Д. Применение ЯМР в биологической и медицинской химии.

В этих областях ЯМР используют, во-первых, для установления конфигурации или даже конформации небольших молекул био­логически активных веществ в растворе. Много таких задач было решено с помощью уравнения Карплюса, позволяющего коррелировать константы расщепления между вицинальными протонами и величины торзионных углов (определение см.

Метод ЯМР применяют также для изучения взаимодействия низкомолекулярных веществ с биополимерами, причем он наи­более эффективен среди используемых в этой области других физико-химических методов. В спектре биополимера многие резонансные сигналы перекрываются, поэтому для получения четкого спектра приходится использовать особые методы. Так, можно изменять резонансные частоты, вводя в молекулу или в среду парамагнитные ионы, например лантаниды (лантан, ев­ропий), или спиновую метку, представляющую собой стабиль­ный сводный радикал (например, нитроксил).

Спин-спиновая релаксация. Адсорбция лекарствен­ного вещества макромолекулой вызывает уширение сигналов в определенной части спектра ЯМР агента. Метод спин-спино- вой релаксации основан на том, что скорость релаксации (1/Т₂) а следовательно и ширина ЯМР-сигналов определяется движе­нием молекулы относительно одной оси. При ограничении дви­жения молекулы время релаксации ядра уменьшается, а шири-» на его сигнала в спектре ЯМР увеличивается. Таким образом, при связывании молекулы лекарственного вещества с макро­молекулой происходит уширение линий в ее спектре ЯМР в 100—1000 раз, что в первом приближении пропорционально увеличению эффективной относительной молекулярной массы. Если в связывании участвует только одна группа молекулы агента, то происходит избирательное уширение сигнала только этой группы, а сигналы несвязанных групп остаются сравни­тельно узкими. Это позволяет определить часть молекулы, свя­занную с макромолекулой [Jardetzky, Jardetzky, 1962]. Напри­мер, при связывании атропина (7.16) с ацетилхолинэстеразой происходит уширение сигналов фенильной и N-метильной групп, т. е. оба конца молекулы прочно связываются с ферментом. Аналогично было показано, что молекула физостигмина обра­зует связи за счет обеих N-метильных групп [Kato, Yung, Ihnat, 1970; Kato, 1975].

Установлено, что существуют два типа комплексов: 1) ван- дер-ваальсовы, в которых прочность связывания (а также ско­рость релаксации для связанной молекулы) увеличивается с возрастанием полярности растворителя и 2) электростатические, для которых справедливо обратное. В качестве примера обра­зования ван-дер-ваальсовых комплексов можно привести связы­вание боковых цепей молекулы пенициллина или сульфанил­амидного остатка с сывороточным альбумином [Fischer, Jar­detzky, 1965]; примером электростатического комплекса может служить соединение производных холина с антихолиновым ан­тителом.

С помощью рассматриваемого метода удобно изучать комп­лексы обычного типа, для которых константы связывания Ks лежат в пределах 10³—10⁵. Такие комплексы находятся в со­стоянии быстрого равновесия с исходными компонентами, ско­рость их образования k_R имеет обычно порядок 10⁸—10¹⁰ лХ Хмоль-’Хэ^-1, а скорость диссоциации ки 10³—10^s s^-1 (величи­ну последней получают из соотношения Ks=k_R/k_D).

С помощью методов ЯМР 'Н, ¹³С и ³¹Р была обнаружена интеркаляция актиномицина (4.38) между пурин-пиримидино- выми парами дезоксиолигонуклеозидов по изменению химиче­ских сдвигов сигналов пурин-пиримидиновых фрагментов, вы­зываемому полями кольцевых токов ядра феноксазона. Это- позволило яснее определить структуру интеркалирующих ком­понентов и подтвердило, что интеркаляция происходит в месте­центральных пар Г—Ц, [Patel, 1974]. Дополнительные данные- были получены при изучении актиномицина, обогащенного ¹⁵N. [Brown, Shafer, Mirau, 1982].

С помощью спектроскопии ³¹Р ЯМР буферных водных раст­воров дихлордиэтиламида амидофосфорной кислоты (3.39), ак­тивного продукта метаболизма циклофосфамида (3.38), были, определены константы скорости первого порядка превращения соединения (3.39) в азиридиниевый катион (разд. 3.6, т. 1). Изменение скорости в зависимости от pH указывает на то, что при pH от 7,4 до 6,0 распад соединения (3.39) происходит в; десять раз быстрее. Это позволяет предположить, что повышен­ная кислотность раковых клеток может обеспечить избиратель­ность действия препарата [Engle, Zon, Egan, 1979]. Циклофос- фан в настоящее время выпускают в виде рацемата, однако его можно разделить на ( + )- и (—)-энантиомеры, хорошо разли­чаемые в спектрах ЯМР *Н или ³¹Р в присутствии соединений, европия. Этот метод обладает некоторыми преимуществами по сравнению с традиционными измерениями оптического враще­ния [Ludeman, Bartlett, Zon, 1979].

При исследовании систем, в которых происходят быстрые обменные процессы для установления различий между возмож­ными структурами образующегося комплекса данных ЯМР- спектроскопии недостаточно. Однако на основании этих данных можно предположить, какие из ассоциатов предпочтительнее^ а затем по данным рентгеноструктурного анализа выбрать под­ходящую [см. обзор Williams, 1977].

Более подробно см. Cohen (1980), Campbell, Dobson (1979)„ Jardetzky, Roberts (1981) и Dweck (1977).

17.4.