Специалисты химического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова впервые увидели, как в газовом состоянии выглядит гистамин — вещество, отвечающее за аллергическую реакцию. Его молекулы были изучены с помощью пучка электронов. По сообщению пресс-службы МГУ, исследование включало в себя как собственно уникальный эксперимент, так и проведение теоретических расчетов с помощью методов квантовой химии. Результаты этой работы опубликованы в журнале Physical Chemistry Chemical Physics, издаваемом Королевским Химическим обществом (Великобритания), импакт-фактор которого равен 4,493. Авторами статьи выступила целая группа сотрудников кафедры физической химии химического факультета МГУ, специализирующихся, в частности, на исследованиях биологически активных соединений и лекарственных препаратов.
Как известно, гистамин — биологически активное вещество, участвующее в регуляции многих функций организма. Он ответственен за развитие некоторых патологических состояний, например аллергических реакций. Это проявляется, главным образом, в том, что он воздействует на несколько рецепторов, находящихся на поверхности клетки. Поэтому гистамин часто сравнивают с ключом, а рецепторы — с замками, которые этот ключ открывает. Он запускает целый ряд физиологических процессов, проявляющихся по-разному: от головных болей, кожных высыпаний и диареи до крайне опасного состояния — анафилактического шока. Современные лекарства против аллергии — антигистаминные препараты — конкурируют с гистамином за рецепторы, не давая “ключу” приблизиться к “замку”. Однако многочисленные экспериментальные и теоретические исследования, к сожалению, до сих пор не давали полного представления о том, какова геометрия гистамина, а ведь это очень важно, поскольку, обладая такими знаниями, можно оценить свойства и возможности этого вещества…
— Получить данные о геометрической структуре гистамина очень сложно, — рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории газовой электронографии химического факультета МГУ, один из соавторов статьи, доктор химических наук Леонид Хайкин. — Это связано с тем, что в данном случае геометрию отдельных конформеров, составляющих гистамин, определяет очень много факторов, взаимно влияющих друг на друга.
Основным экспериментальным подходом, использованным исследователями МГУ, был метод газовой электронографии, при котором в условиях высокого вакуума тонкий пучок быстрых электронов пропускался сквозь струю пара гистамина. При столкновениях с молекулами гистамина, электроны рассеивались, а дифракционная картина рассеяния регистрировалась.
— По этой картине удается судить о геометрии молекулы. Ее можно сравнить с отпечатком пальца, по которому легко определить хозяина пальца, — поясняет Хайкин. — Иначе говоря, получаемая таким образом дифракционная картина характерна для гистамина, и, анализируя эту картину, мы можем понять, какие геометрические характеристики молекулы в ней зашифрованы. Проблема заключалась еще и в том, что такой “отпечаток” могли оставить несколько “пальцев” (конформеров гистамина). Поэтому для анализа нам пришлось проводить многочисленные квантово-химические расчеты и использовать известные из литературы спектроскопические данные для колебательных и вращательных спектров…
Исследование московских ученых нельзя назвать исключительно экспериментальным. Основная работа началась уже после эксперимента и составляла чисто аналитический труд. По словам Хайкина, анализ полученной дифракционной картины оказался самой трудной и длительной частью проекта, потребовавшей нескольких месяцев интеллектуального напряжения. Как сообщил другой соавтор исследования, вся экспериментальная часть работы была целиком выполнена в МГУ, то же касается и теоретической части, за исключением нескольких важных расчетов, проведенных аспирантом МГУ Денисом Тихоновым на вычислительном кластере Билефельдского университета (Германия).
В итоге ученым из МГУ удалось согласовать между собой все имеющиеся экспериментальные и теоретические данные о структуре гистамина. Они также смогли теоретически предсказать и экспериментально подтвердить механизм так называемой таутомеризации гистамина. Она представляет собой спонтанный переход молекулы из одного структурного состояния в другое. Результаты проделанной работы уже можно использовать для создания справочных баз структурных и спектральных данных, развития теоретических представлений структурной химии, оценки реакционной способности соединений. Правда, должно пройти еще довольно много времени, прежде чем можно будет говорить об их практическом применении в медицине. Не исключено, что в будущем знания о механизме перехода молекулы гистамина из одного структурного состояния в другое помогут создать более эффективные лекарства от аллергии.
Подготовила Анна Шаталова
Нет комментариев