Координационные соединения серебра с триптофаном

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема:

Координационные соединения серебра с триптофаном

Содержание

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Биологические свойства серебра

1.1.1 Историческая справка.

1.1.2 Свойства и механизм действия серебра на клетки

1.2 Влияние серебра на организм человека и животных

1.3 Применение серебра в народном хозяйстве

1.4 Применение препаратов серебра в медицине

1.5 Координационные соединения серебра, обладающие биологической активностью.

2. Обсуждение результатов

2.1 Изучение путей получения координационных соединений серебра и триптофана

2.2 Применение метода рН-метрического титрования для изучения состава координационных соединений серебра и триптофана

3. Экспериментальная часть

Выводы

Список литературы

Введение

Актуальность проблемы

Разнообразие выполняемых функций веществ белковой природы в живом организме определяется природой входящих в их состав аминокислот. При этом наиболее распространенной реакцией этих веществ является комплексообразование с ионами различных металлов, в том числе серебра, применение препаратов которого в медицине расширяется с каждым годом, что объясняется отсутствием у микроорганизмов устойчивости к ним. По имеющимся данным [27, 47, 48, 53, 54] серебро губительно действует на 650-700 видов микроорганизмов. Его механизм действия на микробную клетку заключается в том, что ионы серебра после проникновения в нее ингибируют ферменты дыхательной цепи, а также разобщают процессы окисления и окислительного фосфорилирования, в результате чего клетка гибнет. К таким ферментам относятся каталазы, дегидразы и пероксидазы.

Поскольку препараты серебра очень чувствительны к воздействию различных внешних факторов, то поиск путей повышения их стабильности является достаточно актуальным. Комплексообразование серебра с органическими соединениями позволяет повысить стабильность образующихся веществ. Полученные в последние годы координационные соединения серебра с полиакриловой, глутаминовой кислотами, фенилаланином, пролином и аргинином обладают противомикробным и гемостатическим действием [23]. Кроме названных, одним из весьма перспективных компонентов для получения фармакологически активных соединений является триптофан, обладающий иммуно- и нейротропными свойствами [7].

Исходя из вышеизложенного, координационные соединения на основе серебра и триптофана могут стать основой лекарственных препаратов широкого спектра действия. Для их целенаправленной разработки необходимо первоначально изучить процесс комплексообразования серебра и триптофана.

Цель и задачи исследования: изучение взаимодействия серебра и триптофана.

Для ее достижения были решены следующие задачи:

- апробированы различные методы получения координационных соединений серебра и триптофана;

- определена возможность применения метода рН-метрического титрования для определения состава образующихся координационных соединений;

Научная новизна. Впервые показано, что при непосредственном взаимодействии триптофана и нитрата серебра, через получение промежуточной гидроокиси серебра, возможен синтез различных координационных соединений. Установлено, что при взаимодействии иона Ag⁺ с триптофаном при значительном избытке последнего, в растворе образуются координационные соединения с составом комплексных ионов [AgL]⁰ и [AgL2] со значениями pK[AgL] = 8,455, pK[AgL2] = 24,81.

Практическая значимость. Полученные значения констант образования координационных соединений серебра и триптофана могут применяться при изучении процессов комплексообразования ряда других биологически активных металлов и аминокислот, которые станут составляющими новых лекарственных препаратов.

Положения, выносимые на защиту:

- результаты изучения различных методов получения координационных соединений серебра и триптофана,

- результаты изучения состава полученных координационных соединений методом рН-метрического титрования.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Биологические свойства серебра

1.1.1 Историческая справка

Бактерицидные свойства серебра известны давно. Но систематическое изучение бактерицидных свойств серебра началось в 70-х годах XIX века, когда немецкий гинеколог Карл Креде открыл антигонобленорейный эффект 1% раствора нитрата серебра. В 1883 г. Негели обнаружил, что пресноводные водоросли отмирают в сосуде с водой, на дне которого находятся предметы из серебра и меди. В 1897 г. немецкий хирург Бенне Креде доложил на ХII Международном съезде врачей в Москве о широких возможностях применения препаратов серебра в гнойной хирургии и о хороших результатах лечения септической инфекции внутривенным их введением. Тогда же Б.Креде совместно с химиками предложил препараты, содержащие серебро в виде коллоидных частиц металлического серебра (препарат колларгол) и золя окиси серебра (препарат протаргол), применяемые в медицине до сих пор. В отличие от солей серебра они не обладали прижигающим эффектом [5]. В 1910 г. фирма «Гейден» издала обзор, посвященный методике лечения абсцессов, брюшного тифа, возвратного тифа, воспаления легких, придаточных пазух носа, среднего уха, гингивита, гонококкового сепсиса, дифтерийной жабы, дизентерии, кератита, коньюнктивита, лепры, мягкого шанкра, мастита, менингита, эпилепсии, пиемии, рожистого воспаления, сибирской язвы, сифилитических язв, спинной сухотки, острого суставного ревматизма, трахомы, фарингита, фурункулеза, цистита, эндокардита, эндометрита, хореи, эпидидимита, язвы роговой оболочки [5]. В России коллоидное серебро также получило высокую оценку врачей, что способствовало его активному использованию в военно-полевой хирургии во время русско-японской войны 1904 года.

