titova E.S. Enthalpic characteristics of interactions occurring between an ascorbic acid and some saccharides in aqueous solutions // Thermochimica Acta, 2004, Vol. 412. P. 121-124.

41. Терехова И.В., Куликов О.В., Баранников В.П. Термическая диссоциация супрамолекулярных комплексов на основе 18-краун-6 и аминокислот// Ж. общей химии, 2004, Т. 74, Вып. 8. С. 1313-1317.

42. Куликов О.В., Терехова И.В., Кумеев Р.С., Альпер Г.А. Термодинамическое и спектроскопическое исследование взаимодействия а-, циклодекстринов и 18-краун-6-эфиров с основаниями нуклеиновых кислот // Журн. физич. химии. 2004. Т. 78. №9. С. 1694-1699.

43. Терехова И.В., Куликов О.В., Кумеев Р.С., Никифоров М.Ю., Альпер Г.А. Исследование методом ЯМР 'Н комплексообразования а- и циклодекстринов с некоторыми биологически активными кислотами // Координационная химия, 2005, Т. 31, № 3. С. 234-236.

Подписано в печать 09.03.2006. Формат 60x84^. Бумага писчая. Усл.печ.л. 2,09. Уч.-изд.л. 2,32. Тираж 100 экземпляров. Заказ 198

ГОУ ВПО Ивановский государственный химико-технологический университет. 153000, г. Иваново, пр. Ф. Энгельса, 7.

Отпечатано на полиграфическом оборудовании кафедры экономики и финансов ГОУ ВПО «ИГХТУ».

Общая характеристика работы.

Введение.

Глава 1. Физико - математический формализм для исследования термодинамикиецифических иабых взаимодействий в бинарных и тройных растворах биомолекул.

Глава 2. Термодинамические характеристики бинарных водных растворов аминокислот, пептидов и макроциклических лигандов.

2.1. Водные растворы аминокислот и пептидов.

2.2. Влияниеруктуры краун-эфиров, криптандов и циклодекстринов на их гидратацию и ассоциацию.

Глава 3. Термодинамика и механизм взаимодействия аминокислот и пептидовмакроциклическими лигандами ипрамолекулярные комплексы на их основе.

3.1. Взаимодействие 18-краун-6 эфирааминокислотами в водных и неводных растворах. ЯМР-спектроскопия растворов.

3.2. Взаимодействие краун-эфировпептидами.

3.3. Объемные характеристики взаимодействия аминокислот и пептидовкраун-эфирами в воде.

3.4. Взаимодействие аминокислоткриптандом [222].

3.5. Слабые иецифические взаимодействия неполярных и ароматических аминокислотциклодекстринами. ЯМР-спектроскопиия растворов.

3.6. Аддитивность групповых вкладов при взаимодействии пептидовциклодекстринами.

3.7. Структура и термокинетика разложенияпрамолекулярных комплексов краун/пептид/Н20.

Глава 4. Термодинамические характеристики взаимодействия некоторых карбоновых кислотциклодекстринами.

4.1.Взаимодействие лимонной кислотысахаридами и циклодекст-ринами.

4.2. Термодинамика взаимодействия аскорбиновой кислоты с сахаридами.

4.3. Избирательное взаимодействие аскорбиновой кислоты с циклодекстринами. ЯМР-спектроскопия растворов лимонной и аскорбиновой кислотциклодекстринами.

Глава 5. Термодинамика взаимодействия оснований нуклеиновых кислотаминокислотами и пептидами.

5.1. Гидратация и ассоциация оснований нуклеиновых кислот.

5.2. Взаимодействие оснований нуклеиновых кислот с аминокислотами.

5.3. Взаимодействие оснований нуклеиновых кислот с пептидами.

Глава 6. Термодинамика и молекулярный механизм взаимодействий в водных растворах нуклеиновых оснований и макроциклических лигандов.

6.1. Взаимодействие нуклеиновых оснований с а-циклодекстрином.

6.2. Взаимодействие нуклеиновых оснований с |3-циклодекстрином.

6.3. Структурные особенности взаимодействий нуклеиновых оснований с циклодекстринами и 18-краун-6 из данных ЯМР-спектроскопии.

Глава 7. Роль растворителя в процессе «молекулярного узнавания» биомолекул.

Проблемы изучения межмолекулярных взаимодействий и комплексообразования в системах содержащих сольватированные биомолекулы и макроциклические лиганды актуальны для фундаментальной химии и представляют значительный практический интерес.

Все известные направления использования синтетических макроциклических соединений - краун-эфиров и природных циклодекстринов основаны на их уникальной способности к избирательному комплексообразованию с катионами и нейтральными молекулами. Выбор молекул "гостей" макромолекулами-хозяевами обусловливается принципом комплементарности и составляет основу протекания многих биохимических процессов, таких как ферментативный катализ, мембранный транспорт, взаимодействия антиген-антитело и т.п. Принцип «молекулярного узнавания» является определяющим при использовании краун-соединений и их производных для разделения биомолекул (например, аминов и аминокислот) и для создания новых комплексных соединений обладающих уникальными свойствами.

Несмотря на важность таких объектов, они изучены в основном структурными методами в кристаллическом состоянии, и механизм взаимодействий до сих пор не ясен. В литературе имеется лишь ограниченное количество работ, посвященных анализу термодинамических аспектов «молекулярного узнавания» в растворах, роли растворителя и сольватации реагентов, по-видимому, из-за отсутствия соответствующих экспериментальных методик определения термодинамических характеристик сложных комплексных взаимодействий, включающих как слабые силы, так и силы, приводящие к образованию супрамолекулярных комплексов. В настоящее время теория растворов оперирует достаточно серьезно отработанным формализмом для исследования энергетики только слабых взаимодействий (Ван-дер-Ваальсовы, диполь-дипольные, дисперсионные и др.), встречающихся в биологических растворах. Эти подходы основаны на теории МакМиллана-Майера, методах групповых вкладов и требуют дальнейшего развития для более сложных систем. Более того, отсутствуют количественные и качественные термодинамические критерии таких взаимодействий.

Поэтому комплексное физико-химическое исследование природы, энергетики и механизма межчастичного взаимодействия широкого ряда биомолекул с макроциклическими лигандами, обладающими различной структурой полостей и характером связывания молекул гостей, является актуальным как с точки зрения развития химии супрамолекулярных соединений, так и приоритетных направлений биохимии, биотехнологии, фармакологии.

Цель работы. Целью настоящей работы является установление общих закономерностей в термодинамике реакций молекулярного комплексообразования в водных растворах модельных биологических и макроциклических соединений с различной химической природой полости.

Для ее выполнения необходимо решение следующих задач:

- провести экспериментальное термодинамическое исследование энергетики межмолекулярных взаимодействий в водных растворах содержащих ряд аминокислот, пептидов, карбоновых кислот, нуклеиновых оснований и макроциклических лигандов (краун-эфиры, криптанды, цикл о декстрины);

- провести обобщение полученных результатов с позиций сольватационного подхода; адаптировать физико-математический формализм для расчета термодинамических характеристик (энтальпийной (АН), энтропийной (AS) составляющих, энергии Гиббса (AG) и энтальпийных коэффициентов hxy ) при изучении «слабых» и «сильных» взаимодействий в тройных растворах, содержащих модельные биологические и макроциклические соединения;

- определить способность рассматриваемых макроциклических соединений к избирательному связыванию модельных биомолекул в кристаллическом состоянии и в воде и выявить роль «слабых» нековалентных и специфических сил при взаимодействии;

- на основе данных ЯМР-спектроскопии выявить особенности молекулярного механизма взаимодействия изучаемых молекул.

Научная новизна работы.

Впервые проведено термодинамическое и структурное исследование комплексообразования пептидов с краун-эфирами в водном растворе и супрамолекулярные соединения пептид/краун/вода выделены в виде кристаллогидратов. Показана возможность образования молекулярных комплексов в водных растворах аминокислот, карбоновых кислот, нуклеиновых оснований с циклодекстринами основанных на избирательности взаимодействия изученных соединений (принципах «молекулярного узнавания»). Предложены термодинамические критерии, позволяющие классифицировать взаимодействие как слабое или приводящее к молекулярному комплексообразованию.

Показано, что комплексообразование ряда биомолекул с двумя классами макроциклических лигандов: краун-эфирами и циклодекстринами имеет различный механизм. Впервые исследована высокая избирательная способность циклодекстринов к комплексообразованию с нуклеиновыми основаниями и пищевыми кислотами, обусловленная возможностью взаимодействия как внутри полости, так и на поверхности циклодекстрина.

Впервые для изучения таких систем предложен термодинамический метод, основанный на физико-математическом формализме вириальных разложений избыточных энтальпий растворов и расчетах термодинамических функций образования, позволяющий комплексно изучать как слабые, так и сильные специфические взаимодействия, приводящие к образованию молекулярных комплексов в растворах биологических и макроциклических соединений с ограниченной растворимостью.

На основе комплексного анализа полученных экспериментальных данных выявлено влияние природы, строения и сольватации молекул реагирующих веществ на межмолекулярные взаимодействия в растворах содержащих различные функциональные биомолекулы и макроциклические соединения.

Практическая значимость.

Полученные результаты и выявленные закономерности позволяют прогнозировать термодинамические характеристики взаимодействия исследованных классов молекул, моделировать синтез новых супрамолекулярных соединений обладающих слоистой структурой полярных и неполярных областей в кристаллическом состоянии и закладывают научную основу для создания нового класса супрамолекулярных материалов.

Полученный в работе большой объем экспериментальных данных по термодинамике взаимодействия в тройных растворах, содержащих аминокислоты, пептиды, нуклеиновые основания, пищевые кислоты, краун-эфиры и циклодекстрины, пополняет банк данных по термодинамике и является научной основой для разработки технологий селективного разделения биомолекул, синтеза высокоэффективных лекарственных и пищевых веществ пролонгированного действия.

