Биологическая активность это: 5.3.2. Биологическая активность / КонсультантПлюс

Содержание

5.3.2. Биологическая активность / КонсультантПлюс

5.3.2. Биологическая активность.

В исследованиях сопоставимости в рамках оценки биоаналогичности (биоподобия) необходимо предусмотреть сравнительную оценку биологических свойств биоаналога (биоподобного препарата) и оригинального (референтного) лекарственного препарата как неотъемлемого этапа установления всестороннего профиля характеристик. Биологическая активность — это особая способность или свойство препарата оказывать определенный биологический эффект. В целях определения биологической активности необходимо использовать соответствующие биологические методы количественного определения, основанные на различных взаимодополняющих принципах. В зависимости от биологических свойств препарата допускается использовать различные способы количественного определения (например, количественное определение связывания с лигандом или рецептором, ферментные методы, методы на основе клеток и функциональные методы), принимая во внимание их ограничения. В целях преодоления ограничений, обусловленных валидационными характеристиками отдельных количественных биологических методов, рекомендуется придерживаться ортогональных (взаимодополняющих) подходов. Если применимо, необходимо использовать отдельные методы для оценки связи и активации рецепторов. В соответствующих случаях допускается приводить ссылки на доклинический и (или) клинический разделы досье. Необходимо подтвердить, что количественные биологические методы чувствительны, специфичны и обладают достаточной дискриминационной (отличительной) способностью. По возможности, результаты соответствующего биологического метода следует представлять в калиброванных (градуированных) по международным или национальным стандартным образцам (при наличии) единицах активности. Если применимо, эти методы должны удовлетворять соответствующим требованиям Фармакопеи Союза к биологическим методам количественного определения.

Открыть полный текст документа

2.1.2. Биологическая активность / КонсультантПлюс

2.1.2. Биологическая активность.

Оценка биологических свойств является не менее важным компонентом установления полного профиля свойств лекарственного препарата. Важным свойством лекарственного препарата является биологическая активность, которая определяет особую способность или свойство препарата оказывать определенный биологический эффект.

Производитель должен представить валидную биологическую методику количественного определения, позволяющую измерить биологическую активность. Примеры методик, используемых для определения биологической активности:

биологические методики количественного определения с использованием животных, которые определяют биологический ответ организма на препарат;

биологические методики количественного определения с использованием культур клеток, которые определяют биохимический или физиологический ответ на клеточном уровне;

биохимические методики количественного определения, которые определяют такие биологические активности, как скорость ферментативных реакций или биологические эффекты, обусловленные иммунологическими взаимодействиями.

Могут быть приемлемы и другие методики, такие как исследования лиганд-рецепторных взаимодействий.

Под активностью (potency) (выражаемой в единицах) понимается количественная мера биологической активности, основанная на показателе качества препарата, связанном с его значимыми биологическими свойствами, тогда как под количественным содержанием (quantity) (выражаемым в единицах массы) понимается физико-химическая мера содержания белка.

Не во всех случаях требуется воспроизводить биологическую активность в клинической ситуации. В ходе фармакодинамических и клинических исследований необходимо установить корреляцию между ожидаемым клиническим эффектом и активностью, рассчитанной с помощью биологической методики количественного определения.

Результаты количественного определения биологических методик следует выражать в единицах активности, откалиброванных по международному или национальному стандартному образцу (при их наличии и пригодности для использованной методики). Если такой стандартный образец отсутствует, необходимо приготовить собственный стандартный материал, а результаты испытания промышленных серий — выражать в разработанных единицах.

Физико-химические данные о сложных молекулах достаточно многообразны, тем не менее зачастую они не позволяют подтвердить структуру более высокого порядка, однако о ней можно косвенно судить по биологической активности. В таких случаях приемлема комбинация биологической методики с расширенными доверительными пределами и специальной количественной мерой. Следует отметить, что замена биологической методики количественного определения, измеряющей биологическую активность препарата, на физико-химические испытания допускается лишь при соблюдении 2 следующих условий:

с помощью таких физико-химических методов можно получить достаточно подробные физико-химические данные о продукте, включая сведения о структуре высокого порядка, при этом подтверждена соответствующая корреляция с биологической активностью;

у производителя лекарственного препарата имеется хорошо документированная история производства.

Если для расчета биологической активности, основанного на надлежащей корреляции, используются исключительно физико-химические испытания, их результаты следует выражать в единицах массы.

В целях выпускающего контроля качества серий (как это указано в подразделе 4 настоящей главы) производитель должен обосновать выбор соответствующей методики количественного определения (биологической и (или) физико-химической).

Открыть полный текст документа

Биологическая активность — Справочник химика 21

    В химической и нефтехимической промышленности эти методы могут использоваться для разделения углеводородов, смещения равновесия химических реакций путем удаления одного из ее продуктов, разделения азеотропных смесей, концентрирования растворов, очистки или отделения высокомолекулярных соединений из растворов, содержащих низкомолекулярные компоненты и т. п. в биологии и медицине — для выделения и очистки биологически активных веществ, вакцин, ферментов и т. п. в пищевой промышленности — для концентрирования фруктовых и овощных соков, молока и молочных продуктов, получения высококачественного сахара и т. п. 
[c.7]

    В анаэробных условиях биологически перерабатываются твердые, полужидкие вещества и осадки сбраживаются осадки первичных отстойников и избыточного активного ила аэробных биологических систем очистки бытовых вод и их смесей с некоторыми промышленными сточными водами. Основное преимущество анаэробного сбрахминимальное образование биологически активных твердых веществ. Из перерабатываемых органических веществ только жиры, белки и углеводы обеспечивают выход газа при анаэробной переработке. Образующиеся при сбраживании летучие органические кислоты под действием метановых бактерий перерабатываются в метан, воду и биологически активное твердое вещество. 
[c.105]

    Метиламины получают в промышленности каталитическим аминированием метилового спирта. Процесс аминирования предназначен для получения моно-метиламина (ММА). диметиламина (ДМА) и триметиламина (ТМА) — ценных промежуточных продуктов, используемых в качестве исходного сырья в производстве растворителей, моющих средств, фармацевтических препаратов, гербицидов, бактерицидов, ускорителей вулканизации резины, красителей, биологически активных веществ, взрывчатых веществ, ракетных топлив и т. п. [c.290]

    Сопоставление технико-экономических показателей получения биологически активных соединений, из которого очевидна экономическая эффективность мембранных методов, приведено в табл. VI, 3. [c.290]

    Структурно витамины относятся к самым различным классам органических соединений. Их биологическая активность, пожалуй, лучше всего ассоциируется со старыми буквенными обозначениями говорят, например, А-витаминная активность. Индивидуальные представители ряда называют в СА [4ж], как показано ниже приведены также рекомендации ШРАС/ШВ, если таковые имеются. Поскольку новые принципы номенклатуры витаминов не разработаны, структуры витаминов здесь не приводятся. Они легко могут быть найдены в указателях СА. 

[c.190]

    Пестициды, обладая высокой биологической активностью, способны отрицательно влиять на здоровье человека. Поэтому при их применении надо строго соблюдать установленные сроки обработки, нормы расхода, кратность обработок, агрегатное состояние препарата и концентрацию рабочих составов. Эти же требования в значительной степени относятся и к хранению транспортировке и применению минеральных удобрений. [c.112]


    Значения биологической активности химических связей, вычисленные как средние величины для нормированных соединений в гомологическом ряду, приведены в табл. 3.5. 
[c.34]

    ТАБЛИЦА 3.3. Значения биологической активности химических связей нормированных соединений различных гомологических рядов [c.35]

    Короче говоря, диоксин химически очень инертен и практически нерастворим во многих растворителях. Остается неясным, каким образом столь инертное в химическом и физическом отношении вещество проявляет такую высокую биологическую активность. [c.404]

    Существует связь между химической структурой вещества и его токсическим действием. По правилу Ричардсона, которое применимо к веществам алифатического ряда и спиртам, сила наркотического действия возрастает с увеличением числа атомов углерода в молекуле, В качестве примера можно указать, что легкие бензины менее токсичны, чем тяжелые бутиловый, амиловый и другие высшие сиирты токсичнее, чем этиловый и проииловый. По правилу разветвленных цепей наркотическое действие ослабляется с разветвлением цепи углеродных молекул. Это наблюдается среди углеводородов, являющихся изомерами, имеющих различия в структуре (иа-иример, изогеитан менее ядовит, чем геитан). По правилу кратных связей биологическая активность веществ возрастает с увеличением числа ненасыщенных связей, т, е. с увеличением неиредельностн. Так, токсичность увеличивается, например, от этана (СНз—СНз) к этилену (СН2=СН2) и ацетилену (СН = СН), 

[c.42]

    Однако обратный осмос и ультрафильтрация могут применяться не только как отдельные самостоятельные операции, но и включаться непосредственно в технологический цикл. Часто это может давать очень хорошие результаты. Например, при производстве антибиотиков, гормонов, витаминов, являющихся продуктами микробиологических процессов, важен не только способ их выделения, но и сохранение биологической активности микрофлоры, поддержание ее концентрации в реакторе на определенном уровне. 

[c.289]

    Относительная стоимость удаления воды различными методами при очистке биологически активных соединений [199] [c.289]

    ПРОГНОЗ ТИПОВ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МЕТОДАМИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ХИМИИ [c.53]

    Успешное использование машинных средств при описании каталитических процессов связано с применением адекватного языка описания химической структуры. В настоящее время для описания химических структур все шире используют теоретико-графовые н топологические представления [54—56], например, при установлении изомеров в описании разветвленных молекул [57, 58] перечислении изомеров, соответствующих эмпирической формуле [59] определении структурного сходства и различия однотипных соединений [60] описании перегруппировок в полиэдрических координационных соединениях [61, 62] исследовании корреляций структура—свойство [63] и химическая структура—биологическая активность [64, 65] расчете квантовохимических параметров [63]. Перечисленные подходы, используя тот или иной способ кодирования структур, основываются на методах иденти-фикацпп, распознавания, логических выводов. [c.91]

    На основе выделенных тиоэфиров получен ряд высокоэффективных экстрагентов, реагентов для флотации руд цветных металлов, электролитов для малогабаритных источников тока, пестицидов, биологически активных препаратов [77]. [c.158]

    Азотсодержащие соединения находят широкое применение в производстве синтетических волокон, пластмасс, искусственной кожи, каучуков, поверхностноактивных и моющих веществ, ионообменных смол, фармацевтических препаратов, присадок к топливам и маслам, ингибиторов коррозии, биологически активных веществ, флотореагентов, растворителей, текстильно-вспомогательных веществ, бактерицидов, гербицидов, фунгицидов, ускорителей вулканизации резины, красителей, абсорбентов кислых газов, взрывчатых веществ, ракетных топлив и для многих других целей. [c.278]

    Указывалось на возможность практического использования биологической активности нефтяных СС, например, в качестве инсектицидов для борьбы с сосущими вредителями (клещами) в сельском хозяйстве [80]. Высокосернистые, богатые сульфидами нефти и получаемые из них мазуты, внесенные в почву до 3 т/га, заметно способствуют повышению урожайности и сокращают сроки созревания хлопчатника [593]. Сульфоксиды, полученные окислением сульфидов из фракции 200—400°С сборной нефти Южного Узбекистана, при предварительных испытаниях, проведенных в Институте фитопатологии растений, оказались активными десикантами (препаратами для предуборочного высушивания растений) и избирательными контактными дефолиантами (веществами, вызывающими опадение листьев) в отношении фасоли и горчицы [3]. Опубликовано множество патентов и авторских свидетельств на сельскохозяйственное применение многочисленных чистых синтетических СС, многие из которых содержатся в нефтях иди являются производными нефтяных компонентов [В], однако изучение возможностей использования в тех же целях нефтяного сырья ведется пока крайне слабо. [c.82]


    Назвать биологически активные вещества (БАВ) и показать их воздействие иа организм животных и рас-тепи11. [c.284]

    Одним из процессов, который получил большое применение, является фторирование. Оно широко используется в технологии редких элементов, в производстве синтетических материалов и биологически активных препаратов. Имеется много работ по изучению реакций кислот и оснований в безводном НР и других фторсодержащих растворителях. В ходе этих исследований было обнаружено большое число новых, весьма своеобразных соединений. В качестве примеров назовем некоторые из этих веществ. [c.286]

    В работах по получению белковых препаратов и БАВ (биологически активных веществ) проводится культивирование микроорганизмов в различных на различных субстратах. На занятиях студенты-биотехнологи осваивают методы и приемы работы с микроорганизмами, знакомятся с методами изучения их обмена веществ и управления этими процессами с целью увеличения выхода целевого продукта жизнедеятельности микроорганизмов. Лабораторные работы имеют специфический характер [c.76]

    Расчеты ВДКр. з, опирающиеся на значения биологической активности химических связей нормируемых соединений, дают доста- [c.34]

    Хлориды фосфора, РОСЬ и -РНз применяют для синтеза различных фосфорорганических соединений, которые обладают биологической активностью и поэтому используются как лекарственные средства и для борьбы с сельскохозяйственными вредителями. [c.424]

    Одним из процессов, который получил огромное применение за последние десятилетия, является фторирование. Оно широко используется в технологии редких элементов, в производстве синтетических материалов и биологически активных препаратов. В процессе фторирования весьма трудной задачей является подбор растворителя для проведения этой реакции, поскольку фтор разрушающе действует на большинство веществ. Это обстоятельство вызвало появление значительного числа работ по изучению реакций кислот и оснований в безводном НР и других фторсодержащих растворителях. В этих исследованиях было обнаружено большое количество новых, весьма своеобразных соединений. В качестве примеров назовем некоторые из этих веществ. [c.255]

    Третий раздел курса лекций посвящен технологии получения биологически активных веществ, рассматриваются сырье, основные химические реакции, которые лежат в основе синтеза, технологические схемы. [c.20]

    Рассмотренные эффекты могут иметь значение и для биофизики. В частности, поверхностные диполи фосфолипидных мембран могут оказывать влияние на электрогенные биофизические процессы, причем это влияние зависит от степени гидратации поверхности. Биологически активные ионы (например, Са +), как известно, способны менять степень гидратации фосфолипидной поверхности [430]. Возможно, регуляторная функция этих ионов связана с изменением структуры ДЭС в результате уменьшения степени гидратации поверхности под влиянием этих ионов. [c.160]

    Антибиотики. Пенициллин был первым антибиотиком, производство которого было осуществлено в промышленном масштабе. Он был открыт в 1928 г. А. Флемингом, а выпуск его начался лишь в 1939 г. после преодоления многих технических затруднений. Пенициллин образуется ферментативным путем, и на первой стадии производства получается раствор низкой концентрации. Дальнейшая переработка заключается в концентрировании раствора и выделении пенициллина в чистом виде. Большую трудность представляет низкая сопротивляемость пенициллина действию ряда соединений, присутствующих в растворе вместе с ним (кислоты, основания, вода, ионы тяжелых металлов, окислители, некоторые энзимы), и повышенной температуры. Эти соединения и условия приводят к потере биологической активности пенициллина. Гюэтому необходимо подобрать такие методы переработки, чтобы были удалены вредные компоненты или хотя бы сведено до минимума их действие. В производственном цикле применяется трехкратная экстракция, причем потери продукта сведены к минимуму [240, 257, 263, 268, 270, 273, 275, 277, 280, 281, 294]. [c.419]

    Явление адсорбции было открыто во второй половине XVIII века. Шееле в 1773 г. в Швеции и Фонтана в 1777 г. во Франщш наблюдали поглощение газов углем, а Т. Е. Ловитц в 1785 г. в России наблюдал поглощение углем органических веществ нз водных растворов. Явление адсорбции газов активным углем было использовано Н. Д. Зелинским при создании противогаза для защиты от отравляющих веществ, применявшихся во время первой империалистической войны,—в противогазе пары отравляющих веществ хорошо адсорбировались из тока воздуха активным углем. Разделение веществ на основе их различной адсорбируемости широко используется в настоящее время как в промышленности, так и для аналитических целей. Впервые возможность использования адсорбции смесей для их анализа была открыта М. С. Цветом в 1903 г. в Варшаве, который применил адсорбенты для разделения окрашенных биологически активных веществ и в связи с этим назвал этот метод хроматографическим адсорбционным разделением смесей. В настоящее время хроматографические методы широко используются для анализов сложных смссей и для автоматического регулирования технологических процессов (см. Дополнение). [c.437]

    В состав колец могут входить атомы кислорода, азота и серы. Ниже, в разд. Д, вы увидете, что кольца, состоящие из пяти атомов углерода и одного атома кислорода, образуют основу одного из классов биологически активных молекул — углеводов. [c.216]

    В медицине радиои ютопы применяются как метки для обнаружения аномалий в работе организма, определения пораженной области, а также при лечении. Обнаруживаются радиоизотопы системами регистрации ядерной радиации, позволяющими врачам определить, распространяется ли элемент в организме правильным образом. Соединения, содержащие метку, могут вводиться в организм в виде раствора биологически активные вещества могут быть заранее синте >и юваны с радиоактивным атомом, а затем введены в организм с пищей или в виде инъекций (рис. У.25). [c.349]

    Склонность замещенных тиолан-1,1-диоксидов к реакциям обмена с нуклеофилами позволила прогнозировать их активность и реакциях с энзимами, регулировать биологическую активность изучаемых соединений и расширить спектр их действия путем подбора заместителей. Впервые выявлено действие аминопроизводных тиолан-1,1-диоксидов на рост и развитие растений. Показано, что их гидрохлориды и аммониевые соединеппя представляют собой фунгициды и бактерициды. Первым практическим результатом этих исследований явилось создание регулятора роста растений и протравителя семян сахарной свеклы. Совместно с ВПИИПКНефтехим разработаны биоцидные присадки для защиты смазочно-охлаждающих жидкостей от микробиологического поражения. [c.16]

    Загрязнение гидросферы. Исключительно сильное отрицательное влияние на природу оказывают также жидкие или растворимые в воде загрязнители, попадающие в виде промышленных, коммунальных и дождевых стоков в реки, моря и океаны. Объем сточных вод, сбрасываемых в водоемы мира, ежегодно составляет 700 кмЗ и к концу XX в. удвоится. Как правило, для нейтрализации стоков требуется их 5 -12-кратное разбавление пресной водой. Следовательно, при современных темпах развития производства и непрерывно растущем водо-потреблении (5 — 6% в год) в самом ближайшем будущем человечество полностью исчерпает запасы пресных вод на Земле. К наиболее водоемким и крупным загрязнителям водоемов относятся химическая, нефтехимическая, нефтеперерабатывающая, нефтяная, целлюлозно-бумажная, металлургическая и некоторые другие отрасли промышленности, а также сельское хозяйство (наприме1>, для целей орошения). Со сточными водами НПЗ в водоемы попадают соленая вода ЭЛОУ, ловушечная нефть, нефтешламы, нефтепродукты, химические реагенты, кислые гудроны, отработанные щелочные растворы и т.д. С та1шми и дождевыми стоками в водоемы сбрасывается в огромных количествах практически вся гамма производимых в мире неорганическл х и органических веществ нефть и нефтепродукты, минеральные удобрения, ядохимикаты, тяжелые металлы, радиоактивные, биологически активные и другие загрязнители. В мировой океан ежегодно попадает в том числе более 15 млн т нефти и нефтепродуктов, 200 тыс. т свинца, [c.30]

    В ре. ультате хозяйственной деятельности нефтедобывающих, не( )телерсрабатывающих и транспортных предприятий происходит интенсивное загрязнение почвенной экосистемы, в значительной сте пеи.и подавляющее ее биологического активность. Поэтому особый luuspe гфедставляет биологическая оценка степени повреждения [c.209]

    Курс Биохимия и общая молекулярная биология является фундаментальным в системе подготовки специалистов-биотехнологов и базируется на знаниях в области общей биологии, неорганической и органической лимии, химии биологически активных веществ. В рамках курса даются расширенные представления о глубинных биохимических превращениях, идущих в клетке, позволяющих понять и с большей эффективностью использовать эти процессы в биотехнологии как на уровне целых клеток, так и на уровне систем макромолекул. Это особенно актуальным делает вопрос усвоения программного курса студентами-биотехнологами. [c.44]

    Поиск новых потенциальных пестицидов и лекарственных препаратов связан с проведение.м чрезвычайно трудоемких и дорогостоящих синтетических, биохимических и токсико-гигиенических исследований. Чтобы избежать излишних затрат времени и средств, целесообразно перед тем, как перейти к синтезу ряда новых соединений, выявить характеристики, оказывающие влияние на проявление того или иного вида биологической активности, сконструировать конкретные структуры с заданным дейсгвием и прогнозировать их активность, поэтому весьма перспективно выявление разнообразных биологических эффектов на теоретическом уровне. [c.53]

    Гибридная ЭС составления композиций агрохимикалиев 155] помогает химику разрабатывать композиции (формы выпуска) новых биологически активных препаратов. Процедура принятия ЭС решений состоит из двух этапов 1) определение типа используемой композиции 2) определение способа придания интересующему химика препарату выбранной формы. В настоящее время в БЗ имеются ПО для определения вида композиции и способа изготовления эмульгируемого концентрата. [c.253]

    Синильная кислота используется в качестве исходного сырья в процессах получения акрилонитрила (из ацетилена или окиси этилена), ацетонциангидрина, эфиров метакриловой кислоты, различных аминокислот — биологически активных веществ, гербицидов, новых моющих средств, комплексообразователей для выделения драгоценных металлов из рудных растворов и т. п. [c.278]

    Если реагент подается с постоянной скоростью, то соотношение мольных конценттраций в месте подачи может изменяться от —2 до -(-2. Когда скорость реакции настолько высока, что это может влиять на направление реакции, то качество конечных продуктов может быть либо высоким, либо низким. Например, в случае реакции нейтрализации чувствительного химического или биологически активного соединения при введении кислоты или основания с постоянной скоростью в центр зоны пере-мешивания могут произойти столь сушественные колебания pH в месте ввода, что, ло-видимому, это станет од- [c.201]


Особенности определения специфической активности биотехнологических лекарственных средств | Алпатова

1. Федеральный закон Российской Федерации от 12.04.2010 г. № 61-ФЗ «Об обращении лекарственных средств».

2. Guidelines on the quality, safety, and efficacy of biotherapeutic protein products prepared by recombinant DNA technology. Replacement of Annex 3 of WHO Technical Report Series, No. 814. WHO. 2013.

3. Авдеева ЖИ, Волкова РА, Алпатова НА, Борисевич ИВ. Общие принципы разработки программы доклинических испытаний иммунобиологических лекарственных препаратов, полученных с использованием методов генной инженерии. Цитокины и воспаление 2011; 10(4): 5-10.

4. Авдеева ЖИ, Алпатова НА, Солдатов АА, Бондарев ВП, Бунятян НД, Меркулов ВА и др. Особенности доклинических исследований биотехнологических лекарственных препаратов. Иммунология 2015; 36(5): 306-12.

5. Алпатова НА, Авдеева ЖИ, Солдатов АА, Бондарев ВП, Медуницын НВ. Принципы оценки специфической активности биотехнологических лекарственных препаратов. Цитокины и воспаление 2015; 14(3): 12-6.

6. Яковлев АК, Гайдерова ЛА, Алпатова НА, Лобанова ТН, Постнова ЕЛ, Юрчикова ЕИ и др. Изучение принципов стандартизации фармакологической активности препаратов рекомбинантных эритропоэтинов. Стандартные образцы 2016; (1): 8-20.

7. Мотузова ЕВ, Алпатова НА, Гайдерова ЛА, Рунова ОБ, Волкова РА, Мыца ЕД и др. Разработка и аттестация отраслевого стандартного образца активности филграстима. Биопрепараты. Профилактика, диагростика, лечение 2016; 16(3): 172-8.

8. Ярилин АА. Иммунология. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2010.

9. Кетлинский СА, Симбирцев АС. Цитокины. СПб: Фолиант; 2008.

10. Симбирцев АС. Цитокины — новая система регуляции защитных реакций организма. Цитокины и воспаление 2002. 1(1): 9-16.

11. Баринов АН. Тазовые боли с позиции невролога. Available from: http://inmeda.info/images/restricted/pelvicpain.pdf.

12. Медуницын НВ, Авдеева ЖИ, Алпатова НА. Препараты на основе цитокинов для иммунотерапии. В кн.: Сб. трудов 5-го Конгресса «Современные проблемы аллергологии, иммунологии и иммунофармакологии». Т. 1. Актовые и пленарные лекции. М., 2002. С. 381-97.

13. Авдеева ЖИ. Лекарственные препараты цитокинов. Биопрепараты. Профилактика, диагростика, лечение 2005; (1): 17-21.

14. Попов ВФ, Попов ОВ. Лекарственные формы интерферонов: Справ. Врача. М.: Триада-X, 2002.

15. Ржешевский АВ. Золотой век вирусов. Популярная механика 2015; (9): 410-44.