Серебро в форме внутривенного введения успешно применялось при лечении септических артритов, ревматизма, ревматических эндокардитов [5], ревматоидного артрита [29], бронхиальной астмы [4], гриппа, острых респираторных заболеваний, бронхита, пневмоний [20], гнойных септических заболеваний [5], бруцеллеза [5], внутрь - при лечении гастритов, анастомозитов и гастродуоденальных язв [40]), наружно - при лечении венерических заболеваний [5], гнойных ран [27] и ожогов [5].

Открытие антибиотиков и сульфаниламидов снизило интерес к препаратам серебра. Но в последнее время противомикробные свойства серебра вновь стали привлекать к себе внимание. Это связано с ростом аллергических осложнений антибактериальной терапии, токсическим действием антибиотиков и подавлением иммунитета, а также появлением штаммов возбудителей, устойчивых к используемым антибиотикам.

Широкий спектр противомикробного действия серебра, отсутствие устойчивости к нему у большинства патогенных микроорганизмов, низкая токсичность, отсутствие в литературе данных об аллергенных свойствах серебра, а также хорошая переносимость больными - способствовали повышенному интересу к серебру во многих странах мира [55].

В последнее время повышенный интерес к серебру возник вновь в связи с выявленным его действием в организме как микроэлемента, необходимого для нормального функционирования органов и систем, иммунокоррегирующими, антибактериальными и противовирусными свойствами [41, 44].

1.1.2 Свойства и механизм действия серебра на клетки

Основоположником научного изучения механизма действия серебра является швейцарский ботаник Карл Негели, установивший в 80-е годы XIX века, что гибель микроорганизмов вызывает только серебро в ионизированном виде. Это явление он назвал олигодинамией (от греч. «олигос» - малый, следовый, и «динамос» - действие, т.е. действие следов). В последующем его данные были подтверждены и другими исследователями [5].

Немецкий ученый Винцент, сравнивая активность некоторых металлов, установил, что наиболее сильным бактерицидным действием обладает серебро, меньшим - медь и золото. С.С. Боткин, а затем А.П. Виноградов объяснили этот факт зависимостью биологических свойств микроэлементов от места, занимаемого ими в Периодической системе Д.И. Менделеева [5].

Так, дифтерийная палочка погибала на серебряной пластинке через три дня, на медной - через шесть дней, на золотой - через восемь. Стафилококк погибал на серебре через два дня, на меди через три, на золоте - через девять дней. Тифозная палочка на серебре и меди погибала через 18 ч, а на золоте - через шесть-семь дней [33].

Большой вклад в изучение антимикробных свойств серебряной воды и ее практического применения внесен академиком Л.А. Кульским. Его экспериментами, а позднее и работами других исследователей доказано, что именно ионы металлов и их диссоциированные соединения вызывают гибель микроорганизмов. Бактерицидный эффект серебра тем больше, чем выше концентрация его ионов [33].

Бактерицидный эффект ионизированного серебра в 1750 раз сильнее карболовой кислоты и в 3,5 раза сильнее сулемы и хлорной извести, а спектр противомикробного действия - значительно шире многих антибиотиков и сульфаниламидов [33].

Чувствительность разных патогенных и непатогенных организмов к серебру неодинакова: патогенная микрофлора более чувствительна к ионам серебра, чем непатогенная [5]. Основываясь на этом факте, в 1971 году был разработан способ лечения дисбактериоза различного происхождения ионным раствором серебра (концентрация 500 мкг/л) методом полостного электрофореза [5].

Установлено, что ионы серебра обладают выраженной способностью инактивировать вирусы осповакцины [8], гриппа штаммов А-1, В, Митрс-штамма [5], некоторые энтеро- и аденовирусы [3], вирус СПИДа [44] и оказывают хороший эффект при лечении вирусного заболевания Марбург [17], вирусного энтерита и чумы у собак. Показано преимущество коллоидного серебра по сравнению со стандартной терапией [43].

Установлено, что для полной инактивации бактериофага кишечной палочки N163, вируса Коксаки серотипов А-5, А-7, А-14 необходима более высокая концентрация серебра (500-5000 мкг/л) чем для эшерихий, сальмонелл, шигелл и других кишечных бактерий (100-200 мкг/л) [18].

Наиболее распространенной теорией, объясняющей механизм действия серебра является адсорбционная, согласно которой клетка теряет жизнеспособность в результате взаимодействия электростатических сил, возникающих между отрицательно заряженными клетками бактерий и положительно заряженными ионами серебра при их адсорбции бактериальной клеткой [5].

Также особое значение придается физико-химическим процессам. В частности, окислению протоплазмы бактерий и ее разрушению кислородом, растворенным в воде, причем серебро играет роль катализатора [33].

Одни исследователи объясняли антимикробное действие серебра инактивацией ферментов, содержащих SH- и СООН- группы [48], другие - нарушением ее осмотического равновесия. Имеются данные об образовании комплексов нуклеиновых кислот с тяжелыми металлами, приводящем к нарушению их стабильности и, соответственно, жизнеспособности бактерий [31].