Выявленные закономерности и механизмы взаимодействия биомолекул с краун-эфирами и циклодекстринами в водных растворах позволяют глубже понять особенности протекания таких биохимических процессов, как мембранный транспорт, ферментативный катализ и т.д. Обнаруженная способность циклодекстринов к молекулярному узнаванию нуклеиновых оснований в водных растворах может найти практическое использование при разработке процессов инкапсулирования и в решении проблем, связанных с повышением растворимости этих соединений в водной среде. В случае изученных взаимодействий циклодекстрина с карбоновыми кислотами применяемыми в пищевой промышленности эффект комплексообразования можно использовать для понижения их кислотности и регулирования органолептических характеристик их растворов.

Апробация работы.

Результаты исследований были представлены и обсуждались на II Международном симпозиуме «Макроциклические лиганды для разработки новых материалов» (Буэнос-Айрес, Аргентина, 1994), VI Международной конференции по калориметрии и термическому анализу (Закопане, Польша, 1994), I Международной конференции по биокоординационной химии (Иваново, 1994) VI Международной конференции «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» (Иваново, 1995), 13 Семинаре по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул (Тверь, 1997), Международной конференции по термодинамике, экспериментальной калориметрии и термическому анализу (Закопане, Польша, 1997), 1-ой Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы химии и химической технологии» (Иваново, 1997), VII Международной конференции «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» (Иваново, 1998), 1-ой Международной конференции по супрамолекулярной науке и технологии (Закопане, Польша, 1998), XXIV Международном симпозиуме по химии макроциклов (Барселона, Испания, 1999), XXII Всероссийском Чугаевском совещании по химии комплексных соединений (Иваново, 1999) и X Симпозиуме по межмолекулярному взаимодействию и конформациям молекул (Казань, 1999), 38-м Симпозиуме ИЮПАК по макромолекулам (Варшава, Польша, 2000), VIII Международной конференции «Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах» (Иваново, 2001), XX Международной Чугаевской конференции по координационной химии (Ростов-на-Дону, 2001), XIV Международной конференции по химической термодинамике (С.-Петербург, 2002), 2-ом Международном Симпозиуме «Молекулярный дизайн и синтез супрамолекулярных архитектур (Казань, 2002).

Вклад автора.

Диссертация выполнена в соответствии с планами научно-исследовательских работ ИХР РАН по научным темам руководимым автором: «Физическая химия супрамолекулярных комплексов биомолекул с макроциклическими соединениями» 1991-2001 гг. (№госрег. 01.9.30 005102) и «Физико-химическое исследование супрамолекулярных комплексов, представляющих интерес для пищевой технологии» 2001-2004 гг. (№ГОс.рег 01.2.00 1 03068) при финансовой поддержке: Международного научного фонда (Фонд Сороса) - гранты RLQ000, RLQ300; гранта Конкурса-экспертизы 1997 г. научных проектов молодых ученых РАН по фундаментальным и прикладным исследованиям. Часть экспериментальных данных была получена в Институте физической химии ПАН (г.Варшава).

Во всех публикациях, отражающих основное содержание диссертации и выполненных в соавторстве, основные идеи, постановка задачи, разработка методик относится к вкладу соискателя.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 2 коллективных монографиях, 45 статьях и 17 тезисах докладов.

ВВЕДЕНИЕ.

Одной из самых интригующих и перспективных задач современной науки является изучение механизма и движущих сил процессов, происходящих в живом организме. Решение этих проблем позволит перейти на качественно новый уровень развития как фундаментальным, так и прикладным наукам, таким как медицина, биотехнология и фармакология. В области химических наук толчком к началу исследования процессов «молекулярного узнавания» в биосистемах послужило открытие в конце 60х годов искусственных молекул (краун - эфиров), способных к специфическому распознаванию других химических частиц. В последующие годы бурное развитие получил синтез соединений, способных к самоорганизации. На рубеже 80-90х годов сформировалась новая область знаний, получившая название «супрамолекулярная химия». У ее истоков стоят работы трех нобелевских лауреатов 1987 года - Ч. Педерсена, Д. Крама и Ж.-М. Лена [1-3]. По определению Лена [4], супрамолекулярная химия -это химия межмолекулярных связей, изучающая ассоциацию двух и более химических частиц, а также структуру подобных ассоциатов. Она лежит за пределами классической химии, исследующей структуру, свойства и превращения отдельных молекул. Если последняя имеет дело главным образом с реакциями, в которых происходит разрыв и образование валентных связей, то объектами изучения супрамолекулярной химии служат нековалентные взаимодействия: водородная связь, электростатические взаимодействия, гидрофобные силы, структуры «без связи». Как известно, энергия невалентных взаимодействий на 1 - 2 порядка ниже энергии валентных связей, однако, если их много, они приводят к образованию прочных, но вместе с тем гибко изменяющих свою структуру ассоциатов. Именно сочетание прочности и способности к быстрым и обратимым изменениям - характерное свойство всех биологических молекулярных структур: нуклеиновых кислот, белков, ферментов. Процесс соответствующих взаимодействий, имитирующих те, которые доминируют в биохимических процессах и относящихся к нековалентным, получил название «молекулярное узнавание». Молекулярное узнавание можно определить как процесс, включающий в себя как связывание, так и выбор молекулы - «гостя» данной молекулой - «хозяином». Просто связывание молекул не является молекулярным узнаванием. Согласно Лену [4], «узнавание - это связывание с целью». Данное поведение характерно для многих биохимических процессов, таких как ферментативные реакции, связывание «рецептор - субстрат», сборка белковых молекул, иммунное взаимодействие «антиген - антитело», транспорт через мембрану и т.д. Одним из критериев молекулярного узнавания является то, что константа ассоциации между «хозяином» и «гостем» является значительно более высокой по сравнению с константами образования комплексов между другими молекулами, присутствующими в системе. В связи с этим, особое значение приобретает исследование энергетики межмолекулярных взаимодействий биомолекул. Энергетические параметры позволяют судить о силе взаимодействия, наличии или отсутствии ассоциации между молекулами, а также выявить и описать влияние растворителя на процесс молекулярного узнавания. Таким образом важной задачей для более комплексного определения понятия "молекулярного узнавания" в биологических системах является изучение его движущих сил на основе структурно-термодинамической теории сольватации [5-7]. И в первую очередь здесь необходимо дать характеристику термодинамических параметров этого процесса на основе энтальпийной (АН) и энтропийной (AS) составляющих энергии Гиббса (AG).

Список сокращений и условных обозначений

Краун-эфир - КЭ

18-краун-6 -18К6 Криптанд - КР Криптанд [222] -К[222]

Циклодекстриы - ЦД Аминокислота - АК Глицин - Gly Алании - Ala Валин - Val Лейцин - Leu Изолейцин - Не Феиилаланин - Phe

Метионин - Met Пролин - Pro Гистидин - His

Тирозин - Туг Триптофан - Тгр Цистеин - Cys Аргинин - Arg Треонин - Thr Серин - Ser Глутамин - Gin Аспарагин - Asn Лизин - Lys Пептид - П глутаминовая кислота -Glu аспарагиновая кислота - Asp нуклеиновое основание - НО тимин - Thy урацил - Ura азаурацил - azaUra аденин - Ade цитозин - Cyt Кофеин - Caf молекула-"гостя" - МГ молекулярный электростатический потенциал - МЭСП

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

Впервые с позиций сольватационного подхода проведено обобщение большого массива экспериментальных данных, полученных соискателем или при его непосредственном участии, по термодинамике реакций образования молекулярных комплексов в водных растворах аминокислот, пептидов, карбоновых кислот, нуклеиновых оснований и макроциклических соединений.

1. При исследовании термодинамических характеристик гидратации модельных биологических (аминокислоты, пептиды) и макроциклических молекул (краун-эфиры, криптанд[222]) установлено, что существует взаимосвязь в изменениях термодинамических характеристик гидратации и взаимодействия «пептид-пептид» в воде,

- изученные краун-эфиры в воде проявляют гидрофобные свойства, и для их объемных свойств выполняется правило групповых вкладов структурных фрагментов молекул.

2. На основе термодинамических, рентгенографических и данных ЯМР-спектроскопии показано, что как в водном растворе, так и в кристаллическом состоянии, цвиттерионная амино группа является реакционным центром комплексообразования аминокислот (АК) и алифатических пептидов с 18-краун-6 в водном растворе. Обнаружено участие боковых полярных и алифатических групп только некоторых аминокислот в дополнительных взаимодействиях с макроциклическим кольцом.

3. Показано, что удлинение глицин- и аланин- содержащих молекул пептида способствует их комплексообразованию с 18-краун-6 вопреки одновременному усилению экзотермичности гидратации пептида. Это может быть связано с возрастанием роли процессов контролируемых энтропийной составляющей, особенно при гидратации молекулярных комплексов.

В отличие от краун-эфира 18-краун-б при взаимодействии АК с криптанд ом [222] в воде обнаружена дополнительная стабилизация комплекса за счет участия боковых полярных групп АК в процессе комплексообразования.

4. Анализ основных термодинамических характеристик реакций комплексообразования показал, что циклодекстрины (ЦД) проявляют способность более избирательно взаимодействовать с АК, чем 18-краун-6, образуя комплексы только с ароматическими АК. Причем для системы (3-ЦД+пептид установлена линейная зависимость энтальпии комплексообразования от энтальпии гидратации АК.

5. Впервые выделены в кристаллическом состоянии супрамолекулярные комплексы пептид/18-краун-6/вода и изучена их уникальная слоистая структура и физико-химические свойства. Обнаружено, что структура кристаллических комплексов состоит их чередующихся полярных и неполярных областей, а эффекты «молекулярного узнавания» проявляются как в растворах, так и в кристаллическом состоянии.

6. При взаимодействии карбоновых кислот с циклодекстринами экспериментально установлено, что комплекс включения реализуется в случае с аскорбиновой кислотой (аналогично, как с фенилаланином и триптофаном), а комплексы ЦД с лимонной кислотой образуются за счет взаимодействий между полярными группами молекулы-гостя и ОН-группами ЦД, находящимися на внешней стороне молекулы.

Показано, что слабые взаимодействия олигосахаридов с аскорбиновой кислотой характеризуются нарастанием экзотермичности процесса при переходе от моно- (глюкоза) к ди- сахаридам (сахароза) и далее к циклоамилозам (р-ЦД).

