Источник Ж. Коорд. Химия. – 2003. – Т. 29, – №2. – С. 117 – 121.
Составлена схема равновесий процесса комплексообразования в системе кобальт(II) – дипептид (глицилглицин, глицилаланин, глицилнорвалин, глицилнорлейцин, глицилвалин и глициллейцин) в инертной атмосфере, включающая реакции: кислотной диссоциации цвиттер-иона дипептида, образования моно- и бисдипептидных комплексов кобальт(II) с монозарядным анионом дипептида, кислотной диссоциации координированніх анионов дипептида и образования смешаннолигандного комплекса кобальта, содержащего во внутренней сфере один би- и один монозарядный анион дипептида. Совместным решенеием уравнений материального баланса по кобальту и дипептиду, и уравнения электронейтральности получена математическая модель процесса, и по данным рН-метрических исследований в инертной атмосфере рассчитаны индивидуальные константы равновесия всех стадий процесса.
Дипептиды – соединения, состоящие из двух остатков аминокислот, соединенных друг с другом амидной (пептидной) связью. В водном растворе они существуют в виде цвиттер-ионов NH3+– CH(R1)–CO–NH–СH(R2)–COO–(DpH2). Пептидная связь характеризуется сопряжением π-электронов атомов азота, углерода и кислорода [1], вследствии чего она имеет характер частично двойной связи, что проявляется в уменьшении её длины (1,32·10-10 м) по сравнению с длиной ординарной связи C–N (1,47·10-10 м). Такое сопряжение обуславливает и копланарность пептидной группировки.
Комплексообразование дипептидов с ионами металлов привлекает внимание исследователей как явление, позволяющее моделировать биологические системы, в которых свойства белка модифицированы присоединением иона металла. В качестве металлосвязывающих центров у дипептидов могут выстувпать атомы азота аминной и пептидной групп и атомы кислорода пептидной и карбоксильной групп. Участие конкретной функциональной группы в связывнии иона металла зависит от двух факторов: насколько успешно эта группа конкурирует с другими соседними и насколько успешно ионы металла конкурируют с протонами за потенциально донорные атомы [2].
Анализ констант кислотной диссоциации функциональных групп показыввает – чем ниже рКа, тем раньше появляется возможность у донорного атома образовать связь металл-лиганд. В соответствии с этим возможность связывания иона металла будет изменяться в следующем порядке: карбоксил (pKa–COOH ~1,8), затем аминогруппа (pKa–NH3+ ~ 8,5), затем пептидный азот. При сравнительно низких значениях рН, когда пептиды находятся в форме цвиттер-ионов, атомы кислорода пептидной и карбоксильной групп являются практически единственными атомами, которые могут непосредственно связываться с ионом металла. Пептидный кислород, обладая слабыми основными (донорными) свойствами, связывается с ионом металла весьма слабо. Связь пептидный кислород-металл может стабилизироваться образованием хелатного кольца с аминогруппой, но это может произойти при более высоких значениях рН, когда группа-NH3+ депротонирована [1]. Карбоксильный кислород тоже может образовывать устойчивую связь с ионами металла, но только в том случае, если есть возможность образования хелатного цикла. Хелатообразование посредством атомов кислорода карбоксильной и пептидной групп привело бы к образованию неустойчивого семичленного цикла. Таким образом, взаимодействие цвиттер-иона дипептида с ионом кобальта(II) практически не происходит. При более высоких значениях рН, когда происходит депротонирование –NH3+-группы, координация дипептида осуществляется через атом азота аминогруппы. При этом становится возможным образование металл-хелатного пятичленного цикла путём дополнительной координации дипептида через атом кислорода пептидной группы [1, 3 – 9]. Поэтому при средних значениях рН дипептиды выступают в качестве бидентатных лигандов. Если это действительно так, становится непонятным, почему ионы металлов образуют с дипептидами при этих значениях рН только комплексы состава 1:1 и 1:2, и не образуют комплексы состава 1:3.
Координация дипептида с ионом металла через пептидный атом азота, хотя последний имеет неподеленную электронную пару, возможна только после отщепления пептидного протона [1, 4 – 7, 9]. В противном случае связывание иона металла с атомом азота пептидной группы должно привести к изменению его тригональной sp²-гибридизации в тетраэдрическую sp³-гибридизацию [1,7], что должно сопровождаться нарушением плоской структуры пептидной группировки.
В условиях, когда амидная -NH-группа может депротонироваться, происходит перекоординация дипептида с пептидного атома кислорода на пептидный атом азота в результате чего пептид становится тридентатным лигандом, соединяясь с ионом металла через атомы азота аминной и пептидной групп и атомом кослорода карбоксильной группы, образуя при этом два устойчивых пятичленных цикла. Следует отметить, что кислотная диссоциация амидной -NH-группы, возможна только для координированного дипептида, поскольку при координации резко усиливается кислотная диссоциация даже очень слабых потенциальных кислот [10].
Поскольку дипептидые комплексы кобальта обратимо присоединяют молекулярный кислород, предлагаемая работа посвящена исследованию комплексообразования иона кобальта(II) с алифатическими дипептидами глицилового ряда (глицилглицином, глицилаланином, глицилнорвалином глицилнорлейцином, глицивалином, глициллейцином) общей формулы NH3+CH2CO–NHCH(R)COO – в инертной атмолсфере. На основании вышеприведенных литературных данных о координации дипептидов и собственных исследований, составлена общая схема равновесий процесса комплексообразования кобальта(II) с дипептидами в инертной атмосфере
Расчет индивидуальных констант комплексообразования кобальта(II) с дипептидами в инертной атмосфере проводили решая на ЭВМ систему нелинейных уравнений (25) – (27) используя экспериментальные данные рН-метрического титрования в инертной атмосфере смеси соли кобальта(II) и дипептида (мольное отношение 1:2). Значения констант К1 – К3 взяты из литературы [13].
Адекватность математической модели реальному роцессу проверялась путем сравнения значений констант К1 – К3, полученных расчетом по математической модели, со значениями констант взятых из литературы. Были использованы все три варианта, когда одна из констант (К1, К2, К3) рассчитывалась по математической модели, а две другие принимались известными. Отклонение значений констант, взятых из литературы, от значений констант, вычисленных по математической модели составляет 0,05 – 0,08 логарифмических единиц, что говорит об адекватности математической модели реальному процессу.
Литература