Предполагается, что серебро не оказывает прямого воздействия на ДНК клеток, а действует косвенно, увеличивая количество внутриклеточных свободных радикалов, снижающих концентрацию внутриклеточных активных соединений кислорода.

Также допускают, что другой причиной противомикробного действия ионов серебра является ингибиция трансмембранного транспорта Nа⁺ и Cа²⁺, вызываемая серебром.

Таким образом, механизм действия серебра на микробную клетку заключается в том, что ионы серебра сорбируются клеточной оболочкой, выполняющей защитную функцию. Клетка остается жизнеспособной, но при этом нарушаются некоторые ее функции, например деление (бактериостатический эффект). Как только на поверхности микробной клетки сорбируется серебро, оно проникает внутрь клетки и ингибирует ферменты дыхательной цепи, а также разобщает процессы окисления и окислительного фосфорилирования, в результате чего клетка гибнет.

Имеются данные о подавлении ионами серебра усвоения фосфатов, угнетении функций ДНК, повреждении клеточные мембраны и ингибиции трансмембранного транспорта органических и неорганических веществ, инактивации ферменты [26, 47]. Морфологические изменения бактериях подтверждены результатами электронной микроскопии [48]. Ионы серебра индуцируют определенное электромагнитное излучение, вызывающее гибель некоторых видов микроорганизмов [21].

Устойчивость микроорганизмов к ионам серебра редка и ее можно преодолеть увеличением их концентрации. Серебро проявляет высокую бактерицидную активность по отношению к аэробным и анаэробным микроорганизмам (в том числе и антибиотикорезистентным штаммам), к некоторым вирусам и грибам [47, 48]. Наибольшей чувствительностью к серебру обладают золотистый стафилококк, кишечная и cинегнойная палочки, гемофильный стрептококк, протей [5].

Интересным является действие ионов серебра на клетки макроорганизма. Обнаружено, что при инкубации костного мозга мышей и микроорганизмов в растворе, содержащем ионы серебра, морфология эритроцитов и лейкоцитов оставалась неизмененной, тогда как микроорганизмы полностью уничтожались. Мышиные клетки под воздействием ионов серебра округлялись, но не разрушались, причем их оболочки не претерпевали изменений [48]. В последующем эти клетки размножались, сохраняя нормальную клеточную структуру и способность к делению и размножению. Данные исследования свидетельствуют об отсутствии повреждающего действия ионного серебра для клеток макроорганизма, в отличие от микроорганизмов.

В концентрациях около 10-⁵ г-ион/литр серебро ингибирует ферменты дыхательной цепи бактерий, а также разобщает процессы окисления и окислительного фосфорилирования в микробных клетках и у некоторых внутриклеточных паразитов. При еще более низких концентрациях ионы серебра связываются с компонентами бактериальных мембран и ингибируют поступление питательных веществ в клетку и одновременно активируют утечку из клеток жизненно важных метаболитов. Результатом такого многоцентрового действия ионов серебра на микробную клетку является задержка роста или гибель бактерий.

Местное действие ионов серебра на ткани человеческого организма зависит от концентрации: в малых концентрациях возможно вяжущее действие, в более высоких - дубящее и прижигающее. Умеренное раздражение при прижигающем действии серебра стимулирует репаративные процессы. Ионы серебра вызывают местное сужение сосудов и понижение их проницаемости, что обеспечивает уменьшение экссудации в зоне воспаления.

Раствор нитрата серебра в концентрации 0,01 мг/л подавляет рост хлорококковой водоросли Scenedesmus quadricauda (Turp.) Breb. вследствие подавления размножения и смертности клеток, равной численности вновь нарождающихся [22].

Серебро, обладая мощным антибактериальным эффектом, является природным аналогом многих синтетических антибиотиков, не имея побочных эффектов последних. При этом спектр действия серебра распространяется на 650 видов бактерий (спектр действия любого антибиотика - около 510 видов). Выявлено, что Ag⁺ уничтожают болезнетворную микрофлору не нарушая деятельности полезных организму бактерий, поэтому не происходит развитие дисбактериоза. В настоящее время серебро рассматривается не просто как металл, способный убивать микробы, но и как микроэлемент, необходимый для нормального функционирования многих органов и систем, обладающий противовирусными и иммуностимулирующими свойствами [33, 48].

Подобные опыты были поставлены с амебами, инфузориями, клетками высших растений и различными видами бактерий. Результаты исследований отражены, в частности, в обзоре А.Г. Дмитриевой с соавторами [22]. Серебросодержащие соединения применяются для стерилизации воды [33].

1.2. Влияние серебра на организм человека и животных

По данным [13], в суточном рационе человека должно содержаться около 90 мкг ионов серебра. В организме животных и человека содержание серебра составляет 20 мкг на 100 г сухого вещества. Наиболее богаты серебром мозг, железы внутренней секреции, печень, почки и кости скелета.

Ионы серебра принимают участие в обменных процессах организма и в зависимости от концентрации могут как стимулировать, так и угнетать активность ряда ферментов. Под влиянием серебра в два раза усиливается интенсивность окислительного фосфорилирования в митохондриях головного мозга, содержание нуклеиновых кислот, что улучшает функцию головного мозга [52].