7. Показано, что в зависимости от природы аминокислот, их взаимодействие с основаниями нуклеиновых кислот характеризуется как слабое, сопровождающееся частичной дегидратацией молекул, или как сильное, приводящее к образованию ассоциатов. Для слабого взаимодействия цитозина с аминокислотами обнаружена зависимость энтальпии взаимодействия от гидратного состояния молекул АК.

Сделано предположение, что взаимодействие тимина и урацила с аминокислотами и глицинсодержащими олигопептидами локализовано вблизи заряженных групп АК и контролируется слабым кислотно-основным взаимодействием между цвиттерионными группами АК и боковыми группами (NH, СО) нуклеинового основания.

Выделены две группы АК, характер взаимодействия которых с пуриновыми основаниями (аденином и кофеином) различен. Для неполярных и алифатических АК преобладающим является эндотермический эффект их дегидратации, а для ароматических, полярных и заряженных АК -экзотермический эффект их взаимодействия с НО, приводящий в ряде случаев (Lys, His, Trp, Phe, Asp и Glu) к образованию комплексов. Таким образом, показано, что способность к комплексообразованию с аминокислотами у пуринов выше, чем у пиримидинов.

8. Обнаружено, что взаимодействия 18-краун-6 с основаниями нуклеиновых кислот являются слабыми и не сопровождаются комплексообразованием, в то время как ЦД избирательно взаимодействуют с основаниями нуклеиновых кислот. а-ЦД образует комплексы включения только с пиримидиновыми нуклеиновыми основаниями урацилом и цитозином, Р-ЦД - только с пуриновыми основаниями - аденином, кофеином. Кофеин вступает в комплексообразование как с а-, так и с р-ЦД.

На примере взаимодействия циклодекстринов с пиримидиновыми и пуриновыми основаниями впервые показана высокая избирательность комплексообразования, которая определяется прежде всего принципом структурного соответствия, а также наличием гидрофобной полости.

На основе сдвигов в ЯМР-спектрах протонов циклодекстринов предложены качественные критерии образования поверхностных комплексов (пиримидиновые основания) и соединений включения (пуриновые основания).

9. Полученные данные об энергетике молекулярного комплексообразования обладают предсказательной силой и позволяют прогнозировать термодинамические и структурные характеристики новых супрамолекулярных материалов (систем).

1. Педерсен Ч. Открытие краун-эфиров. // Новое в жизни, науке и технике. Сер. Химия. М.: Знание, 1989. № 1. - С.3-13.

2. Крам Д. Получение молекулярных комплексов типа «хозяин-гость»// Новое в жизни, науке и технике. Сер. Химия. М.: Знание, 1989. -№ 1. С. 13-45.

3. Лен Ж.-М. Супрамолекулярная химия масштабы и перспективы. // Новое в жизни, науке и технике. Сер. Химия. М.: Знание, 1989. - № 2. - С.3-36.

4. Lehn J.-M. Supramolecular chemistry scope and perspectives: molecules -supermolecules - molecular devices // J. Inclusion Phenom. - 1988. - V.6. - P.351-396.

5. Крестов Г.А. Термодинамика ионных процессов в растворах, Л: Химия. 1984. 272 с.

6. Белоусов В.П., Панов М.Ю. Термодинамика водных растворов неэлектролитов. Л.: Химия. Ленинградское отделение.- 1983. - 265 с.

7. Крестов Г.А., Виноградов В.И., Кесслер Ю.М. и др. Современные проблемы химии растворов. М.: Наука. 1986. - 354 с.

8. McMillan W.G., Mayer J.E. The statistical thermodynamics of multicomponent systems // J. Chem. Phys. 1945. - Vol.13. - № 7. - P.276 - 285.

9. Cheek P.J., Lilley Т.Н. The enthalpies of interaction of some amides with urea in water at 25°C.// J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1988. Vol. 84. - N 6. - P. 19271940.

10. Kulikov O.V., Zielenkiewicz W., Krestov G.A. Enthalpy parameters for interaction of small peptides with 18-crown-6 and aza-18-crown-6 in water at 25 С //J. Solut. Chem. 1995. - Vol.24. - №11. -P.1155 - 1170.

11. Pedersen C.J. Crystalline complexes of macrocyclic polyethers with thiourea д and related compounds // J. Org. Chem. 1971. - Vol. 36. - № 12. - P. 16901693.

12. Harkema S., Hummel G.J. van, Daasvath K., Reinhoudt D.N. Complexes of crown ethers and neutral molecules; synthesis and crystal structure of a urea 18-crown-6 (5:1) complex // J. Chem. Soc. Chem. Commun. 1981. - №8. - P. 368369.

13. Pears D.A., Stoddart J.F., Fakley M.E., Allwood B.L., Williams G./ Acta crystallogr. C. 1988,- V. 44. - №8.- P.1426-1430.

14. Ha Y.L., Chakraborty A.K. Nature of the interactions of 18-crown-6 with ammonium cations: A computational study // J. Phys. Chem. 1992. - Vol. 96. -№15.- P. 6410 - 6418.

15. Dietrich В., Kintzinger J.-P., Lehn J.-M., Metz В., Zahidi A. Stability, molecular dynamics in solution, and X-ray structure of the ammonium cryptate NH4+ <z 2.2.2.PF67/ J. Phys. Chem. 1987.- Vol.91. - №27,- P. 6600-6609.

16. Бондарева H.B., Садименко Л.П., Богдасаров K.H. Полярографическое изучение комплексов 18-краун-6 с ионом аммония в различныхрастворителях // ЖНХ 1994. - Т. 39. - №1. - С. 127-129.

17. Hamman S., Salon М.С., Beguin С./ Org. Magn. Reson. 1982. - Vol. 20. -№2. - P.78.

18. Danil de Namor A.F. Thermodynamics of host-quest inetractions: solubility enhancements // Pure and Appl. Chem. 1990. - Vol. 62. - №11.- P. 2121-2125.

19. Danil de Namor A.F, Ritt M.-C, Lewis D.F.V, Schwing-Weill M.J, Arnaud-Neu F. Solution thermodynamics of amino acid 18-crown-6 and amino acid-cryptand 222 complexation reactions// Pure and Appl. Chem. - 1991. - Vol. 63. -№10.- P. 1435-1438.

20. Яцимирский К.Б, Бидзиля B.A, Головкова Л.П. Комплексы краун-эфиров с аминокислотами и пептидами // Тез. доклад. 15Всес. Чугаев. Совещ. по химии компл. соединений, Киев. 1985. - 3-6 сент. часть 1. - С. 173.

21. Kulikov O.V, Zielenkiewicz W, Krestov G.A. Enthalpies of interaction of some amino acids and peptides with crown ethers in water at 25 С.// Thermochim. Acta.- 1994. V. 241.- P. 1-16.

22. Бородин B.A, Козловский E.B, Васильев В.П. Обработка результатов калориметрических исследований на ЭЦВМ при изучении сложных равновесий в растворах//ЖНХ. 1982.- Т.27. - №9.- С.2169 - 2178.

23. Васильев В.П, Шеханова Л.Д. Калориметрическое определение теплоты ионизации воды в присутствии различных электролитов. // ЖНХ. 1974. -Т.19. - № 11.- С.2969 - 2974.

24. Pedersen C.J. Cyclic polyethers and their complexes with metal salts // J. Amer. Chem. Soc. 1967. - Vol.89. - № 26. - P.7017-7036.

25. Куликов O.B, Лаптев П.В. Серия. Термодинамические характеристики гидратации аминокислот и пептидов, рассчитанные на основе сфероцилиндрической модели масштабной частицы. 1. Теория. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 1997. - Т.40. - № 4. - С.53-59.

26. Лапшев П.В. Термодинамические характеристики и закономерности взаимодействия аминокислот и пептидов с основаниями нуклеиновых кислот, их производными и (З-циклодекстрином в воде: Дис. канд. хим. наук. Иваново. 1998. 151 с.

27. Rodante F. Thermodinamics of the "standard" a-amino acids in water at 25°C.// Thermochim. acta. 1989. - Vol. 149. - P. 157-171.

28. Nozaki Y., Tanford C. The solubility of amino acids and two glycine peptides in aqueous ethanol and dioxane solutions. Establishment of a hydrophobicity scaleл //J. Biol. Chem. 1971. - Vol.246. - P.2211 - 2217.v

29. Старобинец Г.Jl., Капуцкий Ф.Н., Юркштович Т.А., Борщенская Т.И. Оценка энергии Гиббса переноса а-аминокислот из воды в водно-этанольные растворы. //ЖФХ. 1996,- Т.70. № 7. - С.1307-1310.

30. Meirovitch Н., Rackovsky S., Scheraga Н.А. Empirical studies of hydrophobicity. 1. Effect of protein size on the hydrophobic behavior of amino acids. // Macromolecules. 1980. - Vol.13. - P.1398-1405.

31. Pratt L.R. Theory of hydrophobic effects. // Annu. Rev. Phys. Chem. 1985. -Vol.36. - P.433-449.

32. Badelin V.G., Kulikov O.V., Vatagin V.S., Utzig E. Physico-chemical properties of peptides and their solutions // Thermochim. acta. 1990. - Vol.169. -P.81 -93.

33. Kulikov O.V., Zielenkiewicz A., Zielenkiewicz W. et al. Excess enthalpies of aqueous solutions of small peptides at 25°C // J. Solut. Chem. 1993. Vol.22. - № 1. - P.59 - 75.

34. Тищенко Г.Н. Строение линейных и циклических олигопептидов в кристаллах. // В сб.: Итоги науки и техники, Кристаллохимия. ВИНИТИ, 1979.-Т. 13.-С. 189-249.

35. Смоляр А.Е., Абрамов А.Р., Наримбеков О.А., Шахтинский Т.Н. Квантовохимическое исследование кристаллических и пептидных структур ряда а-аминокислот. Азерб. химич. журнал, 1984. - № 2. - С. 42-47.

36. Пономарев В.В. Некоторые закономерности в теплотах горения аминоксилот // ЖФХ 1962. - Т. 32. - № 7. - С. 1472-1476.

