Взаимодействие валина с хлоридами биометаллов в водной среде при 25°C

Бюллетень науки и практики / Bulletin of Science and Practice

УДК 546.212:546.47                                

Изучение влияния соединений аминокислот на химические и биологические свойства неорганических веществ имеет большое значение. Оно раскрывает, что при формировании таких соединений происходит изменение биологической активности аминокислот, которая в свободной форме для них не характерна. С другой стороны, соединения аминокислот с металлами и неметаллами приобретают новые химические и биологические свойства, становясь менее токсичными и способствуя катализу различных биохимических процессов. В результате, на основе таких соединений возможно создание новых коферментных препаратов, биокатализаторов, а также разработка новых лекарственных средств и добавок, способствующих улучшению качества пищевых продуктов, так как они включены в состав многих ферментов и могут использоваться для более глубокого изучения жизненно важных биохимических процессов.

Интерес к соединениям аминокислот с неорганическими веществами возник сравнительно недавно. В этой области первым исследователем стал A. Albert в 1953 году. Он обнаружил, что витамин В 2 (рибофлавин) и витамин В 3 (фолиевая кислота) могут образовывать комплексные соединения с ионами переходных металлов, подобные о-оксихинолину, и определил константы устойчивости таких соединений в водных растворах. Это исследование подтвердило, что соединения витаминов и аминокислот с металлами подчиняются общим законам координационной химии и могут быть изучены методами этой науки. Кроме того, в [1] впервые указано на важную роль соединений металлов с аминокислотами в механизме действия ферментов. Важным этапом было также открытие витамина В 12 и его определение как комплексного соединения с кобальтом, что было сделано в 1971 году [2].

Аминокислоты представляют собой гетерофункциональные соединения, включающие карбоксильную группу и аминогруппу в их молекуле. Они проявляют кристаллические свойства и растворимы в воде, однако оказываются малорастворимыми в органических растворителях и подвержены плавлению при повышенных температурах, при этом распадаясь. Интересно, что многие из них обладают сладким вкусом.

Наибольшее значение в аминокислотах имеют альфа-аминокислоты, среди которых 20 являются особенно важными, поскольку они входят в состав белков и выполняют ключевые функции в жизнедеятельности организма. Каждая аминокислота [3, 4] содержит, по меньшей мере, две ионизированные группы: аминную и карбоксильную. Кроме того, аминокислоты могут содержать и другие функциональные концевые группы, такие как амидная группа (NH 2 ), что предоставляет им различные реакционные центры, способные связывать протоны и ионы металлов.

Образование комплексов аминокислот с неорганическими веществами приводит к изменению их химических и биологических свойств. Витамины, включенные в такие соединения, обнаруживают биологическую активность. Комплексы металлов с аминокислотами могут быть менее токсичными и способствовать различным биохимическим процессам. Это позволяет создавать новые препараты, биокатализаторы, лекарства и биологически активные добавки [5–7].

Кобальт занимает особое положение среди микроэлементов в контексте физиологической активности в организме человека. Следовательно, вопрос об обеспечении организма кобальтом сводится в первую очередь к источникам и усвоению витамина B 12 , а не самого кобальта [8, 9].

Никель также участвует в процессах кроветворения. Особое внимание уделяется свойствам никеля как потенциального канцерогена. В настоящее время проводятся исследования, направленные на изучение физиологической роли никеля и его воздействия на здоровье в зависимости от окружающей среды [10].

Марганец является микроэлементом, крайне важным для течения множества физиологических процессов, включающих метаболизм аминокислот, липидов, белка, углеводов, необходимый для нормального функционирования иммунной системы, регуляции внутриклеточных энергетических процессов и свертывания крови, роста костной и соединительной тканей [11, 12].

Материалы и методы исследования

Для обеспечения достоверности полученных результатов проводились комплексные анализы данных при использовании наиболее современных и актуальных научноисследовательских методов, и инструментов.

Все эксперименты выполнялись с повторяемостью не менее 5 раз, чтобы обеспечить надежность данных.

Опыты проводились с использование реактивов CoCl 2 ×6H 2 O (ГОСТ H525-77) ч., NiCl 2 ×6 H 2 O (ГОСТ 4038-79) х. ч., MnCl 2 ×4 H 2 O (ГОСТ 612-75) ч. д. а.

Состав и строение образованных кристаллов были анализированы ИК спектроскопией и микроскопом.

Результаты и обсуждение

Глубина образования комплексов в растворе, в контексте взаимодействия с растворителем, существенно зависит от качества связи между центральным ионом и лигандом. Эта прочность связи зависит от нескольких факторов, включая природу металла, его степень окисления, электронную структуру и размеры его электронных оболочек, а также химические свойства лиганда. Меньшие радиусы и более высокие заряды ионов комплексообразующего металла способствуют образованию более прочных комплексов, особенно в случае электростатического взаимодействия [13].

