В работе методами молекулярной механики ММ+ и полуэмпирическим методом квантовой химии РМ3 исследовано пространственное и электронное строение комплексов, состоящих из молекулы карнозина с одним ионом кобальта Со(II) или Co(III). Изучено влияние атома кобальта на геометрические и энергетические параметры комплексов в обоих таутомерных формах имидазольного кольца карнозина N1H и N3H. В изученных комплексах N1H+Co+H и N3H+Co+H, атом Со(II) соединяется координационой связью с одним из атомов азота имидазольного кольца. Для комплекса карнозина с ионом Со(III) выбрана структура, где атом кобальта имеет координационное число четыре и образует хелатное кольцо из семи связей. Показано энергетическое предпочтение комплексов с таутомерной формой N3H. Более стабилен комплекс карнозина в таутомерной форме N3H c ионом кобальта Со(III), атом азота имидазольного кольца которого является донором электронов. Был исследован также комплекс, состоящий из четырех молекул карнозина, координированный двумя ионами кобальта, соединенными кислородным мостиком и молекулами воды. В процессе связывания каждый атом кобальта образует координационные полости в виде двух шестичленных хелатных колец и имидазольного кольца карнозина, имеющего общую координационную связь с хелатным кольцом. Этот комплекс оказался наиболее энергетически стабильным.
карнозин, комплексы, кобальт, квантово-химические расчеты, структура
1. Болдырев А.А. Карнозин. М.: Изд-во МГУ, 1998, 320 c. @@ [Boldyrev A.A. Carnosine. Мoscow: Publishing house of the Moscow State University, 1998, 320 p. (In Russ.)]
2. Болдырев А.А. Проблемы и перспективы исследования биологической роли карнозина. Биохимия, 2000, т. 65, № 7, с. 884-890. @@[Boldyrev A.A. Problemy i perspektivy issledovaniya biologicheskoi roli karnozina. Biokhimiya, 2000, vol. 65, no. 7, pp. 884-890. (In Russ.)]
3. Boldyrev A.A., Aldini G., Derave W. Physiology and pathophysiology of carnosine. Physiological Reviews, 2013, vol. 93, no. 4, pp. 1803-1845. DOI:https://doi.org/10.1152/physrev.00039.2012.
4. Cararo J.H., Streck E.L., Schuck P.F., Ferreira G.da C. Carnosine and Related Peptides: Therapeutic Potential in Age-Related Disorders. Aging and Disease, 2015, vol. 6, no. 5, pp. 369-379. DOI:https://doi.org/10.14336/AD.2015.0616.
5. Kawahara M., Tanaka K.-I., Kato-Negishi M. Zinc, Carnosine, and Neurodegenerative Diseases. Nutrients, 2018, vol. 10, no. 2, p. 147. DOI:https://doi.org/10.3390/nu10020147.
6. Zhao J., Posa D.K., Kumar V., Hoetker D., Kumar A., Ganesan S., Riggs D.W., Bhatnagar A., Wempe M.F., Baba S.P. Carnosine protects cardiac myocytes against lipid peroxidation products. Amino Acids, 2019, vol. 51, no. 1, pp. 123-138.
7. Peters V., Lanthaler B., Amberger A., Fleming T., Forsberg E., Hecker M., Wagner A.H., Yue W.W., Hoffmann G.F., Nawroth P., Zschocke J., Schmitt C.P. Carnosine metabolism in diabetes is altered by reactive metabolites. Amino Acids, 2015, vol. 47 no. 11, pp. 2367-2376. DOI:https://doi.org/10.1007/s00726-015-2024-z.
8. Бэран Э.Х. Металлокомплексы карнозина. Биохимия, 2000, т. 65, № 7, c. 928-937. @@[Baran E.J. Metal complexes of carmnosine. Biochemistry (Moscow), 2000, vol. 65, no. 7, pp. 789-797. Translated from Biokhimiya, 2000, vol. 65, no. 7, pp. 928-937]
9. Demukhamedova S.D., Alieva I.N., Godjayev N.M. Spatial and electronic structure of monomeric and dimeric complexes of carnosine with zinc. J. Struct. Chem., 2010, vol. 51, no. 5, pp. 824-832. DOI:https://doi.org/10.1007/s10947-010-0127-7.