37. Berlin Т., Pallansch M.J. Densities of several proteins and L-amino acids in the dry state // J. Phys. Chem. 1968. - V. 72. - № 6. - H. 1887-1889.

38. Карплус M., Росски П. / в кн. : Вода в полимерах. Под ред. Роуленда С. // М.: Мир, 1984.-С. 31-50.

39. Nichols N., Skold R., Spink С., Suurkuusk J., Wadso I. Additivity relationships for the heat capacities of non-electrolites in aqueous solutions // J. Chem. Thermodyn.- 1976.-V. 8. -№ ll.-P. 1081-1093.

40. Guthrie J.P. Additivity schemes permitting the estimation of partial molar heat capacities of organic compounds in aqueous solutions // Canad. J. Chem. 1977. -V. 55.-№21.-P. 3700-3706.

41. Rao M.V.R., Atreyi M., Rajeswari M.R. Estimation of partial molar volumes of aamino acids in water // J. Chem. Soc. Farad. Trans. I. 1984. - V. 80. - № 8. -P. 2027-2032.

42. Cabani S., Conti G., Matteoli E., Tani A. Apparent molal heat capacities of organic compounds in aqueous solutions. III. co-amino acids aand related compounds // J. Chem. Soc. Farad. Trans. I. 1977. - V. 73. - P. 476-486.

43. Wadi R.K., Natarjan M. Solvation properties of amino acids and peptides in aqueous solutions: volumetric studies // J. Sci. Ind. Res. 1984. - V. 43. - № 7. -P. 380-387.

44. Ahluwalia J.C., Ostigug C., Perron G., Desnoyers J.E. Volumes and heat \ capacities of some amino acids in water at 25°C // Canad. J. Chem. 1977. - V.v55.-P. 3364-3367.

45. Ahluwalia J.C. Thermodinamics of hydrophobic hydration // J. Indian Chem. Soc.- 1979.-V.-56.-P. 115-125.

46. Lilley Т.Н. In: Chemistry and biochemistry of the amino acids / Ed. by Barrett G.C. // New York, Chapman and Hall. 1985. - P. 591-624.

47. Wadi R.K., Natarjan M. Solvation properties of amino acids and peptides in aqueous solutions: volumetric studies // J. Sci. Ind. Res. 1984. - V. 43. - № 7. -P. 380-387.

48. Cabani S., Conti G., Matteoli E., Tine M.R. Volumetric properties of amphionic molecules in water. 1. Volume changes in the formation of zwitterionic structures // J. Chem. Soc. Farad. Trans. I. 1981. V. 77. - P. 2377-2384.

49. Millero F.J., Lo Surdo A., Shin C. The apparent molal volumes and adiabatic compressibilitits of aqueuos amino acids at 25°C // J. Phys. Chem. 1987. - V. 82. -№ 7.-P. 784-792.

50. Jolicoeur C., Boileau J. Apparent molal volumes and heat capacities of low molecular weight peptides // Canad. J. Chem. 1978. V. 56. - P. 2707-2713.

51. Kirkwood J.G. Dielectric polarization of polar liquids // J. Chem. Phys. 1939. -V. 7.-P.911 -916.

52. Kirkwood J.G. In: Proteins, amino acids and peptides as ions and dipolar ions / CohnE.J. Edsale J.T.//Reinhold Publ. Corp,N.Y., 1943.-P. 276-303.

53. Gucker F.T., Jr., Allen T.W. The densities and specific heats of aqueous solutions of DL-a-alanine, |3-alanine and lactamide // J. Amer. Chem. Soc. 1942. -V. 64.-№2.-P. 191-199.

54. Gucker F.T., Jr., Haag R.M. The compressibility of solutions. II. An ultrasonic study of aqueous solutions of some simple amino acids and their uncharged isomers at 25°C // J. Acoust. Soc. Amer. 1953. - V. 25. № 3. - P. 470-479.

55. Yayanos A.A. Apparent molal volume of glycine, glycolamide, alanine, lactamide and glycylglycine in aqueous solutions at 25°C and high pressures // J. Phys. Chem.- 1972.-V. 76.-№ 12.-P. 1783-1792.

56. Leyendekkers J.V. Solutions of organic solutes. 1. Volume and compressibility of amino acids // J. Phys. Chem. 1986. -V. 90. - № 21. - P. 5449-5455.

57. Mishra A.K., Ahluwalia J.C. Enthalpies, heat capacities and apparent molal volumes of transfer of some amino acids from water to aqueous t-butanol // J. Chem. Soc. Farad. Trans. I. 1981. -V. 77. -P. 1469-1483.

58. Cabani S., Conti G., Matteoli E. Heat capacities of hydration of saturated uncharged organic compounds at 25°C // J. Chem. Soc. Faraday Trans. I., 1978. -V. 74,-№9.-P. 2408-2417.

59. Boij M., Somsen G. Hydrophobicity of amino-acid molecules. Solvation of amino acid hydrobromides in mixture of water and N,N-dimethyl formamide // J. Chem. Soc. Faraday Trans. I, 1982. V.78. - № 9. - P. 2851-2860.

60. Dyke S.H., Hedwig G.R., Watson I.D. Relative partial molar enthalpies and apparent molar volumes of dipeptides in aqueous solutions // J. Solut. Chem., 1981.-V. 10. № 5. - P. 321-331.

61. Kumaran M.K., Hedwig G.R., Watson I.D, The relative partial molar enthalpies and apparent molar volumes of aqueous solutions of L-alanyl-glycine and of DL-alanylglycine // J. Chem. Thermodyn., 1982. V. 14. - № 1. - P. 93-97.

62. Wegrzyn T.F, Hedwig G.R. Excess enthalpies of aqueous solutions of (urea + one of four dipeptides) // J. Chem. Thermodyn, 1984. V. 16. - № 9. - P. 843850.

63. Savage G.G, Wood R.H. // J. Solut. Chem. 1976. - Vol.5. - P.733. 75.Shahidi F, Farrell P.G. Partial molar volumes of organic compounds in water. VI. a, co-diaminoalkane hydrochlorides // J. Solut. Chem. 1978. - Vol.7. - P.549 -559.

64. Zielenkiewicz W, Kulikov O.V, Krestov G.A. Excess enthalpies of aqueous solutions of small peptides at 308.15 and 318.15 K. Characteristics of solute-solute-itinteractions. // Bull. Pol. Acad. Sci. Chem. -1992. Vol.40. - № 4. - P.293 - 305.

65. Ben-Naim A. // Hydrophobic interactions. N.Y.: Plenum press, 1980. P.311.

66. Nemethy G, Scheraga H.A. The structure of water and hydrophobic bonding in proteins. III. The thermodynamic properties of hydrophobic bonds in proteins // J. Phys. Chem. 1962. - Vol.66. - P. 1773 - 1789.

67. Bonincontro A., Gametti C. // Ztschr. Naturforsch. A. 1974. Bd. 29. S.1834.

68. Garfinkel D, Edsall I.T. Raman spectra of amino acids and related compounds. X. The Raman spectra of certain peptides and lysozyme // J. Amer. Chem. Soc. -1958.-Vol.80.-P.3818 3823.

69. Куликов O.B, Баделин В.Г., Крестов Г.А. Особенности гидратации и межмолекулярных взаимодействий в растворах дипептидов, // ЖФХ. 1991.- Т.65. С.2389 - 2396.

70. Куликов О.В, Баделин В.Г, Крестов Г.А. Термодинамическое и спектроскопическое исследование межмолекулярной ассоциации в водных растворах дипептидов // Биофизика. 1991. - Т.36. - № 3. - С.394-398.

71. Matsumoto M., Amaya К. The heats of solution of optically active amino acids, the corresponding racemic amino acids, and their derivatives in water // Bull. Chem. Soc. Jap. 1983. - Vol.56. - № 8. - P.2521 - 2522.

72. Barone G., Castronuovo G., Del Vecchio P. et al. Chiral recognition between enantiometric a-aminoacids. A calorimetric study at 25°C // J. Solut. Chem. -1989.-Vol.18. P.1105 - 1109.

73. Овчиников Ю.А., Иванов B.T., Шкроб A.M., Мембрано-активные комплексоны. М.: "Мир", 1986. 463с.

74. ХираокаМ., Краун-соединения, М. «Мир», 1986. 363 с.

75. Педерсен Ч.Д., Френсдорф Ф.К. Макроциклические полиэфиры и их комплексы // Успехи химии. 1973. - т.42. - №3. - С. 493 - 497.

76. Gokel G.W. Crown Ethers and Cryptands: Stoddard J.F. Ed.; Monographs in Supramolec. Chem.; The Royal Soc. of Chem. 1991. - 190 p.

77. Weber E., Vogtle F., Host Guest Complex Chem. 1: Crown type compounds -an introdyctory overview, Ed. Vogtle F., Berlin e.a.: Springer. 1981. - P. 1-41.

78. Баскаков А.А., Варнек А.А., Цирельсон В.Г., Озеров Р.П. Программа расчета молекулярного электростатического потенциала на основе прямого интегрирования уравнения Пуассона // Ж. структ. химии. 1984. - Т. 25. -№4,- С.135-136.

79. Poonia N.S., Bajaj A.V. Coordination chemistry of alkali and alkaline earth cations // Chem. Rev. 1979. - Vol.79. - №5. - P. 389-445.

80. Цивадзе О.Ю., Варнек A.A., Хуторский B.E., Координационные соединения металлов с краун-лигандами. М.: Наука. 1991.- 397 с.

81. Стрельцова Н.Р., Варнек А.А., Глебов А.С., Вельский В.К./ Проблемы кристаллохимии, М. «Наука». 1989. - С. 47-84.

82. Perrin R., Decoret С., Bertholon G., Lamertine R. Comparaison des conformations a l'etal solide et a l'etat fluide Tether 18-couronne-6 non complexe on hexaoxa-1.4.7.10.13.16 cyclooctadecane // Cr. Acad. Sci. 1982. - V. 294. -Ser. 2. - P.75 - 78.