Биологическая значимость кобальта существенно связана с его участием в активации витамина B 12 и процессах, которые связаны с образованием метильных групп, а также повышением термостабильности группы SH в белках и поддержанием активности кофермента А и других биологически активных молекул [14].

Витамин B 12 играет ключевую роль в процессе эритропоэза, и его недостаток, в сочетании с дефицитом фолиевой кислоты (витамина B 9 ), вызванным отсутствием в желудочном соке специфического гликопротеина, известного как «внутренний фактор», может привести к развитию мегалобластических анемий, включая пернициозную анемию [14].

Дефицит кобальта может также замедлить биохимическую реакцию, отвечающую за превращение рибонуклеотидов в дезоксирибонуклеотиды и снизить синтез ДНК [15].

Состав образованных комплексных соединений идентифицирован ИК спектроскопией после чего были выделены спектры поглощения комплексных соединений (Рисунок 1).

Рисунок 1. ИК-спектры поглощения комплексных соединений: а) хлорида кобальта с валином СоСl 2 ×2C 5 H 11 O 2 N; б) хлорида никеля с валином NiСl 2 ×2C 5 H 11 O 2 N; в) хлорида марганца с валином MnСl 2 ×2C 5 H 11 O 2 N

Колебательные частоты комплексного соединения хлорида никеля с валином NiСl 2 ×2C 5 H 11 O 2 N даны на Таблице. Микроскопическое строение кристаллов комплексного соединения хлорида кобальта с валином СоСl 2 ×2C 5 H 11 O 2 N изображены на Рисунке 2.

В ИК-спектре нового комплексных соединений СоСl 2 ×2C 5 H 11 O 2 N, NiСl 2 ×2C 5 H 11 O 2 N и MnСl 2 ×2C 5 H 11 O 2 N в длинноволновой области проявляющиеся пики 2931, 3256, 3320 см^-1 соответствуют валентному колебанию аминогруппы, что свидетельствует о коомплексообразовании, в котором принимает участие аминогруппа. Кроме того, наблюдается сдвиг полосы поглощения валентного колебания карбоксильной группы (ν as СОО^-) на 60 см^-1, т. е. смещена в низкочастотную область от 1564 см^-1 до 1612 см^-1, что подтверждает возможность комплексообразования через атом кислорода карбоксильной группы.

Таблица

ОСНОВНЫЕ КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ ЧАСТОТЫ (см^-1) в ИК-спектрах валина и новых комплексных соединений СоСl 2 ×2C 5 H 11 O 2 N, NiСl 2 ×2C 5 H 11 O 2 N и MnСl 2 ×2C 5 H 11 O 2 N.

Рисунок 2. Строение кристаллов: a) аминокислоты валина; b) комплексного соединения хлорида кобальта с валином СоСl 2 ×2C 5 H 11 O 2 N

Отнесение	C 5 H 11 O 2 N	СоСl 2 ×2C 5 H 11 O 2 N
v as (NH 2 )	—	3256,02
v s (NH 2 )	2973,08	2971,64
v as (COO-)	1564,10	1612,94
v s (COO-)	1328,55	1498,03
δ as (NH 2 )	—	1354,40
δ s (NH 2 )	1064,28	1061,40
Отнесение	C 5 H 11 O 2 N	NiСl 2 ×2C 5 H 11 O 2 N
v as (NH 2 )	—	3320,65
v s (NH 2 )	2979,08	2941,48
v as (COO-)	1564,10	1610,06
v s (COO-)	1328,55	1424,78
δ as (NH 2 )	—	1354,40
δ s (NH 2 )	1064,28	1101,62
Отнесение	C 5 H 11 O 2 N	MnСl 2 ×2C 5 H 11 O 2 N
v as (NH 2 )	—	2931,42
v s (NH 2 )	2979,08	2595,34
v as (COO-)	1564,10	1585,64
v s (COO-)	1328,55	1394,64
δ as (NH 2 )	—	1028,3
δ s (NH 2 )	1064,28	715,26

Выводы

ИК-спектры валина и комплексного соединения СоСl 2 ×2C 5 H 11 O 2 N свидетельствуют о том, что химическая связь между металлом и лигандом осуществляется через атомы кислорода карбоксильной и азота аминной групп.

Синтезированы комплексные соединения на основе хлоридов марганца, никеля, кобальта в соотношении 1:2.

Микроскопическим методом сняты кристаллы СоСl 2 ×6H 2 O.