16. Авдеева ЖИ, Солдатов АА, Алпатова НА, Киселевский МВ, Лысикова СЛ, Бондарев ВП и др. Биоаналоговые (биоподобные) лекарственные препараты рекомбинантного гранулоцитарного колониестимулирующего фактора. Оценка качества. Биопрепараты. Профилактика, диагростика, лечение 2015; (1): 4-14.

17. Elliott S, Pham E, Macdougall IC. Erythropoietins: a common mechanism of action. Exp Hematol. 2008; 36(12): 1573-84.

18. Меркулов ВА, Солдатов АА, Авдеева ЖИ, Алпатова НА, Гайдерова ЛА, Яковлев АК, Медуницын НВ. Препараты рекомбинантных эритропоэтинов и их характеристика. Биопрепараты. Профилактика, диагростика, лечение 2013; (3): 4-11.

19. Шестакова МВ, Мартынов СА. Анемия при диабетической нефропатии: прогностическое значение, диагностика и лечение. Consilium medicum 2006; (9): 39-43.

20. Ковальчук ЛВ, Ганковская ЛВ, Мешкова РЯ. Клиническая иммунология и аллергология с основами общей иммунологии. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2012.

21. Лягоскин ИВ, Берестовой МА, Потеряев ДА, Зейналова ЭС, Вишневский АЮ, Казаров АА. Валидация ХТТ-теста для оценки антипролиферативной активности препаратов на основе моноклональных антител. Биопрепараты. Профилактика, диагростика, лечение 2015; (1): 45-50.

22. Guideline on development, production, characterization and specifications for monoclonal antibodies and related products. London, EMA. 2008.

23. Авдеева ЖИ, Алпатова НА, Волкова РА, Лаптева ЛК. Лекарственные препараты на основе генно-инженерных моноклональных антител. Биопрепараты. Профилактика, диагростика, лечение 2011; (2): 14-9.

24. Иванов АА, Белецкий ИП. Терапия моноклональными антителами — панацея или паллиатив? Ремедиум 2011; (3): 12-6.

25. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств (иммунобиологические лекарственные препараты). Часть вторая. М.: Гриф и К, 2013.

26. Авдеева ЖИ, Солдатов АА, Алпатова НА, Медуницын НВ, Бондарев ВП, Миронов АН и др. Лекарственные препараты моноклональных антител нового поколения (проблемы и перспективы). Биопрепараты. Профилактика, диагностика, лечение 2015; (1): 21-35.

27. Хаитов РМ, Ярилин АА, Пинегин БВ. Иммунология. Атлас. М.: ГЭОТАР-Медиа; 2011. С. 302; 333.

28. Сигидин ЯА, Лукина ГВ. Биологическая терапия в ревматологии. М.: Практическая медицина; 2009.

29. Елисеев МС, Барскова ВГ, Насонов ЕЛ. Роль фактора некроза опухоли-α (ФНОα) в развитии обменных нарушений и атеросклероза и влияние на них ингибиторов ФНОα у больных ревматическими заболеваниями. Научно-практическая ревматология 2009; (2): 67-73.

30. Коваленко ВН, Головач ИЮ, Борткевич ОП. Современные мишени для целевой терапии ревматоидного артрита: от моноклональных антител до блокаторов сигнальных молекул. Украинский ревматологический журнал 2012; 49(3): 5-14.

31. Tarhini AA, Iqbal F. CTLA-4 blockade: therapeutic potential in cancer treatments. Onco Targets Ther. 2010; 3: 15-25.

32. Демидов ЛВ, Харкевич ГЮ, Михайлова ИН, Петенко ИН, Самойленко ИВ, Утяшев ИА. Новые направления в лечении больных меланомой кожи. Вестник московского онкологического общества. Информационный бюллетень 2011; 9(580): 4-6.

33. Моисеенко ВМ. Возможности моноклональных антител в лечении злокачественных опухолей. Практическая онкология 2002; 3(4): 253-61.

34. Проценко ГА. Перспективы применения ритуксимаба в ревматологии. Украинский ревматологический журнал 2009; (1): 44-7.

35. Cohen SB, Emery P, Greenwald MW, Dougados M, Eurie RA, Genovese MC, et al. Rituximab for rheumatoid arthritis refractory to anti-tumor necrosis factor therapy: results of a multicenter, randomized, double-blind, placebo-controlled, phase III trial evaluating primary efficacy and safety at twenty-four weeks. Arthritis Rheum. 2006; 54(9): 2793-806.

36. Насонов ЕЛ. Ритуксимаб в лечении ревматических болезней. Научно-практическая ревматология 2008. Приложение к № 1: 3-10.

37. Насонов ЕЛ, ред. Анти-В-клеточная терапия в ревматологии: фокус на ритуксимаб. Монография. М.: ИМА-ПРЕСС; 2012.

38. Maddocks KJ, Lin TS. Update in the management of chronic lymphocytic leukemia. J Hematol Oncol. 2009; 2: 2-29.

39. Taylor RP, Lindorfe MA. Drug Insight: the mechanism of action of Rituximab in autoimmune disease-the immune complex decoy hypothesis. Nat Clin Pract Rheumatol. 2007; 3(2): 86-95.

40. Мирошника ОА, ред. Иммуномодуляторы в России: Справочник. Т. 1. Омск: ГП «Омская областная типография»; 2014.

41. Бесова НС. Продолжительность терапии Герцептином при HER2-позитивном раке молочной железы. Эффективная фармакотерапия. Онкология, гематология и радиология 2012; (1): 14-21.

42. Ганьшина ИП, Жукова ЛГ, Тюрин ИЕ. Пертузумаб — новый взгляд на HER2-положительный метастатический рак молочной железы. Фарматека 2014; (17): 52-9.

43. Baselga J, Gelmon KA, Verma S, Wardley A, Conte P, Miles D, et al. Phase II trial of pertuzumab and trastuzumab in patients with human epidermal growth factor receptor 2-positive metastatic breast cancer that progressed during prior trastuzumab therapy. J Clin Oncol. 2010; 28(7): 1138-44.

44. Jones K, Buzdar AU. Evolving novel anti-HER2 strategies. Lancet Oncol. 2009; 10(12): 1179-87.

45. Корман ДБ. Мишени и механизмы действия противоопухолевых препаратов. М.: «Практическая медицина», 2014. С. 150.

АКТИВНОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКАЯ это

Читать PDF
355.48 кб

Биологическая активность бензофуроксанов

Чугунова Елена Александровна, Сазыкин Иван Сергеевич, Сазыкина Марина Александровна

Приводится краткая характеристика химических свойств и строения гетероциклических соединений бензофуроксанов.

Читать PDF
360.57 кб

Изучение биологической активности политрила

Струнин Б. П., Саттарова Л. Ф., Шарипова Л. К., Фролова Н. А., Гармонов С. Ю., Исмагилова А. Ф., Гуревич П. А.

Изучены основные фармакотоксикологические свойства 1,4-дигидро-7(морфолинил-4)-4-оксо-6-фторо-1-этил-хинолинкарбоновой-3 кислоты (политрила) и показана возможность его применения в ветеринарии как антимикробного средства

Читать PDF
275.87 кб

Биологическая активность видов рода Halenia

Шишмарева Татьяна Михайловна

В настоящем обзоре приведены данные о биологической активности видов рода Halenia мировой флоры.

Читать PDF
261.17 кб

Биологическая активность липосомного силибинина

Фельдман Н.Б., Гудкова О.И., Курьяков В.Н., Громовых Т.И., Баранова А.А., Садыкова В.С., Луценко С.В.

Цель работы получение и характеристика липосомного силибинина, а также исследование его противоопухолевой и антимикробной активности.

Читать PDF
384.39 кб

Оценка pH-активности биологически активной среды

Глинкин Евгений Иванович

Предложен аналитический метод оценки рН-активности биологически активной среды в коде по широте импульсов исследуемой и образцовой среды с нормированными параметрами для двух порогов.

Читать PDF
147.96 кб

Биологическая активность растительных полисахаридов

Сычев Игорь Анатольевич, Калинкина О. В., Лаксаева Е. А.

Полисахариды растений оказывают выраженное противовоспалительное, ранозаживляющее, антиоксидантное и противорадиоционное воздействие, стимулируют процессы кроветворения, активируют функции иммунной системы при введении в организм

Читать PDF
277.47 кб

БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПЛАЗМЕННО ОБРАБОТАННОЙ ВОДЫ

Терешко Ирина, Горчаков Тимур, Толстая Елена, Терешко Валерий

Рассмотрены вопросы управления биологической активностью воды, которое возможно не только на основе химических (фармакологических) подходов, но и физических, в том числе с применением низкотемпературной плазмы.

Читать PDF
121.53 кб

Изофлавоны сои: биологическая активность и применение

Барабой В. А.

Структурные особенности изофлавонов сои определяют их биологическую активность — антиоксидантную, незначительную эстрогенную и антиэстрогенную (изза структурного сходства с эстрогенами).

Читать PDF
98.23 кб

Биологическая активность экстракта Urtica cannabina L

Губин Кирилл Владимирович, Сенькова А. В., Ханина М. А., Агеева Т. А.

Сухой экстракт Urtica cannabina L., содержащий комплекс биологически активных веществ, вводили мышам внутриже-лудочно при проведении полихимиотерапии с целью снижения ее токсичности.

Читать PDF
403.36 кб

Синтез и биологическая активность производных пиримидина

Гимадиева А. Р., Чернышенко Ю. Н., Мустафин А. Г., Абдрахманов И. Б.

Рассмотрены методы синтеза пиримидиновых аналогов нуклеозидов и их биологическая активность.

Читать PDF
717.62 кб

Биологическая активность папоротников Республики Бурятия

Шишмарев Вячеслав Михайлович, Шишмарева Татьяна Михайловна

В настоящем обзоре систематизированы данные о лекарственных папоротниках Республики Бурятия и их биологической активности.

Читать PDF
629.41 кб

Биологическая активность воды после мембранной фильтрации

Пилипенко П.Н., Выродова А.М.

Обнаружено увеличение интенсивности биолюминесценции светящегося штамма бактерии E.Coli в растворе фосфатно-солевого буфера после его предварительной фильтрации через мембрану из эфиров целлюлозы.

Читать PDF
96.06 кб

Биологическая активность замещенных гем. -дихлорциклопропанов

Брусенцова Е. А., Имашев У. Б., Молявко М. А., Злотский С. С., Макара Н. С., Зарудий Ф. С.

Изучена биологическая активность замещенных гем.-дихлорциклопропанов и показано, что данные соединения задерживают развитие воспаления.

Читать PDF
141.74 кб

Повышение биологической активности масел пихты и можжевельника

Лопатин М.А., Попов А.В., Домашкин А.В.

Читать PDF
211.11 кб

Биологическая роль и метаболическая активность янтарной кислоты

Евглевский Алексей Алексеевич, Рыжкова Галина Федоровна, Евглевская Елена Павловна, Ванина Наталья Владимировна, Михайлова Ирина Ивановна, Денисова Алена Владимировна, Ерыженская Надежда Федоровна

Представлен теоретический анализ и перспективы научных исследований по коррекции метаболизма и улучшение фармакологических свойств лекарственных средств с применением янтарной кислоты

Биологическая активность гуминовых веществ: перспективы и проблемы их применения в медицине (обзор)

Журнал «МедиАль» №1, 2019

DOI: https://doi.org/10.21145/2225-0026-2019-1-54-60

И. А. Савченко, И. Н. Корнеева, Е. А. Лукша, К. К. Пасечник, ФГБОУ ВО «Омский государственный медицинский университет»

В обзоре представлены данные по химическому составу, структурному разнообразию, распространенности в природе, биологической активности гуминовых веществ. Рассмотрены сложность строения гуминовых веществ, возможность образования межмолекулярных и внутримолекулярных связей, особенности биосинтеза. Описаны структурные характеристики гуминовых веществ, которые позволяют участвовать в разнообразных биохимических реакциях, образовывать комплексные соединения, влиять на фотохимические процессы. Уникальность химических свойств гуминовых веществ позволяет применять их в различных отраслях народного хозяйства, в том числе и в медицинской практике. В природе не существует соединений с идентичным набором таких же важных химических и биологических свойств, какими обладают гуминовые соединения. Все это определяет перспективность использования гуминовых веществ в качестве потенциальных лекарственных средств нового поколения. Исследования в области разработок новых биологически активных соединений показали, что гуминовые вещества различного генеза обладают иммуномодулирующим и противовоспалительным действиями, что позволяет использовать их для профилактики и лечения хронических дерматозов, атопических дерматитов, аллергических ринитов и других заболеваний, сопровождающихся воспалительными и аллергическими реакциями. Перспективным является применение гуминовых веществ как противогрибковых, противовирусных средств. Природное происхождение гуминовых веществ является весомым преимуществом перед искусственно синтезированными препаратами в лечении грибковых и вирусных инфекций, так как клинически они практически не имеют нежелательных эффектов по сравнению с их традиционными аналогами. Однако выявленная в экспериментальных исследованиях биологическая активность гуминовых веществ не позволяет их широко использовать в медицине. Производители препаратов, изготовленных на основе гуминовых веществ, описывают широкий спектр лечебных свойств, не подкрепленных результатами доклиническими и клиническими испытаний. В Реестре ЛС РФ не зарегистрировано лекарственных препаратов на основе гуминовых соединений, основным препятствием чему является сложность их стандартизации. Разработка лекарственных препаратов на доклиническом этапе предполагает установление структуры действующего соединения и определение оптимальных методов и методик его стандартизации для контроля качества. В настоящее время знаний о составе и строении гуминовых веществ недостаточно для распространения на них общепринятых в фармакологии и фармации представлений о субстанциях лекарственных средств.

Biological activity of humic substances: prospects and problems of their application in medicine

Savchenko I.A., Luksha E.A., Korneeva I.N., Pasechnik К.К.Omsk State Medical University

The review presents data on humic substances’ chemical composition, structural diversity, the prevalence in nature, biological activity. We observed the complexity of the structure of humic substances, the possibility of the formation of intermolecular and intramolecular bonds, the specificities of biosynthesis. The structural characteristics of humic substances, which allow participating in various biochemical reactions, form complex compounds, and influence photochemical processes, are described. The uniqueness of the chemical properties of humic substances can be applied in various fields of the national economy, including medical practice. In nature, there are no compounds with an identical set of the same important chemical and biological properties as humic compounds possess. All this determines the prospects of using humic substances as potential drugs of the new generation. Research in the field of development of new biologically active compounds has shown that humic substances of various origins have an immunomodulatory and anti-inflammatory effect, which allows them to be used for the prevention and treatment of chronic dermatoses, atopic dermatitis, allergic rhinitis and other diseases accompanied by inflammatory and allergic reactions. Using the humic substances as antifungal, antiviral agents can be promising. The natural origin of humic substances is a significant advantage over artificially synthesized drugs in the treatment of fungal and viral infections since clinically they have virtually no side effects compared to their traditional equivalent. However, the biological activity of humic substances revealed in experimental studies does not allow them to be widely used in medicine. Manufacturers of preparations based on humic substances describe a wide range of medicinal properties that are not approved by the results of preclinical and clinical trials. There are no drugs based on humic compounds in the Register of Medicinal Products of the Russian Federation, the main obstacle to which is the complexity of their standardization. Drug development at the preclinical stage involves establishing the structure of the active compound and determining the best methods and methods for its standardization for quality control. At present, knowledge of the composition and structure of humic substances is not enough for disseminating to them the ideas about the substances of medicinal products generally accepted in pharmacology and pharmacy.


Источники / References

  1. Бузлама А.В., Чернов Ю.Н. Анализ фармакологических свойств, механизмов действия и перспектив применения гуминовых веществ в медицине. Экспериментальная и клиническая фармакология. 2010. Т. 73. № 9. С. 43-48.
  2. Аввакумова Н.П. и др. Антиоксидантные свойства гуминовых веществ пелоидов. Химико-фармацевтический журнал. 2011. № 3.С. 50-51.
  3. Van Rensburg C.E.J. The Antiinflammatory Properties of Humic Substances: A Mini Review.Phytother. Res. 2015. Vol. 29. № 6. P. 791-795.
  4. Vaskova J. et al. Effects of humic acids in vitro. In Vitro Cell. Dev. Biol. Anim. 2011. № 47. P. 376-382.
  5. Holland A. et al. Humic substances of varying types increase survivorship of the freshwater shrimp Caridina sp. D to acid mine drainage. Ecotoxicology. 2014. Vol. 23. № 5. P. 939-945.
  6. De Melo B.A.G. et al. Humic acids: Structural properties and multiple functionalities for novel technological developments. Materials Science and Engineering: C. 2016. Vol. 62. P. 967-974.
  7. Klucakova M., Veznikova K. Micro-organization of humic acids in aqueous solutions. Journal of Molecular Structure. 2017. Vol. 1144. P. 33-40.
  8. Кондратенко Е.П. и др. Биостимулирующие и физико-химические свойства гумата натрия. Химия растительного сырья. 2016. № 3. С. 109-118.
  9. Raposo J.C. et al. Determination of humic substances in sediments by focused ultrasound extraction and ultraviolet visible spectroscopy. Microchemical Journal. 2016. Vol. 128. P. 26-33.
  10. Платонов В.В., Горохова М.Н. Особенности химического состава органической массы торфов и биологическая активность препаратов на их основе. Вестник новых медицинских технологий. 2016. № 2. С. 21-48.
  11. Лиштван И.И. и др. Взаимодействие гуминовых кислот с ионами металлов и структура металлгуминовых комплексов. Вестник БГУ. 2012. Сер. 2. № 2. С. 12-16.
  12. Sherry L. et al. Investigating the biological properties of carbohydrate derived fulvic acid (CHD-FA) as a potential novel therapy for the management of oral biofilm infections. BMC Oral Health. 2013. Vol. 13. P. 47.
  13. Савченко И.А. и др. Новый подход к решению проблемы стандартизации гуминовых кислот. Современные проблемы науки и образования. 2013. № 3. URL: http://www.science-education.ru/109-9305.
  14. Sorkina T.A. et al. Nature-inspired soluble iron-rich humic compounds: new look at the structure and properties. Journal of Soils and Sediments. 2014. Vol. 14. № 2. P. 261-268.
  15. Sutton R., Sposito G. Molecular structure in soil humic substances: the new view. Environ. Sci. Technol. 2005. Vol. 39. № 23. P. 9009-9015.
  16. Холодов В.А. и др. Строение гуминовых кислот, извлекаемых в ходе последовательной щелочной экстракции из чернозема. Почвоведение. 2009. № 10. С. 1177-1183.
  17. Perminova I.V. et al. Preparation and use of humic coatings covalently bound to silica gel for Np (V) and Pu (V) sequestration. J. Alloys and Compounds. 2007. Vol. 444-445. P. 512-517.
  18. Водяницкий Ю.Н. Методы расчета ароматичности гумусовых кислот. Почвоведение. 2001. № 3. С. 289-294.
  19. Перминова И.В. Гуминовые вещества — вызов химикам XXI века. Химия и жизнь. 2008. № 1. С. 50-56.
  20. Кирейчева Л. В., Хохлова О.Б. Элементный состав гуминовых веществ сапропелевых отложений. Вестник РАСХН. 2000. № 4. С. 59-62.
  21. Nebbioso A., Piccolo A. Basis of a humeomics science: chemical fractionation and molecular characterization of humic biosuprastructures. Biomacromolecules. 2011. Vol. 12. P. 1187-1199.
  22. Орлов Д.С. Гуминовые вещества в биосфере. Соровский образовательный журнал. 1997. № 2. С. 56-63.
  23. Bell N.G.A. et al. Isotope-filtered 4D NMR spectroscopy for structure determination of humic substances. Angew. Chem. Int. Ed Engl. 2015. Vol. 54. P. 8382-8395.
  24. Ларина Г.В. и др. Состав органического вещества и гуминовых кислот торфяного месторождения Баланак (Горный Алтай). Вестник Томского государственного педагогического университета. 2013. № 8 (136). С. 222-226.
  25. Rodriguez F.J. et al. A comprehensive structural evaluation of humic substances using several fluorescence techniques before and after ozonation. Part II: evaluation of structural changes following ozonation. Sci Total Environ. 2014. Vol. 1. № 476-477. P. 731-42.
  26. Garcia A.C. et al. Structure-Property-Function Relationship in Humic Substances to Explain the Biological Activity in Plants. Sci Rep. 2016. Vol. 6. P. 20798.
  27. Tikhova V.D. et al. Analysis of humic acids from various soils using acid hydrolysis. Russian J. of Applied Chemistry. 2008. Vol. 81. № 11. P. 1957-1962.
  28. Аввакумова Н.П. и др. Гуминовые вещества как регуляторы экологического гомеостаза. Известия Самарского научного центра РАН. 2016. Т. 18. № 2 (2). С. 267-271.
  29. Зыкова М.В. и др. Стандартизация гуминовых кислот низинного древеснотравяного вида торфа. Химико-фармацевтический журнал. 2013. № 12. С. 53-56.
  30. Савченко И.А. и др. Изучение общетоксического действия гуминовых веществ озерного сапропеля. Сибирский медицинский журнал (Иркутск). 2014. № 2. С. 75-78.
  31. Сухих А.С., Кузнецов П.В. Перспективы применения гуминовых и гуми-ноподобных кислот в медицине и фармации. Медицина в Кузбассе. 2009. № 1. С. 10-14.
  32. Якименко О.С., Терехова В.А. Гуминовые препараты и оценка их биологической активности для целей сертификации. Почвоведение. 2011. № 11. С. 1334-1343.
  33. Платонов В.В. и др. Метод предварительной оценки физиологической активности гуминовых и гуминоподобных веществ. Вестник новых медицинских технологий. 2010. № 3. С. 26-28.
  34. Klocking R. et al. The antiviral potency of humic substances. Proceedings of the 13th International Humic Substances Society «Humic Substances — Linking Structure to Functions». Karlsruhe, 2006. P. 397-400.
  35. Жолобова И.С., Пономарева Л.О. Влияние биогуматов на почвенную биоту. Научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2015. № 114 (10). С. 1-2.
  36. Стом Д.И. и др. Возможные механизмы биологического действия гуми-новых веществ. Сибирский медицинский журнал. 2008. № 6. С. 76-79.
  37. Altieri F. et al. DNA damage and repair: from molecular mechanisms to health implications. Antioxid Redox Signal. 2008. Vol. 10 (5). Р. 891-937.
  38. Evangelista S. et al. The effect of structure and a secondary carbon source on the microbial degradation of chlorophenoxy acids. Chemosphere. 2010. Vol. 79. P. 1084-1088.
  39. Бузлама А.В. и др. Параметры острой токсичности солей гуминовых кислот. Вестник ВГУ, Серия: Химия. Биология. Фармация. 2014. № 1. С. 111-115.
  40. Жилякова Т.П. и др. Торфотон — перспективный противоязвенный препарат. Сибирский журнал «Гастроэнтерология и гепатология». 1999. № 8-9. С. 108-109.
  41. Ветрова О.В. и др. Закрепление гуминовых кислот на поверхности силикагеля через слой полиметиленгуанидина. Известия Томского политехнического университета. 2013. Т. 322. № 3. С. 18-21.
  42. Иванов А.А. и др. Оценка адсорбционной способности модифицированных торфяных энтеросорбентов. Химия растительного сырья. 2013. № 1. С. 215-220.
  43. Филов В.А., Беркович А.М. Новый отечественный многофункциональный препарат Олипифат (Лигфол). Бюллетень международной научной хирургической ассоциации. 2006. Т. 1. № 2.
  44. Беркович А.М. Применение гуминовых и гуминоподобных препаратов в ветеринарии и медицине. [Электронный ресурс] http://www.humipharm.ru/research/prim.pdf.
  45. Карамов Э.В. и др. Синтетическое производное гуминатов Олипифат как анти-ВИЧ-агент в индивидуальном и комбинированном применении. Иммунология. 2009. № 5. С. 260-263.
  46. ГОСТ Р 54000-2010. Удобрения органические. Сапропели. Общие технические условия. М.: Стандартинформ, 2010. 16 с.
  47. Федько И.В. и др. К вопросу об использовании биологически активных гуминовых в медицине. Химия растительного сырья. 2005. № 1. С. 49-52.
  48. Гостищева М.В. и др. Сравнительная характеристика методов выделения гуминовых кислот из торфов с целью получения гуминовых препаратов. Доклады ТУСУРа. Автоматизированные системы обработки информации, управлении и проектирования. 2004. № 1. С. 66-69.

Биологическая активность почвы

Одним из ключевых факторов успешного экологического земледелия является высокая биологическая активность почвы. Она способствует тому, что растения в полном объеме получают необходимые для жизнедеятельности органические вещества, которые попадают в почвенный покров в результате возделывания бобовых кормовых культур и / или внесения навоза.

Многочисленные факторы, от которых зависит биологическая активность почвы, могут быть условно разделены на три большие группы:

  • погодные условия;
  • технология земледелия;
  • виды возделываемых культур.