83. Perrin R., Decoret C., Bertholon G., Lamertine R. Conformations in different physical states and molecular catalyst properties of 18-crown-6 or 1,4,7,10,13,16-hexaoxacyclooctadecane. // Nouv. J. Chim. 1983. - V. 7. - № 4. - P. 263.

84. Wipff G., Weiner P., Kollman P. A molecular mechanics atudy of 18-crown-6 ^ \ and its alkali complexes: An analysis of structural flexibility, ligand specificity,and the macrocyclic effect// J. Amer. Chem. Soc. 1982. - V. 104. - № 12. - P. 3249-3259.

85. Lukyanenko N.//Janssen Chim. Acta. 1991. - Vol. 9. - P.3.

86. Verboom W. and all. Molecular recognition by artifical receptors // Pure and Appl. Chem. 1994. - Vol. 66. - №4. - P. 679 - 683.

87. Варнек А.А., Озерова H.P., Озеров Р.П., Загорец П.А. Анализ процесса комплексообразования краун-эфиров на основе распределения электростатического потенциала // Координационная химия. 1986. - Т. 12.1. V12. С.1599-1603.

88. HaY.Z, Chakraborty A.K./J. Phys. Chem. 1991,- Vol.95. - №26.- P. 10781.

89. Pelc H.W., Hempelmann R., Prager M., Zeidler M.D., Ber. Bunsenges. Dynamics of 18-crown-6 enter in aqueuos solution studied by quasielastic neutron scattering//Phys. Chem. 1991,- V.95.- №5,- P.592 - 596.

90. Miyazaki Y., Matsuura H./ Bull. Chem. Soc. Jpn., 1991. V. 64. - №1. - P. 288.

91. Majumdar A. A., Gupta A.R. Complexation of hydrogen ions with 18-crown~6 in aqueous solutions // Indian J. Chem. 1986. - Vol. A25. - № 9. - P. 861 - 867.

92. Lehn J.-M., Sauvage J.P. Cation and cavity selectivites of alkali and alkaline-earth "cryptates" // Chem. Commun. 1971. - № 9. - P. 440-441.

93. Geue R., Jacobson S.H., Pizer R. Cryptand conformational analysis and its mechanistic implications molecular mechanics calculations on cryptands 111. and [222] // J. Amer. Chem. Soc. 1986. - Vol. 108. - № 6. - P. 1150 - 1156.

94. Izatt R.M., Bradshaw J.S., Nielsen S.A., Lamb J.D., Christensen J.J., Sen D. Thermodynamic and kinetic data for cation-macrocycle interaction // Chem. Rev. -1985. Vol. 85. - P. 271 -274.

95. Auffmger P., Wipff G. Hydration of the 222 cryptand and 222 cryptates studied by molecular dynamics simulationns // J. Amer. Chem. Soc. 1991. - Vol. 113,- №16.- P. 5976- 5979.

96. Eggers F., Funck Т., Richmann K.H. Solvation and conformation relaxation kinetics of cryptand 222 // J. Phys. Chem. 1987. - Vol. 91. - №7. - P. 1961 -1963.

97. Wipff G., Kollman P. Molecular mechanical calculations on a macrocyclic receptor: the 222 cryptand and its alkali complexes // Nouv. J. Chim. 1985. -Vol.9. - №7,- P. 457 - 501.

98. Arnaud-Neu F., Spiess В., Schwing-Weill M.J./ J. Chem. Res. Synop. 1982. - №1. - P.10.

99. Cox B.G., Knop D., Schneider H. Kinetics of the protolysis of cryptands in basic aqueous solution // J. Amer. Chem. Soc. 1978. - Vol. 100. - № 19. - P. 6002-6007.

100. Burns J.H., Baes C.F. Stability quotients of some lanthanide cryptates in aqueous solutions //J. Inorg. Chem. 1981. - № 2. - V.20. - P. 616-619.

101. Anderegg G./ Helv. Chim. Acta. 1975. - V. 58. - P. 1218.

102. Anderegg G. The stability of divalend 3d and trivalent 4f- metal complexes with diazapolyoxa macrocyclic ligands // Helv. Chim. Acta. - 1981. - № 6. - Vol. 64,- P. 1790-1795.

103. Morel-Desrosiers N., Morel J.-P. Standard volume of complexation of alkali chlorides by cryptand 2.2.2. in water // Nouv. J. Chim. 1979. - V. 3. - P. 539 -542.

104. Zielenkiewicz W., Kulikov O.V., Kulis-Cwikla I. Excess enthalpies and apparent molar volumes of aqueous solutions of crown ethers and cryptand(222) // J. of Solut. Chem. 1993. - Vol. 22. - №11. - P. 963 - 973.

105. Bender M.L., Komiyama M., Cyclodextrin Chemistry, Springer Verlag, Berlin, 1978.

106. Connors К.А./ Chem. Rev. 1997. V. 97. - P. 1325.

107. Дюга Г., Пенни К., Биоорганическая химия, М.: Мир. 1983. - 512с.

108. Lichtenthaler F.W., Immel S. On the hydrophobic characteristics of cyclodextrins: computer-aided visualization of molecular lippophilicity patterns //Liebig's Ann. 1996. - V. 1. - P. 27 - 38.

109. Cramer F., Saenger W., Spatz H.-Ch./ J.Amer. Chem. Soc. 1967. - V.89. -P. 14.

110. Saenger W. Structure acpects of cyclodextrin inclusion compaunds // Prog. 1 Int. Symp. Cyclodextrins, Budapest, 1981. P. 141.

111. Lipkowitz K.B., Green K., Yang J.-A. Structural characteristics of cyclodextrins in the solid state. // Chirality, 1994. V. 4. - №4. - P.205.

112. Chacko К. K., Saenger W. Topography of Cyclodextrin Inclusion Complexes.//J. Amer. Chem. Soc. 1981. - Vol. 103.- №7. - P.1708 - 1711.

113. Jozwiakowski M. J., Connors K. A. Aqueous solubiliti behavior of three cyclodextrins. // Carbohydr. Res. 1985. - Vol. 143. - P. 51 - 55.

114. Wiedenhof N., Lammers J. N. J. J. Properties of cyclodextrin. Part I. Solubility measurements // Carbohydr. Res. 1967. - №4. - P. 318-325.

115. Wiedenhof N., Lammers J. N. J. J. Properties of cyclodextrin. Part II. Preparation of a stable (3-cyclodextrin hydrate and determination of its water content and enthalpy of solution in water from 15-30° // Carbohydr. Res. 1968. -№7. - P.l-6.

116. Koschmidder M., Uruska I. Influence of inorganic ions on the enthalpies of solution of (3-cyclodextrin in aqueous solutions// Thermochim. Acta. 1994. -Vol.233. - №2,- P. 205-210.

117. Bilal M., de Brauer C., Claudy P., Germain P., Letoffe J. M. (3-cyclodextrin hydration: calorimetric and gravimetric study // Thermochim. Acta. 1995. - V. 249. - P. 63 - 67.

118. Miyajuma K., Sawada M. Viscosiy B-coefficients, apparent molar volumes and activity coefficients for a- and y-cyclodextrins in aqueous solutions // Bull. Chem. Soc. Jap. 1983. - Vol. 56. - №12. - P. 3556 - 3560.

119. Zinert W., Margl P., Renz F./ Chem Phys. 1992,- V.161.- №3,- P. 327.

120. French D., Levine M. L., Pazur J. H., Norberg E. Studies on the schardinger dextrins. The preparation and solubility characteristics of alpha, beta and gamma dextrins // J. Amer. Chem. Soc. 1949. - Vol. 71. - P. 353 - 356.

121. Gelb R.I., Schwartz L.M., Bradshaw J.J., Laufer D.A., / Bioorg. Chem. -1980. №9. - P. 299.

122. Bako I., Jicsinsky L.// J. Inclusion Phenom. Mol. Recognit. Chem. 1994. -V. 18.- P. 275.

123. Van Etten R.L., Sebastian J.F., Clowes G.A., Bender M.L. The mechanism of the cycloamylose-accelerated cleavage of phenyl esters // J. Amer. Chem. Soc. -1967. Vol. 89. - № 13. - P. 3253-3262.

124. Uno В., Kaida N., Kawakita Т., Капо К., Kubota Т. Spectroscopic study of hydrophobic interaction of heterocyclic amine N-oxide wioth cyclodextrins// Chem. andPharm. Bull. 1988. - V.36. - № 10. - P. 3753-3759.

125. Ramamurthy V., Eaton D.F. Photochemistry and photophysics within cyclodextrin // Acc. Chem. Res. 1988. - V. 21. - № 8. - P. 300-306.

126. Cox G.S, Hauptmann P.J, Turro N.J.// Photochem. Photobiol. 1984. -V.39. - P. 597.

127. Breslow R, Campbell P.// J. Amer. Chem. Soc. 1969. - V.91. - P. 3085.

128. Saenger N, Noltemeyer M, Manor P.C, Hingerty B, Klar E.B.// Bioorg. Chem. 1972. - №5.- P. 187.

129. Maheswaran M.M, Divakar S. Applications of cyclodextrins in organic syntheses. // J. Sci. and Ind. Res. 1994. - V. 53. - №12. - P. 924.

130. Cabral Marques H.M. / Rev. Port. Farm. 1994. - V. 44,- №2. - P. 85.

131. Hedges A.R. // Chem. Rev. 1998. - №5. - P. 2035.

132. Blenford D. Fully protected // Food Flavour. Ingred. Process and Packag. -1986,- Vol.8.- №7.- P. 43 45.

133. Uekama K, Hirayama F, Irie T. Cyclodextrin drug carrier systems // Chem. Rev. 1998. - №5. - P. 2045 - 2048.

134. French R.N, Criss C.M. Effect of solvent on the partial molal volumes and heat capacities of nonelectrolytes // J. Solut. Chem. 1981. Vol.10. - P.713-740.

135. Leslie Т.Е., Lilley Т.Н. Aqueous solutions containing amino acids and peptides. Part 20. Volumetric behavior of come terminally substituted amino acids and peptides at 198.15°K//Biopolymers. 1985.- Vol.24. - P.695 - 698.