При инкубации различных тканей в физиологическом растворе, содержащем 0,001 мкг ионов серебра, возрастает поглощение кислорода мозговой тканью на 24%, концентрация в 0,01 мкг - снижала степень поглощения кислорода, что свидетельствует об участии ионов серебра в регуляции энергетического обмена [26].

В лаборатории вирусологии Киевского государственного университета при изучении физиологического действия серебра установлено, что его концентрации 50; 200 и 1250 мкг/л оказывают благотворное влияние на экспериментальных животных [33]. Данными исследованиями было доказано, что концентрации ионов серебра 50-1250 мкг/л являются физиологическими и не оказывают вредного воздействия на организм при длительном применении.

Исследования животных, получавших питьевую воду с концентрацией ионов серебра 20000-50000 мкг/л показали, что происходит его накопление в организме, не сопровождающееся воспалительными и деструктивными изменениями внутренних органов [50].

Исследованиями [40] показано, что длительное употребление человеком питьевой воды, содержащей 50 мкг/л серебра (уровень ПДК), не вызывает отклонений от нормы функции органов пищеварения. Не было обнаружено в сыворотке крови изменений активности ферментов, характеризующих функцию печени. Не выявлено также патологических сдвигов в состоянии других органов и систем и при употреблении в течение 15 суток воды, с концентрацией ионов серебра 100 мкг/л, то есть, в два раза превышающих допустимые.

Применение больших доз серебра в течение 7-8 лет c лечебной целью, а также работа с его соединениями могут привести к отложению серебра в коже и изменению окраски кожи - аргирии («цвет загара»), являющейся следствием фотохимического восстановления ионов серебра. При обследовании ряда больных аргирией не выявлено изменений в функциональном состоянии органов и систем, а также в биохимических процессах, происходящих в организме [11, 37, 50].

Предполагается, что суточные дозы серебра 50-200 мкг исключают возможность аргирии.

Установлено, что серебро является мощным иммуномодулятором, сравнимым со стероидными гормонами. Установлено, что в зависимости от дозы, серебро может как стимулировать, так и подавлять фагоцитоз. Под его влиянием повышается количество иммуноглобулинов А, М, G, процентное содержание абсолютного количества Т-лимфоцитов [4, 14, 43]. Доказаны вирулицидные свойства препаратов серебра.

Таким образом, в свете современных представлений, серебро рассматривается как микроэлемент, необходимый для нормального функционирования внутренних органов и систем, а также как мощное средство, повышающее иммунитет и активно воздействующее на болезнетворные бактерии и вирусы.

Препараты серебра в низких дозах стимулируют восстановительные процессы в тканях макроорганизма, улучшают энергетический обмен [26]. В связи с этим предполагается возможным применение серебра для профилактики и лечения ишемических состояний.

Высокодисперсное металлическое серебро обладает иммуномодулирующими свойствами: повышает макрофагальную активность, стимулирует гуморальные иммунные реакции и стволовые клетки, повышает специфическую защиту организма, что ярко выражено при низкой иммунной реактивности [41].

К недостаткам ионного серебра можно отнести его высокую фотореактивность и быструю инактивацию под действием света, а также неспособность проникать в глубину тканей и внутрь клеток макроорганизма, за счет образования прочных соединений с тканевыми белками [5]. Эти отрицательные моменты можно преодолеть с помощью добавления стабилизатора - димексида (диметилсульфоксида) [26].

Местное применение водных растворов ионного серебра при лечении гнойно-воспалительных заболеваний способствует уменьшению отека, гиперемии, демаркация очага деструкции происходит в ранние сроки.

Ионное серебро, активно связываясь с тканевыми белками, создает защитный слой нерастворимых неактивных соединений в ранах. Обволакивая подобным образом нервные окончания, соединения металла предотвращают раздражающее действие воспалительного экссудата. Этим обусловлены его вяжущие и анальгезирующие свойства [5]. Использование ионных растворов при лечении гнойно-воспалительных заболеваний мягких тканей способствует быстрому очищению ран от некротических масс, предотвращает развитие патологических гипергрануляций, в ранние сроки формируется эластичный струп и косметически выгодные рубцы. Данные свойства в сочетании с высокой бактерицидностью позволяют эффективно использовать растворы серебра во всех фазах воспаления [30]. Серебро можно дозировано и локализовано вводить в рану электрохимическим путем [48].

При хронической передозировке серебра теоретически возможно развитие аргирии. Считается, что для развития аргирии необходимо попадание в организм 4-20 г солей серебра [33]. При применении современных растворов ионного серебра суммарная доза составляет несопоставимо малые величины - десятые и сотые доли грамма [30]. Препараты серебра в лечебных дозах не обладают токсическим действием. Аргирия представляется некоторым авторам не более чем косметическим заболеванием. Давно было замечено, что люди с признаками аргирии не подвержены инфекционным заболеваниям [26, 33].

Ионное серебро не всасывается с неповрежденной кожи и слизистых оболочек. Его проникновение в кровь через раны ничтожно, так как оно легко связывается с белками на ее поверхности. Поступившее в организм серебро выводится, главным образом, с желчью через кишечник [33, 48].