Если на естественные (природные) факторы оказать воздействие практически не возможно, то правильно организованный комплекс агротехнических мероприятий может оказать существенное воздействие на микробную активность почвы. Применяемые технологии земледелия способны повлиять на такие показатели как кислотность, содержание органических веществ, ход вегетации и физические свойства почвы.

Биологическая активность почвы

Биологическая активность почвы

Биологическая активность почвы

Биологическая активность почвы

С целью определения воздействия традиционного и экологического севооборота на биологическую активность земли в ряде опытных хозяйств были проведены оценочные работы. Оценка биологической активности почвы определялась специалистами на основании трех ферментов:

  • Активность дегидрогеназы (DHA). Этот фермент является мерой интенсивности микробиологического разложения веществ в почвенных слоях, а также индикатором биологических окислительно-восстановительных систем.
  • Щелочные фосфатазы (РНО). Функция этого фермента заключается в катализе гидролитического расщепления фосфат — эфиров. Такое воздействие играет важную роль в процессе обогащения органических фосфорных соединений, находящихся в почве, необходимыми минералами.
  • Бета — глюкозидазы (GLU). Эти ферменты выполняют катализ гидролитического расщепления глюкозидов в рамках разложения целлюлозы в почве. Такая роль является очень важной, учитывая, что растительные остатки состоят из целлюлозы на 40 — 70%.

В результате проведенных исследований между экологическим и традиционным земледелием был выявлен целый ряд существенных различий. Одной из основных особенностей экологического земледелия стала повышенная активность дегидрогеназы. Аккумуляция этого органического вещества стала одной из главных причин образования более благоприятных, чем при традиционном возделывании земли.

Факторы влияния на активность ферментов

Как уже отмечалось ранее, сильное влияние на биологическую активность почвы оказывают возделываемые культуры, а также их предшественники. В особенности это касается тех растений, которые оставляют после себя большое количество коренных и пожнивных элементов. Кроме того, в почвенно-биологической активности немаловажную роль играют сезонные (кратковременные) факторы влияния.

Указанные выше критерии воздействия дополняет специфика погодных условий. При достаточном количестве осадков обогащенная органическая субстанция почвы в экологическом земледелии усиливает биологическую активность почвы. В завершение добавим, что благоприятными моментами здесь также является удобрение навозом и возделывание многолетних кормовых культур.

Определение и измерение биологической активности: применение принципов метрологии

Разделение биологической активности на химические и биологические термины с помощью c и f формирует основу для разрешения дихотомии химической и биологической точек зрения. В этом отношении различия в химической и биологической точек зрения, которым мы приписываем большую часть путаницы, связанной с измерением биологической активности, теперь становятся средством устранения этой путаницы.

Макромолекулярные объекты, такие как белки, можно рассматривать как химические объекты так же, как и более простые молекулы. Хотя макромолекулы намного сложнее, технологические достижения в настоящее время позволяют подойти к их характеристике так же, как это делается для объектов с относительно низкой молекулярной массой. Становится практичным характеризация белковых молекул и определение их концентраций в единице СИ моль л -1 ; существует множество коммерческих, правительственных и академических организаций, которые обеспечивают необходимые измерения аминокислотного состава, пострибосомной модификации, содержания простетических групп и т. д.Измерение c для белков может быть строгим, хотя неопределенность измеренного значения может быть очень большой из-за смещения калибровки, если только используемая процедура не связана непосредственно с конкретным белком и его аминокислотным составом. Однако в сочетании с соответствующей оценкой неопределенности xiii , c будет подходящим для использования в этом определении биологической активности отчасти потому, что подход предполагает уточнение.

Оценка неопределенности c должна признавать и учитывать присущую биологическим макромолекулам гетерогенность.Макромолекулы, полученные из биологических источников, даже высокоочищенные препараты без обнаруживаемых примесей или наблюдаемой гетерогенности, неизбежно будут до некоторой степени гетерогенными. Материалы биологического происхождения гетерогенны из-за генетических мутаций, полиморфизмов и изменчивости посттрансляционной модификации. На практике это является следствием объединения тканей (например, плазмы крови) нескольких индивидуумов перед очисткой объекта. Такая микронеоднородность может быть очень малой и во многих случаях иметь небольшое значение или не иметь никакого значения.Однако значения измеренных свойств этих «реальных» материалов являются средними значениями свойств отдельных молекул.

Неспособность распознать такие источники неоднородности может привести к непродуктивному обсуждению и неправильной оценке истинной неопределенности присущей активности f , которая должна быть отнесена к эталонному материалу. Однако для этого обсуждения концептуально полезно принять гипотетический эталонный материал, состоящий из молекул, каждая из которых идентична по структуре.Такой идеализированный макромолекулярный объект обеспечивает преимущество, заключающееся в том, что функции макромолекулы могут быть непосредственно связаны с ее последовательностью и сайтами на макромолекуле, которые изменяются посттранскрипционно или трансляционно. Более того, без лишнего обсуждения можно предположить, что структуры представлены их первичными последовательностями и трехмерными структурами. Реальным примером, который может приблизиться к идеализированному эталонному материалу, является рекомбинантный белок, полученный в системе с полной точностью транскрипции, трансляции и посттрансляционной модификации.В контексте метрологической прослеживаемости такой идеализированный материал можно рассматривать как приближение к первичному эталонному материалу чистой сущности. Таким образом, определяется идентичность объекта, а количество объекта и неопределенность его измерения включаются в оценку c в определяющем уравнении. Все вторичные партии объекта прослеживаются до первичного материала по значениям количества вещества, вариациям в природе и степени посттрансляционных модификаций, а также их влиянию на значение f для партии.

Концептуально важно отличать внутреннюю гетерогенность, как описано выше, от гетерогенности, возникающей в результате того, что эталонный материал биологического происхождения представляет собой смесь различных объектов. Последствия этого последнего типа неоднородности, т. е. присутствия других объектов (загрязнителей) в смесях биологических материалов, таких как плазма крови, должны рассматриваться с точки зрения влияния, которое они оказывают на измерения биологической активности идеализированных веществ. справочный материал или его практический эквивалент.Поскольку некоторые такие объекты, выделенные вместе с макромолекулой, вероятно, являются взаимодействующими веществами (модификаторами активности), их необходимо точно измерять всякий раз, когда они известны. Эталонные материалы на основе матрицы, в которых измеряемая величина является чистой сущностью, могут быть охарактеризованы в отношении влияния компонентов матрицы на измеряемую величину, тогда как эталонные материалы, в которых активность определяется измеряемой величиной, присущей матрице, не могут быть охарактеризованы таким образом и, таким образом, , предрасположены к воздействию взаимодействующих веществ и влияют на величины, которые, вероятно, неизвестны.

Специфическая интерпретация f намеренно и обязательно связана с технологическими и химическими уравнениями, которые определяют и описывают функцию. Как отмечалось ранее, определение A аналогично определению активности ( a ) в классической термодинамике, но с соответствующими оговорками. Таким образом, f можно считать аналогом γ , коэффициента термодинамической активности. Интерпретация γ для ионов основана на теории электролитов Дебая–Хюккеля–Онзагера [8, 9] Сноска 7 .В контексте биологической активности ферментов очевидной моделью для интерпретации f является уравнение Михаэлиса-Ментен (включая его формы, включающие влияние модификаторов).

В качестве иллюстрации того, что это общепринятый подход к характеристике ферментов и их активности, химическое уравнение, описывающее каталитическую активность фермента в его простейшей форме, выглядит следующим образом:

$$\begin{align}{\text{Фермент}} + {\text{Субстрат}}\overset {K_{{\text{m}}}} \leftrightarrows \;{\text{Фермент:Субстрат}}& \\{\text{Фермент:Субстрат}}\xrightarrow{{k_{{\text{c}}} }}{\text{Фермент}} + {\text{Продукт}}\end{align}$$

Два процесса, участвующих в выражении ферментативной активности, — это распознавание субстрата и связывание, представленные K m (постоянная Михаэлиса) и химическое превращение, представленное k с .Интерпретация, таким образом, связывает биологическую активность ( A ) с концентрацией фермента, c фермент , из:

$$A = — \frac{{{\text{d}}c_{{{\text{подложка}}}} }}{{{\text{d}}t}} = c_{{{\text{ фермент}}}} k_{{\text{c}}} \frac{{c_{{{\text{субстрат}}}} }}{{K_{{\text{m}}} + c_{{{ \text{substrate}}}} }}$$

Линейная зависимость от c Обычно наблюдается фермент , но бывают ситуации, когда это обобщение не выполняется Сноска 8 .Если независимая переменная c подложка , то линейность проявляется только когда c подложка << K м . Выбор подходящих условий для использования реакции, катализируемой ферментами, в качестве средства измерения c фермент , с подложка > К м , а для c подложка , с подложка << K м , хорошо и давно установлены [10].Единственным параметром, определяющим каталитическую эффективность фермента для конкретного субстрата, является отношение к . с / К м ; обычно это дается с размерами моль -1 л с -1 или десятичным числом, например, мкмоль -1 л с -1 . С 1999 г. единицей каталитической активности в системе СИ ( А ) называется катал (кат), имеющий размеры s −1 мкмоль.Выражение СИ для концентрации каталитической активности представляет собой катал на кубический метр, кат м -3 . Основываясь на единице СИ, катале, единицами для f являются L s −1 . Эффективность процессов, катализируемых ферментами, и низкие концентрации ферментов и субстратов в таких реакциях приводят к измеренным значениям, указанным в мккат L -1 или nkat L -1 .

Аналогичное химическое уравнение применимо к системе, состоящей из макромолекулярного рецептора и небольшой молекулы лекарства, которая изменяет биологическое поведение рецептора.Точно так же, если бы молекулярный объект был олигонуклеотидом, то только связывание могло бы быть биологической активностью. Однако, если бы связывание олигонуклеотидов было первым шагом в процессе транскрипции генов, тогда были бы включены дополнительные химические уравнения и реакции.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка браузера на прием файлов cookie

Существует множество причин, по которым файл cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее распространенные причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки браузера, чтобы принять файлы cookie, или спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файл cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Попробуйте другой браузер, если вы подозреваете это.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы это исправить, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Предоставить доступ без файлов cookie потребует от сайта создания нового сеанса для каждой посещаемой вами страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в файле cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только та информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, если вы не решите ввести его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступ к остальной части вашего компьютера, и только сайт, создавший файл cookie, может его прочитать.

Прогнозирование спектров активности веществ

Спектр биологической активности (СБА) – внутреннее свойство соединения, отражающее различные фармакологические эффекты, физиологические и биохимические механизмы действия и специфическую токсичность (мутагенность, канцерогенность, тератогенность и эмбриотоксичность) .Активность во многом зависит от структурной природы соединения.

Биологически активные вещества обладают лечебным и вспомогательным действием, последнее проявляется побочными эффектами. Некоторые из основных видов биологической активности соединения становятся очевидными во время первоначальных доклинических исследований, другие — во время клинических испытаний, а остальные выявляются на этапе постмаркетинга. Эти новые активности соединения дают представление о терапевтических применениях.

Прогнозирование спектров активности веществ (PASS) размещено на базе В.Институт биомедицинской химии им. Н. Ореховича под эгидой Российского фонда фундаментальных исследований. Веб-приложение прогнозирует спектр биологической активности соединения на основе его структуры. Он работает по принципу, согласно которому биологическая активность соединения соответствует его структуре. Инструменты прогнозирования PASS созданы с использованием 20000 основных соединений из базы данных MDDR (разработанной Accelrys и Prous Science). База данных содержит более 180 000 биологически значимых соединений и постоянно обновляется.

Веб-инструмент PASS позволяет прогнозировать 3678 фармакологических эффектов; механизмов и особой токсичности молекулы, включая мутагенность, канцерогенность, тератогенность и эмбриотоксичность. Спрогнозированный спектр активности включает 65 из 374 фармакологических эффектов, 176 из 2755 молекулярных механизмов, 7 из 50 токсических эффектов, 11 из 121 условий метаболизма при значениях Pa > Pi по умолчанию. Веб-инструмент может свободно отображать прогнозируемую активность молекулы на различных пороговых уровнях.Учебный набор PASS, который был составлен из различных источников, включая публикации, патенты, химические базы данных и «серую» литературу, состоит из более чем 26000 биологических соединений и включает лекарства, соединения свинца, кандидаты в лекарства и токсичные вещества.

ПОДХОД ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

Активность молекулы прогнозируется путем «сравнения» структуры нового соединения со структурой известного биологически активного субстрата, существующего в базе данных. Алгоритм оценки спектра активности основан на байесовском подходе.Инструмент прогнозирования PASS будет прогнозировать Pa:Pi (соотношение активности и неактивности) при пороге прогнозирования Pa > 30 %, Pa > 50 % и Pa ​​> 70 %. Средняя точность прогноза составляет около 95% в соответствии с оценкой перекрестной проверки с исключением одного (LOO CV). Точность прогноза PASS зависит от исчерпывающей информации о спектре биологической активности для каждого соединения, доступного в обучающем наборе PASS, и, следовательно, оценка биологической активности является более точной.

Границы | Оценка биологической активности некоторых новых производных бензолсульфонамида

Введение

Основной категорией заболеваний человека являются бактериальные инфекции.Устойчивость почти ко всем имеющимся в продаже антибактериальным препаратам наблюдалась как у диких, так и у лабораторных штаммов болезнетворных бактерий (Hayley and Paul, 2010). Престиначи и др. (2015) сообщили о четырех устойчивых к антибиотикам патогенах, вызывающих глобальную озабоченность, включая S. aureus, K. pneumoniae, S. typhi и M. tuberculosis . Механизмы устойчивости закодированы генетически, и при соответствующих условиях гены устойчивости могут распространяться в окружающей среде (Christopher, 2000).Это значительное увеличение механизмов резистентности часто сводит на нет лечение целыми классами противомикробных соединений. Таким образом, срочно необходима разработка новых классов противомикробных соединений.

реактивных форм кислорода (АФК) образуются в случае микробной инвазии (Spooner and Yilmaz, 2011). Избыток АФК может привести к окислительному стрессу (Circu and Aw, 2010). Некоторые из этих микроорганизмов являются условно-патогенными микроорганизмами, участвующими в хронических воспалительных состояниях, включая кистозный фиброз (Bylund et al., 2006).

Сульфонамиды составляют важный класс лекарственных средств. Они достаточно стабильны и хорошо переносятся человеком (Shet et al., 2013). Они лежат в основе нескольких групп препаратов с различными типами фармакологических агентов, обладающих ингибирующей активностью в отношении карбоангидразы (Supuran, 2008), антибактериальных (Ali et al., 2009), противоопухолевых (Ghorab et al., 2014), анти-ВИЧ ( Selvam et al., 2008), противодиабетическое (Hosseinzadeha et al., 2013), противогриппозное (Tang et al., 2011), антиоксидантное (Siddique et al., 2013), противовоспалительное (Mahtab et al., 2014), антимикробное (Chandak, 2012), антитрипаносомное (Papadopoulou et al., 2012), противосудорожное (Bhat et al., 2006), противобессонное (Aissaoui et al. ., 2008), мочегонные (Jainswal et al., 2004) и противолейкемические (Nakayama et al., 2005) действия, и это лишь некоторые из них.

Карбоксамиды широко используются в молекулах лекарств в качестве фармакофора (Montalbetti and Falque, 2005). Сообщалось, что карбоксамиды являются антигельминтными средствами (Ugwu et al., 2018a), противотуберкулезные (Ugwu et al., 2014), антитрипаносомные (Ugwu et al., 2018b) средства. Они также присутствуют в молекулах лекарств, используемых при блокировании синтеза холестерина (Graul and Castaner, 1997), лечении гипертонии и ангины (Ananthanarayanan et al., 1993), блокаде рецепторов ангиотензина-II (deGasparo and Whitebread, 1995), ингибирование ангиотензинпревращающих ферментов (Patchett, 1993), лечение ВИЧ (Roskoski, 2003) и лечение сердечных заболеваний (Hogan et al., 2000), и это лишь некоторые из них.

Эта работа была разработана на основе сообщений о биологической активности производных бензолсульфонамида и карбоксамидов и необходимости разработки новых противомикробных агентов, которые будут иметь дополнительное преимущество, заключающееся в снижении количества активных форм кислорода и воспалении, связанном с микробной инвазией, а также в качестве противомикробного агента с использованием L-аминокислоты и замещенные бензолсульфонамиды.

В настоящем документе мы сообщаем о синтезе некоторых сульфонамидов, несущих карбоксамидные функциональные группы, с хорошей противовоспалительной, противомикробной и сопоставимой антиоксидантной активностью.

Экспериментальный

Синтез замещенных бензолсульфонамоилалканамидов (3a-j)

Карбонат натрия (NaCO 3 , 1,59 г, 15 ммоль) добавляли к раствору аминокислот ( 2 , 12,5 ммоль) в воде (15 мл) при непрерывном перемешивании до растворения всех растворенных веществ. Раствор охлаждали до -5°C и добавляли соответствующий бензолсульфонилхлорид ( 1 , 15 ммоль) четырьмя порциями в течение 1 часа. Суспензию дополнительно перемешивали при комнатной температуре в течение 4 часов.Ход реакции контролировали с помощью ТСХ (МеОН/ДХМ) 1:9). По завершении смесь подкисляли 20%-ным водным раствором хлористоводородной кислоты до рН 3. Продукты ( 3a-j ) были получены в их аналитической чистоте после промывки раствором винной кислоты с рН 2,2. Продукты сушили над самоиндикаторным плавленым силикагелем в эксикаторе (Ugwu et al., 2017).

Катализируемое палладием амидирование неактивированной карбоновой кислоты и бутиламина.

Бутиламин (1.0 ммоль) и Pd(dba) 2 (0,1 ммоль) при комнатной температуре добавляли к суспензии замещенных бензолсульфонамидов ( 3a-j , 1,0 ммоль) в сухом толуоле (40 мл), снабженной аппаратом Дина-Старка для азеотропное удаление воды, а затем кипятят с обратным холодильником в течение 12 часов. По завершении (по данным ТСХ) амидные продукты осаждаются в чистом виде из реакционной смеси добавлением 40 мл н-гексана. Карбоксамиды ( 4a-j ) получали вакуум-фильтрацией, промывали н-гексаном и сушили над плавленым силикагелем или концентрировали на роторном испарителе и сушили в вакууме в случае маслянистых продуктов (схема 1).

Схема 1 . Синтетический путь к новым карбоксамидам.

N -Бутил-1-[(4-метилфенил)сульфонил]пиролидин-2-карбоксамид (4a)

Выход (0.22 г, 66.7%), т.пл. 128–130°С. УФ (λmax): 213,00 нм (ε = 427,5 м 2 /моль). FTIR (KBr, см -1 ): 3,160 (NH), 2,959 (CH ароматические), 2,871, 2,795 (CH алифатические), 1,629 (C=O), 1,569, 1,450 (C=C), 1,342, 1,394 ( 2S = O), 1200, 1156 (SO 2 NH), 1092, 1055 (CN)0.1 H ЯМР (ДМСОd 6 , 400 МГц) δ: 7,68–7,64 (м, 2H, ArH), 7,35–7,33 (м, 2H, ArH), 3,82 (м, 1H, CH-C=O), 3,22 (м м, 1H, CHa CH 2 -N), 3,09–3,07 (м, 1H, CHb CH 2 -N), 2,67 (м, 2H, CH 2 -NH), 2,24 (с, 3H, CH 3 -Ar), 1,69 (м, 2H, CH 2 CHC=O), 1,47 (м, 2H, CH 2 -CH 2 -N), 1,28–1,26 (м, 4H, 2Ch3, CH 2 CH 2 -CH 3 ), 0,85–0,80 (м, 3H, CH 3 -CH 2 ) 0.1 3 CNMR (ДМСОd 6 , 400 МГц)δ: 175,22 (C=O), 143,17, 136,28, 130,07, 127,63 (четыре ароматических углерода), 63,71, 48,75, 28,96, 32,99, 34,19, 31,18 19,80, 14,10 (девять алифатических атомов углерода). HRMS (м/з): 325,1588 (М+Н), рассчитано, 325,1586.

N -Бутил-1-(фенилсульфонил)пирролидин-2-карбоксамид (4b)

Выход (0.27 г, 87.1%), т.пл. 114–116°С. УФ (λmax): 202,00 нм (ε = 398,3 м 2 /моль). FTIR (KBr, см -1 ): 3,489 (NH), 2,960 (CH ароматические), 2,874, 2,796 (CH алифатические), 1,629 (C=O), 1,569, 1,446 (C=C), 1,394, 1,334 ( 2S = O), 1,193, 1,156 (SO 2 NH), 1,088, 1,014 (CN)0.1H ЯМР (ДМСОd 6 , 400 МГц) δ: 7,80–7,78 (д, J = 8,24 Гц, 2H, ArH), 7,62–7,52 (м, 3H, ArH), 3,88–3,86 (т, J = 3,42 Гц, 1H, CH-C = O), 3,14–3,11 (т, J = 6,88 Гц, 2H, CH 2 -N), 2,68–2,65 (м, 2H, CH 2 -NH), 1,70 (м, 2H, CH 2 -CH-C=O), 1,51–1,43 (м, 2H, CH 2 -CH 2 -N), 1,29–1,24 (м, 4H, 2CH 2 , CH 2 -СН 2 -СН 3 ), 0,84–0,81 (м, 3Н, СН 3 -СН 2 )0,1 3 CNMR (ДМСОd 1:70 М 4, δ 8 90 90 )99 (C=O), 139.20, 132.97, 129.61, 127.56 (четыре ароматических углерода), 63.74, 48.72, 31.18, 30.38, 24.67, 19.79, 14.11 (семь алифатических атомов углерода). HRMS (м/з): 311,1430 (М+Н), рассчитано, 311,1429.

N -Бутил-4-метил-2-(4-метилбензолсульфонамидо)пентанамид (4c)

Выход (0.31 г, 88.6%), т.пл. 110–112°С. УФ (λmax): 202,00 нм (ε = 445,2 м 2 /моль). FTIR (KBr, см -1 ): 3,250 (NH), 3,049 (CH ароматические), 2,960, 2,866, 2,751 (CH алифатические), 1,640 (C=O), 1,580, 1,461 (C=C), 1,394, 1,342 (2S=O), 1,286, 1,159 (SO 2 NH), 1,099, 977 (CN)0.1H ЯМР (ДМСОd 6 , 400 МГц) δ: 8,18–8,16 (д, J = 8,40 Гц, 1H, NH), 7,86–7,80 (м, 2H, Ar), 6,72–6,70 (м, 2H, ArH), 3,36–3,35 (т, J = 4,40 Гц, 1Н, СН-С=О), 3,16–3,14 (м, 2Н, СН 2 -NH), 3,06–3,01 (м, 6Н, 3СН 2 ), 2,46 (с, 3Н, СН 3 -Ar), 1,14–1,10 (м, 9Н, 3СН 3 ). 13 CNMR (DMSOD 6 , 400 МГц) Δ: 167,86 (C = O), 154.70, 137.58, 131.70, 127.16, 125.18, 123.91 (шесть ароматических углерода), 64.26, 52.65, 46.07, 39,32, 36.45, 8,93 (шесть алифатических атомов углерода).HRMS (м/з): 340,1822 (М + ), рассчитано, 340,1821.

N -Бутил-4-метил-2-[(фенилсульфонил)амино]пентанамид (4d)

Выход (0.25 г, 78.1%), т.пл. 116–118°С. УФ (λмакс): 202,00 нм (ε = 422,1 м 2 /моль). FTIR (KBr, см -1 ): 3,258 (NH), 3,064 (CH ароматические), 2,960, 2,870 (CH алифатические), 1,640 (C=O), 1,573, 1,428 (C=C), 1,387, 1,338 ( 2S=O), 1290, 1152 (SO 2 NH), 1014, 973 (CN)0,1H ЯМР (ДМСОd 6 , 400 МГц)δ: 7.73–7,71 (д, J = 7,80 Гц, 2H, ArH), 7,56–7,47 (м, 3H, ArH), 3,19 (м, 1H, CH-C = O), 2,61–2,57 (м, 2H, CH 2 -NH), 1,72–1,65 (м, 1H, CH-(CH 3 ) 2 ), 1,44–1,38 (м, 2H, CH 2 -CHC=O), 1,31–1,18 (м , 4Н, СН 2 ), 0,91–0,87 (м, 3Н, СН 3 ), 0,82–0,72 (м, 6Н, 2(СН 3 )). 13 CNMR (ДМСОd 6 , 400 МГц) δ: 174,30 (C=O), 141,38, 132,58, 129,37, 127,13 (четыре ароматических углерода), 56,48, 43,28, 29,77, 24,51, 24,51, 247, 22,61, 19,72, 14,04 (восемь алифатических атомов углерода). HRMS (m/z): 327,1744 (М+Н), вычислено: 327,1742.