136. Friedman H.L, Krishnan C.V. In: Water, a comprehensive treatise / Ed. by Frank S.E. // Plenum press: New York, 1977. Vol.3. - Chap. 1.

137. Miyajima K, Mukaj T, Nakagaki M. Activity coefficients of dimethyl-cyclodextrin in aqueous solution.// Ibid. 1986. Vol.59. - № 2. - P.643-644.

138. Nippon K.H. // J. Chem. Soc. Jap.: Chem. and Industr. Chem. 1983. № 2. -P.188-194.

139. Briggner L.-E., Wadso I. Heat capacities of maltose, maltotriose, maltotetroxand a-, (3- and y-cyclodextrin in the solid stabe and in dilube aqueous solution.//J. Chem. Thermodyn. 1990.- Vol.22. - P.1067-1074.

140. Куликов O.B., Терехова И.В. Термодинамика комплексообразования аминокислот, содержащих различные функциональные группы, с 18-краун-6 в воде. // Координационная химия. 1997. - Т.23. - № 12. - С.946-949.

141. Куликов О.В., Терехова И.В. Термодинамика комплексообразования аминокислот и пептидов, содержащих неполярные боковые группы, с 18-краун-6 в воде. // Координационная химия. 1998. - Т.24. - № 5. - С.395-399.

142. Мецлер Д. Биохимия. М.: Мир. 1980. Т.1. - 407 с.

143. Bang Е., Jung J.-W., Lee W., Lee D, W., Lee W. Chiral recognition of (18-crown-6)-tetracarboxylic acid as a chiral selector determined by NMR spectroscopy//J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2. 2001. - P.1685 - 1690.

144. Sinha J.K., Srivastava S.C. Hydration number in aqueous solutions of some amino acids using ultrasonic method // Indian J. Phys. 1984. V. 58 B. - P.88 - 93.

145. Гюнтер X. Введение в курс спектроскопии ЯМР. Пер. с англ. М.: Мир. 1984.478 с.

146. Терехова И.В. Термодинамическая характеристика взаимодействий аминокислот и пептидов с некоторыми краун-соединениями и циклодекстринами в водном растворе: Дис. . канд. хим. наук. Иваново: ИХР РАН, 2000. 143 с.

147. Васильев В.П., Бородин В.А., Козловский Е.В. Применение ЭВМ в химико-аналитических расчетах. М.: Высш. школа. 1993. 112 с.

148. Kulikov О.V., Zielenkiewicz A., Zielenkiewicz W., Badelin V.G., Krestov G.A. Excess enthalpies of aqueous solutions of small peptides at 25 C. // J.Solut.Chem. 1992, -Vol.21. -N10. -P. 1-17.

149. Куликов O.B., Терехова И.В. Термодинамические особенности взаимодействия дипептидов с макроциклическим эфиром 18-краун-6 в воде.// Координационная химия. 1998,- Т.24. - №11.- С.878-880.

150. Kulikov О. V., Krestov G.A. Thermodynamic and mechanism of complexation of peptides with 18-crown-6 in water // Pure and Appl. Chem. 1995. V.67. - № 7. - P. 1103 - 1108.

151. Куликов O.B., Терехова И.В. Термодинамические особенности взаимодействия дипептидов с макроциклическим эфиром 18-краун-6 в воде. // Изв. РАН. Сер. хим. 1999. № 12. - С.2285-2288.

152. Booij М., Somsen G. Hydrophobicity of amino-acid molecules. Solvation of amino-acid hydrobromides in mixtures of water and NN-dimethylformamide. // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1982. - Vol.78. - P.2851 - 2854.

153. Okazaki M., McDowell C.A. High-resolution solid-state 13C CPMAS NMR spektra of some P-cyclodextrin indusion complexes with nitriles // Chem. Phys. Lett. 1983. - Vol.102. - № 1. - P.20-24.

154. Yoshio I., Takeniro О. A C-N.M.R. Study of the formation and molecular dynamics of cycloamylose inclusion-complexes with aromatic amino acids // Carbohydr. Res. 1982,- Vol.101. - № 2. - P.187-195.

155. Fuller E.J. Catalysis by catechol monoanion // J. Amer. Chem. Soc. 1963. -Vol. 85. - № 12. - P. 1777-1781.

156. Bergeron R.J., Rowan R./ Bioorg. Chem. 1976. - №5. - P. 425.

157. Inoue Y., Miyata Y. Formation and molecular dynamics of cycloamylose inclusion complexes with phenylalanine // Bull. Chem. Soc. Jap. 1981. - Vol. 54. - №3. - P. 809-816.

158. Inoue Y, Okuda Т., Miyata Y./ Carbohydr. Res. 1982. - V.101. - №2. - P. 187.

159. Inoue Y., Okuda Т., Miyata Y., Chujo R. N.M.R. studies of cycloamylose inclusion-complexes witn p-substituted phenols // Carbohydr. Res. 1984. - V. 125.- №1.- P. 65 - 72.

160. Takahashi Sh.-i, Suzuki E.-i., Nagashima N. NMR atudy on inclusion complexes of L-phehylalanine and aspartame with cyclodextrins in aqueous solution // Bull. Chem. Soc. Jap. 1986. - Vol. 59. - №4. - P. 1129 - 1134.

161. Dodziuk H., Nowinski K. Structure of cyclodextrins and their complexes. Part 2. Do cyclodextrins have a rigid truncated-come structure? // J. Mol. Struct. -1994,- V. 304,- P. 61 -66.

162. Lipkowitz K.B. Structural characteristies of cyclodextrins in the solid state // J. Org. Chem. 1991. - Vol. 56. - P. 6357 - 6361.

163. Komiyama M., Bender M.L. Thermodynamic studies of the cyclodextrin -accelerated cleavage of phenyl esters // J. Amer. Chem. Soc. 1978. - Vol. 100. -№ 14. - P. 4576-4579.

164. Cramer F., Kampe W. Inclusion compounds. XVII. Catalysis of decarboxylation by cyclodextrins. A model reaction for the mechanism of enzymes //J. Amer. Chem. Soc. 1965. - Vol. 87. - № 5. - P.l 115-1120.

165. Ross P.D., Rekharsky M.V. Thermodynamics of hydroden bond and hydrophobic interactions in cyclodextrin complexes // Biophys.J. 1996. - V. 71. - P. 2144-2147.

166. Cramer F.// Angew. Chem. 1967. -V. 73. - P. 49.

167. Liu L., Guo Q.-X. Novel Prediction for the Driving Force and Gyest Orientation in the complexation of a- and (3- Cyclodextrins.// J. Phys. Chem. B. -1999. Vol.103. - №17. - P. 3461 - 3467.

168. Lewis E.A., Hansen L.D. Thermodynamics of binding of guest molecules to a- and P-cyclodextrins. // J. Chem. Soc. Perkin Trans II. 1973. - P. 2081.

169. Rekharsky M.V., Mayhew M.P., Goldberg R.N., Ross P.D., Yamashoji Y. // J. Phys. Chem. B. 1997. - V. 101. - P. 87.

170. Paduano L., Sartorio R., Vitagliano V., Castronuovo G. Calorimetric and diffiisional behaviour of the system a-cyclodextrin L-phenylalanine in aqueous solution // Thermochim. Acta. - 1990. - Vol. 162. - P. 155 - 159.

171. Cooper A., MacNicol D.D. Chiral host-quest complexes: interaction of a-cyclodextrin with optically active benzene derivatives // J.Chem. Soc. Perkin Trans II.- 1978.-№8.-P.760-763.

172. Matsuyama K., El.-Gizawy S., Perrin J.M.// Drug Dev. and Ind. Pharm. -1987. V. 13,- №15,- P. 2687.

173. Qi Zh.H., Мак V., Diaz L., Grant D.M, Chang Ch.-j./ J. Org. Chem. 1991.- Vol. 56,- P. 1537.

174. Kulikov O.V., Lapshev P.V. Interactions of (3-cyclodextrin with nonpolar and aromatic amino acids in water. // Mendeleev Commun. 1996. - Vol.6. - P.255-256.

175. Терехова И.В., Лаптев П.В., Куликов O.B. Термодинамический анализ селективного взаимодействия а- и Р -циклодекстринов с ароматическими аминокислотами в воде. //ЖФХ. 2000. - Т. 74. - № 11. - С.2011 - 2013.

176. Терехова И.В., Куликов О.В. Взаимодействие неароматических аминокислот с циклодекстринами в водном растворе. // ЖОХ. 2002. - т.72.- вып. 7.- С.1165 1167.

177. Schneider H.-J., Hacket F, Rudiger V., Ikeda H. NMR studies of cyclodextrins and cyclodextrin complexes // Chem. Rev. 1998. - Vol. - 98. - P. 1755 - 1758.

178. Johnson Le Roy F., Jankowski W.C. Carbon-13 NMR Spectra. A Collection of Assigned Coded and Indexed Spectra.// A Wiley-Interscience Publication, 1972.

179. Simova S., Schneider H.-J. NMR analyses of cyclodextrin complexes with substituted benzoic acids and benzoate anions // J. Chem. Soc. Perkin Trans.2. -2002 .-P. 1717-1721.

180. Moozyckine A.U, Bookham J.L, Deary M.E, Davies D.M. Structure and stability of cyclodextrin inclusion complexes with the ferrocenium cation in aqueous solution: lHNmr studies // J. Chem. Soc, Perkin Trans.2. 2001 . - P. 1858 - 1863.

181. Kuan F.-H, Inoue Y, Miyata Y, Chuj R. A 'H NMR study of the formation and structure of cyclomalto-hexaose and heptaose and inclusion complexes with aromatic amino acids in aqueous solution // Carbohydr. Res. - 1985. - Vol. 142. -P. 329 - 332.

182. Grigera J.R, Caffarena E.R, S.de Rosa. Computer simulations of the cyclodextrin-phenylalanine complex // Carbohydr. Res. 1998. - V. 310. - № 4. -P. 253-259.

183. Hedwig G.R, H0iland H. Thermodynamic properties of peptide solutions. 9. Partial molar isentropic pressure coefficients in aqueous solutions of sequence isomeric tripeptides with a single -CH3 side-chain. // J. Chem. Thermodyn. -1993.-Vol. 25.-P. 349.