1.3 Применение серебра в народном хозяйстве

Серебряная вода нашла свое широкое применение и в народном хозяйстве. Получивший всеобщее признание метод обеззараживания воды электролитическим серебром впервые был разработан в России в 1930 г.. Спустя два года аналогичная методика была опубликована в Германии, а примерно через двенадцать лет - в Англии. Сейчас этот метод применяют в США, Франции, Германии и ряде других стран [33].

Установлено, что серебро обладает ценной способностью консервировать воду на длительное время, сохраняя высокие органолептические и санитарно-гигиенические ее свойства. К 1975 году ионаторами серебряной воды было оснащено 170 крупных морских сухогрузных судов Черноморского и Балтийского пароходства и Мурманского тралового флота. Высокую оценку воде, обработанной серебром, дали космонавты [33].

Использование серебра в пищевой промышленности при консервировании и дезинфекции фруктовых и овощных соков, молока и некоторых других продуктов питания позволило увеличить сроки их хранения, при этом сохранить их высокие органолептические и санитарно-гигиенические свойства. Учеными замечено ускоренное прорастание и увеличение всхожести семян, помещенных на время в воду с ионами серебра, а также появление иммунитета у растений, опрысканных серебряной водой, к вредным микроорганизмам [33].

В настоящее время Промышленной лабораторией Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения разработаны и внедрены в практику аппараты, позволяющие получать калиброванные водные растворы ионного серебра с концентрацией от 0,05 до 50,0 мг/дм³ и более как в условиях медицинских учреждений, так и в быту. Эти растворы показали высокую эффективность и отсутствие аллергических и токсических реакций [30].

1.4 Применение препаратов серебра в медицине

Самым простым препаратом серебра, применяемым в медицине, является азотнокислое серебро. Сообщалось [28] о его применении для туширования слизистой оболочки гортани при лечении диффузной формы гиперпластического ларингита.

Внутривенное введение аммиачного раствора хлорида серебра использовалось при лечении больных с гнойной инфекцией [1].

Появились новые серебросодержащие препараты: аргосульфан, дермазин, сульфадиазин серебра, повиаргол, циаркум, бактериофунгицид и др. [46], обладающие противовирусным, фунгицидным, противовоспалительным и иммуномодулирующим действием.

Разработаны новые лекарственные препараты аргогель (ТУ 1752-022-11821929-98), витар (ТУ 9310-013-00008064-98), представляющие собой комплексные соединения иона серебра с медицинскими полимерами поливинилпирролидоном и гелем полиэтиленоксида (12). Аргогель применяется в дерматологии, гнойной травматологии и хирургии и обладает широким спектром антимикробного действия в отношении большого количества патогенных и антибиотикоустойчивых микроорганизмов; проявляет вирулицидную и фунгицидную активность, оказывает противовоспалительное действие, стимулирует репаративные процессы в тканях и на коже [56]. Витар обладает широким спектром бактерицидной активности, проявляет также вирулицидную и фунгицидную активности, применялся перорально при терапии язвенных заболеваний желудка и 12-перстной кишки, ассоциированных с хеликобактериозом, гнойной травматологии и хирургии, при дизентерии, сальмонеллезе, ротавирусной диарее, гепатите А. Серебросодержащая пудра-сорбент сиал-С (ТУ 2163-021-11821929-98), является аппликационным сорбентом, извлекающим токсические продукты тканевой деградации, микробных клеток и их токсинов с поверхности пораженного участка, что снижает токсическую нагрузку на систему детоксикации организма [10]. Пудра показана к местному применению лицам любого возраста для профилактики и лечения воспалительных процессов кожи, угревой сыпи, опрелостей, как компонент комплексного лечения при буллезной форме рожистого воспаления кожи, микробной экземе, дерматозах, осложненных вторичной инфекцией [9].

Разработанные в последние годы растворы ионного серебра рекомендуется применять для наружной обработки пораженных поверхностей в хирургии, проктологии, стоматологии, оториноларингологии, офтальмологии, гинекологии, урологии, дерматологии, при воспалительных заболеваниях дыхательных путей, при гриппе, в гастроэнтерологии, при лечении инфекционных болезней и для стимуляции иммунитета используют внутрь растворы с концентрацией серебра 10-20 мг/л [30].

Имеются сообщения об успешном применении серебряной воды в лечении операционных ран [27]; опыту применения серебра в медицине посвящен ряд книг и диссертаций [2, 6, 25, 51].

Серебро может проявлять себя как возможный мутаген [45]. О его эмбриотоксическом действии сообщали М. Шавловский и соавт. [57]. Аргироз может быть следствием самолечения серебром [11, 37, 50]. Отрицательную реакцию организма на серебро рассматривают как аллергию к нему. Раздражение кожи расценивается как противопоказание к применению серебра [55]. Людей, которым серебро противопоказано, более 60%.

Был разработан способ выявления чувствительности к серебру, получивший название «функциональной пробы» [53, 54].

На основе нанотехнологий разработан раствор наночастиц серебра, обладающей большей активностью, чем водный раствор ионов серебра. Российский концерн "Наноиндустрия" разработал технологию производства наночастиц серебра, стабильных в растворах и в адсорбированном состоянии и обладающих широким спектром противомикробного действия [49].

