УДК 547. 541.13 А. А. Арутюнянц (к.х.н., доц.)1 , Н. А. Саламова (к.х.н., доц.)2, Р. Е. Лохов (к.х.н., проф.)1 Изучение антиоксидантной активности аминокислот ГОУ ВПО «СевероОсетинский государственный университет им. К. Л. Хетагурова» 1 кафедра общей и неорганической химии 2 кафедра фармацевтической химии и фармакогнозии 362025, Республика Северная Осетия Алания, г.Владикавказ, ул. Ватутина, 46; тел. (факс) (8672) 531093 A. A. Arutyunyants, N. A. Salamova, R. E. Lokhov The study of antioxidant activity of amino acids North Ossetian State University after K. L. Khetagurov 46, Vatutina Str., Vladikavkaz, 362025, Republic North OssetiaAlania; ph/fax (8672) 531093 Исследована антиоксидантная активность ами нокислот, входящих в состав белков. Установ лено, что сдвиг вольтaмnерометрической волны восстановления кислорода в положительную об ласть связан с взаимодействием аминокислоты с продуктом одноэлектронного восстановления кислорода О2, и, как следствие, облегчением восстановления О2. The antioxidant activity of amino acids in composition of proteins has been investigated. It has been stated, that the shift of volta mperometric wave of the oxygen regeneration into positive area is caused by interaction of amino acid with the product of monoelectronic regeneration of oxygen О2, and, as a result, by facilitation of О2 regeneration. Ключевые слова: антиоксидантная актив ность; аминокислоты; белки; циклическая воль тамперометрия. Key words: antioxidant activity; amino acids; cyclic voltamperometry; proteins. Рост и существование клеток в живых организмах невозможно без функционирова ния антиоксидантов, которые в последнее вре мя привлекают к себе пристальное внимание. Антиоксиданты обладают защитным действи ем против процессов воспаления, старения и т. д. 1–4. Кроме того, к образованию повышен ного количества активных форм кислорода либо других свободных радикалов приводит среда и условия жизнедеятельности (инфек ции, физическое перенапряжение, охлажде ние, прооксидантные токсические вещества или химические соединения, эмоциональные стрессы, информационные перегрузки и др.). Поэтому изучение антиоксидантной активнос ти соединений, и в частности, аминокислот, представляет значительный интерес 5,6. В настоящей работе было исследовано влияние водорастворимых аминокислот на процессы одноэлектронного электрохимичес кого восстановления кислорода до суперокси данионрадикала. Это согласуется с литера турными данными 7, полученными для элект ролитов в широком диапазоне кислотности среды (рН от 1 до 10). Присоединение одного электрона к моле куле кислорода с помощью фермента НADРН оксидазы приводит к образованию суперок сидного анионрадикала О2 (рис. 1а). Радикал обладает амфотерными окислительновосста новительными свойствами и участвует во мно гих биохимических реакциях в клетке. Роль супероксидного анионрадикала в организме в значительной мере регуляторная. Он не столько непосредственно вызывает повреждение струк тур клетки, сколько выступает в качестве на чального звена многоэтапного процесса, спо собного при определенных условиях принести к патологическим изменениям 8. Присоединение второго электрона к моле куле кислорода ведет к образованию перокси да водорода Н2О2. Синтез пероксида осуще ствляется ферментом супероксиддисмутазой (СОД). Пероксид водорода не является ради калом. Это соединение достаточно стабильно, не имеет заряда и может путем диффузии миг рировать в клетки и ткани. Поэтому пероксид Дата поступления 15.01.12 Башкирский химический журнал. 