N -Бутил-2-{[(4-метилфенил)сульфонил]амино}-4-(метилсульфанил)бутанамид (4e)

Выход (0.36 г, 100%), т.пл. 124–126°С. УФ (λmax): 202,00 нм (ε = 399,4 м 2 /моль). FTIR (KBr, см -1 ): 3,250 (NH), 3,049 (CH ароматические), 2,960, 2,922, 2,870 (CH алифатические), 2,624 (S-CH 3 ), 1,640 (C=O), 1,580 , 1,521, 1,435, 1,402 (C=C), 1,361, 1,316 (2S=O), 1,208, 1,152 (SO 2 NH), 1,088, 1,047 (CN)0.1H ЯМР (ДМСОd 6 , 400 МГц) δ: 7,62–7,60 (д, J = 7,32 Гц, 2H, ArH), 7,32–7,30 (д, J = 7,92 Гц, 2H, ArH), 3,17–3,14 (т, J = 5,18 Гц, 1H, CH-C=O), 2,67–2,64 (м, 2H, CH 2 -NH), 2,39–2,32 (м, 3H, CH 3 -Ar), 2,25 (с, 3H, CH 3 -S), 1,99–1,92 (т, J = 5,64 Гц, 2H, CH 2 -S), 1,78–1,76 (м, 2H, CH 2 -CH), 1,46–1,39 (м, 2Н, СН 2 -СН 2 -NH), 1,29–1,20 (м, 2Н, СН 2 -СН 3 ), 0,87–0,84 (т, J = 5.20 Гц, 3H, CH 3 -CH 2 ). 13 CNMR (DMSOD 6 , 400 МГц) δ: 172.08 (C = O), 143.00, 137.84, 130.00, 127.28 (четыре ароматические углерода), 56.68, 41.18, 38.90, 33.54, 29.88, 21.48, 19.67, 15.03 , 14,04 (девять алифатических атомов углерода). HRMS (m/z): 357,1310 (M-H), рассчитано, 357,1307.

N -Бутил-2-(4-метилфенилсульфонил)-2-[(фенилсульфонил)амино]бутанмид (4f)

Выход (0.30 г, 92%), т.пл. 120–121°С. УФ (λmax): 202,00 нм (ε = 406,9 м 2 /моль).FTIR (KBr, см -1 ): 3,246 (NH), 3,067 (CH ароматические), 2,917, 2,918 (CH алифатические), 2,657 (-S-CH 3 ), 1,710 (C=O), 1,584, 1416 (C = C ароматический), 1326, 1233 (2S = O), 1155, 1088, 969, 928 (CN) 0,1H ЯМР (ДМСОd 6 , 400 МГц) δ: 7,88–7,87 (д, J = 7,40 Гц) , 2H, ArH), 7,65–7,64 (т, J = 7,32 Гц, 3H, ArH), 3,15–3,13 (т, J = 6,22 Гц7, 1H, CH-C = O), 2,66–2,64 (м, 2H, СН 2 -NH), 2,23 (с, 3H, СН 3 -S), 1,97–1,95 (м, 2H, СН 2 -S), 1,79–1.77 (м, 2Н, СН 2 -СН), 1,42–1,38 (м, 2Н, СН 2 -СН 2 -NH), 1,27–1,24 (м, 2Н, СН 2 -СН 3 ), 0,84–0,82 (т, J = 5,20 Гц, 3H, СН 3 -СН 2 ). 13 CNMR (DMSOD 6 , 400 МГц) Δ: 173,38 (C = O), 143.46, 138.65, 130.50, 127.28 (четыре ароматические углерода), 56.68, 41.18, 38.90, 33.54, 29.88, 19.67, 15.03, 14,04 (восемь алифатических атомов углерода). HRMS (м/з): 344,1229 (М + ), рассчитано 344,1228.

N -Бутил-3-гидрокси-2-{[(4-метил)сульфонил]амино}бутанамид (4 г)

Выход (0.28 г, 84,8%), т.пл. 162–164°С. УФ (λmax): 213,00 нм (ε = 421,7 м 2 /моль). FTIR (KBr, см -1 ): 3,399 (ОН), 3,250 (NH), 2,959 (CH ароматические), 2,934, 2,874 (CH алифатические), 1,603 (C=O), 1,513, 1,465 (C=C) , 1379, 1327 (2S=O), 1159, 1122 (SO 2 NH), 1092, 1036 (CN, CO)0.1H ЯМР (ДМСОd 6 , 400 МГц) δ: 7.69–7.57 (м, 2H, ArH), 7,48–7,46 (м, 2H, ArH), 3,77–3,76 (д, J = 6,32, Гц, 1H, CH-C = O), 3,08–3,06 (м, 1H, CH-OH), 2,56–2,53 (м, 2H, CH 2 -NH), 1.41–1,39 (м, 2Н, СН 2 -СН 2 -NH), 1,33–1,31 (м, 2Н, СН 2 -СН 3 ), 0,98–0,96 (д, J = 5,96 Гц) , 3Н, СН 3 -СНОН), 0,83–0,81 (м, 3Н, СН 3 -СН 2 ). 13 CNMR (DMSOD 6 , 400 МГц) Δ: 172,64 (C = O), 142.44, 132.94, 128.71, 127.84 (четыре ароматические углерода), 68.01, 60.14, 38.95, 29.70, 21.56, 19.64, 19.09, 14.02 (восемь алифатических атомов углерода). HRMS (m/z): 327,1380 (M-H), рассчитано, 328,1379.

N -Бутил-3-гидрокси-2-[(фенилсульфонил)амино]бутанамид (4h)

Выход (0.29 г, 90.6%), т.пл. 140–142°С. УФ (λmax): 213,00 нм (ε = 362,1 м 2 /моль). FTIR (KBr, см -1 ): 3401 (OH), 3191 (NH), 3056 (CH ароматические), 2960, 2933, 2870 (CH алифатические), 1733 (C=O), 1595, 1528, 1476 ( C=C), 1387, 1305 (2S=O), 1238, 1141 (SO 2 NH), 1077, 973 (CN, CO)0,1H ЯМР (ДМСОd 6 , 400 МГц)δ: 7,75 (м, 2H, ArH), 7,59–7,51 (м, 3H, ArH), 3,70–3,69 (д, J = 4,56 Гц, 1H, CH-C = O), 3,082 (м, 1H, CH-OH), 2,67–2,65 (м, 2Н, СН 2 -NH), 1.43–1,41 (м, 2Н, СН 2 -СН 2 -NH), 1,28–1,22 (м, 2Н, СН 2 -СН 3 ), 0,92–0,89 (д, J = 5,96 Гц) , 3H, CH 3 -CHOH), 0,84–0,79 (м, 3H, Ch4-Ch3). 13 CNMR (ДМСОd 6 , 400 МГц)δ: 171,60 (C=O), 140,44, 132,94, 129,61, 127,24 (четыре ароматических углерода), 68,01, 60,14, 38,909, 19,40, 29,70, 19,70 алифатические углероды). HRMS (м/з): 315,1379 (М+Н), рассчитано, 315,1378.

N -Бутил-3-гидрокси-2-{[(4-метилфенил)сульфонил]амино}пропанамид (4i)

Выход (0.29 г, 90,6%), т.пл. = 134–136°С. УФ (λmax): 203,00 нм (ε = 330,9 м 2 /моль). FTIR (KBr, см -1 ): 3,466 (ОН), 3,243 (NH), 3,060 (CH ароматические), 2,960, 2,933, 2,873 (CH алифатические), 1,733 (C=O), 1,595, 1,494, 1,461 ( C = C), 1365, 1324 (2S = O), 1163, 1122 (SO 2 NH), 1092, 1033 (CN, CO)0,1H ЯМР (ДМСОd 6 , 400 МГц) δ: 7,89–7,87 ( д, J = 7,36 Гц, 1H, NH), 7,62–7,61 (д, J = 6,44 Гц, 2H, ArH), 7,32–7,30 (д, J = 6,44 Гц, 2H, ArH), 3,51–3,48 (м, 1Н, ВП), 3.30 (с-уш, 1H, OH), 2,47–2,46 (м, 2H, CH 2 -NH), 2,33 (с, 3H, CH 3 -Ar), 1,62–1,58 (м, 2H, CH 2 -ОН), 1.34–1.29 (м, 2Н, СН 2 -СН 2 -NH), 1.09–1.01 (м, 2Н, СН 2 -СН 3 ) 0.16–0.7 (м) т, J = 5,48 Гц, 3H, CH 3 -CH 2 )0,1 3 CNMR (ДМСОd 6 , 400 МГц) δ: 172,36 (C=O), 149,93, 1481,24 четыре ароматических углерода), 60,89, 37,32, 24,85, 21, 44, 19,54, 15,96, 11,46 (семь алифатических атомов углерода).HRMS (м/з): 314,1303 (М + ), рассчитано, 314,1300.

N -Бутил-3-гидрокси-2-[(фенилсульфонил)амино]пропанамид (4j)

Выход (0.28 г, 93.3%), т.пл. 120–122°С. УФ (λmax): 203,00 нм (ε = 364,7 м 2 /моль). FTIR (KBr, см -1 ): 3,391 (OH), 3,243 (NH), 2,963 (CH ароматические), 2,875 (CH алифатические), 1,733 (C=O), 1,599, 1,446 (C=C), 1,387 , 1320 (2S=O), 1252, 1160 (SO 2 NH), 1092, 1026 (CN, CO)0,1H ЯМР (ДМСОd 6 , 400 МГц)δ: 7.94–7,93 (д, J = 7,36 Гц, 1H, NH), 7,63–7,62 (д, J = 6,44 Гц, 2H, ArH), 7,31–7,29 (д, J = 6,40 Гц, 3H, ArH), 3,53– 3,49 (м, 1H, CH), 3,30 (с-уш, 1H, OH), 2,44–2,42 (м, 2H, CH 2 -NH), 1,58–1,56 (м, 2H, CH 2 -OH) ), 1.44–1.42 (м, 2Н, СН 2 -СН 2 -NH), 1.06–1.04 (м, 2Н, СН 2 -СН 3 ) 0.66–0.64 (т, J = 6.32 Гц, 3H, CH 3 -CH 2 )0,1 3 CNMR (ДМСОd 6 , 400 МГц) δ: 170,76 (C=O), 148,43, 146,64, 127.74, 124,78 (четыре ароматических атома углерода), 63,44, 38,44, 37,32, 24,85, 15,96, 11,46 (шесть алифатических атомов углерода). HRMS (m/z): 299,1069 (M-H), рассчитано, 299,1066.

In silico Исследования
Лекарственные мишени

Пероксисомы являются важными органеллами, которые участвуют во многих важных метаболических процессах, включая β-окисление жирных кислот, синтез плазмалогена и метаболизм активных форм кислорода (АФК) (Islinger et al., 2012). Человеческий пероксиредоксин 5 (PRDX5) (код PDB: 1HD2), апероксисома, представляет собой тиоредоксинредуктазу, которая восстанавливает H 2 O 2 , алкилгидропероксиды и пероксинитрит (Knoops et al., 2011). PRDX5 представляет собой новый тип тиоредоксинпероксидазы млекопитающих, широко экспрессируемый в тканях и локализованный в клетках в митохондриях, пероксисомах и цитозоле. Функционально PRDX5 участвует в механизмах антиоксидантной защиты, а также в передаче сигналов в клетках (Declercq et al., 2001).

Фосфодиэстераза-4 (ФДЭ4) (код PDB: 4WCU) представляет собой фермент, обнаруживаемый в некоторых специфических типах клеток и участвующий в деградации вторичного мессенджера, цАМФ. В результате 4WCU играет ключевую роль в передаче клеточных сигналов.Это сделало его мишенью для клинической разработки лекарственных средств с различными показаниями, включая противовоспалительные и некоторые другие (Zhang et al., 2005).

Глюкозамин-6-фосфатсинтаза (GlcN-6-P) (код PDB: 2VF5) является очень полезной мишенью в антимикробной химиотерапии, как указано Ezeokonkwo et al. (2017) и Festus et al. (2018). 2VF5 отвечает за метаболизм гексозамина, который является важным процессом в биосинтезе аминосахаров. При биосинтезе аминосахаров образуется уридин 5′-дифосфо- N -ацетил-d-глюкозамин (UDP-GlcNAc).UDP-GlcNAc — важный компонент слоя пептидогликана, в основном обнаруживаемый в бактериальных и грибковых клеточных стенках. Инактивация GlcN-6-P-синтазы на короткий период очень опасна для грибковых клеток.

Исследования молекулярной стыковки

Для изучения антиоксидантной, противовоспалительной и антибактериальной активности синтезированных соединений были выбраны три лекарственных препарата-мишени. Мишенями, используемыми для антиоксидантных и противовоспалительных исследований, являются человеческий пероксиредоксин 5 (код PDB: 1HD2) и фосфодиэстераза 4 (PDE4) (PDB: 4WCU) соответственно.Глюкозамин-6-фосфатсинтаза (код PDB: 2VF5) использовалась для изучения антибактериальных свойств.

Трехмерные кристаллические структуры 1HD2, 4WCU и 2VF5 с их сокристаллизованными лигандами были получены из репозитория банка данных белков (https://www.rcsb.org/). Эти белки обрабатывали в Discovery Studio, где удаляли множественные цепи и кристаллизационную воду. Синтезированные соединения рисовали с помощью Accelrys Draw 4.1. Как приготовленные белки, так и соединения были минимизированы по энергии с использованием силового поля MMFF94x.Соединения с минимизированной энергией были закреплены в полостях связывания белков. Рассчитывали свободную энергию связывания каждого соединения с мишенью. Программное обеспечение Biovia Discovery Studio v16.1.0.15350 использовалось для анализа исследований молекулярного докинга. Программное обеспечение Molinspiration (www.molinspiration.com) использовалось для получения физико-химических свойств в таблице 7.

Биологические исследования

In vivo Определение противовоспалительной активности

Самцы крыс-альбиносов весом 300 г были приобретены на кафедре биохимии Нигерийского университета в Нсукке и содержались при комнатной температуре в помещении для животных с контролируемым освещением.Перед экспериментами их не кормили при свободном доступе к воде не менее 12 ч. Тестируемые соединения готовили в виде суспензии в носителе (0,5% метилцеллюлозы), целекоксиб использовали в качестве стандартного лекарственного средства. Положительный контроль получал целекоксиб, тогда как отрицательный контроль получал только носитель. Отек вызывали введением 0,2 мл раствора 1% каррагинана в заднюю лапу. Крысам внутрибрюшинно вводили по 1 мл взвеси в 0,5% метилцеллюлозе тестируемых соединений и препарата сравнения.Объем лап измеряли по вытеснению воды с помощью аплетизмометра (UGO BASILE) до, через 0,5, 1, 2 и 3 ч после обработки. Процент был рассчитан по следующему уравнению (Abdel-Aziz et al., 2014):

Противовоспалительная активность (%) = (1-D/C) × 100

, где D представляет собой разницу в объеме лапы до и после введения лекарственного средства крысам, а C представляет собой разницу в объеме в контрольных группах. Разрешение на использование животных было получено от комитета Университета Нигерии по использованию экспериментальных животных.

In vitro Антимикробная активность

Антимикробные свойства новых соединений исследовали путем тестирования общей чувствительности и определения минимальной ингибирующей концентрации (МИК) в отношении свежевыращенных целевых организмов. В этом исследовании использовались семь микроорганизмов: две грамположительные бактерии [ Staphylococcus aureus (ATCC 12600) , Bacillus subtilis (ATCC 6633)], три грамотрицательные бактерии [ Escherichia coli (O157:H7), Pseudomonas aeruginosa ( ATCC 27853) , Salmonellatyphi (H56)] и два гриба [ Candida albicans (ATCC MYA 2876) , Aspergillus niger (ATCC 16404)] были получены из Фармацевтического факультета Университета Нигерии, Нсукка.

Тестирование чувствительности к противомикробным препаратам
Агаровые чашки для теста на чувствительность

засевали 0,1 мл ночной культуры микроорганизмов. Засеянным пластинам давали затвердеть, после чего в каждом секторе делали чашки, предварительно начерченные маркером на задней стороне нижней пластины. С помощью стерильной пипетки в каждую чашку добавляли по шесть капель соответствующих им карбоксамидов (100 мг/мл). Растворителем для растворимости был ДМФ. Все планшеты инкубировали при 37°С в течение 24 ч для бактерий и 48 ч для грибов.Зоны просвета вокруг каждой чашки позволяли измерить ингибирование и диаметр таких зон. Процедуру повторяли для тетрациклина (стандартные бактерии), флуконазола (стандарт грибов) и ДМФА (растворитель). Вместо питательного агара для бактерий использовали агар Мюллера-Хинтона для грибов (Adeniyi and Odedola, 1996).

Тестирование минимальной ингибирующей концентрации (МИК)

Серийные разведения карбоксамидов готовили из раствора соединений с концентрацией 100 мг/мл с получением 100, 50, 25 и 12.5 мг/мл. По шесть капель каждого разведения добавляли в соответствующую чашку с посевом микроорганизмов и предварительно помеченным агаром. Пробковое сверло, используемое для изготовления чашки, имеет диаметр 8 мм. Планшеты инкубировали при 37°С в течение 24 и 48 ч в случае грибков. Измеряли диаметр зоны ингибирования, и полученное значение вычитали из диаметра бура, чтобы получить диаметр зоны ингибирования (IZD). График зависимости IZD (Prestinaci et al., 2015) от логарифма концентрации строили для каждой чашки, содержащей конкретное соединение и микроорганизм.Противоположный логарифм пересечения по оси X дает MIC (Adeniyi and Odedola, 1996). Процедуру повторяли для тетрациклина и флуконазола.

In vitro Исследования антиоксидантов
Активность по удалению радикалов DPPH

Новые карбоксамиды были проверены на активность по удалению свободных радикалов методом 2,2-дифенил-1-пикрилгидразила (DPPH) (Liyana-Pathiranan and Shahidi, 2005). Соединения разных концентраций готовили в дистиллированном этаноле, при этом 1 мл растворов каждого соединения имел разные концентрации (1.0, 2,0, 3,0, 4,0 и 5,0 мг/мл) брали в разные пробирки, добавляли 4 мл 0,1 мМ этанольного раствора ДФПГ и энергично встряхивали. Затем пробирки инкубировали в темноте при комнатной температуре в течение 20 мин. Бланк DPPH готовили без соединения, и для коррекции базовой линии использовали этанол. Изменения (уменьшение) поглощения при 517 нм измеряли с использованием УФ-видимого спектрометра. Активность по удалению радикалов выражали в процентах ингибирования и рассчитывали по формуле:

Активность по удалению радикалов DPPH = Ac — AsAc*100,

Где Ас, Поглощение контроля; As, Поглощение образца.

Результаты и обсуждение

Химия

Замещенные бензолсульфонамиды ( 3a-j ) были синтезированы реакцией различных L-аминокислот ( 2 ) и замещенного бензолсульфонилхлорида ( 1 ) в водной среде. Реакцией соединений ( 3a-j ) с соответствующим алкиламином в присутствии каталитического количества Pd 2 (dba) 3 получены целевые соединения ( 4a-j , схема 2), которые были охарактеризованы с помощью FTIR, ЯМР и HRMS.

Схема 2 . Бутиламидные производные карбоксамида.

Спектральная характеристика

Спектры FTIR карбоксамидов показали полосу N-H между 3,489 и 3,160 см -1 . Полоса C = O появилась между 1733 и 1603 см -1 . Эти полосы указывают на успешное связывание алифатических аминов с бензолсульфонамидами.

Появление пиков между 3,16–3,01, 2,86–2,42, 1,92–1,01 и 0,92–0,64 м. д. в протонном ЯМР свидетельствует об образовании целевого продукта.

ЯМР углерода-13 показал все пики, ожидаемые от успешных связанных продуктов. Пик C=O появляется между 167,86 и 175,22 м.д. Все ароматические и алифатические пики были учтены в углерод-13 ЯМР.

Пик производных на масс-спектрометре высокого разрешения (HRMS) проявлялся либо в виде молекулярных ионов (M + ), M+H + , либо M–H . Результаты соответствовали трем десятичным знакам с расчетными значениями. Спектры, использованные для характеристики новых соединений, доступны в качестве вспомогательных материалов.

Молекулярный док

В табл. 1 представлена ​​свободная энергия связывания синтезированных нами соединений, пристыкованных к сайтам связывания рецепторов: 1HD2, 4WCU и 2VF5. Было обнаружено значительное сродство соединений к рецепторам по сравнению со стандартными лекарственными средствами. Соединение 4e показало сравнимую антиоксидантную активность in silico (-13,05 ккал/моль) со стандартным лекарственным средством (витамин С) (-13,04 ккал/моль). Аналогичным образом, соединение 4 г также показало аналогичное in silico противовоспалительное действие (-11.20 ккал/моль), что сопоставимо с индометацином (-11,38 ккал/моль). Однако, несмотря на то, что соединения показали хорошую аффинность связывания с 2VF5, ни одно из них не показало антибактериальной активности, сравнимой с ципрофлоксацином. Мы пошли дальше, чтобы понять природу связывающих взаимодействий между соединениями и рецепторами. На рис. 1 показано стереоскопическое изображение соединения 4e в полости связывания 1HD2, а на рис. 2 показано, как атомы соединения 4e взаимодействуют с аминокислотными остатками 1HD2.

Таблица 1 . Свободная энергия связи, ΔG (ккал/моль).

Рисунок 1 . Стереоизображение соединения 4e в полости связывания 1HD2.

Рисунок 2 . Двухмерное представление связывающего взаимодействия соединения 4e и аминокислотных остатков 1HD2.

Соединение 4e хорошо вписывается в полость связывания 1HD2 , имея те же сайты связывания, что и нативный лиганд.Из рисунка 2 видно, что различные химические взаимодействия играют жизненно важную роль. Между соединением и THR 147 наблюдалось взаимодействие водородной связи через расстояние водородной связи 4,47 Å. π-электроны метилфенильной группы взаимодействовали с LEU 116 через π-алкильное взаимодействие. Другие π-алкильные взаимодействия связаны с PHE 120 и PRO 40. ILE 119, PRO 45, THR 45 и GLY 46 могут гидрофобно взаимодействовать с соединением 4e .

Соединение 4 г химически взаимодействовало с 4WCU (рис. 3).При этом образовалось шесть водородных связей. Были задействованы следующие аминокислотные остатки: HIS 160, ASN 209, THR 271, GLU 230 и HIS 204. Взаимодействие π-S наблюдалось для S-атома 4g и HIS 204. Детали показаны на рисунке 3. Эти взаимодействия сравнивали с взаимодействиями, наблюдаемыми при связывании индометацина с сайтами связывания 4WCU (рис. 4). HIS 200 и ASP 201 образовывали Н-связи с индометацином. Подробности этих взаимодействий показаны на рис. 4. Благодаря использованию различных аминокислотных остатков в их взаимодействиях возможно, что соединение 4g и индометацин могут иметь разные механизмы реакции при возникновении противовоспалительного действия.

Рисунок 3 . Двухмерное представление связывающего взаимодействия соединения 4g и аминокислотных остатков 4WCU.

Рисунок 4 . Двухмерное представление связывающего взаимодействия индометацина и аминокислотных остатков 4WCU.

Биологические исследования

In vivo Противовоспалительная активность

Противовоспалительная активность in vivo показала, что все испытанные новые соединения (таблица 2) обладали удивительным ингибированием воспаления (94.69–89,38%) по сравнению с НПВП индометацином (78,76%) через 1 час. Наиболее активными оказались соединения и с процентом ингибирования 94,69% каждое через 1 час. Соединения показали лучшую противовоспалительную активность через 1 час эксперимента. Было замечено, что противовоспалительная активность снижается с увеличением времени.

Таблица 2 . Противовоспалительное действие in vivo .

In vitro Антимикробная активность
Общая чувствительность соединений к микроорганизмам

Минимальная подавляющая концентрация (мг/мл). Антимикробные исследования показали, что большинство новых соединений (МИК 8,90 (-6,28 мг/мл) были более активными, чем эталонные препараты (МИК 9,65 (-8,39 мг/мл) в отношении протестированных микроорганизмов (таблицы 3, 4). Соединение) 4d (МИК 6,72 мг/мл) был наиболее активен в отношении E. coli . Соединение 4h (МИК 6,63 мг/мл) был наиболее активен в отношении S. aureus . Соединение 4a (МИК 6,673) и 6,45 мг/мл) был наиболее активен в отношении P. aeruginosa и S.тифи соответственно. Соединение 4f (МПК 6,63 мг/мл) было наиболее эффективным против B. subtilis . Соединения 4e и 4h (МИК 6,63 мг/мл) были наиболее активны в отношении C. albicans , в то время как соединение 4e (МИК 6,28 мг/мл) было наиболее активным в отношении A. niger .

Таблица 3 . Общая чувствительность соединений к микроорганизмам.

Таблица 4 . Минимальная ингибирующая концентрация (MIC).

Изучение взаимосвязи структуры и активности показало, что производные p -толуолсульфонамида обладают лучшими противомикробными свойствами, чем аналоги бензолсульфонамида. Это открытие подчеркивает важность метильной группы в положении 4 фенильного кольца, имитирующей структуру p -аминобензойной кислоты, которая необходима микроорганизму для синтеза фолиевой кислоты.