1.5 Координационные соединения серебра, обладающие биологической активностью

Лекарственные препараты протаргол, колларгол, аргогель и витар являются координационными соединениями серебра с белками и медицинскими полимерами. В настоящее время ведутся исследования по синтезу и изучению биологической активности координационных соединений серебра с различными биологически активными лигандами. Получены серебряные производные полиакриловой кислоты, на базе которых создан антимикробный и гемостатический препарат аргакрил [16]. Эти соединения содержат 1-10% Ag (n = 9000-40000, m = 100-300) [15].

-(CH₂-CHCOOH)n-(CH₂-CHCOOAg)_m

В водных растворах на полиакрилатных цепях постепенно происходит восстановление серебра:

Ag(s) + OH^- AgOH(s) + e

2Ag(s) + 2OH^- Ag₂O(s) + H₂O + 2e

Эти изменения со временем происходят в молекулах большинства полимеров с адсорбированным серебром.

Получены обладающие антивомикробной активностью производные аргинина (Ag₂C₆H₁₄O₃N₄) и глутаминовой кислоты (Ag₂C₅H₇O₄N) состава Ag:L_I = 2:1, где L_I - анион аргинина [34]:

NH=C-NH-(CH₂)₃-CH-COO^-

NH₂ NH₂

и Ag:L_II = 2:1, где L_II - дианион глутаминовой кислоты:

^-ОСO-CH₂-CH₂-CH-COO^-

NH₂

При изучении бинарного комплекса Ag(I) с фенилаланином в водно-метанольном растворе показано, что насыщение акцепторной орбитали серебра происходит через образование C-Ag-C и C-Ag-O типов ковалентных связей, а наиболее стабильными являются линейные комплексы.

Исследован процесс диссоциации комплекса, образовавшегося в 1 мМ водно-метанольном растворе пролина с 0,1 мМ нитрата серебра. В присутствии о-фенантролина в качестве активатора серебро даже в следовом количестве катализирует окисление в водном растворе. Изучен процесс сорбции аденина поверхностью серебра.

Кислородсодержащие органические соединения возникают как на чистых, так и на модифицированных поверхностях серебра. Стабильные наночастицы серебра могут существовать несколько месяцев, косметическими средствами с бактерицидными свойствами [24].

Координационные системы фенилфосфокавитанда с галогенидами серебра, меди и золота образуют комплексы, которые могут быть использованы для создания искусственных ферментов, высокочувствительных сенсоров [42]. Полученные результаты позволяют сделать вывод о перспективности применения благородных металлов для создания биологически активных соединений.

координационный серебро триптофан медицина



2. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

2.1 Изучение путей получения координационных соединений серебра и триптофана

Поскольку металлы, входящие в состав комплексных ионов, не реагируют со специфическими реагентами [19], то о включении металла в состав комплексного иона можно судить по отсутствию взаимодействия со специфичным реагентом. Для иона серебра в качестве такой реакции была выбрана реакция взаимодействия с хроматом калия. Выбор этой реакции был обусловлен двумя причинами: во-первых, образующийся хромат серебра имеет ярко красный цвет, что значительно облегчает наблюдение за реакцией.

Получение координационных соединений серебра с триптофаном можно осуществлять несколькими способами.

Первый способ заключается в непосредственном взаимодействии соли серебра с аминокислотой.

mAgA^- + nH-Trp-OH > [Agm(H-Trp-OH)n]A^-m

Второй способ основан на способности иона серебра образовывать аммиачные комплексы. При взаимодействии с аминокислотой роль аммиака может сыграть аминогруппа триптофана. В этом случае для комплексообразования могут быть использованы галогениды серебра и гидроксид серебра, которые растворяются в растворе аммиака вследствие образования комплексных соединений.

При использовании галогенидов серебра:

mAgHal^- + nH-Trp-OH > [Agm(H-Trp-OH)n]Hal^-m



При использовании гидроксида серебра:

AgNO3 + NaOH > AgOHv + NaNO3

mAgOH + nH-Trp-OH > [Agm(H-Trp-OH)n]OH^-m

При использовании первого подхода осуществляли взаимодействие раствора триптофана с раствором нитрата серебра при различных температурах. Об образовании координационных соединений судили по отсутствию красного осадка хромата серебра при добавлении хромата калия к реакционной смеси. Результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1

Результаты изучения взаимодействия триптофана и иона серебра с использованием цветной реакции

№	Объемы реагирующих растворов, мл	Температура реакции*
		25С	40С	50С	60С	70С
	H-Trp-OH	AgNO3
1	6	1	--	--	--	--	--
2	5	1	--	--	--	--	--
3	4	1	--	--	--	--	--
4	3	1	+	+	+	+	+
5	2	1	+	+	+	+	+
6	1	1	+	+	+	+	+
7	1	2	+	+	+	+	+
8	1	3	+	+	+	+	+
9	1	4	+	+	+	+	+
10	1	5	+	+	+	+	+
11	1	6	+	+	+	+	+

* -- - красной окраски хромата серебра не наблюдается

+ - отмечается красная окраска хромата серебра

Как видно из полученных данных, появление в реакционном растворе свободных ионов серебра отмечается при соотношении триптофана и серебра 3:1, при более высоком содержании триптофана свободные ионы серебра в реакционной смеси отсутствуют. Данный факт свидетельствует о недостатке триптофана.