2012. Том 19. № 1 169 водорода осуществляет роль «дальнобойного оружия», вызывающего окислительную моди фикацию отдаленно расположенных фермен тов и макромолекул 9. В водных растворах кислород восстанав ливается в две необратимые двухэлектронные стадии; на первой образуется перексид водоро да, на второй вода. Эти реакции в кислых ра створах описываются уравнениями (l) и (2). В нейтральных или щелочных растворах восста новление кислорода идет согласно уравнениям (3) и (4). В неводных растворителях молеку лярный кислород ведет себя аналогично. +2e О2 + 2Н+ → H2O2 +2 e H2O2 + 2Н+ → 2Н2O +2e О2 + Н2O → H2O2 + 2OН– +2e H2O2 → 2OН– (1) (2) (3) (4) Добавление аминокислот в неводные ра створы, содержащие молекулярный кислород заметно влияют на форму и характеристики вольтамперометрических кривых восстановле ния молекулярного кислорода. В присутствии следующих аминокислот, таких как глицин, Lаланин, Lтреонин, Lфенилаланин, Lцис теин, Lгистидин, Lлизин (табл. l, соед. 2–5, 12–14, рис. 1б) происходило заметное измене ние формы циклической вольтамперограммы, сдвиги потенциалов пиков катодных Епк в по ложительную область. При добавлении амино кислот сила тока восстановления молекуляр ного кислорода не изменялась, что, повидимо му, указывало на отсутствие взаимодействия аминокислот с кислородом. В виду того, что аминокислоты содержат не менее двух функ циональных групп – аминную и карбоксиль ную большой интерес представляет изучение влияния каждой из вышеуказанных функцио нальных групп на процесс одноэлектронного восстановления молекулярного кислорода. В качестве многофункциональных соединений были выбраны уксусная кислота и нбутила мин (табл.1, соед. 15,16). Как видно из полу ченных данных, уксусная кислота не оказыва ла никакого эффекта на потенциал первой ста дии восстановления кислорода, тогда как до бавление нбутиламина приводило к средним положительным сдвигам катодной части воль тамперометрической кривой, что соизмеримо с действием аминокислоты глицина. 170 Рис. 1а – вольтамперограмма восстановления О2; 1б – вольтамперограмма восстановления О2 в при сутствии Lцистеина Скорее всего, между антиоксидантными свойствами аминокислот и их способностью сдвигать потенциал первой стадии восстанов ления кислорода существует тесная взаимо связь. Так, согласно литературным данным, наибольшими среди растворимых аминокислот антиоксидантными эффектами обладают цис теин, гистидин и лизин 3,5, которые, в свою очередь, оказывают наиболее сильное воздей ствие на электрохимическое восстановление кислорода. По всей видимости, сдвиг вольтa мnерометрической волны восстановления кис лорода в положительную область связан с вза имодействием аминокислоты с продуктом од ноэлектронного восстановления кислорода – О2, и, как следствие, облегчением восстановле ния О2. Экспериментальная часть Исследовали активность аминокислот, входящих в состав белков. Концентрация изу чаемых соединений была С = 5⋅10–4 М/л, что примерно соответствовало концентрации ра створенного молекулярного кислорода в изу чаемых водных растворах. Циклические воль тамперограммы 10, регистрировали на установ ке, состоящей из потенциостата ПИ501 и программатора ПР8, позволяющим менять скорость развертки. Результирующий ток, протекающий через ячейку, регистрировали на двухкоординатном самописце – ЛКД4. Двух координатный самописец быстро реагирует лишь на малые скорости, вот почему рабочая скорость развертки в наших экспериментах со ставляла 5⋅10 В/с. Обратимость процесса определяли по отношению тока катодного и анодного пиков (при полной обратимости это соотношение равно единице), а также по раз ности потенциалов катодного и анодного пи Башкирский химический журнал. 