In vitro Антиоксидантная активность
In vitro антиоксидантная активность (% очищающей активности)

Антиоксидантная активность in vitro (IC 50 ). Антиоксидантная активность in vivo (таблицы 5, 6) показала, что все новые соединения обладают антиоксидантной активностью, хотя и меньшей, чем у витамина С. C (IC 50 0,2090 мг/мл) при 0,25 мг/мл.

Таблица 5 . Антиоксидант In vitro (% очищающей активности).

Таблица 6 . Антиоксидантная активность in vitro (IC 50 ).

Анализ

DPPH используется для прогнозирования антиоксидантной активности по механизму, в котором тестируемые соединения ингибируют окисление липидов, таким образом удаляя радикал DPPH и, следовательно, могут определять способность поглощать свободные радикалы. Метод широко используется из-за относительно короткого времени, необходимого для анализа. Свободный радикал DPPH очень стабилен и реагирует с соединениями, которые могут отдавать атомы водорода. Анализ измеряет восстанавливающую способность антиоксидантов по отношению к радикалу DPPH.

Физико-химические свойства. В таблице 7 показаны физико-химические свойства синтезированных соединений, которые полезны при оценке сходства с лекарством.

Таблица 7 . Физико-химические свойства соединений.

Правило пяти Липински помогает оценить биодоступность пероральных составов. Пероральный препарат с хорошей биодоступностью должен иметь MW ≤ 500, HBD ≤ 5, HBA ≤ 10 и Log P(o/w) ≤ 5. Нарушение более чем одного параметра может указывать на плохую биодоступность.Таблица 7 показывает, что синтезированные соединения соответствуют правилу пяти Липинского. Кроме того, TPSA, отражающий гидрофильность соединения, очень важен во взаимодействиях белок-лиганд. NRB ≤ 10 и TPSA ≤ 140 Å 2 будут иметь высокую вероятность хорошей пероральной биодоступности у крыс. Соединения, о которых сообщалось в этом исследовании, имели TPSA < 140 и NRB < 10 и, как таковые, не создавали бы проблем с биодоступностью при пероральном приеме, если они были сформулированы.

Выводы

В этой статье мы описали эффективный, экологически безопасный и универсальный подход к получению замещенных бензолсульфонамидов, содержащих карбоксамид.Все соединения оценивали на предмет их противовоспалительной, антимикробной и окислительной активности. Наиболее активными противовоспалительными средствами оказались соединения и , соединение 4d — наиболее активно в отношении E. coli , соединение 4h — наиболее активно в отношении S. aureus 2 3 2, соединение 43 наиболее активен в отношении P. aeruginosa и S. typhi , соединение 4f наиболее активно в отношении B.subtilis , соединения 4e и 4h были наиболее активны в отношении C. albicans , соединение 4e наиболее активно в отношении A. niger . Соединение 4e имело активность, сравнимую с активностью витамина С. Производные являются многообещающими кандидатами в лекарственные средства, которые могут лечить воспаление и окислительный стресс, возникающие во время микробной инвазии, при этом действуя как антимикробные агенты.

Доступность данных

Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в рукопись/дополнительные файлы.

Заявление об этике

Исследование на животных было рассмотрено и одобрено Комитетом по этике использования животных Университета Нигерии.

Вклад авторов

Все перечисленные авторы внесли существенный, непосредственный и интеллектуальный вклад в работу и одобрили ее для публикации.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Дополнительный материал

Дополнительный материал к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fchem.2019.00634/full#supplementary-material

.

Каталожные номера

Абдель-Азиз, Х.А., Аль-Расхуд, К.А., и ЭльТахир, К.Э.Х. (2014). Синтез N -бензолсульфонамид-1 H -пиразолов, содержащих арилсульфонильный фрагмент: новые аналоги целекоксиба в качестве сильнодействующих противовоспалительных средств. евро. Дж. Мед. 80, 416–422. doi: 10.1016/j.ejmech.2014.04.065

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Аденийи, Б.А., и Одедола, Х.А. (1996). Антимикробный потенциал DiospyrosMespiliformis ( Ebenaceae ). фр. Дж. Мед. науч. 255, 211–224.

Айссауи, Х., Коберштейн, Р., Замбрунн, К., Гатфилд, Дж., Брисбэр-Рош, К., и Дженк, Ф. (2008). N -глицинсульфонамиды как мощные антагонисты рецепторов двойного орексина-1/орексина-2. Биоорг. Мед. хим. лат. 18:5733. doi: 10.1016/j.bmcl.2008.09.079

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Али, С.А., Касир, А.Дж., и Саор, К.Ю. (2009). Синтез некоторых производных сульфаниламидов с ожидаемой антибактериальной активностью. Иракский J. Марк. Рек. Минусы Защита 1, 85–93.

Академия Google

Анантанараянан, В.С., Тетро, ​​С., и Сен-Жан, А (1993). Взаимодействие антагонистов кальциевых каналов с кальцием: спектроскопические и модельные исследования дилтиазема и его комплекса Ca 2+ . J. Med. хим. 36:1332. дои: 10.1021/jm00062a004

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Бхат, Массачусетс, Сиддики, Н., и Хан, С.А. (2006). Синтез новых сульфаниламидов как потенциальных антибактериальных, противогрибковых и противомалярийных средств. Индийский. Дж. Хим. 54Б:134. дои: 10.4103/0250-474X.22984

Полнотекстовая перекрестная ссылка

Bylund, J., Burges, L.A., Cescutti, P., Ernst, R.K., and Speert, D.P. (2006). Экзополисахариды из BurkholderiaCenocepacia ингибируют хемотаксис нейтрофилов и удаляют активные формы кислорода. Дж. Биол. хим. 281, 2526–2532. дои: 10.1074/jbc.M5106

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Чандак, HS (2012). Синтез изоксазолилбензолсульфонамида, полученного из N -[4-(2,3-дибром-2-арилпропаноил)фенил]бензолсульфонамида. Дер. Фарма. хим. 4, 1054–1057.

Кристофер, В. (2000). Молекулярные механизмы, обеспечивающие устойчивость к антибактериальным препаратам. Природа 406 775–781. дои: 10.1038/35021219

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Circu, ML, и Aw, TY (2010). Активные формы кислорода, клеточная окислительно-восстановительная система и апоптоз. Свободный радикал. биол. Мед. 48, 749–762. doi: 10.1016/j.freeradbiomed.2009.12.022

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Declercq, J.P., Evrard, C., Clippe, A., Stricht, D.V., Bernard, A., and Knoops, B. (2001). Кристаллическая структура пероксиредоксина 5 человека, нового типа пероксиредоксина млекопитающих 1.5 разрешение. Дж. Мол. Биол . 311:751. doi: 10.1006/jmbi.2001.4853

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

де Гаспаро М. и Уайтбред С. (1995). Связывание валсартана с ангиотензиновыми рецепторами ATI млекопитающих. Регул. Пепт. 59:311. дои: 10.1016/0167-0115(95)00085-P

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Эзеоконкво, М. А., Огбонна, О. Н., Окафор, С. Н., Годвин-Нвакваси, Э. У., Ибеану, Ф. Н., и Окоро, У.С. (2017). Ангулярные эфиры фенозаксина как мощные ингибиторы мультимикробных мишеней: дизайн, синтез и исследования молекулярного докинга. Фронт. хим. 5:107. doi: 10.3389/fchem.2017.00107

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Festus, C., Anthony, C.E., Ibeji, C.U., Okafor, S.N., Onwudiwe, D.C., Aderoju, A.O., et al. (2018). Синтез, характеристика, антимикробная активность и исследования методом DFT 2-(пиримидин-2-иламино)нафталин-1,4-диона и его комплексов Mn(II), Co(II), Ni(II) и Zn(II). Дж. Мол. Структура 1163, 455–464. doi: 10.1016/j.molstruc.2018.03.025

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Гораб М.М., Башанди М.С. и Алсаид М.С. (2014). Новые производные тиофена с сульфонамидами, изоксазолом, бензотиазолом, хинолином и антраценом в качестве потенциальных противоопухолевых средств. Акта Фарм. 64, 419–431. doi: 10.2478/acph-2014-0035

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Граул А. и Кастанер Дж.(1997). Атоварстатин кальций. Наркотики Будущее 22:968. doi: 10.1358/dof.1997.022.09.423212

Полнотекстовая перекрестная ссылка

Хоган Б.Л., Уильямс М., Идикулла А., Вейсоглу Т. и Паренте Э. (2000). Разработка и валидация метода жидкостной хроматографии для определения родственных веществ рамиприла в капсулах Altace. Дж. Фарм. Биомед. анал . 23:651. doi: 10.1016/S0731-7085(00)00342-3

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Хоссейнзаде, Н., Сераджб С., Бахши-дезффолиа М.Е., Хасанич М., Хошневизаде М., Фаллах-Бонекохальд С. и др. (2013). Синтез и противодиабетическая оценка производных бензолсульфонамида. Иран. Дж. Фарм. Рез. 12, 325–330. Доступно в Интернете по адресу: http://www.ijpr.ir

.

Джайнсвал, М., Хадикар, П.В., и Супран, К.Т. (2004). Топологическое моделирование диуретической активности липофильности и ингибирующей активности бензолсульфонамидов: подход молекулярной связности. Биоорг.Мед. хим. лат. 14:5666. doi: 10.1016/j.bmcl.2004.08.051

Полнотекстовая перекрестная ссылка

Кнупс, Б., Гомаре, Дж., Ван дер Экен, В., и Деклерк, Дж. П. (2011). Пероксиредоксин 5: структура, механизм и функция атипичного 2-Cys пероксиредоксина млекопитающих. Антиоксидант. Редокс. Сигнал 15, 817–829. doi: 10.1089/ars.2010.3584

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Лияна-Патиранан, К.М., и Шахиди, Ф. (2005). Антибактериальная и антиоксидантная активность AdiantumPedatium L. Дж. Фитол. 3, 26–32. дои: 10.1021/jf049320i

Полнотекстовая перекрестная ссылка

Махтаб Р., Шривастава А., Гупта Н., Кушваха С. К. и Трипати А. (2014). Синтез новых производных 2-бензилбензо[d]тиазол-6-сульфонамида в качестве потенциальных противовоспалительных средств. J. Chem. фарм. науч. 7, 34–38.

Монтальбетти, К.А.Г.Н., и Фальке, В. (2005). Образование амидной связи и связывание пептидов. Тетраэдр 61:10852. doi: 10.1016/j.тет.2005.08.031

Полнотекстовая перекрестная ссылка

Накаяма Т., Сакамото С., Сасса С., Судзуки С., Кудо Х. и Нагасава Х. (2005). Парадоксальное действие цитозинарабинозида на клетки линии L1210 лейкемии мышей. Противораковый рез . 25:157–160. Доступно в Интернете по адресу: https://pdfs.semanticscholar.org/1be2/8466368a6addffb786142a8c6d7884fda1cc.pdf

.

Академия Google

Пападопулу, В. М., Блумер, Д. В., Розенцвейг, С. Х., Шатлен, Э., Кайзер, М., Wilkinson, R.S., et al. (2012). Новые амиды и сульфаниламиды на основе 3-нитро-1- H -1,2,4-триазола в качестве потенциальных антитрипаносомных агентов. J. Med. хим. 55, 5554–5565. дои: 10.1021/jm300508n

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Престиначи Ф., Пеццотти П. и Пантости А. (2015). Устойчивость к противомикробным препаратам: глобальное многогранное явление. Патог. Глоб. Здоровье 109, 309–318. дои: 10.1179/2047773215Y.0000000030

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Селвам, П., Муругаш Н., Чандрамохан М., Дебисер З. и Витвроу М. (2008). Дизайн, синтез и анти-ВИЧ-активность новых изатин-сульфонамидов. Индиан Дж. Фарм. науч. 70, 779–782. doi: 10.4103/0250-474X.49121

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Шет, П. М., Вайдья, В. П., Махадеван, К. М., Шивананда, М. К., Шриниваса, С., и Виджая-Кумар, Г. Р. (2013). Синтез, характеристика и антимикробные исследования новых сульфаниламидов, содержащих замещенную нафтофуроильную группу. Рез. Дж. Хим. науч. 3, 15–20. Доступно на сайте: www.isca.in

Сиддик, М., Саид, А.Б., Ахмад, С., и Догар, Н.А. (2013). Синтез и биологическая оценка сульфонамидов на основе гидразидов. Журнал научных исследований. Инновация. Рез. 2, 628–634. Доступно в Интернете по адресу: http://www.jsirjounal.com

.

Академия Google

Спунер, Р., и Йилмаз, О. (2011). Роль активных форм кислорода в микробной персистенции и воспалении. Междунар. Дж. Мол.науч. 12, 334–352 doi: 10.3390/ijms12010334

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Supuran, CT (2008). Карбоангидраза: новые терапевтические применения ингибиторов и активаторов. Нац. Преподобный Диск с наркотиками. 7:168. дои: 10.1038/nrd2467

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Тан Г., Линь X., Цю З., Ли В., Чжу Л., Ван Л. и др. (2011). Дизайн и синтез производных бензолсульфонамида в качестве мощных ингибиторов гемагглютинина против гриппа. АКС Мед. хим. Письмо . 2, 603–607. дои: 10.1021/мл2000627

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Угву Д.И., Эзема Б.Е., Эзе Ф.У. и Угвуджа Д.И. (2014). Изучение взаимосвязи синтеза и структурной активности противотуберкулезных карбоксамидов. Междунар. Дж. Мед. хим. 2014, 1–18. дои: 10.1155/2014/614808

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Угву, Д. И., Окоро, У. К., и Мишра, Н.К. (2018а). Синтез, характеристика и оценка антигельминтной активности производных пиримидина, содержащих карбоксамидный и сульфонамидный фрагменты. J. Сербская хим. соц. 83, 401–409. doi: 10.2298/JSC170127109U

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Угву, Д. И., Окоро, У. К., и Мишра, Н. К. (2018b). Синтез, характеристика и антитрипаносомная активность in vivo новых карбоксамидов, содержащих хинолиновый фрагмент. PLoS ONE 13:e01.doi: 10.1371/journal.pone.01

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Угву, Д. И., Окоро, У. К., Укоха, П. О., Окафор, С., Ибезим, А., и Кумар, Н. М. (2017). Синтез, характеристика, молекулярная стыковка и противомалярийные свойства in vivo новых карбоксамидов, содержащих сульфонамид. евро. Дж. Мед. Химия . 135, 349–369. doi: 10.1016/j.ejmech.2017.04.029

Полнотекстовая перекрестная ссылка | Академия Google

Чжан, К.Ю., Ибрагим, П.Н., Джиллет С. и Гидеон Б. (2005). Фосфодиэстераза-4 как потенциальная мишень для лекарств. Экспертное заключение. тер. Цели 9, 1283–1305. дои: 10.1517/14728222.9.6.1283

Реферат PubMed | Полный текст перекрестной ссылки | Академия Google

Белковая биологическая активность: R&D Systems

В R&D Systems рекомбинантные белки продаются в единицах массы на флакон (мкг или мг) с определенным диапазоном активности, а не в единицах активности на флакон.

Как измеряется активность?

Биологическую активность рекомбинантного белка обычно измеряют с помощью биоанализа, e.грамм. анализ хемотаксиса или клеточной пролиферации, ферментный анализ или функциональный ИФА. Из-за способности белка проявлять множественную биологическую активность для конкретного белка может существовать несколько приемлемых биотестов, и могут реагировать несколько разных типов клеток. Разные типы клеток имеют разную чувствительность к тому или иному белку. Следовательно, активность белка связана с типом клеток, а также с используемым биоанализом.

На приведенных ниже графиках показано, что для индукции пролиферации двух разных типов клеток необходимы различные концентрации рекомбинантного мышиного IL-6.Масса белка, необходимая для получения 50% максимального ответа в биологическом анализе, называется ED 50 . В этих двух обычно используемых анализах мышиного IL-6 клеточная линия гибридомы B9 примерно в 100 раз более чувствительна, чем клеточная линия плазмоцитомы T1165.85.2.1. Следовательно, одной и той же массе ИЛ-6 можно приписать две разные единицы активности.

Каждая новая партия белка и каждый новый набор экспериментальных условий должны быть проверены в эксперименте по титрованию (доза-эффект).Это необходимо делать при постановке нового эксперимента или с новой партией или источником белка.

Можно ли сравнивать белки по единицам?

Для корректного сравнения единиц биологической активности двух белков требуется, чтобы значения были получены с использованием одного и того же биоанализа. Чтобы следовать опубликованному протоколу, указанному в единицах, или сравнивать с продуктом другого поставщика, продаваемым в единицах, клиенты должны изучить, как автор/поставщик определил единицу измерения. Если автор/поставщик сравнил свою единицу измерения со стандартной единицей Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), информация, содержащаяся в таблице преобразования единиц измерения, может оказаться полезной в качестве отправной точки.

Мы настоятельно рекомендуем клиентам, сравнивающим белки разных поставщиков, особенно если они основаны на единицах активности, проводить параллельные эксперименты по титрованию.

Почему ED

50 предоставляется как диапазон?

Биопробы — это мера биологической реакции на белок; следовательно, любое изменение в биологическом анализе также может привести к различным результатам. Такие вариации могут включать плотность клеток, возраст клеток, количество пассажей, состояние питания, культуральную среду и используемые добавки, а также технику анализа.Из-за изменчивого характера биотестов один и тот же белковый препарат может не давать один и тот же ED 50 в разных случаях. Диапазон ED 50 , указанный на белковых вкладышах R&D Systems, является типичным для препарата.

Являются ли единицы биоактивности и международные единицы одинаковыми?

Существует несколько источников эталонных стандартов для белков. Наиболее распространенным является стандарт ВОЗ от Национального института биологических стандартов и контролей (NIBSC). Эталонные белки доступны для ограниченного числа белков.Когда стандарт доступен, R&D Systems сравнивает стандарт с рекомбинантным белком в том же биологическом анализе. Результат этого сравнения публикуется в каталоге, а также предоставляется перевод в эквивалент международных единиц (МЕ). Преобразование между единицами и значениями ED 50 не является абсолютным, поскольку международные единицы не являются производными исключительно от активности биоанализа, а значения ED 50 могут варьироваться при небольших изменениях условий. Лучший способ обеспечить правильную дозировку — сравнить новую партию со старой партией в параллельном анализе доза-ответ в тестовой системе исследователя.

Как измеряется ферментативная активность?

Когда рекомбинантный белок является ферментом, удельная активность определяется ферментативным анализом. Активность каждого фермента тестируют путем расщепления субстрата, а удельную активность выражают в пикомолях/мин/микрограмм.

Корреляции между молекулярной структурой и биологической активностью в «логических рядах» пищевых производных хромона в «логическом ряду» диетических производных хромона.ПЛОС ОДИН 15(8): е0229477. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0229477

Редактор: Анджани Кумар Тивари, Университет Бабасахеб Бхимрао Амбедкар (Центральный университет), ИНДИЯ

Получено: 6 февраля 2020 г .; Принято: 28 июля 2020 г .; Опубликовано: 21 августа 2020 г.

Copyright: © 2020 Lewandowski et al. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в документе и в его файлах вспомогательной информации.

Финансирование: Эта работа финансировалась Национальным научным центром Польши в рамках исследовательского проекта № 2015/17/B/NZ9/03581 и рабочего номера WZ/WB-IIS/5/2020, финансируемого из средств на обучение Министерство науки и высшего образования. Спонсоры не участвовали в разработке исследования, сборе и анализе данных, принятии решения о публикации или подготовке рукописи.

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов.

Введение

Хромон (1-бензопиран-4-он) является основой многих флаванолов, флавонов, изофлавонов и флавоноидов, встречающихся в растительном мире и диетических продуктах. Хромоны активны в различных растительных циклах, в том числе в регуляции роста и стимуляции поглощения кислорода [1]. Структурная система хромона используется для синтеза многих анти-ВИЧ, противовоспалительных, антибактериальных и противоопухолевых препаратов, а также препаратов, применяемых при нейродегенеративных заболеваниях, воспалительных заболеваниях и диабете [1].Исследования этого класса соединений показали, что они обладают перспективными свойствами в качестве ингибиторов тирозинкиназ, карбонатангидраз, фактора NF-κB, сиртуинов, топоизомераз, рецепторов аденозина A3, а также в качестве модуляторов сигнального пути Keap1-Nrf2. Интересно, что хромонметаллические комплексы Pd(II), Cu(II), Ru(II), Ni(II) проявляют относительно высокую цитотоксичность во многих опухолевых клеточных линиях. Текущие сообщения подтверждают, что цитотоксичность таких структур коррелирует с их формой, размером, поляризуемостью, электрическим состоянием и дипольным моментом, что дополнительно обосновывает целесообразность проведения химических модификаций производных хромона при создании новых фармакологических средств на основе природных продуктов [2]. .Хромоны представляют собой соединения, способные удалять многие типы радикальных форм кислорода (АФК) и ингибировать перекисное окисление липидов. Удаление свободных радикалов может происходить за счет быстрого переноса водорода. В связи с этим высокая реакционная способность гидроксильных заместителей в наибольшей степени влияет на антиоксидантную способность данного соединения [3]. Перенос электрона и стабильность соответствующих феноксильных радикалов, образующихся в результате Н-абстракции, также играют важную роль в этом процессе. Фактически, общая антиоксидантная способность и окислительно-восстановительный потенциал определяются несколькими конформационными факторами (паттерн замещения функциональных групп, включая гидроксильные группы), стабилизацией феноксильных радикалов и делокализации электронов в молекуле (энергия ВЗМО и НСМО молекулярных орбиталей) [4] .

Даже незначительное изменение одного из указанных факторов может привести к существенным различиям в физико-химических и биологических свойствах соединения. Поэтому в этой статье была исследована взаимосвязь между структурой и биологическими свойствами шести производных хромона, т.е. флавона, 3-гидроксифлавона, 3,7-дигидроксифлавона, галангина, кемпферола, кверцетина (рис. 1). Флавон образует гетероциклическую систему, которая является основной структурой флавоноидов. 3-гидроксифлавон представляет собой синтетическое соединение, не встречающееся в природе в растениях.Обладает флуоресцентными свойствами. Аналоги этого соединения являются перспективными препаратами для лечения диабета и инсулинорезистентности за счет увеличения поглощения глюкозы скелетными мышцами [5]. 3,7-Дигидроксифлавон обладает высоким потенциалом для лечения инфекций дыхательных путей ( Staphylococcus pneumoniae ), а его производные ингибируют рост опухолевых клеток in vitro . Галангин встречается, например. в Alpinia officinarum Hance и прополис. Обладает антибактериальными и противовирусными свойствами.Он ингибирует рост клеток рака молочной железы человека in vitro [6]. Галангин оказывает бактериостатическое действие на штаммы Staphylococcus aureus , как чувствительные к антибиотикам, так и метициллинрезистентные [7]. Кемпферол присутствует в листьях чая, цветках терновника, полевых цветах. Чаще всего встречается в виде гликозида агликона. Это соединение оказывает антипролиферативное, проапоптотическое действие на легкие, молочную железу, поджелудочную железу, желудок и другие клетки. Механизмы его действия включают апоптоз, остановку клеточного цикла в фазе G2/M, подавление маркеров, связанных с эпителиально-мезенхимальным переходом (EMT), и сигнальных путей фосфоинозитид-3-киназы/протеинкиназы B [8].Было показано, что кемпферол проявляет сильную клеточную антиоксидантную способность. Предварительная обработка кемпферолом значительно ослабляла индуцированный АФК гемолиз эритроцитов человека (гемолиз подавлялся на 87,4% при 100 мкг/мл) и снижала накопление токсического продукта перекисного окисления липидов малонового диальдегида (МДА) [9]. Антигемолитическая активность кемпферола в основном заключалась в удалении избыточных АФК и сохранении активности внутренних антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутазы, SOD, каталазы, CAT и глутатионпероксидазы, GPx) на нормальном уровне [9].Показано, что кверцетин модулирует многие ферментативные пути, в том числе циклооксигеназные, липоксигеназные и тирозинкиназозависимые. Он проявляет противовоспалительную активность, подавляя высвобождение гистамина, провоспалительных цитокинов (включая ИЛ-4) и продукцию лейкотриенов [10]. Кверцетин представляет собой флавоноид, являющийся основой многих других флавоноидов, таких как рутин, гесперидин, нарингин, тангеритин.

Несколько работ посвящены химическому строению и биологической активности этих соединений [7, 8, 11, 12].Тем не менее исследований взаимосвязи между их молекулярной структурой и биологической активностью немного. Количество и положение гидроксильных заместителей в кольцах молекул влияют на распределение электронного заряда в молекуле и тем самым вызывают изменения ее полярности, липофильности и акцепторно-донорной способности. Все эти факторы оказывают существенное влияние на биологическую активность этих соединений, включая проницаемость клеточных мембран и антиоксидантную способность.