10. Demukhamedova S.D., Alieva I.N., Gajiyev Z.I. Quantum chemistry investigation of the carnosine polymer complex with zinc. Fizika, 2010, vol. XVI, no. 2, pp.597-600.
11. Демухамедова С.Д., Алиева И.Н., Гаджиев З.И., Годжаев Н.М. Ab initio исследование структуры и колебательного спектра молекулы карнозина. Journal of Qafqaz University, 2009, № 27, c. 15-25. @@[Demukhamedova S.D., Alieva I.N. Hadjiev Z.I., Godjayev N.M. Ab initio issledovanie strukturi i kolebatelnogo spectra molekuli karnozina. Journal of Qafqaz University, 2009, no. 27, pp. 15-25. (In Russ.)]
12. Kustin K., Pasternack R.F. The Reaction of L-Carnosine with Cobalt. Journal of the American Chemical Society, 1968, vol. 90, p. 11.
13. Brown C.E., Antholine W.E. Multiple forms of the cobalt(II)-carnosine complex. Biochemical and Biophysical Research Communications, 1979, vol. 88, no. 2, pp. 529-536. DOI:https://doi.org/10.1016/0006-291X(79)92080-1.
14. Ken-ichi O., Takaji Y., Hiroshi K., Tomoharu A., Jinsai H. Unusual Coordination Mode of Carnosine (β-Alanyl-L-histidine) in a Cobalt(III) Complex. Chemistry Letters, 1988, pp. 335-338. DOI:https://doi.org/10.1246/cl.1988.335.
15. Tomoharu A., Hiroshi K., Masato U., Norio K., Takaji Y. Metal Complexes of Peptides. IV. Cobalt(III) Complexes with β-Alanyl-L-histidine (Carnosine) Functioning as a Quadridentate Ligand. Bulletin of the Chemical Society of Japan, 1989, vol. 62, no. 11, pp. 3464-3468. DOI:https://doi.org/10.1246/bcsj.62.3464.
16. Saha M.K., Mukhopadhyay U., Bernal I. Cleavage of the peptide bond of β-alanyl-L-histidine (carnosine) induced by a CoIII-amine complexes: reaction, structure and mechanism. Dalton Trans., 2004, no. 9, pp. 1466-1473. DOI:https://doi.org/10.1039/B402571G.
17. Torreggiani A., Taddei P., Fini G. Characterization of dioxygenated cobalt(II)-carnosine complexes by Raman and IR spectroscopy. Biopolymers, 2002, vol. 67, no. 1, pp. 70-81. DOI:https://doi.org/10.1002/bip.10025.
18. Torreggiania A., Taddeib P., Tintib A., Finib G. Vibrational study on the cobalt binding mode of Carnosine. Journal of Molecular Structure, 2002, vol. 641, no. 1, pp. 61-70
19. Torreggiani A., Trinchero A., Tamba M., Fini G. Vibrational characterisation and biological activity of carnosine and its metal complexes. Ital. J. Biochem., 2003, vol. 52, no. 2, pp. 87-97.
20. Tidjani-Rahmouni N., Djebbar S., Benali-Baitich O. Synthesis, spectroscopic and electrochemichal characterization of mixed cobalt complexes with aminoacids and isonitrosoacetophenone. Biological activities. Mediterranean Journal of Chemistry, 2012, vol. 2, no. 2, pp. 424-437. DOI:https://doi.org/10.13171/mjc.2.2.2012.12.11.22.
21. Alabdali A.J., Al-Amery M.H. A. Synthesis, Thermal Study and Biological Activity of Cobalt (II) and Copper (II) Mixed Ligand Complexes Using (N-4-Methoxy Phenyl) Amino Phenyl Acetonitrile and Histidine Ligands. J. Pharm. Sci. & Res., 2019, vol. 11, no. 1, pp. 155-158.
