Oddziaływanie pomiędzy modyfikowanymi cyklodekstrynami a L-tryptofan indol liazą. Praca magisterska wykonana w Pracowni Węglowodanów, Wydział Chemii, Uniwersytet Warszawski Agata Minkowska Promotor: prof. dr hab. Andrzej Temeriusz Opiekun: mgr Tomasz Gubica Cele pracy: 1. Synteza i oczyszczenie czterech związków: Per-(2,3-di-O-metylo)-α-cyklodekstryna Per-(2,3-di-O-metylo)-β-cyklodekstryna Per-(6-O-metoksyetylo-2,3-di-O-metylo)-α-cyklodekstryna Per-(6-O-metoksyetylo-2,3-di-O-metylo)-β-cyklodekstryna 2. Badania enzymatyczne otrzymanych związków przy użyciu enzymu tryptofan indol liaza. Wstęp W 1891 roku Villiers odkrył związki zwane cyklodekstrynami. Są to cykliczne oligosacharydy składające się z jednostek α-D-glukozy połączonych ze sobą wiązaniami 1,4-α-glikozydowymi. Wyróżniamy trzy rodzaje cyklodekstryn: α-cyklodekstryny, β-cyklodekstryny i γ-cyklodekstryny. Otrzymuje się je w wyniku enzymatycznej hydrolizy skrobi używając glukotransferazy cyklodekstrynowej – enzymu produkowanego przez bakterie (Bacillus maccerans). Cyklodekstryny mają charakter amfifilowy, czyli posiadają właściwości hydrofilowe jak i hydrofobowe. Ta cecha pozwala na wykorzystywanie cyklodekstryn w przemyśle farmaceutycznym. Hydrofilowe cząsteczki cyklodekstryn tworzą z lipofilowymi cząsteczkami leków rozpuszczalne w wodzie kompleksy. W ten sposób zwiększeniu ulega zarówno rozpuszczalność leku jak i przyswajalność biologiczna. Bardzo trudno jest znaleźć idealną cyklodekstrynę do stworzenia kompleksu z odpowiednim lekiem. Dlatego w różny sposób modyfikuje się natywne cyklodekstryny, aby polepszyć ich właściwości do tworzenia kompleksów z cząsteczkami leków. Schemat syntezy: n=6 dla α-cyklodekstryny n=7 dla β-cyklodekstryny Badania enzymatyczne: Enzymy to wysoce efektywne biokatalizatory, które nie zmieniają stanu równowagi chemicznej, ale powodują znaczne jej przyspieszenie. Istnieje wiele typów cząsteczek, które są zdolne do zakłócania aktywności danego enzymu. Każda cząsteczka działająca bezpośrednio na enzym w kierunku zmniejszania jego aktywności katalitycznej jest określana jako inhibitor. Inhibicja może mieć charakter odwracalny lub nieodwracalny. Inhibicja nieodwracalna polega na wiązaniu się inhibitora i enzymu w sposób trwały, nieodwracalny. Natomiast inhibicję odwracalną można podzielić na inhibicję kompetycyjną i niekompetycyjną. Inhibitor kompetycyjny jest zazwyczaj strukturalnie podobny do normalnego substratu danego enzymu. Dzięki temu współzawodniczy z cząsteczkami o wiązanie się z miejscem aktywnym. Przy dużych stężeniach substratu działanie inhibitora kompetycyjnego zostaje przezwyciężone, ponieważ duże stężenie substratu będzie z powodzeniem współzawodniczyć z cząsteczką inhibitora o wiązanie się w miejscu aktywnym. Nie nastąpi więc żadna zmiana w wartości szybkości maksymalnej enzymu, ale w obecności inhibitora kompetycyjnego zmniejsza się powinowactwo enzymu do jego substratu i dlatego wartość stałej Michaelisa wzrasta. Innym rodzajem inhibicji odwracalnej jest inhibicja niekompetycyjna. Inhibitor wiąże się odwracalnie w innym miejscu enzymu niż jego miejsce aktywne, dlatego też enzym może wiązać jednocześnie substrat i inhibitor. Efektu inhibitora niekompetycyjnego nie można przezwyciężyć przez zwiększenie stężenia substratu i dlatego zmniejsza się wartość szybkości maksymalnej. Powinowactwo do substratu pozostaje nie zmienione, a więc wartość stałej Michaelisa nie zmienia się. Oba rodzaje inhibicji można rozróżnić na podstawie kinetyki Michaelisa-Menten. Kolejny etap mojej pracy magisterskiej to badania enzymatyczne otrzymanych związków. Dokładniej badany jest wpływ otrzymanych przeze mnie cyklodekstryn na reakcję rozkładu L-tryptofanu katalizowaną przez L-tryptofanazę: W wyniku tych badań będzie można stwierdzić, czy mamy do czynienia z inhibicją kompetycyjną czy też z inhibicją niekompetycyjną. Wydajności reakcji: Etapy syntezy: 1. Zabezpieczenie pierwszorzędowych grup hydroksylowych przy 6 atomie węgla używając chlorku tert-butylodimetylosililowego. 2. Metylowanie drugorzędowych grup hydroksylowych przy 2 i 3 atomie węgla używając jodku metylu. 3. Zdjęcie grupy zabezpieczającej z pierwszorzędowych grup hydroksylowych przy użyciu fluorku tetrabutyloamoniowego. 4. Alkilowanie drugorzędowych grup hydroksylowych używając bromku metoksyetylowego. Wszystkie otrzymane związki były oczyszczane przy użyciu chromatografii kolumnowej w odpowiednio dobranym układzie rozpuszczalników. Etapy reakcji Dla α-CD Dla β-CD 1 86% 60% 2 70% 3 58% 50% 4 85% - L-tryptofan ulega rozkładowi do indolu, kwasu pirogronowego i amoniaku. Podsumowanie: Do tej pory udało mi się zsyntetyzować podane związki. Etapy reakcji były wielokrotnie powtarzane, aby uzyskać jak najlepszą wydajność. Badania enzymatyczne są kontynuowane, dlatego nie mogę przedstawić konkretnych wyników.