Полученные знания о взаимосвязи между молекулярной структурой и распределением электронного заряда в молекулах природного происхождения являются основой для точного проектирования лекарств, пищевых добавок или средств защиты растений.Все группы соединений, которые в конечном итоге будут использоваться при контакте с живыми организмами, подробно охарактеризованы с точки зрения их токсичности и биодоступности, поэтому так важно знать влияние малых изменений в их структуре на биологический эффект. Кроме того, зная отношения структура-активность, их можно целенаправленно и точно модифицировать, чтобы максимально соответствовать ожидаемой функции. В этой статье мы сосредоточились на поиске корреляций между выбранными физико-химическими, структурными и биологическими дескрипторами популярных растительных метаболитов с уникальной химической структурой, упорядоченных в логическую структурную последовательность.Поэтому молекулярная структура лигандов характеризовалась экспериментальными (FT-IR, FT-Raman, 1 H и 13 C ЯМР), а также теоретическими параметрами, рассчитанными на уровне B3LYP/6-311++G** и затем обсуждалась их биологическая (антиоксидантная, цитотоксическая и липофильная) активность.

Материалы и методы

Материалы и спектроскопическая характеристика

Хромон и его производные, DPPH (2,2-дифенил-1-пикрилгидразил), 2,4,6-трипиридил-s-триазин (TPTZ), FeCl 3 ·6H 2 O, FeSO 4 куплена у Sigma-Aldrich Co.(Сент-Луис, Миссури, США) и использовали без очистки. Метанол был приобретен у Merck (Дармштадт, Германия).

Спектры FT-IR зарегистрированы в таблетках матрицы KBr на спектрометре Alfa Bruker (Бремен, Германия) в диапазоне 400–4000 см -1 с разрешением 2 см -1 . Спектры КР регистрировали в диапазоне 100–4000 см -1 на спектрометре MultiRam Bruker (Бремен, Германия) с разрешением 1 см -1 . 1 Н (400.15 МГц) и 13 C (100,63 МГц) регистрировали на спектрометре Bruker Avance II 400 (Бремен, Германия) в растворе ДМСО-D6. ТМС использовали в качестве внутреннего эталона.

Оценка биологической активности

Анализы антиоксидантной активности.

Антирадикальную активность определяли по методу DPPH, описанному в [13]. Исходные метанольные растворы реагентов готовили в концентрации 500–50 мкМ и 60 мкМ по ДФПГ. В пробирки добавляли соответствующие объемы растворов испытуемых соединений и разбавляли метанолом до получения серии растворов с различной концентрацией (конечный объем 1 мл).Затем в каждую пробирку добавляли по 2 мл DPPH, встряхивали и инкубировали в темноте в течение 1 ч при 23°С. Конечная концентрация DPPH составляла 40 мкМ. Поглощение смеси измеряли при 516 нм против метанола в качестве контроля с использованием спектрофотометра Agilent Carry 5000. Контрольная проба — 2 мл раствора ДФПГ и 1 мл метанола. Антирадикальную активность соединений по отношению к радикалу ДФПГ рассчитывали по уравнению: где % I — % ингибирования радикала DPPH, А 516 контроль, — поглощение контроля, А 516 образец — поглощение образца.Затем наносили график концентрации испытуемых веществ в зависимости от % ингибирования и значения EC 50 считывали с кривых поглощения. Параметр ЕС 50 означает концентрацию вещества, которая ингибирует 50% радикала.

Железовосстанавливающую антиоксидантную активность определяли в анализе FRAP [14]. Для приготовления реагента FRAP 0,3 М ацетатный буфер (pH 3,6), 10 мМ TPTZ (в 40 мМ HCl) и 20 мМ FeCl 3 ·6H 2 O (в воде) смешивали в объемном соотношении 10:1: 1 непосредственно перед анализами.Затем реагент FRAP (3 мл) смешивали с тестируемым веществом (0,4 мл, конечные концентрации C = 20 мМ). Поглощение измеряли при 594 нм относительно холостой пробы (3 мл FRAP и 0,4 мл метанола) на спектрофотометре Agilent Carry 5000 (CA, США). Антиоксидантную активность выражали в эквивалентах Fe 2+ [мкМ] с использованием калибровочной кривой, построенной в диапазоне концентраций 200–0,1 мкМ FeSO 4 .

Нейтральный красный (NR) анализ поглощения метаболической активности клеток.

Клетки эпителиальной колоректальной аденокарциномы человека Caco-2 были приобретены в ATCC и культивированы в среде EMEM, содержащей 20% FBS и Pen-Strep, и выращены в стандартных условиях. Клетки в логарифмической фазе высевали в покрытые полилизином 96-луночные культуральные планшеты и культивировали при 37°C в атмосфере 5% CO 2 в течение 24 часов. Исходное количество клеток на лунку составляло 5000. Культуральную среду удаляли, когда клетки прикреплялись к стенке планшета. Затем клетки инкубировали в 100 мкл среды с возрастающими концентрациями исследуемого соединения в течение 48 часов.В качестве контроля использовали необработанные клетки. По истечении этого времени добавляли 50 мкл среды, содержащей NR, до конечной концентрации 3 мг/мл NR и инкубировали в течение 2,5 часов. Затем среду с красителем удаляли, клетки промывали PBS и лизировали в смеси 50% EtOH, 1% AcOH и 49% воды (20 мин, встряхивание). Флуоресценцию измеряли при Ex/Em 530/645 нм соответственно на спектрофотометре для считывания планшетов Infinite M200 (Tecan, Австрия). Значения IC 50 были рассчитаны путем подбора логистических кривых на основе уравнения Хилла.

Детали расчета

Геометрии исследуемых молекул и их радикалов, катион-радикалов и анион-радикалов рассчитаны методом DFT с функционалом B3LYP и базисом 6-311++G** в газовой фазе, водных и метанольных растворителях с использованием пакета программ Gaussian 09W [ 15]. Для оптимизации растворителя использовали метод IEF-PCM. Были рассчитаны частоты колебаний, чтобы гарантировать отсутствие мнимой частоты для оптимизированных структур. Для нейтральных молекул в газовой фазе были рассчитаны атомные заряды NBO.Спектры ЯМР 1 H и 13 C получены в растворителе ДМСО с использованием формализма GIAO. Были рассчитаны высшая занятая молекулярная орбиталь (ВЗМО) и низшая незанятая молекулярная орбиталь (НСМО) и разность энергий между ними (энергетическая щель, ΔE). Для молекулы рассчитывают глобальные дескрипторы реакционной способности: электроотрицательность, индекс электрофильности, твердость, мягкость и т.д. Параметры БДЭ, ИП, ФДЭ, ФА и ЭТЭ рассчитывали в газовой фазе, воде и метанольном растворе.Все энтальпии рассчитаны для температуры 298,15 К и давления 1,0 атм. Расчетная энтальпия газовой фазы для электрона (e), протона (H + ), an и атома водорода (H ) составляет 3,145 [16], 6,197 [17] и -1306 кДж/моль соответственно. . Для расчета фазы растворителя в воде ΔH(гидратация) электрона (е), протона (H + ) и атома водорода (H ) были соответственно приняты равными -105 кДж/моль, -1090 кДж/моль. моль и -4,0 кДж/моль [18, 19] ΔH(сольватация) для электрона (д), протона (H + ) и атома водорода (H ) принимали равными -86 кДж/моль, — 1038 кДж/моль и 5 кДж/моль [18] соответственно в метаноле.Значения коэффициентов распределения в системе растворитель октан-1-ол/вода рассчитаны в программе ACD/Labs.

Статистический анализ

Экспериментальные данные были выражены как средние значения ± стандартная ошибка определений, выполненных в трех повторностях. Корреляции между конкретными экспериментальными и теоретическими данными выражали в виде коэффициента корреляции (R) и проверяли на значимость с помощью t-критерия (P <0,05). Для многофакторного сравнения были проведены анализ основных компонентов (PCA) и иерархический кластерный анализ.Расстояния между образцами рассчитывали по методу Уорда и квадратным евклидовым расстояниям. Выполнена стандартизация исходных данных. Шкалы сходства дендрограмм были сгенерированы программой Statistica 13.3.

Результаты

Антиоксидантная активность производных хромона

Антиоксидантный потенциал соединений изучен методами FRAP (параметр антиоксиданта, восстанавливающего ионы железа) и DPPH (1,1-дифенил-2-пикрилгидразил). Первый анализ классифицируется как полностью SET (перенос одного электрона), т.е.е. один электрон переносится от молекулы антиоксиданта и восстанавливает ионы железа, связанные в цветной комплекс ТПТЗ (2,4,6-трис(2-пиридил)-1,3,5-триазин). Считается, что анализ DPPH имеет смешанный механизм, который зависит от структуры антиоксиданта, pH и полярности растворителя, то есть: (a) HAT (перенос атома водорода), (b) PCET (протонно-связанный перенос электрона), (c ) SPLET (последовательный перенос электрона с потерей протона) и ET-PT (перенос электрона с последующим переносом протона) [20, 21]. Растворители, образующие водородные связи, подавляют перенос атома водорода и способствуют переносу электрона, поэтому соединения, сильно активные в переносе атома водорода, по-видимому, медленнее реагируют в полярных растворителях (вода, метанол, этанол) [22].Полученные результаты представлены на рис. 2. Чем ниже значение EC 50 , тем выше антирадикальная активность по отношению к DPPH·, а чем выше значение FRAP, тем выше железоредуцирующая антиоксидантная активность соединений (что означает увеличение концентрации восстановленного Fe 3 + до Fe 2+ ). В тесте FRAP закономерное увеличение антиоксидантной активности наблюдалось в ряду хромон → флавон → 3-гидроксифлавон → 3,7-дигидроксифлавон → галангин → кемпферол → кверцетин. Аналогично в анализе DPPH наблюдалось закономерное увеличение антиоксидантной активности в ряду 3,7-дигидроксифлавон → галангин → кемпферол → кверцетин (рис. 2).

Липофильность и цитотоксическая активность производных хромона

Рассчитанные параметры липофильности представлены в табл. 1. Исследуемые соединения известны своей гидрофобностью и плохой растворимостью в воде. В ряду 3-гидроксифлавон → 3,7-дигидроксифлавон → галангин → кемпферол → кверцетин липофильность снижается. Гораздо более высокая липофильность флавона, 3-гидроксифлавона, 3,7-дигидроксифлавона и галангина предполагает, что эти соединения могут иметь более высокое сродство к липидным мембранам и иметь большую степень клеточной абсорбции, чем хромон, кемпферол и кверцетин.В табл. 2 показана цитотоксичность исследуемых соединений по отношению к клеткам эпителиальной колоректальной аденокарциномы человека Сасо-2.

Исследование ДПФ

Рассчитанные на уровне B3LYP/6-11++G** структуры выбранных лигандов показаны в таблице S12 в файле S2. Геометрические параметры и атомные заряды NBO, рассчитанные для лигандов, собраны в таблицах S1-S10 файла S1. . В табл. 3 приведены атомные заряды NBO для наиболее устойчивых конформеров исследованных соединений.

В S1 Fig файла S1 наиболее устойчивые конформеры исследуемых лигандов упорядочены с уменьшением значения их энергии по отношению к энергии хромона.Добавление еще одного кольца (В) к хромоновому остову вызывает уменьшение энергии молекулы примерно на 231 а.е. Интересно, что замена гидроксильных заместителей на кольца вызывает дальнейшую стабилизацию молекул и закономерное снижение энергии примерно на 75,24–75,26 а.е. в ряду молекул: 3-гидроксифлавон → 3,7-дигидроксифлавон → галангин → кемпферол → кверцетин.

На рис. 3 показаны энергия и распределение орбиталей HOMO и LUMO.В табл. 4 собраны электронные параметры, рассчитанные на основе значений энергии ВЗМО и НСМО. В то время как в Таблице 5 перечислены различные параметры, относящиеся к конкретным механизмам антиоксидантного действия. Расчеты проводились в газовой фазе, метаноле и воде, поскольку анализы DPPH и FRAP проводились в метаноле и воде соответственно. Рассчитаны и сопоставлены энергии радикалов С3-О3· в ряду: 3-гидроксифлавон→3,7-дигидроксифлавон→галангин→кемпферол→кверцетин.

Таблица 5. Энтальпии диссоциации связи ОН (BDE), потенциалы ионизации (IP), энтальпии диссоциации протона (PDE), сродство к протону (PA), энтальпии переноса электрона (ETE) в кДж/моль, полученные на B3LYP/6-311+ +G** уровень теории.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0229477.t005

Большинство параметров имеют линейную зависимость от количества ОН-групп. БДЭ и ИП уменьшаются в ряду 3-гидроксифлавон → 3,7-дигидроксифлавон → галангин → кемпферол → кверцетин.PDE увеличивается в ряду, в то время как PA и ETE показывают лишь незначительные различия.

Экспериментальный

1 H и 13 C ЯМР, ИК, рамановское исследование

Спектры ЯМР 1 H и 13 C описывают плотность и распределение электронного заряда, которые определяют реакционную способность и биологическую активность молекул. В таблице 6 показаны химические сдвиги из спектров ЯМР. Нумерация атомов представлена ​​на рис. 4. Отнесение полос из спектров FT-IR и FT-Raman спектров исследуемых лигандов (табл. 7, S1 и S2 рис. файла S1) выполнено на основании литературных данных [24] и расчетов. на уровне B3LYP/6-311++G**.

Статистический анализ

Для определения корреляции между различными переменными был проведен анализ основных компонентов (PCA). Все дескрипторы, полученные для серии из 7 лигандов, были подвергнуты анализу главных компонентов, и были получены два компонента (рис. 5). Первые два ПК1, ПК2 внесли 58,59% и 28,02% соответственно в общую дисперсию, а общая информация оценивалась в 86,61%. Коэффициенты корреляции Пирсона приведены в таблице 8, а дескрипторы представлены в круге корреляции на рис. 6.

Обсуждение

Как DPPH, так и FRAP анализы выявили, что отчетливое повышение антиоксидантной активности тестируемых лигандов зависит от количества гидроксильных заместителей в кольце, т.е. в ряду: хромон → флавон → 3-гидроксифлавон → 3,7-дигидроксифлавон → галангин → кемпферол → кверцетин. Наши экспериментальные данные в целом согласуются с обзором литературы. Литературные данные показали, что флавон имеет самое низкое значение IC 50 — более 450 мкМ в тестах DPPH [25].В аналогичных исследованиях радикального восстановления DPPH было обнаружено, что значения IC 50 составляют 385±19 мкМ для 3-гидроксифлавона и 65 мкМ для 3,7-дигидроксифлавона соответственно [26,27]. Галангин, кемпферол и кверцетин характеризуются заметным увеличением по антиоксидантным свойствам, описываемым значениями EC 50 = 13,91 мкМ [28] и IC 50 = 11 мкМ для галангина, IC50 = 41,2 мкМ [29], 7,1 мкМ [28] и 47,93±0,01 [30] мкМ для кемпферол. Кверцетин оказался наиболее эффективным антиоксидантом с самыми низкими значениями IC 50 и EC 50 в тестах DPPH (IC 50 = 16.2±1,1 мкМ [31], 8,9 мкМ [29], 6,7±0,17 мкМ [27] и ЕС 50 = 5,5 мкМ [32], 39±0,1 мкМ [33], 112,5±3,3 мкМ [34], 2,79 мкМ [28].

При сравнении результатов, полученных разными авторами, следует иметь в виду, что условия эксперимента, такие как концентрация DPPH, pH раствора, температура, присутствие ионов металлов сильно влияют на полученную IC 50 /EC 50 параметры. Результаты, полученные в одинаковых экспериментальных условиях, позволяют более точно соотнести антиоксидантную активность в ряду (рис. 2).

Антиоксидантная активность фенольных соединений связана с кольцевой структурой молекулы и наличием гидроксильных заместителей преимущественно в кольце В. Количество гидроксильных групп положительно коррелирует с антиоксидантным потенциалом исследуемых соединений. Предполагается, что антирадикальное действие флавоноидов основано на их прямой реакции с радикалом и образовании радикала из катехинового фрагмента. Однако результаты Musialik et al. в метаноле подтверждают их вывод о том, что в ионизирующих растворителях в начальной быстрой реакции DPPH• + Qh3 (кверцетин) участвует QH–анион [35].В таких растворителях реакция в кверцетине и других фенолах протекает по механизму СПЛЭТ. Уменьшение энергий переноса электрона вместе со снижением энергий диссоциации связей для лигандов с конца ряда (табл. 6) хорошо объясняет феномен их выраженной антиоксидантной активности.

Однако эффективность удаления АФК фитопрепаратами тесно связана с их концентрацией, и в высоких дозах наблюдаются прооксидантные эффекты – образование АФК в процессах автоокисления, окислительно-восстановительного цикла.Наличие различного количества гидроксильных групп в кольце В флавонолов может определять их антиоксидантную активность, но также играет важную роль в их токсичности и биологической активности. Текущие исследования указывают на сомнительную стабильность феноксильного радикала, что приводит к проокислительным реакциям. Считается, что прооксидантная активность этих соединений прямо пропорциональна общему количеству гидроксильных групп. Феноксильный радикал флавоноида может взаимодействовать с кислородом, что приводит к образованию хинонов и супероксидных анионов.Эта реакция может происходить в присутствии более высокой концентрации ионов переходных металлов и может быть причиной нежелательного эффекта проокисления флавоноидов (рис. 7). В целом, низкие значения BDE и IP указывают на высокую антиоксидантную активность, но чрезвычайно низкое значение IP может привести к переходу от антиоксидантного к прооксидантному характеру. Фенольные соединения с небольшим значением IP имеют тенденцию действовать как прооксиданты в присутствии активных форм кислорода и увеличивают цитотоксический потенциал фенолов.

Квантово-химические расчеты дают некоторое представление о молекулярных механизмах удаления радикалов и противовоспалительной активности исследуемых фенольных соединений. Значения энергии орбиталей ВЗМО являются важной информацией о механизме антиоксидантного действия. Как правило, чем выше орбитальная энергия ВЗМО молекулы, тем лучше ее электронодонорные свойства. Чем ниже потенциал ионизации (IP = -HOMO), тем меньше энергия, необходимая для удаления электрона. В ряду хромон → флавон → 3-гидроксифлавон → 3,7-дигидроксифлавон → галангин → кемпферол → кверцетин энергия ВЗМО-орбиталей увеличивается, а IP уменьшается (рис. 3, табл. 5).Это говорит о том, что антиоксидантная активность молекул возрастает в том же порядке, что и в анализах DPPH и FRAP. Несмотря на то, что орбитали ВЗМО и НСМО одинаково распределены по молекулам, можно заметить, что орбитали ВЗМО локализованы на гидроксильных группах в положении С3 и С3’. Это означает, что гидроксильные группы в кольцах В и С могут быть легче атакованы свободными радикалами, чем другие. Разница между энергиями орбиталей HOMO и LUMO (ΔE) описывает стабильность и реакционную способность химических соединений.Молекулы с большим ΔE характеризуются как стабильные и малореакционноспособные. С другой стороны, малое ΔE означает низкую стабильность и более высокую молекулярную реакционную способность. Эти значения резко уменьшаются для следующих гидроксильных производных хромона. Замена группы ОН в скелете флавона повышает реакционную способность молекул. Например, эксперимент показывает, что анти-DPPH активность кверцетина с катехолоподобной заменой в кольце B примерно в 9 раз выше, чем у галангина, не имеющего двух гидроксильных групп в кольце B (рис. 2) и более чем в 50 раз больше, чем у 3-гидроксифлавона.

Обычно предполагается три пути антиоксидантного механизма фенольных молекул [37]. Механизм переноса атома водорода (HAT), в котором свободный радикал удаляет один атом водорода из антиоксиданта, и антиоксидант становится радикалом. BDE (энтальпия диссоциации связи) используется для оценки реакционной способности молекулы в механизме HAT (таблица 9). Второй механизм, перенос одного электрона с последующим переносом протона (SET-PT). Это двухстадийный механизм: (а) сначала антиоксидант реагирует со свободным радикалом с образованием катион-радикала антиоксиданта и анионной формы радикала (IP, потенциал ионизации, связан с этим механизмом), затем (b ) катион-радикал антиоксиданта распадается на радикал и протон (PDE, параметр энтальпии диссоциации протона описывает реакцию).Третий механизм, последовательный перенос электрона с потерей протона (SPLET). Это также двухступенчатый механизм. Первый фенольный антиоксидант диссоциирует на анионную форму и протон (ПА, сродство к протону связано с механизмом). Во-вторых, анион реагирует со свободным радикалом, и возникает радикальная форма антиоксиданта, и возникает нейтральная молекула (ЭТЭ, энтальпия переноса электрона отражает реакцию).

Энергия диссоциации связи (BDE) представляет собой изменение энтальпии гомолитического разрыва связи.Он определяет вероятность механизма HAT. Чем слабее связь O-H, тем ниже значение BDE и выше антиоксидантные свойства молекулы. Полученные результаты свидетельствуют о том, что с увеличением числа гидроксильных заместителей возрастает и антиоксидантная активность в механизме ГАТ (табл. 6).

Механизм SET-PT связан с параметрами IP (потенциал ионизации) и PDE (энтальпия диссоциации протона). Первый описывает первый этап механизма SET-PT, зависящий от донорной способности соединений, которая связана с распределением электронного заряда по молекуле.Чем выше степень делокализации π-электрона, тем активнее молекула. По значениям ИП способность отдавать электрон возрастает в ряду: 3-гидроксифлавон→3,7-дигидроксифлавон→галангин→кемпферол→кверцетин. Кроме того, в полярных средах электрон легче отдается, чем в газовой фазе. Вторая стадия механизма SET-PT, т.е. распад катион-радикала антиоксиданта на радикал и протон, в полярной среде протекает легче, чем в газовой фазе. Самые низкие значения ФДЭ у 3,7-дигидроксифлавона (в воде и метаноле) и 3-гидроксифлавона в газовой фазе.Катион-радикал кверцетина является наиболее устойчивым. Поскольку первая стадия является наиболее важной с термодинамической точки зрения, то антиоксидантную активность соединений по значениям ИП можно расположить следующим образом: 3-гидроксифлавон→3,7-дигидроксифлавон→галангин→кемпферол→кверцетин (табл. 6).

Механизм SPLET состоит из двух шагов. Первым этапом является процесс образования аниона, который, судя по полученным значениям сродства к протону (PA), в растворе протекает легче, чем в газовой фазе.Высокая средняя разница между ФА, рассчитанными для газа и раствора (~1200 кДж/моль), в основном обусловлена ​​высокими энтальпиями сольватации протона и аниона (табл. 6). Протон легче всего отщепляется от галангина, затем от кверцетина и кемпферола. По-видимому, образование анионов -О гидроксильными группами С3-ОН и С7-ОН для галангина протекает легче, чем для других соединений ряда. Второй этап механизма SPLET определяется энтальпиями переноса электрона (ЭТЭ), которые обычно ниже для изолированной молекулы (т.е. в газовой фазе), чем в растворе. Это указывает на то, что газовая фаза способствует образованию радикалов производных хромона. В газовой фазе самая низкая ЭТЭ наблюдается для 3,7-дигидроксифлавона, тогда как в воде и метаноле для кверцетина и кемпферола. Наиболее высокие параметры ЭТВ у галангина как в газовой фазе, так и в полярном растворителе. Это означает, что для галангина наиболее тяжелым является процесс образования радикалов. Антиоксидантная активность молекул в механизме SPLET, согласно ПА, может быть упорядочена следующим образом: 3-гидроксифлавон→3,7-дигидроксифлавон→кемпферол→кверцетин→галангин.

