Исследование взаимосвязи структура - фармакологическая активность производных коричной кислоты (стр. 3 )

Значительным преимуществом метода полярографического восстановления перед другими заключается а том, что величина Ер зависит лишь от наличия в исследуемом образце основного вещества, независимо от его концентрации, но при условии отсутствия в сопутствующих примесях виниленовой связи. В хроматографически чистых образцах производных коричной кислоты в качестве сопутствующих примесей могут быть незначительные количества исходного альдегида, значения Ер которых могут находится в области от –0,8 В до –1,3 В.

Данный вывод был подтвержден регрессионным анализом, который показал, что значения Ер практически не зависят от концентрации исследуемых соединений в растворе (табл. 2.5).

От концентрации основного вещества в растворе зависит лишь высота пика восстановления hp. Следовательно, значения Ер могут быть использованы для качественной и количественной оценки ССА в ряду производных коричной кислоты, а значение высоты пика восстановления hp для разработки методов количественного анализа соединений.

Таким образом, применение значений Ер для количественной оценки взаимосвязи структура – активность в ряду производных коричной кислоты исключает необходимость специального приготовления стандартных образцов соединений, что является трудоемкой задачей и непременным условием при использовании других физико-химических методов анализа.

2.2.1. Количественная оценка связи структура –

антиоксидантная активность соединений

На основании полученных значений Ер был построен график функциональной зависимости антиоксидантной активности от величин Ер соединений (рис. 2), который представляет собой прямую (коэффициент корреляции 0,86).

С мг/мл

--0,3

--0,2

--0,1

Ер, В 2,0 1,8 1,6 1,4

Рис. 2.2. Функциональная зависимость антиоксидантной

активности от величины потенциала полуволны.

С использованием регрессионного анализа выведено уравнение, описывающее данную зависимость:

Антиоксидантная активность = 2,27675 – 1,22332 Ер

Приведенное уравнение позволяет проводить отбор соединений с антиоксидантной активностью в зависимости от величин Ер полярографического восстановления исследуемых соединений.

Для неактивных и малоактивных соединений значения Ер составляют от –1,63 В до –1,72 В, а для активных соединений величина Ер имеет более высокие отрицательные значения от –1,78 В до –1,85 В.

С целью подтверждения выявленных закономерностей в данном ряду соединений, нами осуществлен синтез 4-гидрокси-3,5-ди-трет.-бутилкорич-ной кислоты (соед. Iщ), полярографическим восстановлением которой определена величина Ер = –1,81 В, находящаяся в интервале значений, характеризующих наиболее активные структуры. Биологические испытания этого соединения показали высокую антиоксидантную активность, и подтвердили справедливость осуществленного прогноза и выявленной выше зависимости структура – антиоксидантная активность. Вместе с тем, для полученного в соответствии с прогнозом соединения Iщ установлена выраженная антигипоксическая активность, превосходящая официнальный препарат (выживаемость крыс при двусторонней окклюзии сонных артерий составила соответственно 41 % и 14 %). Соединение Iщ проявило и выраженное гепатозащитное действие (табл. 2.6).

Таблица 2.6

Гепатозащитная активность 4-гидрокси-

3,5-ди-трет.-бутилкоричной кислоты

Соеди-нения	Снижение активности к контр., %	Белковый состав, %
АЛТ	АСТ	Альбу-мины	Глобу-лины	Коэфф. альб/глоб.
CCl4	100	100	39,9	60,1	0,66
Силибор	34	37	44,0	56,0	0,78
Дибунол	34	33	41,2	58,8	0,70
Iщ	53	46	45,8	54,7	0,83

Полученные результаты показывают, что соединение Iщ существенно превосходит силибор и дибунол по снижению активности сывороточных ферментов крови аланинаминотрансферазы (АЛТ) и аспартатаминотрансферазы (АСТ). Характерно, что полученное соединение выгодно отличается от силибора и дибунола и по нормализующему действию на белковый состав сыворотки крови. Все эти данные свидетельствуют о возможной взаимосвязи механизмов биологического действия между исследуемыми видами активности.

Таким образом, синтезированное соединение не только подтверждает осуществленный прогноз, но и указывает на возможную взаимосвязь между антиоксидантной активностью и гепатозащитным действием в ряду производных коричной кислоты.

2.3. Исследование связи структура – антиоксидантной активность

с использованием теоретических методов

Использование методов квантовой химии для выявления закономерностей ССА позволяет на более глубоком уровне описать природу активных фрагментов молекул исследуемых соединений. Кроме того, использование результатов квантово-химических расчетов и отличие от полуэмпирических (физико-химических методов) позволяет проводить исследования для более репрезентативных рядов соединений.

Среди многочисленных расчетных методов, описанных в главе 1, в настоящее время особое внимание уделяется электронно-топологическому подходу, учитывающему электронное и пространственное строение исследуемых соединений и позволяющему проводить поиск молекулярных фрагментов – признаков активности – для решения задач по конструированию биологически активных соединений [27].

Для выявления закономерностей ССА в ряду соединений, представленных в таблицах 2.1 и 2.2 была осуществлена машинная реализация электронно-топологического подхода с применением программного комплекса, включающего следующие этапы работы:

1.  Ввод, хранение и обработка химических структур.

2.  Конформационный анализ молекул.

3.  Квантово-химический расчет электронного строения молекул.

4.  Формирование электронно-топологических матриц смежности (ЭТМС).

5.  Выделение признаков активности молекул с помощью программ искусственного интеллекта.

6.  Создание системы прогнозирования возможных активных соединений.

Представление структуры молекулы в виде ЭТМС позволяет унифицировано описывать строение соединений на электронном языке. Такой подход выгодно отличается тем, что дает возможность выделять ЭТМС отдельных фрагментов молекул одинаковых с точки зрения реакционной способности и комплементарного взаимодействия их с биологическим рецептором.