184. Wegrzyn T.F, Hedwig G.R. Excess enthalpies of aqueous solutions of (urea + on of four dipeptides) // J. Chem. Thermodyn. 1984. - V. 16. - № 9. - P. 843 -846.

185. Zinert W, Margl P, Renz F. Solute-solvent interactions between cyclodextrin and water: a molecular mechanical study // Chem. Phys. 1992. - V. 161.-P. 327 - 330.

186. Liu L, Guo Q.-X. Novel prediction for the driving force and quest orientation in the complexation of a- and |3-cyclodextrins with benzene derivatives J. Phys. Chem. 1999. - Vol. 103. - P. 3461 - 3464.

187. Kulikov O.V, Zielenkiewicz W. Utzig E, Krestov G.A. Complexation of peptides with crown ethers. Part 1. Composition and thermal behaviour ofcompounds consisting of oligopeptides and some crown ethers. // Thermochim. acta. 1993.- Vol.213. - P.103-113.

188. Куликов O.B., Корнилова Н.Ю. Термодинамические свойства суирамолекулярных комплексов аминокислот и пептидов с 18-краун-6 и криптандом(222). // ЖФХ. 1996,- Т.70. - №12.- С.2119-2122.

189. Kulikov О.V., Zielenkiewicz W., Utzig E. Complexation of peptides with crown ethers.Part 2. Thermokinetic behaviour of hydrated compounds consisting of a-amino acids, peptides and 18-crown-6. // Thermochim. acta. 1994. -Vol.237. -P.333-345.

190. Yin C.-M., Kong Y.-H., Liu Z.-R. et al. Studies on the thermal behaviour and decomposition mechanism of complexes of rare earth (III) nitrates with benzo 15-crown-5 // J. Thermal Anal. - 1989. - Vol.35. - № 7. - P.2471-2479.

191. Robinson J., Burke V., Beaman J., Hopkins F., Ciracey M. // Food austral. 1989. V.41.№3.P.667.

192. Леонова В.Г., Жданов С.И., Беленький C.M., Клячко Ю.А. Стабилизация минеральных вод добавками лимонной кислоты // Изв. вузов. Пищевая технология. 1982.- №1.- С.80-85.

193. Хим. энциклопедия в 5 т. / Под ред. И.Л. Кнунянца. М.: Сов. энциклопедия. 1990. т. 2. -594 с.

194. Уайт А., Хендлер Ф., Смит Э., Хилл Р., Леман И. Основы биохимии в 3-х томах. Т.З. Пер с англ. Л.М. Гинодмана. Под ред. Ю.А. Овчинникова. М.: Мир. 1981.- С.114-405.

195. Desnoyers J.E., Perron G., Avedikian L., Morel J.-P. Enthalpies of the urea-tret-butanol -water system at 25°C // J. Solut. Chem. 1976. - V.5. - P.631 - 634.

196. Крутов Д.В. Термодинамика протолитических равновесий в водных растворах янтарной, винной, лимонной и этилендитиодиуксусной кислот. Дис. . канд. хим. наук. Иваново. 1998. 201 с.

197. Купцевич Ю.Е., Ларионов О.Г., Пронин А.Я. Мутаротация D-глюкоза в растворе и комплексообразование таутомеров с ионами кальция в фазе катионита//ЖФХ 1989.- Т.63. - №10.- Р.2716-2720.

198. Miyajima K., Sawada M., Nakagaki M. Tree energy, enthalpy and entropy changes of mixting of aqueous solutions of D-glucose and tetraalkylammonium bromide at 25°C // Bull. Chem. Soc. Jpn. 1983. - V.56. - P.2905 - 2909.

199. Маслов И.А., Марциновская Э.Г. Связь между молекулами моно-дисахаридов в водном растворе за счет взаимодеиствия их хиральных центров// ЖФХ. 1984. - Т.58. - №4. - С.925 - 928.

200. Gaffney S.H., Haslam Е., Lilley Т.Н., Ward T.R. Homotactic and heterotactic interactions in aqueous solutions containing some saccharides // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1. 1988. - V.84. - №8. - P.2545 - 2551.

201. Lajunen K., Hakkinen P., Purokoski S. A potentiometric study on the complex formation of boric acid and tetrahydroxyborate ion with polyhydroxy compounds in aqueous solution // Finn. Chem. Lett. 1986. - V. 13. - №1-2. -P.21-25.

202. Fridman H.L., Krishnan C.V. // Water, a Comprehensive Treatise. Ed. by S.F. Frank. N.Y.: Plenum Press. 1977. - Vol.3. - Ch.l.

203. Goodman and Gilman's, The Pharmacological basis of therapeutics, A.G. Gilman, L.S. Goodman, T.W. Rail, F. Murad (Ed.), 1985. Macmillan, N.Y., p.1567- 1571.

204. Khajarern J., Khajarern S. Stability and bioavailability of vitamin c-glucose in clarias hybrid catfish (clarias gariepinusx clarias macrocephalus) // Aquaculture . -1997.-Vol. 151.-P. 219-224.

205. Kabayama M. A., Patterson D. Theoretical considerations // Can. J. Chem. -1958.-V. 36. P. 563 - 566.

206. Miyajima K., Machida K., Taga Т., Komatsu H, Nakagaki M. Correlation between the hydrophobic nature of monosaccharides and cholates, and their hydrophobic indices // J. Chem. Soc. Faraday Trans. 1. 1988. - Vol. 84. - №8. -P. 2537 -2540.

207. Ott K.-H., Meyer B. Molecular dynamics simulations of maltose in water // Carbohydr. Res. 1996. -V. 281. - № 1. - P. 11 - 14.

208. Pigman W., Anet E.F.L.J. The carbohydrates: Chemisrty and biochemistry. // 2nd ed. N.Y.:Acad. Press. 1970. - Vol. 1A. - P.165.

209. Wilson R.J., Beezer A.E., Mitchell J.C. A kinetic study of the oxidation of L-ascorbic acid (vitamin C) in solution using an isotermal microcalorimeter // Thermochim. Acta. 1995. - Vol. 264. - P. 27 - 32.

210. Pietronigro D.D., Jones W.B. G., Kelty K., Demopoulos H.B. Interaction of DNA and liposomes as a model for membrane-mediated DNA damage // Nature. -1977.-Vol. 267.-P. 78 82.

211. Ames B.N. Dietary carcinogens and anticarcinogens. Oxygen radicals and degenerative diseases// Science.- 1983. -V. 221. P. 1256-1264.

212. Moskowska J., Owczarek A. Zastosowanie metody spectrofotometricznei do wyznaczania kolejnych stalych dusocjacji kwasowei kwasu askorbinowego. // Lesz. nauk. plo'dz. 1977. - V. 280. - P. 5 - 9.

213. Picker P., Tremblgy E., Jolicoeur C. // J. Solut. Chem. 1974. V. 3. - P. 377.

214. Schneider В., Cohen D., Berman H. Hydration of DNA bases: Analysis of crystallographic data. // Biopolymers. 1992. - Vol.32. - №7,- P.725-750.

215. Morcillo J., Gallego E., Peral F. A critical study of the application of ultraviolet spectroscopy to the self-association of adenine, adenosine and 5'-AMP in aqueous solution //J. Mol. Struct. 1987. Vol.157. № 4. - P. 353-369.

216. Schwartz H.M., McCoss M. Oxygen-17 NMR of nucleosides. 2. Hydration ahd self association of uridine derivatives // J. Amer. Chem. Soc. - 1983. -Vol.105. - № 18. - P.5901-5911.

217. Schwartz H.M. Oxygen-17 NMR spectroscopy of nucleoside derivatives: bonding characteristics of pyrimidine carbonyls. // Tetrahedron. 1980. - Vol.21.- №40. P.3837-3840.

218. Lilley Т.Н., Linsdell H., Maestre A. Association of caffeine in water and in aqueoua solutions of suerose. // J. Chem. Soc. Faraday Trans. - 1992. - Vol.88. -№ 19. - P.2865-2870.

219. Iza N., Gil M., Morcillo J. Intermolecular associations of some boilogically interesting pyrimidines in aqueous solutions: caffeine-uracil. // J. Mol. Struct. -1986. Vol.143. - P.353-356.

220. Kanbour F.I., Ahmed J.K. Enthalpies of solutions of purim and adenim in water and in dimetylsulfoxide // J. Solut. Chem. 1983. - Vol.12. - № 11. -P.763-770.

221. Danilov V.I., Shestopalova A.V. Hydrophobic effect in biological associates: A Monte Carlo simulation of caffeine molecules stacking, // Intern. J. Quant. Chem. 1989.- Vol.35. - №1,- P.103-112.

222. Bascones A., Peral F., Gallego E. Interaction de bases, nucleosidos у nucleotidos en metio acuoso. III. Influencia de sales en la autoassociacion. // An. quim. real soc. esp. quim. -1981. Vol.77. - № 1. - P. 105-109.

223. Yanuke I., Bergmann F. Spectscop studies on caffeine and isocaffeine // Tetrahedron. 1986.- Vol.42. - №21.- P.5991-6002.

224. Voet D., Rich A. // Progr. Nucl. Acids Res. Mol. Biol. 1970. Vol.10. - P. 183.

225. Pullman В., Glaverie P., Caillet J. // Proc. Nat. Acad. Sci. US. 1966. Vol.55. -P. 904.

226. Pohorille A., Pratt L.R. Solution influence on biomolecular equilibria: nucleic acid base associations // J. Biomol. Struct, and Dyn. 1984. V. 1. - № 5. - P.1257-1280.

227. Neurohr K. A proton NMR study of the intermolecular association of naturally occurring nucleotides in aqueous solution // Canad. J. Spectrosc. 1980. -Vol.25.-№ 4. - P.106-109.

228. Horman I., Dreux B. Dimerisation of caffeine// Helv. chim. acta. 1985. -Vol.68. - № 1. - P.72 - 75.

229. Джоунс M., Фрэнке Ф., Пфайль В. и др. Биохимическая термодинамика . / Пер. с англ. под. ред. Гольдфельда М.Г. М.: Мир, 1982. - 440 с.