Другой биологической активностью серии из 7 лигандов, обсуждаемой в статье, является цитотоксичность по отношению к клеткам эпителиальной колоректальной аденокарциномы человека Caco-2 (выраженная как IC 50 [мкМ]) и липофильность (как LogP) (таблицы 1 и 2). LogP используется в фармацевтической промышленности для понимания поведения молекул лекарств в организме. Это связано с тем, что липофильность является основным определяющим фактором абсорбции, распределения, проникновения соединения через жизненно важные мембраны и биологические барьеры, метаболизма и выделения.Если не удается достичь или поддерживать адекватную концентрацию лекарственного средства в ткани-мишени, даже самое сильнодействующее вещество in vitro не может быть эффективным лекарственным средством. Хорошо растворимые в воде вещества легко достигают гидрофильных компартментов ткани, но в то же время могут быстро выводиться из организма. В свою очередь, липофильные соединения могут быть изолированы жировой тканью и, следовательно, с трудом выводятся из организма. Это может привести к накоплению, которое повлияет на системную токсичность вещества. В зависимости от пути введения данного соединения и его целевой среды в биологической среде идеальный кандидат в лекарство должен обладать липофильностью, позволяющей проникать через соответствующие барьеры.Так, например, лекарство, нацеленное на центральную нервную систему, в идеале должно иметь значение logP около 2 [38], в то время как для перорального и кишечного всасывания идеальное значение составляет 1,35–1,8 [39]. Таким образом, LogP помогает предсказать вероятный транспорт соединения по телу. Это также влияет на рецептуру, дозировку, клиренс лекарственного средства и токсичность. Хотя это не единственный определяющий фактор, он играет решающую роль, помогая ученым ограничить ответственность новых кандидатов в лекарства. Следовательно, зависимость токсичности лекарственных средств в ряду соединений различной липофильности имеет тенденцию к оптимуму при определенном значении LogP.Например, такой оптимум обнаружен в гомологическом ряду золотосодержащих производных фосфина [40]. Гидрофильную природу этих соединений можно варьировать в очень широких пределах без потери ароматического характера путем замены фенильных заместителей в дифосфиновых связях на пиридильные лиганды. Когда липофильность была связана с противоопухолевой активностью, оказалось, что логарифмические значения свободного лекарства IC 50 для линии клеток лимфомы мыши СН-1 имеют параболическую зависимость от липофильности лекарства.Логарифмические значения IC 50 свободного лекарственного средства и скорость поглощения были линейно связаны с липофильностью. Токсичность хозяина in vivo в ксенотрансплантатах MC-38 варьировала в зависимости от липофильности, при этом наиболее селективное соединение имело промежуточное значение [40]. Аналогичным образом, в описанной здесь серии соединений можно наблюдать тенденцию токсичности, связанную со значениями липофильности (фиг. 8, таблицы 1 и 2). В целом, LogIC 50 описанной серии соединений имеет тенденцию к линейной зависимости от их значения LogP.Однако есть два исключения. Хромон, единственный из ряда, не имеющий дополнительного фенильного кольца в орто-положении к кислороду пиранового кольца (В-кольцо, характерное для флавоноидов), характеризуется наибольшей растворимостью в воде и наименьшей токсичностью (два-три порядка). величина ниже, чем у других соединений в этой серии). Кроме того, флавон, единственный из флавоноидов в серии, не имеющий ОН-групп, проявляет более низкую токсичность (более высокая IC 50 ) по отношению к липофильности, как и можно было ожидать в этой серии.Таким образом, токсичность соединений группы –ОН в ряду линейно зависит от их липофильности. Чем выше липофильность, тем выше токсичность (меньше IC50 50 ). Видна общая тенденция, что с увеличением числа –ОН-групп снижается липофильность (как и следовало ожидать), а также снижается токсичность, наряду с увеличением антиоксидантного потенциала (по значениям FRAP и параметрам ЕС 50 , полученным в анализ DPPH). Однако при отсутствии –ОН-групп токсичность аналогов также снижается.Эта интересная находка выделяет в ряду соединений отдельную группу, обладающую характерным флавоновым остовом и в то же время по крайней мере одной гидроксильной группой.

В литературе много результатов, описывающих цитотоксическую активность изучаемых здесь полипропиленов в отношении различных линий раковых клеток (таблица S11 файла S1). Такая активность определяется молекулярной структурой полифенолов, физико-химическими свойствами молекул которых, среди прочего, обеспечивается: (а) прямое связывание с белками-рецепторами и ингибирование факторов роста, тирозин-тирозинкиназ [41], (б) участие в клеточных сигнальных путях, АФК-зависимых путях, в том числе связанных с антиоксидантной защитой, ингибировании ферментов, участвующих в образовании свободных радикалов [12, 42, 43] (в) акцепторе свободных радикалов и связывании (комплексообразовании) ионов переходных металлов ( Cu 2+ , Fe 2+ ), (d) модулирующие активность эпигенетических факторов, e.грамм. активация SIRT (сиртуин) путем взаимодействия с определенными аминокислотными остатками [44], регуляция генов, участвующих в ремоделировании хроматина [45], (д) ​​образование активных форм кислорода (прооксидативная активность), что вызывает остановку клеточного цикла, индукцию апоптоза и фрагментации ДНК [12].

Обсуждается молекулярная структура исследуемых лигандов с точки зрения рассчитанных на уровне B3LYP/6-311++G** геометрических параметров, атомных зарядов NBO, а также экспериментальных 1 H, 13 C ЯМР, ИК, КР спектры.Пространственное расположение гидроксильной группы является основным фактором, определяющим плоскую структуру молекулы, ее энергию и дипольный момент (таблица S12 в файле S2). Конформер нет. 1 3-гидроксифлавона имеет группу ОН, направленную к кольцу В, что вызывает изгиб молекулы относительно плоскости колец А и С. В случае конформера нет. 2 группа ОН направлена ​​к карбонильному фрагменту C4O4, что обеспечивает плоскую структуру молекулы 3-гидроксифлавона. № конформера1 обладает четырьмя внутримолекулярными водородными связями (i.h.b.) средней прочности (длины находятся в диапазоне: 2,557–2,691A) и более высокой энергией, чем связь № 1. 2 с пятью i.h.b. (2,057–2,633A), включая две сильные связи (таблица S1 файла S1). Общий атомный заряд отрицателен в случае колец A и B и положителен для кольца C (таблица S2 файла S1). Два конформера больше всего различаются по суммарному заряду С-кольца.

Конформер №. 1 3,7-дигидроксифлавона имеет гидроксильную группу O3h4, направленную к кольцу В, что вызывает закручивание кольца В относительно плоскости колец А и С.Скручивание конформера является результатом стерических эффектов. В случае конформера 2 группа О3h4 направлена ​​в противоположную сторону (т.е. к атому О4), вследствие чего молекула становится плоской и ее энергия уменьшается по сравнению с конформером №1. Конформер нет. 3 отличается от номера №. 2 в пространственном расположении группы O7H7, направленной к атому H8. Он вызывает уменьшение прочности водородных связей O7···H8 и незначительное уменьшение энергии молекулы.Конформер нет. 4 отличается от № 4. 3 в изгибе группы О3h4 в сторону кольца В, что вызывает скручивание кольца В относительно плоскости колец А и С (ситуация аналогична той, что была в случае конформера № 1). Пространственное расположение группы O3h4 определяет (а) структуру (конформеры № 2 и 3 плоские, а № 1 и 4 — нет), (б) длины связей и значения углов в молекулах ( Таблица S3 файла S1) и (c) количество и прочность внутримолекулярных водородных связей.Конформеров с наименьшей энергией – нет. 2 и 3 имеют на одну водородную связь больше, чем конформеры № 1 и 4, т.е. между атомами O4 и h4, который является наиболее прочным. Согласно Джеффри [46], водородные связи можно разделить по их длине: 2,2–2,5 Å (сильные), 2,5–3,2 Å (средние) и 3,2–4,0 Å (слабые). Учитывая, что расчеты обременены некоторой погрешностью по сравнению с экспериментом, внутримолекулярные водородные связи, присутствующие в молекуле 3,7-дигидроксифлавона, можно отнести к сильным: O4···h4, O3···H6′ и среда O7···H8, O1···H8, O4···H5 в случае конформеров 2 и 3.В то время как в конформерах №. 1 и 4 все водородные связи средней прочности. Следовательно, можно сделать вывод, что в молекуле 3,7-дигидроксифлавона количество и прочность внутримолекулярных водородных связей определяют энергию и устойчивость молекулы. Суммарный заряд NBO колец A, C и B находится в диапазоне: (-0,186e)-(-0,200e), 0,599e-0,652e и (-0,659)-(-0,663e) соответственно (таблица S4). файла S1). Наиболее отчетливые различия между отдельными конформерами касаются атомных зарядов, собранных на атомах, которые принимают участие в образовании внутримолекулярных водородных связей, и на кольце С (участвует в наибольшем количестве водородных связей).

Восемь конформеров галангина различаются пространственным расположением гидроксильных групп, что влияет на энергию и дипольные моменты молекул. Энергия конформеров убывает в ряду: конформер №5→№1 = №2 = №3 → №6→№4→№7→№8. № соответствия 1–3 и 6 имеют одну прочную внутримолекулярную водородную связь С4 = O···HO, тогда как конформеры № 7 и 8 имеют еще одну водородную связь С4 = O···HO и характеризуются наименьшей энергией (конформеры № 4 и 5 не имеют такого типа водородных связей).Конформер 8 обладает меньшей энергией на 0,001 а.е. и почти вдвое меньшее значение дипольного момента по сравнению с конформером 7, т.е. 8 можно считать наиболее стабильной конструкцией. Конформеры №. 1–5, не являющиеся плоскими, сильно отличаются длиной связи С1’–С2 по сравнению с плоскими структурами конформеров 6–8. Эти конформеры различаются длиной СС в кольцах, а также связями C = O и OH, участвующими в водородных связях, т.е. C4 = O4, O3-h4 и O5-H5, которые становятся слабее после участия в образовании водородных связей (S5 Таблица файла S1).Общий атомный заряд NBO, рассчитанный для конкретных колец, является отрицательным для колец A и B и положительным для кольца C (таблица S6 файла S1). Самый стабильный конформер №. 8 обладает более высоким отрицательным зарядом NBO, собранным на атомах кислорода групп C=O и OH (участвующих в водородных связях), по сравнению с конформером № 5 (без внутримолекулярных водородных связей C4 = O···HO).

Наличие гидроксильной группы в кольце В кемпферола вызывает снижение энергии молекулы по сравнению с молекулой галангина без группы ОН в кольце В.Кольцо В конформера № 1 слегка скручено относительно плоскости колец А и С. № соответствия 2–5 плоские, их энергия ненамного ниже по сравнению с конформером №. 1 (Таблица S7 файла S1). Различия в пространственном расположении ОН-групп в молекулах конформеров 2–5 не сказываются на длине связи С-ОН и энергии молекул, но сильно влияют на значения их дипольных моментов. Водородная связь С4 = O···HO-C5 прочнее, чем C4 = O···HO-C3, и более чувствительна к изменению положения остальных ОН-групп в кольце.Пространственное расположение гидроксильного заместителя влияет на значения зарядов атомов в меньшей степени, чем наличие или отсутствие внутримолекулярных водородных связей между атомами O4 и h4O3 и H5O5 (таблица S8 файла S1).

Конформеры кверцетина №№. 1–3 обладают близкими значениями энергии. Эти значения ниже, чем для конформеров № 1. 4–6. Конформеры №. 1–3 в основном отличаются от 4–6 наличием двух водородных связей между С4 = О и гидроксильной группой, замещенной у атомов С3 и С5 (т.е. C4 = O···HO-C5 и C4 = O···HO-C3). Разрыв внутримолекулярных водородных связей вызывает снижение стабильности молекулы. Наличие водородных связей между С4=О и ОН сильно влияет на длину связи С-С в кольцах молекулы, в основном С3-С4 и С4-С10 (таблица S9 файла S1). Атомные заряды на атомах О4, О5 и О3 в конформерах 1–3 (участвующие в образовании внутримолекулярной водородной связи между карбонильной С4=О и гидроксильными группами С5-ОН и С3-ОН) наименьшие по сравнению с аналогичными атомов в конформерах 4–6 (частично или полностью лишенных i.х.б. между C4 = O и OH) (таблица S10 файла S1).

Имеются отчетливые различия в экспериментальных 1 H, 13 C ЯМР, ИК и КР спектрах вдоль ряда изученных лигандов. Эти различия вызваны увеличением числа заместителей –ОН в кольцах. Замена кольца В на скелет хромона вызывает значительные изменения в распределении электронного заряда кольца С, выражающиеся в отчетливом движении химических сдвигов, приписываемых выбранным атомам углерода в экспериментальных спектрах ЯМР лигандов (табл. 6). .А именно, распределение электронного заряда вокруг атомов С3 и С2 уменьшается, а вокруг атома С10 увеличивается. Такой же вывод можно сделать на основании значений атомных зарядов NBO (таблица S12 в файле S2). Замена гидроксильной группы в положении C3 кольца C флавона вызывает отчетливый сдвиг сигналов, приписываемых атому C2, в сторону более низких значений ppm, что указывает на увеличение плотности электронного заряда вокруг C2. Плотность электронного заряда вокруг атома С3 3-гидроксифлавона уменьшается по сравнению с флавоном, что особенно заметно по величине атомных зарядов NBO (Δ NBO = 0.531д). Появление дополнительной ОН-группы к кольцу А в положении С7 больше всего влияет на плотность вокруг атомов С6 и С10, которая увеличивается в молекуле 3,7-дигидроксифлавона по сравнению с 3-гидроксифлавоном. Кроме того, уменьшается отрицательный заряд вокруг атома С7 (Δ NBO = 0,516e). В галангине, имеющем еще одну ОН-группу в положении С5 кольца С, наблюдается уменьшение плотности электронного заряда вокруг атома С3. Кроме того, происходит отчетливое увеличение плотности электронного заряда вокруг атомов С5, С6, С10 и С8 кольца А, за исключением отчетливого уменьшения отрицательного заряда атома С5 (Δ NBO = 0.520е). В молекуле кемпферола дополнительная ОН-группа у атома С4′ кольца В вызывает отчетливое уменьшение плотности электронного заряда вокруг атома С4′ (Δ NBO = 0,518e) и небольшое увеличение около С2′ и С6. атомы. Замещение следующей ОН-группы в кольце В (т.е. кверцетин) вызывает уменьшение распределения электронного заряда вокруг атома С3′ (Δ NBO = 0,133e) и небольшое увеличение вокруг атома С6′ и уменьшение вокруг атома С2′. .

Каждая последующая замена группы ОН вызывает уменьшение общего заряда NBO отдельных колец на ~0.4е. А именно, замена группы ОН на атом С3 флавона снижает общий заряд NBO кольца С на 0,443е. Различия между значениями общего заряда NBO кольца А 3-гидроксифлавона и 3,7-дигидроксифлавона составляют 0,410е, тогда как между 3,7-дигидроксифлавоном и галангином — 0,405е. Суммарный заряд NBO кольца В галангина уменьшается после замещения группы ОН в положении С4’ (кемпферол) (Δ = 0,439e). Замена другой группы ОН в положении С3’ кольца В (кверцетин) снижает общий заряд NBO на 0.400е.

В колебательных спектрах исследуемых лигандов в диапазоне 1607–1664 (ИК), 1618–1669 (Р) см -1 наблюдается очень интенсивная полоса, относящаяся к валентным колебаниям карбонильной группы С = О (табл. 7). ). Появление группы ОН у атома С3 вызывает отчетливое уменьшение волнового числа полосы, отнесенной к колебаниям С=О, в спектрах 3-гидроксифлавона [1607 (ИК), 1618 (Р) см -1 ] по сравнению со спектрами флавона [1646 (ИК), 1634 (П) см -1 ].Это связано с образованием внутримолекулярных водородных связей между С4=О···НО-С3 и ослаблением связи С=О. В ряду 3-гидроксифлавон→3,7-дигидроксифлавон→галангин→кемпферол→кверцетин эта полоса смещается в сторону больших волновых чисел с увеличением числа ОН-заместителей. В диапазоне 1632–1405 (ИК), 1636–1339 (К) см -1 наблюдались полосы, обусловленные валентными колебаниями νCC. Эти полосы были чувствительны к замещению групп ОН в кольцах и, как правило, уменьшались в волновых числах вместе с вышеупомянутым рядом по мере уменьшения отрицательного заряда атома NBO в кольце (таблица S12 в файле S2).Полосы, соответствующие колебаниям группы βOH, т.е. ~1320 и νC-OH ~1170 см -1 , были смещены соответственно в сторону большего и меньшего волнового числа в ряду 3-гидроксифлавон→3,7-дигидроксифлавон→галангин→кемпферол→ кверцетин.

Для изучения зависимости между молекулярной структурой 7 лигандов и их биологической активностью использовали анализ главных компонентов (PCA) и иерархический кластерный анализ. Антиоксидантная активность, описываемая значением FRAP, сильно коррелирует (R>0.700) с энергией орбитали ВЗМО (R = 0,829) и полным зарядом кольца C (R = 0,789), и сильно отрицательно коррелирует с расчетным потенциалом ионизации (R = -0,829) и электроотрицательностью (R = -0,925) (таблица 8). Цитотоксичность по отношению к клеточной линии Caco-2 (выраженная как IC 50 [мкМ]), энергетическая щель (LUMO-HOMO) (R = 0,775) и химическая устойчивость (R = 0,775) сильно коррелированы. При этом цитотоксичность и logPClassic (R = -0,710), суммарный заряд колец А и С (R = -0.790, R = -0,716 соответственно), электрофильность (R = -0,772) сильно отрицательно коррелируют.

С учетом всех экспериментальных и расчетных данных, описывающих биологические и физико-химические свойства исследуемых лигандов, их можно сгруппировать в три основных кластера (рис. 9). Полученные результаты свидетельствуют о том, что количество гидроксильных заместителей в кольце является решающим фактором, определяющим биологические и физико-химические свойства исследуемых лигандов. А именно, первая группа состоит из кверцетина и кемпферола, которые имеют гидроксильный заместитель во всех кольцах.Производные хромона, относящиеся ко второй группе (галангин, 3,7-дигидроксифлавон, 3-гидроксифлавон), имеют гидроксильный заместитель в кольце А и С, тогда как третья группа состоит из соединений без заместителя –ОН в кольце.

Рис. 9. Дендрограмма серии из 7 лигандов на основе их биологических свойств (т.е. значений FRAP, IC50 для цитотоксической активности по отношению к клеточной линии Caco-2) и рассчитанных физико-химических параметров.

https://дои.org/10.1371/journal.pone.0229477.g009

Оценка потенциальной биологической активности низкомолекулярных метаболитов пресноводных макрофитов с помощью QSAR

Статья посвящена оценке спектра биологической активности (противоопухолевой, противовоспалительной, противогрибковый и антибактериальный) с PASS (предсказание спектров активности веществ) для основных компонентов трех широко распространенных в Голарктике пресноводных макрофитов, эмерджентного макрофита с плавающими листьями, Nuphar lutea (L.) Sm. и два вида группы подводных макрофитов, Ceratophyllum demersum L. и Potamogeton obtusifolius (Mert. et Koch), за открытие их экологического и фармакологического потенциала. Прогнозируемая вероятность противовоспалительной или противоопухолевой активности выше 0,8 наблюдалась для двадцати соединений. Эти же соединения также характеризовались высокой вероятностью противогрибковой и антибактериальной активности. Шесть метаболитов, а именно гексаналь, пентадеканаль, тетрадекановая кислота, дибутилфталат, гексадекановая кислота и маноол, входили в состав основных компонентов всех трех исследованных растений, что свидетельствует об их высокой экологической значимости и определенной универсальности в использовании различными видами растений. водные растения для выполнения эколого-биохимических функций.В данном сообщении подчеркивается роль идентифицированных соединений не только как важных компонентов регуляции биохимических и метаболических путей и процессов в водных экологических системах, но и как потенциальных фармакологических агентов в борьбе с различными заболеваниями.

1. Введение

Натуральные продукты использовались в народной медицине на протяжении многих тысячелетий благодаря их биологическому происхождению, лучшим характеристикам ADME/TOX (всасывание, распределение, метаболизм и выделение/токсичность) и высокому химическому разнообразию.Важность, эффективность и перспективы использования растительных препаратов в медицине в качестве антимикробных средств подробно описаны в [1].

Растения из наземных местообитаний привлекли значительное внимание в биоразведочных исследованиях, направленных на открытие новых биологически активных соединений и лекарств. Важность доступных баз данных лекарственных растений и инструментов химико- и биоинформатики для открытия лекарств in silico за пределами традиционного использования в народной индийской медицине была адекватно рассмотрена в [2].

Напротив, значение пресноводных макрофитов в этом аспекте часто упускается из виду [3]. Однако имеющиеся данные подтверждают мнение о том, что природные соединения из водных экосистем представляют особый интерес, поскольку многие из них проявляют важную биологическую активность и обладают противоопухолевыми, антибактериальными, антимикробными, противообрастающими, противогрибковыми, пестицидными, фототоксическими, ингибирующими ВИЧ и иммунодепрессивными свойствами. [4].

Многие низкомолекулярные летучие органические соединения (ЛОС), синтезируемые водными растениями, являются биологически активными соединениями и играют очень важную роль в различных процессах, протекающих в водных экосистемах, влияют на состав и развитие водных биоценозов, фактически структурируя окружающую среду [5].Однако они, как правило, остаются недооцененными биологическими ресурсами. В частности, эта недооценка связана с очень небольшим объемом информации о ЛОС большинства видов водных макрофитов.

В настоящее время установлен компонентный (химический) состав эфирных масел, выделенных из нескольких видов водных макрофитов, произрастающих на территории России, и выявлены закономерности, связанные с биосинтезом ЛОС в пресноводных экосистемах [6]. В последнее время пристальное внимание уделяется пресноводным макрофитам, поскольку они могут быть источником противораковых и антиоксидантных природных продуктов [3].

В настоящее время количество идентифицированных ЛОС в водных макрофитах превышает несколько сотен соединений. Все они заслуживают внимания с точки зрения оценки их биологической активности. Однако для начала целесообразно выявить виды биологической активности основных компонентов (>0,5% по содержанию эфирного масла) всего спектра ЛОС.

Идентифицированные вторичные метаболиты водных макрофитов могут характеризоваться множественностью биологических эффектов, которые действительно трудно обнаружить и проверить экспериментально.В то же время выявление их биологической активности методом РСА, то есть прогнозирование характеристик биологической активности структур химических соединений [7], дает возможность дальнейшего экспериментального изучения веществ, идентифицированных в природном сырье для медицинских целей. фармакологических, биологических или экологических целей.

Метод QSAR показал свою эффективность при оценке потенциальной роли биоактивных соединений в водной среде в случаях, когда другие методы исследования были невозможны или затруднительны [8].Более того, сочетание прогнозных биоактивностей (методика QSAR) с экспериментальными данными обеспечивает наиболее предварительный научный подход, позволяющий целесообразно учитывать те соединения, которые требуют внимания в силу их особой ценности или перспективности [9].

Prediction of Activity Spectra for Substances (PASS) (http://www.way2drug.com/) — это программное обеспечение для создания моделей SAR на основе дескрипторов MNA и модифицированного байесовского алгоритма. Подход PASS может применяться к так называемым «наркоподобным» веществам.Он предсказывает несколько тысяч видов биологической активности, включая фармакологические эффекты, механизмы действия, токсические и неблагоприятные эффекты, взаимодействие с метаболическими ферментами и транспортерами, влияние на экспрессию генов [7]. Учебный набор PASS содержит около 1 миллиона соединений, собранных за многие годы из различных общедоступных и коммерческих источников. База знаний SAR Base создается в процессе обучения на обучающем наборе PASS. SAR Base включает в себя словарь биологических активностей и словарь дескрипторов MNA, данные и знания о взаимосвязях «структура-биологическая активность», а также базу данных строения соединений из обучающей выборки со спектрами их биологической активности [7].Структура соединения представлена ​​набором дескрипторов МНК. Результаты процедуры PASS выводятся в виде списка различий между вероятностями для каждой биологической активности соединения быть активным () или неактивным (). PASS не предсказывает, станет ли соединение лекарством, но помогает выбрать наиболее перспективные версии. Точность предсказания PASS для любого вида активности является достаточно удовлетворительной, когда количество соединений в обучающей выборке, обладающих именно таким видом активности, больше 5 [7].

Использование методов in silico для обнаружения лекарств в натуральных продуктах возросло за предыдущее десятилетие [10]. Появление новых методов хемо- и биоинформатики наряду с растущим спектром данных ОМИЦ и данных о фитохимических структурах открыло широкие перспективы в изучении фармакологической активности растительных препаратов.

В данной статье основное внимание уделяется оценке спектра биологической активности с помощью PASS основных компонентов трех макрофитов, широко распространенных в Голарктике: эмерджентного макрофита с плавающими листьями, Nuphar lutea (L.) Sm., и два вида группы подводных макрофитов, Ceratophyllum demersum L. и Potamogeton obtusifolius (Mert. et Koch).

В связи с этим целью настоящего исследования было прогнозирование спектра биологической активности методом QSAR для идентифицированных основных компонентов эфирного масла N. lutea , C. demersum и P. obtusifolius и определить перспективные соединения для дальнейших экспериментальных исследований, предназначенных для медицинских, фармацевтических, косметических и экологических целей.

Из оцененного спектра биологической активности (>250) особое внимание в данной работе уделено результатам прогнозирования вероятности противоопухолевой, противовоспалительной, противогрибковой и антибактериальной активности метаболитов изучаемых видов растений, что позволяет оценка перспектив использования выявленных ЛОС, в частности, в медицине, фармакологии и экологической биотехнологии.

2. Материалы и методы
2.1. Растительное сырье

Состав ЛОС макрофитов N.lutea , C. demersum и P. obtusifolius исследовали в растительном материале, собранном в следующих местообитаниях: i) олиготрофное озеро Суури (Карельский перешеек, Ленинградская область, N 61°07.859′, E 29 °55.076′) со стоячими водами и липким илистым дном, (ii) участок в устье р. Волхов (Волховская губа, Ладожское озеро, N 60°07.139′, E 32°19.566′) с быстрым течением и илистым песчаным дном , и (iii) пруды Парка Победы (Санкт-Петербург, N 60°52.025′, E 30°19.91′) с небольшими глубинами и илистым дном.

