Химик РУДН совместно с коллегами впервые создали молекулы-ловушки для молекул-источников энергии в клетках

Коллектив российских учёных совместно с РУДН впервые синтезировал каликсарены, способные «вылавливать» молекулы аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) и заключать их внутрь своей полости. Молекулы АТФ – универсальный источник энергии для большинства биохимических процессов. Они также выполняют роль межклеточного медиатора. Авторы создали своего рода молекулярный сенсор, который может не просто распознать молекулу АТФ среди других, но и «захватить» ее. Этого удалось добиться благодаря присоединению к верхней части «чаши» молекулярных рецепторов – групп атомов, которые селективно связываются только с соединениями определенного типа. Введённые учёными атомные группы, содержащие азот, показали высокую эффективность в связывании АТФ в растворе.

Учёные синтезировали несколько типов каликсаренов. Первый тип включал соединения с двумя или четырьмя присоединёнными рецепторами в верхней части молекулы, второй – в нижней части молекулы. Остальные несколько типов включали комбинации первых двух. Проведя детальный анализ химических свойств каждого типа соединений, учёные выявили различия в их поведении и свойствах. Так, например, при встраивании двух определённых групп в нижней части молекулы, она начинает эффективнее связывать аденозиндифосфорную кислоту (АДФ) – соединение, образующееся при частичном распаде АТФ.

Чтобы определить, насколько хорошо синтезированная молекула связывает АТФ или АДФ, химики использовали методику замены красителя. Для этого исследователи готовили растворы синтезированных молекул и добавляли в них краситель «эозин Y». Каликсарены образовывали связь известной силы с молекулами красителя. Затем авторы работы добавляли в раствор различные концентрации АТФ или АДФ и сравнивали их оптические спектры. При добавлении АТФ или АДФ в спектрах происходил сдвиг полосы поглощения красителя. Это значит, что концентрация красителя в растворе увеличилась. Следовательно, АТФ или АДФ вытеснили молекулы красителя с рецепторов каликсаренов. Этим экспериментом учёные показали лучшее сродство синтезированных ими каликсаренов к АТФ и АДФ, чем к молекулам красителя.

«В течение последних двух десятилетий многие исследовательские группы уделяли большое внимание синтезу молекул-хозяев с высоким сродством к биологически важным веществам. Среди этих методов особенно важную область исследований представляет распознавание и перенос нуклеотидов – аденозиндифосфорной и аденозинтрифосфорной кислот – благодаря их большой биологической значимости. Аденинсодержащие нуклеотиды важны как универсальный источник энергии и как внутриклеточные медиаторы во многих биологических процессах. Мы впервые создали молекулы на основе каликсаренов, способные распознавать в растворе АТФ и АДФ и связываться с ними при небольших концентрациях», – говорит один из авторов работы, доктор химических наук, заведующий кафедрой неорганической химии РУДН Виктор Хрусталёв.

Работа выполнена совместно с учеными Казанского федерального университета и Национального исследовательского центра «Курчатовский институт».

Статья опубликована в Beilstein Journal of Organic Chemistry