Во втором случае первоначально получали хлорид серебра взаимодействием нитрата серебра и хлорида натрия. Добавление к полученному галогениду раствора триптофана не приводило к растворению осадка, что свидетельствовало о том, что данным методом координационные соединения серебра и триптофана не образуются.

В третьем случае первоначально получали гидроксид серебра реакцией нитрата серебра с гидроксидом натрия и последующим добавлением к суспензии гидроксида серебра раствора триптофана при перемешивании при 25С. концентрация всех раствором составляла 0,01 М. Об образовании координационных соединений судили как по исчезновению осадка гидроксида серебра, так и по появлению красной окраски хромата серебра. Полученные результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты изучения взаимодействия триптофана и иона серебра с использованием цветной реакции при получении координационных соединений через промежуточную гидроокись серебра

№	Объемы реагирующих растворов, мл	Присутствие AgOH	Образование Ag2CrO4
	AgNO3	NaOH	H-Trp-OH
1	1	1	6	--	--
2	1	1	5	--	--
3	1	1	4	--	--
4	1	1	3	--	--
5	1	1	2	--	--
6	1	1	1	--	--
7	2	2	1	+	+
8	3	3	1	+	+
9	4	4	1	+	+
10	5	5	1	+	+
11	6	6	1	+	+

Проведение реакции во втором случае только при 25С объясняется тем, что повышение температуры приводило к разрушению образующихся координационных соединений и выделению металлического серебра. Свободные ионы серебра в этом случае появляются в реакционной смеси при соотношении серебра и триптофана 2:1.

Отсутствие качественной реакции на свободные ионы серебра с хроматом калия служит прямым доказательством образования координационных соединений серебра с триптофаном.

Тот факт, что в зависимости от метода получения координационных соединений, свободные ионы серебра появляются в реакционной смеси при различных соотношениях серебра и триптофана свидетельствует о том, что при использовании различных методов образуются координационные соединения различного состава.

Таким образом серебро образует координационные соединения с триптофаном как при непосредственном взаимодействии растворов соли металла и аминокислоты, так и при взаимодействии гидроксида серебра с раствором триптофана.

2.2 Применение метода рН-метрического титрования для изучения состава координационных соединений серебра и триптофана

Следующей задачей нашего исследования явилось изучение состава образующихся координационных соединений методом рН-метрического титрования.

Ранее Леглер и др. [35, 36] изучили взаимодействие Ag⁺ и триптофана при взаимодействии растворов нитрата серебра и триптофана и установили образование комплексных форм [AgL] и [AgL2], где L анион триптофана. Значения логарифмов констант образования комплексов [AgL] и [AgL2] равны, соответственно 3,530,10 и 4,940,12. Однако при этом ими не учитывалось образование протонированных, смешаннолигандных и гидроксокомплексов. Вторым возможным путем получения координационных соединений Ag⁺ и триптофана является получение через образование промежуточной окиси серебра.

Триптофан является -аминокислотой, содержащей индольный цикл и три различные электронодонорные группы, являющиеся потенциальными центрами координации аминокислоты с ионом металла: кислород карбоксильной группы, атом азота аминогруппы и атом азота индольного кольца. В справочных данных [59,60] не приводятся константы кислотной диссоциации NH-группы индольного кольца, поэтому кислотно-основные равновесия протонирования триптофана можно выразить следующей схемой:

NH₃⁺ NH₃⁺ NH₂

| | |

CHCOOH CHCOO CHCOO

| | |

R R R

На первоначальном этапе исследования было необходимо определить константы кислотной диссоциации триптофана.

Для этого проводили титрование раствора триптофана с концентрацией 0,01 моль/л растворами NaOH и HCl с концентрацией 0,1 моль/л. Титрование проводили на рН-иономере MS-20 (Чехия) с использованием стеклянного и хлорсеребрянного электродов. Кривая титрования триптофана приведена на рис.1.



Рис.1. Кривая титрования триптофана

Константы кислотной диссоциации рассчитывали по формулам:

где и концентрация добавляемой щелочи или кислоты, исходная концентрация триптофана, и добавленный объем щелочи или кислоты, исходный объем раствора триптофана, объем реакционной смеси после добавления i-той порции щелочи или кислоты.

Для триптофана были получены следующие значения констант кислотной диссоциации: К1 = 6,39·10^-3 (рК1 = 2,190,083), К2 = 9,4010^-10 (рК2 = 9,40,17) (литературные значения рК1 и рК2, соответственно: 2,44 и 9,38 [59], 2,38 и 9,39 [60]).

По полученным данным была рассчитана и построена кривая распределения триптофана. Для ее расчета использовали следующие формулы:



H2L⁺ - HL^± + H⁺; k1 = [HL^±] [H⁺]/[H2L⁺];

[HL^±] = k1 [H2L⁺]/[H⁺];

[H2L⁺] = [HL^±] [H⁺]/k1;

HL^± - L- + H⁺; k2 = [L-] [H⁺]/[HL^±];

[L-] = k2 [HL^±]/[H⁺] = k1 k2 [H2L]/[H⁺]²; [H2L⁺] = [L-] [H⁺]2/k1 k2

CL = [H2L⁺] + [HL^±] + [L-] = [L-] [H⁺]²/k1 k2 + [L-] [H⁺]/k2 + [L-]

б[H2L⁺] = [H⁺]²/([H⁺]² + k1 [H⁺] + k1 k2 [H⁺]²)

б[HL^±] = k1 [H⁺]/([H⁺]² + k1 [H⁺] + k1 k2 [H⁺]²)

б[L-] = k1 k2/([H⁺]² + k1 [H⁺] + k1 k2 [H⁺]²)

Кривая распределения триптофана приведена на рис.2.