ИССЛЕДУЕМЫЙ РЯД СОЕДИНЕНИЙ

ОПТИМИЗАЦИЯ ГЕОМЕТРИИ СОЕДИНЕНИЙ (КОНФОРМАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ)

ВЫЧИСЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК МОЛЕКУЛ

БАЗА ДАННЫХ ПО ЭЛЕКТРОННОМУ И ГЕОМЕТРИЧЕСКОМУ СТРОЕНИЮ СОЕДИНЕНИЙ

КОМПЛЕКС ПРОГРАММ ПО ИЗУЧЕНИЮ ССА

ПОСТРОЕНИЕ ЭТМС ДЛЯ ИССЛЕДУЕМЫХ СОЕДИНЕНИЙ

РАБОЧАЯ БАЗА ДАННЫХ С ИНФОРМАЦИЕЙ ПО ЭЛЕКТРОННОМУ СТРОЕ-НИЮ СОЕДИНЕНИЙ

СОЗДАНИЕ СИСТЕМЫ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ

Рис. 2.3. Схема электронно-топологического подхода

для исследования ССА.

ЭТМС, представленная с учетом ее симметричности только верхним треугольником, имеет следующий вид:

а11	а12	а13	…	а1n
	a22	a23	…	a2n
		a33	…	a3n
			…	…
				ann

Все элементы матрицы, характеризующие строение исследуемых соединений, можно разделить на три группы параметров:

1 – диагональные элементы а11, описывающие локальные свойства атомов: заряд на атоме, поляризуемость атома, его валентную активность и т. д.

2 – недиагодальные элементы аij характеризуют связь между атомами i и j. Для непосредственно связанных друг с другом атомов: индексы Вайберга (электронный аналог кратности связи), энергия связи, ее поляризуемость и т. д.

3 – остальные элементы аij для атомов не связанных друг с другом и представляют оптимизированные расстояния между ними в ангстремах (Å).

Исследуемые соединения были разделены на две группы: активные, проявляющие антиоксидантную активность в концентрациях менее 1,0.10-3 моль/л, и малоэффективные, проявляющие антиоксидантную активность в концентрациях более 1,0.10-3 моль/л и выше.

Методом молекулярной механики, с использованием силового поля ММР2, проведен конформационный анализ исследуемых соединений и рассчитаны следующие структурные параметры: равновесные длины связей, валентные и торсионные углы [28]. Для расчета квантово-химических параметров использовали метод CNDO/2. Создана база данных, включающая в себя электронные и пространственные характеристики соединений.

На основании проведенных расчетов сформированы соответствующие ЭТМС. Диагональные элементы матриц смежности представлены зарядами на атомах ( qi ) и характеристиками реакционных центров – RC, представляющие собой заряды на атомах, вычисленные из волновой функции высшей занятой молекулярной орбитали (ВЗМО). Недиагональные элементы представлены индексами Вайберга ( Wij ) для связанных непосредственно друг с другом атомов и оптимизированными расстояниями между атомами в молекуле ( Rij ) для атомов не связанных непосредственно друг с другом. Электронные характеристики даны в единицах электронного заряда, а расстояния между атомами – в ангстремах.

В качестве иллюстрации на схеме 2.1 приведена диаграмма эффективных зарядов на атомах, а на схеме 2.2 индексы Вайберга в молекуле феруловой кислоты.

Схема 2.1. Диаграмма эффективных электронных зарядов

на атомах в молекуле феруловой кислоты.

Схема 2.2. Индексы Вайберга, характеризующие кратность

связи в молекуле феруловой кислоты.

В результате работы программного комплекса были выделены молекулярные структурные фрагменты в виде подматриц, объединяющих в себе разделяющие параметры группы активных соединений. Значения параметров ЭТМС находились в пределах D1 = 0,2 для недиагональных матричных элементов. Информативность признаков [вероятность реализации признака в группе активных (неактивных) соединений] оценивалась по значениям a и Р:

( I1k2 – I2k1 )

a = ,

{( I1 + k1 ) . ( I2 + k2 ) . ( I1 + I2 ) . ( k1 + k2 )}

I1 + 1

a = ------- ,

I1 + I2 + 1

где I1 ( I2 ) – число реализации признака в группе активных (неактивных) соединений,

k1 ( k2 ) – число соединений активной (неактивной) группы, не содержащих данный признак.

Ввиду громоздкости полученного вычислительного материала здесь приводятся лишь итоговые результаты исследования.

В качестве контрольного соединения из группы активных мы выбрали соединение Iе, для которого выявлены наиболее информативные признаки (группы атомов, входящих в признак, обведены пунктирной линией) и соответствующие им ЭТМС.

ЭТМС, соответствующие признакам 1 и 2 содержат в качестве диагональных элементов RC, а недиагональные элементы представлены Wij и Rij:

С5	0,01	2,97	5,18	5,20	2,46	3,67
	С8	0,18	2,37	2,40	5,31	6,49
		О10	0,00	2,22	7,34	8,77
			О11	0,09	7,61	8,45
				О13	0,07	2,73
					О15	0,04

Признак 1 ( 20/4 ), a = 0,519, Р = 0,808

С1	0,18	2,42	1,35	6,56	7,44	7,11	2,37	1,01
	С5	0,01	1,44	4,44	5,18	5,20	2,46	3,67
		С8	0,18	1,05	2,37	2,40	5,31	6,49
			С9	0,00	1,02	1,82	6,78	7,91
				О10	0,00	2,22	7,34	8,77
					О11	0,09	7,61	8,45
						О13	0,07	2,73
							О15	0,04

Признак 2 ( 14/2 ), a = 0,400, Р = 0,833