2012. Том 19. № 1 Таблица 1 Восстановление растворенного в диметилформамиде кислорода в присутствии растворимых аминокислот (циклическая вольтамперометрия) №№ п/п Вещество Jпк,мка ∆Е 1 Контроль – 0.80 3.5 2 Глицин NН2CH2COOH – 0.72 3.3 – 008 3 L-Аланин СН3СНNН2СООН – 0.74 3.3 – 0.06 4 L-Треонин Н3СН(ОН)СНNН2 СООН – 0.71 3.8 – 0.09 5 L-Фенилаланин C6H5CH2CНNН2COOH – 0.72 3.4 – 0.08 6 Аспарагин NН2OCCH2CНNН2COOH – 0.77 3.3 – 0.04 7 L-Пролин NНCH2CH2CH2CHCOOH – 0.76 3.8 – 0.04 8 L-Аспарагиновая кислота HOOCCH2CНNН2COOH – 076 3.7 – 0.04 9 L-Глутаминовая кислота HOOCCH2CH2CНNНzCOOH – 0.81 3.6 + 0.01 10 L-АрГинин NН2C= NНNНCHzCH2CH2CНNН2COOH – 0.79 3.5 – 0.01 11 L-Метионин Н3СSСН2СН2СНNН2СООН – 076 3.7 – 0.04 12 L-Цистеин CH2SHCНNН2COOH – 0.63 5.8 – 0.17 13 L-Гистидин HC=NCHCNНCНNН2COOH – 0.69 3.9 – 0.11 14 L-Лизин NН2CH2CH2CH2CH2CНNН2COOH – 0.66 3.6 –0.14 15 Уксусная кислота СНзСООН – 0.80 3.0 0.00 16 н-Бутиламин NН2СН2СН2СН2СНЗ – 0.74 3.0 – 0.06 ков (для обратимого процесса Е = 58 мВ). Для снятия циклических вольтамперограмм ис пользовали трехэлектродную ячейку с рабо чим объемом 2 мл. В качестве рабочего элект рода использовали стационарный платиновый дисковый электрод диаметром 2 мм. Электрод сравнения – насыщенный каломельный с во донепроницаемой перегородкой. Вспомога тельным электродом служила вольфрамовая проволока диаметром 1 мм. В ячейку помеща ли раствор фонового электролита (С = 0.1 М/ л) и в течение 5 мин продували очищенный ар гон, после чего снимали циклическую вольтам перограмму фона. В ячейку добавляли навеску исследуемого вещества (С = 5 ⋅ 10–4 М/л), пос ле повторной продувки аргона регистрировали соответствующую вольтамперограмму на само писце. После снятия двух циклов промывали электроды в ацетоне. Поверхность рабочего электрода зачищали фильтровальной бумагой и вновь регистрировали вольтамперограммы. 2. Литература 10. 1. Епк,В Аlbanо Е. Ingе1mamSundbегg M.//Frontiers iп Bioscience. 1999, Vol4.– Р.533. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Владимиров Ю. А., Азизова О. А., Деев А. И., Козлов А. В., Осипов А. Н., Рощупкин Д. И. // Итоги науки и техники. ВИНИТИ Биофи зика 1991, Т.29.– С.3. Меньшикова Е. Б., Зевков Н. К., Шергин С. Н. Биохимия окислительного стресса: оксиданты и антиоксиданты. Новосибирск 1994.– 203 С. Федорова Т. Н., Болдырев А. А., Ганнушкина И. В.// Биохимия. 1999.– Т.64. Вып.1.– С.94. Зевков Н. К., Меньшикова Е. Б.// Усп. совр. биологии. 1993.– Т.113, Вып.3.– С.286. Лукаш А. И., Внуков Н. Н., Ананян А. А., Ми лютина H. И., Кваша П. Н. Металлосодержа щие соединения плазмы крови при гипербари ческой окстенации (экспериментальные и кли нические аспекты). Ростовнадону: Логос. 1996.– 108 С. Афанасьев Н. Б. // Усп. хим. 1979, Вып. 6.– С. 977. Арчаков А. И. Оксигеназы биологических мем бран.– М., 1983. Свободные радикалы в живых системах. (ВИ НИТИ. Итоги науки и техники. Сер. Биофизи ка. Т.29) / Владимиров Ю. А., Азизова О. А., Деев А. И. и др. М., 1991. Коваленко Е. А., Березовский В. А., Энштейн Н. М. Полярографическое определение кислорода в организме.– М. Медицина, 1975.– 232с. Башкирский химический журнал. 2012. Том 19. № 1 171