Рис. 2. Диаграмма распределения триптофана

Координационное число иона Ag⁺ в комплексных соединениях с различными лигандами равно 2. Поэтому мы изучили состав равновесной смеси при 3 и 4-кратном избытке аминокислоты, предполагая максимальное насыщение координационных связей комплексообразователя.

Равновесный состав системы, образующейся при взаимодействии серебра и триптофана, изучали методом рН-метрического титрования при 25С. Раствор AgNO₃ готовили из препарата марки «чда» и концентрацию устанавливали титриметрическим методом (ГФ XI).

Для получения координационных соединений использовали следующие соотношения металла и лиганда:

СTrp/CAg = 4:1 (СTrp = 0,006842, CAg = 0,0017106), СTrp/CAg = 3:1 (СTrp =

0,005964, CAg = 0,001988).

Координационные соединения серебра и триптофана получали через образование промежуточной окиси серебра Ag₂O по схеме:

2AgNO3 + 2NaOH = Ag2O + 2NaNO3 + H2O

mAg2O + nH-Trp-OH > [Agm(H-Trp-OH)n]m-n + mH2O

Об образовании координационных соединений свидетельствовало растворение осадка окиси серебра после добавления к реакционной смеси раствора триптофана и отсутствие в полученных растворах качественной реакции на серебро с хроматом калия. Это свидетельствует о том, что концентрация свободных ионов серебра в растворе не превышает 1,04910^-4 ( = 1,110^-12 [39]).

Растворы координационных соединений титровали 0,01 н раствором NaOH. Кривые рН-метрического титрования приведены на рис.3.

Рис. 3. Кривые рН-метрического титрования триптофана и его координационных соединений с ионом серебра

Как видно из рис. 3, при добавлении 0-0,4 экв NaOH кривые титрования координационных соединений лежат ниже кривой титрования триптофана. Полученные результаты позволяют предположить, что в области рН 7-9 образуются наряду с координационными соединениями и протонированные координационные соединения [58]. При дальнейшем увеличении рН за счет добавляемых в систему гидроксид-ионов происходит депротонизация координационных соединений.

Для расчета констант устойчивости образующихся комплексных форм рассчитывали функцию образования по формуле

[35, 36].

Графическое изображение функции образования приведено на рис.4.

Рис. 4. Функция образования при получении координационных соединений серебра и триптофана через образование промежуточной гидроокиси серебра

При расчете состава равновесной системы учитывали образование следующих комплексных форм:

[Ag(HL)]⁺, [Ag(HL)2]⁺, [Ag(HL)OH], [AgL], [AgL2]Ї, [AgL(OH)]Ї, [AgL(HL)].

Ag⁺ + H2L⁺ - AgHL⁺ + H⁺; ;

Ag⁺ + 2H2L⁺ - Ag(HL)2⁺ + H⁺;

AgHL⁺ + H2O - Ag(HL)OH + H⁺;

Ag⁺ + H2L - [AgL] + 2H⁺;

AgL + H2L - [AgL2]Ї + 2H⁺,

AgL + H2O - [AgL(OH)]Ї + H⁺;

AgL + H2L - [AgL(HL)] + H⁺;

С использованием приведенных выше уравнений для констант устойчивости комплексных форм и уравнений материального баланса была рассчитана теоретическая функция образования:

= (в1•K1•[H2L⁺]•[H⁺]³ + 2•в2•K1²•[H2L⁺]²•[H⁺]² + в3•K1•[H2L⁺]•[H⁺]² +

в4•K1•K2•[H2L⁺]•[H⁺]² + 2•в5•K1²•K2²•[H2L⁺]² + в6•K1•K2•[H2L⁺]•[H⁺]

+2•в7•K1²•K2•[H2L⁺]²•[H⁺]) / ([H⁺]⁴ + K[AgOH]•[OH^?]•[H⁺]⁴ +

в1•K1•[H2L⁺]•[H⁺]³ + 2•в2•K1²•[H2L⁺]²•[H⁺]² + в3•K1•[H2L⁺]•[H⁺]² +

в4•K1•K2•[H2L⁺]•[H⁺]² +2•в5•K1²•K2²•[H2L⁺]² + в6•K1•K2•[H2L⁺]•[H⁺] +

2•в7•K1²•K2•[H2L⁺]²•[H⁺])

Затем методом последовательных приближений были рассчитаны константы устойчивости образующихся комплексных форм.

Поскольку рассчитанная функция образования не зависела от величины констант устойчивости гидроксокомплексов и окиси серебра, то последние в дальнейшем считали равными 0. В результате были получены следующие значения логарифмов констант устойчивости комплексных форм: