¹H-ЯМ Р анализ гетероассоциации кофеина с фенантридиновым красителем йодистым пропидием в водном растворе

Abstract

Рассмотрен молекулярный механизм действия кофеина (CAF) как комплексообразователя – интерцептора ароматических лигандов, интеркалирующих в ДНК, на примере типичного интеркалятора фенантридинового красителя йодистого пропидия (PI). Изучены процессы гетероассо­циации молекул CAF и PI методом одномерной и двумерной ¹Н-ЯМР спектроскопии (500 МГц). Измерены концентрационные (при температуре 298 K) и температурные зависимости протон­ных химических сдвигов молекул в водном растворе. Определены равновесная константа реакции гетероассоциации CAP и PI при Т – 298 К (К-28 ± 5 л/моль), а также значения предельных химических сдвигов протонов ароматических лигандов в составе ассоциатов. На основе рассчи­танных значений индуцированных протонных химических сдвигов молекул и квантовомеханиче- ских кривых экранирования для САР и PI определена наиболее вероятная структура 1:1 гетерокомплекса CAP–PI в водном растворе. Рассчитаны термодинамические параметры образования гетерокомплекса CAP–PI. Структурный и термодинамический анализ свидетельствует о существенной роли дисперсионных сил и гидрофобных взаимодействий при образовании гетеро­комплекса в водносолевом растворе. Проведен расчет относительного содержания различного типа ассоциатов в смешанном растворе, содержащем САР и PL Выявлены особенности равнове­сия гетероассоциатов CAF–PI в растворе в зависимости от концентрации и температуры. Гетероассоциация молекул САР и PI приводит к меньшей эффективной концентрации интеркалятора в растворе и соответственно к уменьшению биологической активности красителя.

Розглянуто молекулярний механизм дії кофеїну (CAF) як комплексоутворювача – інтерцептора ароматичних лігандів, інтеркалюючих у ДНК, на прикладі типового інтеркалятора фенантридинієвого барвника йодистого пропідію (РІ). Вивчено процеси гетероасоціації молекул CAF і РІ методом одно- та двовимірної ¹Н-ЯМР спектроскопії (500 МГц). Виміряно кон­центраційні (при температурі 298 К) та температурні залежності протонних хімічних зсувів молекул у водному розчині. Визначено рівноважну константу реакції гетероа­соціації CAF і РІ при Т-298 К (К-28±5 л/ моль), а також значення граничних хімічних зсувів протонів ароматичних лігандів у складі асоціатів. На основі розрахованих значень індукованих протонних хімічніх зсувів молекул і квантовомеханічних кривих екранування для CAF і РІ визначено найвірогіднішу структуру 1:1 гетерокомплексу CAF–PI в роз­чині. Розраховано термодинамічні параметри утворення ге­терокомплексу CAF–PI. Структурний і термодинамічний аналіз свідчить про суттєву роль дисперсійних сил і гідрофобних взаємодій при утворенні гетерокомплексу у водносольовому розчині. Здійснено розрахунок відносного вмісту різного типу асоціатів у змішаному розчині, який містить CAF і РІ. Виявлено особливості рівноваги гетероасоціатів CAF–PI в розчині в залежності від концентрації і темпера­тури. Гетероасоціація молекул CAF і РІ призводить до меншої ефективної концентрації інтеркалятора в розчині і відповідно до зниження біологічної активності барвника.

Molecular basis of the caffeine (CAP) action as a complex forming agent – interceptor of aromatic drugs intercalating into DNA, using as an example a typical intercalator, a phenanthridinium dye propidium iodide (PI), has been examined. Hetero-association of CAF and PI has been studied by one- and two-dimensional ¹H-NMR spectroscopy (500 MHz). Concentration and temperature dependences of the proton chemical shifts of the molecules in aqueous solution have been measured. The equilibrium reaction constant of the hetero-association of CAP with PI at T-298 K(K - 28 ± 5 M–1 ), the limiting chemical shifts of the protons of caffeine in the complexes have been determined. The most favourable structure of 1:1 CAF-P1 hetero-complex in aqueous solution has been constructed using the calculated values of the induced proton chemical shifts of the molecules and the Quantum-mechanical isoshielding curves for CAP and PI. Thermodynamical parameters of the hetero-complex formation between CAP and PI have been also determined. Structural and thermodynamical analysis has shown that dispersive forces and hydrophobic interactions play the major role in the hetero-association of CAP and PI in aqueous-salt solution. The relative content of different complexes in the mixed solution containing CAP and PI has been calculated and distinctive features of the dynamic equilibrium of the CAP-PI hetero-associates have been revealed as a function of concentration and temperature. It is concluded that hetero-association of CAP and PI molecules leads to lower effective concentration of the dye in solution and respectively to lower biological activity of PI.