230. Mishra А.Р., Mishra S.K., Yadava K.L. Determination of dissociation constants of pyrimidine bases by ionophoretic technique // J. Electrochem. Soc. India. 1986. V. 35. - № l.-P. 9-10.

231. Bardi G., Bencivenni L., Ferro D., Martini В., Nunziante C.S., Teghie R. Termodynamic study of the vaporization of uracil // Thermochim. Acta. 1980. -V. 40.-№ 2.-P. 275-282.

232. Ferro D, Bencivenni L, Teghie R at al. Vapour pressures and sublimation enthalpies of thymine and cytosine // Thermochim. Acta. 1980. V. 42. - № 1. - P. 75-83.

233. Bothe H. Composition, properties, stability and thermal dehydration of crystalline caffeine hydrate. // Thermochim. Acta. 1983. V. 40. - № 1. - P. 29-39.

234. Kaminski M, Zielenkiewicz W. Determination de la pression de vapeur et enthalpie de sublimation de cafeine // Calorim. Anal. Them. V. 16, Journles J. CAT, Montpellier, 20-22 mai, 1985 Marseille., P. 281-286.

235. Zielinski T.J. Uracil and the tautomer 4-hydroxuracil: ab initio study with geometry optimization. // Int. J. Quantum. Chem. 1981. - V. 19. - № 1. - P. 171177.

236. Devoe H, Wasik S.K. // J. Solut. Chem. 1984.-V. 13. №1. - P.51-60.

237. Sinanoglu O, Abdulnur S. // Photochem. Photobiol. 1964. V. 3. - P. 333.

238. Binick G. VoetD. The structure of 9-3-indolyl)propyl. adenine. A model for protein/ nucleic acid interactions // Acta Crystallogr. 1982. B. 38. - № 2. - P. 575-580.

239. Takenaka A. Complexes between nucleotide base and amino acid. IV. Crystal and molecular structure of cytosine: N,N-phthaloyl DL-glutamic acid complex dihydrate // Bull. Chem. Soc. Jap. 1980. - V. 53. - № 10. - P. 2724-2730.

240. Milrtus S, Trebaticka M. // Coolect. Chech. Chem. Commun. 1983. V. 48. - № 12.-P. 3517-3526.

241. Chahdrasekaran S, Wilson W.D, Boykin D.V. 170 NMR studies on 5-substituted uracils // J. Org. Chem. 1985. V. 50. - № 6. - P. 829-831.

242. Молекулярные взаимодействия. / под. ред. Ратайчик Г., Орвилл Томас И., пер. с англ. Германа Э.Д., Розенберга E.J1. - М.: Мир. - 1984. - 600 С.

243. Ishida Т., Ibe S. // J. Soc. Perkin Trans. 1984. Pt. 2. - № 2. - P. 297-304.

244. Takimoto M., Takenaka A. Elementary patterns in protein-nucleic acid interactions. VII. Structure of N-3-(9-adeninyl) propionyl. DL-try-tophan ethyl ester, C21H23N7O3 // Acta Crystallogr. 1983. - V. 39. - № 4. - P. 478-481.

245. Saito I., Sugiama H., Matsuura T. Stacking interaction between tryptophan and uracil in a synthetic model compound // Tetrahedron Lett. 1985. V. 26. - № 37.-P. 4467-4470.

246. Bandecar J. High sensitivity of amide V bands in uracil and its derivatives to the strehgths of hydrogen bonding // Spectrochim. Acta. -1982. A 38. - № 7. - P. 815-819.

247. Cesaro A., Russ E., Crescenzi V. Thermodynamics of caffeine aqueous solutions // J. Phys. Chem. 1976. - Vol.80. - P.335 - 338.

248. Ратайчик Г., Орвилл Томас И. Молекулярные взаимодействия Пер. с англ. Э.Д. Германа, E.JL Розенберга. М.: Мир. - 1984.- 600 с.

249. Midori Т., Akiko Т. // Acta crystallogr. 1983. V. 39. - № 4. - Р .478.

250. Milrtus S., Treaticka M. Semi empirical calculations of alkytation and protonation energies of bases of nucleic acids // Coll. Chech. Chem. Commun. -1983. Vol.48. - № 12. - P.3517-3526.

251. Химия. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. И.Л. Кнунянц. 2 изд. Большая Российская энциклопедия. 1998. - 972 С.

252. Джоунс М., Френке Ф., Пфайль В. и др. Биохимическая термодинамика / перевод с англ. под ред. Гольдфельда. М.: Мир. 1982. - 440 с.

253. Ballester P., Barcelo M.A., Costa A., Deya P.M., Morey J., Orell M., Hunter C.A. Binding of caffeine by a synthetic co-receptor // Tetrahedron Lett. 2000.1. V.41. P.3849 - 3852.

254. Scruggs R.L., Achter E.K., Ross P.D. // Biopolymers. 1972. - V. 11. -P. 1961.

255. Kawamura K. Capillary electrophoretic separation of mono- and dinucleotides of adenosine using cyclodextrin solutions with MgCl2 additive // J.of Chromatography A. 1998. - Vol. 802. - P. 167 - 170.

256. Rekharsky. M.V. Inoue Y. Complexation thermodynamics of cyclodextrins // Chem. Rev. 1998. - Vol. 98. - P. 1875 - 1879.

257. Lewis E.A., Hansen L.D. Thermodynamics of binding of quest molecules to a- and (3- cyclodextrins // J. Chem. Soc. Perkin Trans. II. 1973. - P. 2081 - 2084.

258. Лаптев П.В., Куликов O.B., Терехова И.В. Термодинамика взаимодействия тимина с аминокислотами в воде // ЖФХ 2003. - Т.77.- №- 5.- С.943 945.

259. Терехова И.В., Куликов О.В., Лаптев П.В. Термодинамика комплексообразования а-циклодекстрина с основаниями нуклеиновых кислот и их производными //Коорд. химия. 2003. - Т.29. - С.78 - 80.

260. Terekhova I.V., Kulikov O.V. Calorimetric study of the molecular recognition of nucleic acid bases by (3-cyclodextrin in aqueous solution // Mendeleev Comm. -2002. P.245 - 246.

261. Sitkowski J., Stefaniak L., Martin M.L., Martin G.J., Webb G.A. Complete assignments of the 'H, I3C and l5N NMR spectra of caffeine // Spectrochim. Acta. -1995.- V.51A. №5. - P.839 - 843.

262. Exner O. // Progr. Phys. Org. Chem. 1973. V. 10. - P.414.

263. Tomlinson E. // Intern. J. Pharmaceutics. 1983. V. 13. - P.l 15.

264. Grunwald E., Sted C. Solvent reorganization and thermodynamic enthalpy-entropy compensation. // J. Amer. Chem. Soc. 1995. - V. 117. - № 21. -P.5687-5692.

265. Gilly P., Ferretti V., Gilly G., Borea A. Enthalpy-entropy compensation in drug-reseptor binding. //J. Phys. Chem. 1994. - V.98. - P.1515-1518.

266. Krug R.R., Hunter W.G., Grieger R.A. // J. Phys. Chem. 1976. - V. 80. -P.2335.

267. Pimentel G.C., McClellan A.L. Hydrogen bonding // Annu. Rev. Phys. Chem.- 1971,- V. 22. P.347 - 350.

268. Шорманов В.А., Шарнин В.А., Крестов Г.А. Термохимическое исследование сольватации и кислотной диссоциации в водно-ацетоновых растворах этилендиамина // ЖФХ 1979. - Т. 53. - №6. - С. 1421 - 1425.

269. Briggner L.-E., Wadso I. // J. Chem. Thermodyn. 1990. - V. 22. - P. 143.

270. Куликов O.B., Терехова И.В., Кумеев P.C., Альпер Г.А.'

271. Термодинамическое и спектроскопическое исследование взаимодействия а-, (3-циклодекстринов и 18-краун-6-эфиров с основаниями нуклеиновых кислот //ЖФХ, 2004,- Т. 78.- №9.-С.1694-1699.

272. Описание экспериментальных методик использованных в работе. Калориметрия разбавления.

273. Высокая степень термостатирования установки достигается использованием автоматической схемы регулирования на базе промышленного регулятора РП2-ИУЗ и эффективным перемешиванием. Точность поддержания температуры была (1-10"4)°С.

274. Калибровка калориметра заключается в измерении количества теплоты, подаваемого в калориметрическую ячейку при пропускании тока через калибровочный нагреватель RH (при использовании первой ячейки R„i= 47.46 Ом, второй Rh2= 47.11 Ом).

275. Оценка погрешностей эксперимента.

276. Для проверки работы обеих калориметрических установок и оценки их надежности была проведена серия калориметрических опытов по определению тепловых эффектов растворения КС1 в воде при 298.15 К .

277. Для второй калориметрической ячейки:1 = 0.05 A, s; = 5-10°" A, R2 = 47.110м, sr = 5-Ю"4 Ом, т = 10 сек, et = 5-10" 5сек, g = 0.1 г, sg = 5-Ю"5 г, Д10= 160 мм, s0 = 0.5 мм, Д1 = 160 мм, sK = 0.5 мм.

278. Обработка экспериментальных данных калориметрического опыта.

279. Расчет коэффициентов парных и тройных взаимодействий.

280. AHtr (w-»w+y) = 2my hxy + 3hxyymy2 + 3hxxymxmy + . или

281. Пример расчета значений энтальпийных коэффициентов парных взаимодействий (hxy).

282. Рассматриваемая система криптанда 222.+глицин в водном растворе при 298.15 К.

283. Далее строилась зависимость AHtr/mGiy=/(mGiy) (Рис.1).m , моль/кг

284. Согласно выражению (2), отрезок, отсекаемый прямой равен 2hxy. Таким2образом, для системы криптанд 222.+глицин hxy = 2.07 кДж-кг-моль" .

285. Рисунок 2. Зависимость изменения энтальпии переноса макроциклического соединения из воды в водные растворы аминокислот от соотношения моляльности аминокислоты к моляльности макроциклического соединения.