Образцы растений промывали от мусора и сушили на воздухе в закрытом и затемненном помещении без попадания прямых солнечных лучей. Перед перегонкой высушенное растительное сырье измельчали ​​до порошкообразного состояния в блендере Waring BB_25ES (Waring, США).

2.2. Выделение масел

Воздушно-сухие растения (15–40 г) помещали в круглодонную колбу и перегоняли с водяным паром на аппарате Клевенджера [11]. Гидродистилляцию проводили в течение 8 часов.Образцы эфирного масла экстрагировали гексаном. Экстракты хранили в морозильной камере (-18°C) до анализа ГХ-МС.

2.3. Анализ ГХ-МС

Состав ЛОС анализировали в гексановых экстрактах с использованием газовой хроматографии-масс-спектрометра TRACE DSQ II (Thermo Electron Corporation), оснащенного квадрупольным масс-анализатором и колонкой для ГХ TRACE TR_5MS (15 мкм, 0,25 мм ID и пленка 0,25  мкм ). Гелий служил газом-носителем. Масс-спектры регистрировали в режиме сканирования для всего диапазона масс (30–580 а.е.м.) в запрограммированном температурном режиме (температура печи поддерживалась 35°С в течение 3 мин, а затем запрограммировано на повышение до 60°С со скоростью 2 °C/мин, поддерживалась постоянной на уровне 3 мин, а затем запрограммирована на повышение до 80°C со скоростью 2°C/мин, поддерживалась на постоянном уровне на 3 мин, а затем программировалась на повышение до 120°C со скоростью 4 °C/мин, поддерживалась постоянной на уровне 3 мин, а затем запрограммирована на повышение до 150°C со скоростью 5°C/мин, и поддерживалась постоянной на 3 мин, а затем запрограммирована на повышение до 240°C со скоростью 5°C/мин. 15°C/мин, а затем выдерживают изотермически в течение 10 мин).Обнаруженные ЛОС в эфирных маслах были идентифицированы путем сопоставления их масс-спектров со спектрами из библиотек масс-спектров NIST_2008 и Wiley. Идентификацию соединений подтверждали индексами удерживания Коваца, полученными для ряда алканов с прямой цепью (С7–С30). Количественный анализ проводили с декафторбензофеноном и бензофеноном в качестве внутренних стандартов.

2.4. Анализ PASS

Прогнозы In silico были выполнены с использованием переобученной версии PASS для 72 летучих органических соединений, которые были идентифицированы как основные компоненты пресноводных макрофитов, упомянутых выше.PASS — программный продукт для прогнозирования спектров биологической активности органических соединений на основе их структурной формулы. В качестве входной информации PASS 2014 Refined использовалась информация о структурной формуле молекулы, представленная в файле формата Molfile (Accelrys, Inc., http://accelrys.com/) (для той же структуры) или в файле формата SDfile ( Accelrys, Inc., http://accelrys.com/) для выборки структур. Программное обеспечение PASS оценивает прогнозируемый спектр активности соединения как вероятную активность () и вероятное отсутствие активности ().Прогноз этого спектра с помощью PASS основан на SAR-анализе обучающей выборки, содержащей около миллиона соединений, проявляющих более 7000 видов биологической активности.

Подход PASS ранее был подробно описан в [7], а также имеется множество публикаций, в которых предсказания PASS были подтверждены последующим синтезом и биологическим тестированием [12–14].

В учебном наборе ПАСС к «активным» соединениям относятся соединения, имеющие количественные характеристики активности лучше 10 −4  М.Все остальные соединения, которые менее активны или их активность неизвестна, считаются «неактивными». Пользователь ПАСС получает выходную информацию в виде списка прогнозируемых видов активности с расчетной вероятностью для каждого вида активности: «быть активным» и «быть неактивным». Вероятности и также указывают предполагаемые вероятности ошибок первого и второго рода соответственно [7]. Будучи вероятностями, и значения изменяются от 0,000 до 1,000 и, вообще говоря, , так как эти вероятности рассчитываются независимо.Для мы рискуем пропустить около 90% действительно активных соединений, но вероятность ложноположительных прогнозов незначительна. Для мы уже пропускаем только 80% активных соединений, но вероятность ложноположительных предсказаний будет выше и т.д. Наконец, при вероятности ложноположительных и ложноотрицательных ошибок будут равны [7]. Следует отметить, что вероятность в первую очередь отражает сходство структуры данной молекулы со структурами молекул наиболее типичных активных соединений в соответствующем подмножестве обучающей выборки.Таким образом, прямой связи значений с количественными характеристиками активности нет. Действительно активная молекула с нетипичной для обучающей выборки молекулярной структурой может иметь низкое значение в прогнозе, возможно, даже . Другой важный аспект интерпретации результатов прогноза связан с новизной анализируемого соединения. Если ограничиться только типами активности, предсказываемыми с наибольшими значениями , то соединения, отобранные по предсказанию, могут оказаться аналогами известных фармакологических средств.Например, при , шансы обнаружить экспериментальную активность достаточно высоки, но найденные соединения могут быть близкими структурными аналогами известных лекарств. Если выбирать в диапазоне , шансы обнаружения экспериментальной активности будут ниже, но соединения будут менее похожи на известные фармацевтические агенты. Для шансы обнаружить экспериментальную активность будут еще ниже, но если прогноз подтвердится, найденное соединение может оказаться исходным соединением для нового химического класса исследуемой биологической активности [7].

Оценки PASS спектров биологической активности новых соединений основаны на данных и базе знаний о взаимосвязях структура-активность (SAR Base), которая аккумулирует результаты анализа обучающей выборки. Разработанный компанией общий учебный набор PASS в настоящее время включает более миллиона известных биологически активных веществ (наркотики, кандидаты в лекарства, свинцы и токсичные соединения). В конкретной версии PASS (если вы используете ту же версию программы) расчетные значения зависят только от формулы испытуемого соединения.Таким образом, результаты будут одинаковыми независимо от количества прогонов. PASS не выполняет попарных сравнений между структурой новых соединений и структурой соединений из обучающей выборки, а просто вычисляет вероятность принадлежности к классу «активных» и «неактивных» соединений соответственно. Следовательно, структуру «стандартных агентов» можно представить как «обобщенный образ материи» в пространстве дескрипторов МНА. Поэтому невозможно представить такой образ читателю.

3. Результаты и обсуждение

В общей сложности для N. lutea , C. demersum и было идентифицировано 72 ЛОС, классифицированных как основные компоненты эфирного масла (>0,5% всего спектра ЛОС). П. обтусифолиус . Для прогнозирования профилей биологической активности структурные формулы исследуемых 72 основных соединений были представлены в виде SDF-файла, а затем использованы в виртуальном скрининге на основе коммерчески доступного программного продукта PASS 2014 Refined.

Оценка вероятности биологической активности выявленных основных компонентов эфирных масел изучаемых растений представлена ​​в таблице 1. Только соединения (63 из 72), для которых значения вероятности существования любого из Мероприятия превышают 0,4 были включены в таблицу 1.

9121 912131 9 1001731 CD 222331
AB AB Завод

1 Гексан-2-он 790 0.697 0,421 0,317 0,557 NL
2 гексаналь 796 0,271 0,524 0,436 0,226 NL, ПО, CD-
3 (E) -Hex-2-EN-1-OL 857

0.545 0.435 0,716 ПО
4 гексан-1-ол 865 0,659 0,447 0,33 0,532 NL, CD-
5 Heptan-2-One 0.697 0.421 0.317 0.557 CD
6 (E) -Hept-4-ENAL 913 0.706 0.591 0,487 0,383 CD
7 гептаналь 915 0,271 0,524 0.436 0.226 CD

8 (2Z, 4Z) -Hepta-2,4-Dienal 932 0.801 + 0,523 + 0,412 + 0,761 + CD
9 + Окт-1-ен-3-ол 994 0,413 0.748 CD
10 6-метилгепт-5-ен-2- 1001 0,785 0.531 0,478 CD
11
11 4,7,7-триметил-8-оксабыцикло [22,2] октан; [1,8-цинеол, эвкалипт] 1033 0,327 0,216 0,478 0,243 CD
12 2-фенилацетальдегидом 1050 0,811 0,228 0,297 0,172 CD
13 (3E, 5E) -Octa- 3,5-диен-2-он 1104 0.881 0,584 0,445 0,772 CD
14 2,6-диметилциклогексан-1-ол 1110 0.571 0.513 0.848 CD
15 2,6,6-триметилциклогекса-1,3-диен-1-карбальдегид; [Safranal] 1202 0.444 0.266 0.282 0.287 CD
16 16 2,6,6-триметил-1-Циклогексен-1-Carbaldehyde; [ β -циклоцитраль] 1224 0,438 3 0.303
17 6-гидрокси-4,4-диметил-3х-хромен-2-один 1327 + 0,684 + 0,319 + 0,299 + 0,726 + CD
18 6,10-Диметилундекан-2-он 1422 0.657 0.512 0.372 0.546 CD CD
19 19 (E) -4- (2,6,6-триметилциклогэкс-2-EN-1-YL) Но-3-EN -2-один; [ α -ionone] 1437 0,565 0,588 0,495 0,717 CD
20 (5E)-6,10-диметилундека-5,9-диен-2-он; [геранилацетон] 1469 0.817 + 0,594 + 0,47 + 0,808 + CD
21 + 4,7-диметил-1-пропан 2-ил-1,2,4а,5,6,8а-гексагидронафталин; [ α -Muurolene] 1485

1

1 0.511 0.532 0.818 CD
22 22 (E) -4- (2,6,6-триметилциклогексен-1-ил) Но-3-EN -2-один; [ β -ionone] 1494 0,752 0,376 0,335 0,844 CD
23 4-(2-Метил-3-оксоциклогексил)бутаналь 1525 0.444 0.589 0.495 0.471 CD
24 24 8A-метил-3,4,4а, 5,6,7-Hexahydro-2H-нафталин-1,8-DIOOONE + 1530 + 0,457 + 0,28 + 0,262 + 0,732 + CD
25 2-[(2R,4aR,8aR)-4a,8-Диметил-2,3,4,5,6,8a-тетрагидро-1H-нафталин-2-ил]пропан-2-ол 1536 0 .69 0,462 0,449 0,624 CD
26 [Агароспирол] 1604 0.598 0.282 0.2467 0.449 CD CD
27 [2,4,4-триметил-3- (2-метилпропаноилокси) пентил] 2-метилпропаноат 1609 0.334 0.459 0.203 0.148 CD
28 28 2 — [(3s, 5r, 8s) -3,8-диметил-1,2,3,4 ,5,6,7,8-октагидроазулен-5-ил]пропан-2-ол; [гуайол] 1638 0.672 0,31 0,379 0,760 CD
29 2 — [(2R, 4aS) -4a ,8-диметил-2,3,4,5,6,7-гексагидро-1Н-нафталин-2-ил]пропан-2-ол; [ γ -эвдесмол] 1639 0,738 0.42 CD
30 2 — [(2р, 4ar, 8as) -4a-Methyl-8- метилиден-1,2,3,4,5,6,7,8а-октагидронафталин-2-ил]пропан-2-ол; [ β -eudesMol] 1659 0.524 0.52 0.879 CD
317313 31731 2 — [(2r, 4ar, 8ar) -4a, 8-диметил-2,3,4,5 ,6,8а-гексагидро-1Н-нафталин-2-ил]пропан-2-ол; [ α -DeuDesMol] 1663

1 0,487 0.804 CD
32 2-ил)пропан-2-ол; [Дигидро- β -eudesmol] тысяча шестьсот шестьдесят шесть 0,794 0,505 0,465 0,747 CD
33 2-(3,8-диметил-1,2,3,3а,4,5,6,7-октагидроазулен-5-ил)пропан-2-ол; [bulnesol] 1675 0.676 По 0,431 0,426 0,660 CD
34 гептадекан 1700 0,583 0,378 0,31 0,316 CD
35 Pentadecanal +1732 0.271 0.524 0.436 0.226 NL, PO, CD
36 5,5-диметил-2-пропан-2-илциклогексан-1-карбоновая кислота 1749 0 .553 0,483 0,338 0,526 CD
37 + тетрадекановая кислота 1777 0,709 0,48 0.384 0.384 0.563 0.563 NL, PO, CD
38 OctadeCane 1800 0.583 0.378 0.311 0.316 CD
39 39 (3s, 5s, 8s, 9s, 10s, 13s, 14s) -10,13-диметил-2,3,4, 5,6,7,8,9,11,12,14,15,16,17-тетрадекагидро-1Н-циклопента[а]фенантрен-3-ол; [Androstanol] 1839 0.858 NL
40 6,10,14-триметилпентадекан-2-он; [Фитона] 1845 0,657 0,512 0,372 0,546 NL, PO
41 пентадекановая кислота 1884 0,709 0,347 0.384 0.563 0.563 NL
42 42 (4ас, 4бр, 7с, 10с) -7-Этенил-1,1,4а, 7-тетраметил- 3,4,4b,5,6,9,10,10а-октагидро-2Н-фенантрен; [сандаракопимарадиен; Pimaradiene] 1912 0.362 0.846 NL
43 4b, 8,8-триметил-5,6,7,6,19, 9,10-гексагидрофенант-3-оль 1 920 91 731 +0,749 91 731 0,483 91 731 0,357 91 731 0,760 91 731 ПО
44 нонадекана 1926 0.583 0.378 0.31 0.3116 CD CD
45 45 4,4,8а-триметил-7-метилцилиден-8 — [(2e) -3-метилпен-2,4-диенил ]-2,3,4а,5,6,8-гексагидро-1Н-нафталин; [biformen] 1 946 0,822 0,707 0,623 0,896 ПО, CD
46 5 α -Androstan-16-One 1958 0.786 0,437 91 731 91 731 0,339 0,860 91 731 91 731 ПО
47 дибутил бензол-1,2-дикарбоновой кислоты; [Дибутил фталат] 1961 0.525 0.365 0.256 0.237 NL, PO, CD
48 (E) -6-метил-8- (2,6, 6-триметилциклогексен-1-ил)окт-5-ен-2-он; [мукукетон] 1963 0.796 0,497 0,457 0,843 ПО
49 (Z) -Hexadec-11-еновой кислоты 1977

0.565 0.645 CD
50 гексадекановой кислота 1987 0,709 0,48 0,384 0.563 0.563 NL, PO, CD
51 51 (2S, 4AS) -2-Этенил-2,4А, 8,8-тетраметил-3, 4,4b,5,6,7,10,10а-октагидро-1Н-фенантрен; [римуэн] 2035 0.878 0,52 0,361 0,850 ПО
52 Каур-16-ен; [KAURENE] 1

4

0.896 PO, CD
53 6,7,8-гексагидро-1Н-нафталин-1-ил]-3-метилпент-1-ен-3-ол; [Manool] 2047 Празднуют 0,846 0,748 0,621 0,821 NL, ПО, CD-
54 54 Метил (5e, 8e, 11e) -HeptadeCa-5,8,11-триеноат 2065 0.786 0,556 0,382 0,577 NL
55 Heneicosane 2100 0,583 0,378 0.31 0.316 Po, CD PO, CD
56 (9Z, 12Z) -OCTADECA-9,12-DienoiOn Cyct 2146 0.829 0,574 91 731 91 731 0,443 0,653 91 731 91 731 NL
57 2-этилгексил (Е) -3- (4- Метоксифенил) SPOR-2-ENOATE 2156 0.659 0.509 0.292 0.262 NL
58 58 (E, 7R, 11R) -3,7,11,15- тетраметилгексадек-2-ен-1-ол; [фитол] 2174 0.696 0,66 0,527 0,760 PO, CD-
59 трикосана 2300 0,583 0,378 0,31 0,316 ПО
60 3 α -β-гидрокси-5

3; [прегнанолон]

2318 0.736 +0,568 0,431 0,799 ПО
61 8- (2,5,5,8A -Тетраметил-1,4,4А,5,6,7,8,8А-октагидро-1-нафталинил)-6-метил-5-октен-2-ол 0,798 0,778 0.651 0.812 PO
62 5- [2- (3-фурил) этил] -1,4а-диметил-6-метиленденекхДро-1 -naphthalenecarboxylic кислота 2471 + 0,741 + 0,601 + 0,559 + 0,772 + ПО
63 (22e) -3 (22e) -3 α -ergosta-14,22-Dien-5 β -OL Acetate -OL Acetate 2740 0.742 + 0,418 + 0,281 + 0,887 + ПО

Примечания: компоненты с выделены жирный курсив. В квадратных скобках даны тривиальные и общепринятые названия некоторых соединений.

Результаты прогнозирования спектров активности исследуемых соединений (табл. 1) показали высокую вероятность противовоспалительной, противоопухолевой, антибактериальной и противогрибковой активности этих соединений.Количество веществ в обучающей выборке и точность предсказания (%) фармакологических эффектов, полученных для тестовых компонентов по PASS 2014 Refine, приведены в табл. 2. Активные соединения Точность прогнозирования%6 9121 5983 5983 84,7 антинопластичный 30811 84.7 9121 921 9121 9121 970 921

Результаты, представленные в Таблице 1, указывают на значительные перспективы для экспериментальных исследований идентифицированные ЛОС водных макрофитов. Для сорока соединений предсказания некоторых или, по крайней мере, одного из четырех видов биологической активности были выше 0,7 (таблица 1).

Прогнозируемое значение противовоспалительной или противоопухолевой активности с вероятностью выше 0.8 наблюдали для двадцати соединений, а именно, (2Z,4Z)-гепта-2,4-диеналя; 2-фенилацетальдегид; (3E,5E)-окта-3,5-диен-2-он; 2,6-диметилциклогексан-1-ол; геранилацетон; α -мууролен; β -ионон; β -эвдесмол; α -эвдесмол; андростанол; сандаракопимарадиен; биформен; 5 α -андростан-16-он; мукетон; римуэн; каурен; манул; (9Z,12Z)-октадека-9,12-диеновая кислота; 8-(2,5,5,8А-тетраметил-1,4,4А,5,6,7,8,8А-октагидро-1-нафталинил)-6-метил-5-октен-2-ол; и (22E)-3 α -эргоста-14,22-диен-5 β -ол ацетат.Эти же соединения характеризовались также высокой вероятностью противогрибковой и антибактериальной активности (табл. 1), что свидетельствует о потенциально высокой значимости этих ЛОС в эколого-биохимическом взаимодействии высших водных растений с микробными и грибными популяциями водных экосистем, а также высокой фармакологической активностью. возможности этих соединений. Полученные данные об экологической значимости основных ЛОС согласуются с данными, имеющимися в соответствующей литературе [6].

В литературе мало информации о том, что основные компоненты водных растений обладают противоопухолевыми, противовоспалительными, противогрибковыми и антибактериальными свойствами.

Для β -эвдесмола описаны противогрибковые [15] и антибактериальные [16] свойства. Согласно литературным данным, маноол проявляет различные виды биологической активности (антиоксидантную, противомикробную и противогрибковую), важные с точки зрения экологических взаимодействий [17–20]. Кроме того, другие свойства (ингибирующая агрегационная активность тромбоцитов, противовоспалительная активность и цитостатическая активность в отношении штаммов злокачественных клеток человека) перспективны для медицины и фармакологии [21, 22].

Zhu и его соавторы [23] показали, что 2-фенилацетальдегид проявлял значительную противогрибковую активность за счет ингибирования тирозиназы грибов, но не обладал антибактериальной активностью. Антибактериальное свойство β -ионона проявляется в том, что он ингибирует фотосинтетическую систему Microcystis aeruginosa [24]. Сообщается [25], что хороший противогрибковый потенциал фиалкового масла в основном против всех исследованных патогенных грибов, вероятно, можно объяснить высоким содержанием α -ионона и β -ионона, для которых имеются данные о противогрибковой активности [26]. ].

По результатам прогноза PASS гексанол не показал высокой противогрибковой и антибактериальной активности (0,45 и 0,33 соответственно) (табл. 1). Однако противогрибковые и антибактериальные свойства гексанола описаны в [27].

Flourensia oolepis Эфирное масло Blake (Asteraceae) с высоким содержанием мууролена оказывало репеллентное и токсическое действие на взрослых особей Tribolium castaneum Herbst (Coleoptera: Tenebrionidae), действуя как контактный токсин [28].Масло листьев Lindera strychnifolia (Sieb. and Zucc.) F. Villars (Lauraceae), содержащее мууролен в избытке, показало самую сильную цитотоксичность в отношении линий раковых клеток [29].

Как отмечено в работе [30], сандаракопимарадиен показал достаточно сильную активность в отношении протестированных грамположительных бактерий ( Bacillus subtilis и Streptococcus pyogenes ), а также хорошую активность в отношении некоторых грамотрицательных бактерий ( Proteus vulgaris). , Shigella dysenteriae и Pseudomonas solanacearum ).Активность в отношении тестируемых грибов менее выражена, за исключением дрожжей [30].

В то же время было продемонстрировано, что сандаракопимарадиен и его производные, известные как фитоалексины, являются противогрибковыми соединениями в семействах растений Leguminosae и Rosaceae, а также в рисе Oryza sativa . Фитоалексины играют важную роль в устойчивости растений риса к грибу Pyricularia oryzae [31]. Кроме того, сандаракопимарадиен является антитрихомонадным средством и был выделен из листьев Tetradenia riparia [32].

Шесть ЛОС, а именно гексаналь, пентадеканаль, тетрадекановая кислота, дибутилфталат, гексадекановая кислота и маноол (рис. 1), входили в состав основных компонентов всех трех исследованных растений, что свидетельствует об их высокой экологической значимости и определенной универсальности в их использование различными видами водных растений для выполнения эколого-биохимических функций.


Биологическая активность вторичных метаболитов водных макрофитов, обнаруженных с помощью прогноза PASS, позволяет предположить, что некоторые из этих вышеупомянутых соединений, по-видимому, являются агентами, участвующими в химической защите растений от патогенов, а также травоядных беспозвоночных и рыб таким же образом, как и у наземных экосистемы [33].

Установлено, что C. demersum содержит наибольшее количество основных компонентов ЛОС (45 из 63) с вероятностью четырех изученных видов биологической активности выше 0,4, тогда как N. lutea и P. obtusifolius содержат 15 и 21 компонент соответственно. Это может свидетельствовать о большей экологической пластичности и активности C. demersum , например, в процессе аллелопатических взаимодействий в водных экосистемах. Этот факт также делает C.demersum более перспективен для поиска эффективных соединений-аллелохимиков при разработке биотехнологии регуляции и подавления цианобактерий с использованием природных альгицидов [34].

Наибольшее значение противовоспалительной активности (около 0,9) наблюдалось у (3Е,5Е)-Окта-3,5-диен-2-она; β -эвдесмол; римуэн; каурен; и маноол, а противоопухолевую активность наблюдали у β -эудесмола; андростанол; сандаракопимарадиен; биформен; 5 α -андростан-16-он; римуэн; каурен; и (22E)-3 α -эргоста-14,22-диен-5 β -ол ацетат.

Результаты работ [35, 36] в значительной степени подтверждают утверждение о том, что 5 α -андростан-16-он и подобные соединения из водных макрофитов могут служить перспективными противоопухолевыми агентами, способными ингибировать пролиферацию раковых клеточных линий. Имеются также ближайшие и отдаленные перспективы использования этих препаратов в качестве средств против резистентных штаммов грибов, сочетающихся с системными грибковыми инфекциями [37].

Как сообщалось в [38], каурены проявляли активность в отношении семи протестированных линий раковых клеток, при этом самая высокая общая активность наблюдалась в отношении клеток рака предстательной железы.Из-за биологической активности отдельные летучие органические соединения и масла из водных макрофитов могут быть предложены в качестве агентов для консервирования пищевых продуктов. Такое использование масел описано в [39].

На основании результатов прогноза PASS ранее недостаточно изученные виды биологической активности (противоопухолевая, противовоспалительная, противогрибковая, антибактериальная) пресноводных макрофитов могут быть рекомендованы к экспериментальному изучению.

4. Выводы

В ходе исследования прогнозные значения биологической активности (противоопухолевой, противовоспалительной, противогрибковой и антибактериальной) для 72 основных компонентов водных макрофитов C.demersum , P. obtusifolius и N. lutea .

Эти результаты составляют основу для дальнейших экспериментальных исследований наиболее перспективных природных продуктов ЛОС водных макрофитов для медицинских, фармакологических, биологических или экологических целей. Другие виды биологической активности выявленных основных ЛОС, перспективные для экологических или фармакологических целей, также должны быть оценены; и экспериментальную оценку биологической активности отдельных соединений водной растительности необходимо проводить в соответствии с результатами, полученными в ходе исследований с использованием метода КСАР.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарности

Выражаем благодарность Ресурсному центру Обсерватории экологической безопасности Санкт-Петербургского государственного университета за техническую поддержку данного исследования.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.