Квантово-химическое исследование активности глицина, треонина и их дипептидов в отношении свободных радикалов

Екатерина Георгиевна Рагойжа; Екатерина Максимовна Овсянникова; Ирина Леонидовна Юркова

doi:10.33581/2520-257X-2026-1-%p

Авторы

Екатерина Георгиевна Рагойжа Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь , Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь
Екатерина Максимовна Овсянникова Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
Ирина Леонидовна Юркова Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь , Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

DOI:

https://doi.org/10.33581/2520-257X-2026-1-%25p

Ключевые слова:

глицин, треонин, дипептиды, треонил-треонин, цикло(ди(треонин)), антирадикальная активность, теория функционала плотности, квантово-химический расчет

Аннотация

Разработана методология проведения квантово-химических исследований антиоксидантной активности соединений различной природы. Выполнена сравнительная оценка реакционной способности глицина, треонина и их дипептидов в отношении активных частиц, рассчитанной методами теории функционала плотности и выявленной в тест-системах с использованием пероксильных радикалов ${\text{(RO}}{{\text{O}}^ \bullet })$ и катион-радикалов 2,2′-азино-бис-(3-этилбензотиазолино-6-сульфоновой кислоты) ${\text{(}}{{\text{}}^{ \bullet {\text{ + }}}})$. Путем расчета термодинамических характеристик соответствующих радикалов установлены наиболее вероятные места отрыва атома водорода от молекул аминокислот и дипептидов в газовой фазе и водном растворе. Для оценки склонности соединений проявлять антиоксидантную активность по механизму переноса атома водорода рассчитаны энергии Гиббса реакций с радикалами \[{\text{HO}}_{\text{2}}^ \bullet \], ${\text{RO}}{{\text{O}}^ \bullet }$ и \[{\text{H}}{{\text{O}}^ \bullet }\], а также барьеры активации термодинамически наиболее выгодных процессов отрыва атома водорода радикалом \[{\text{HO}}_{\text{2}}^ \bullet \]. Способность соединений проявлять антиоксидантную активность по механизму передачи одного электрона оценивалась путем расчета адиабатических ионизационных потенциалов и энергий высшей занятой молекулярной орбитали. Ряды антиоксидантной активности исследованных соединений, построенные на основе рассчитанных дескрипторов, согласуются с экспериментальными данными. Анализ распределения электронной плотности в молекулах и радикалах объясняет экспериментально наблюдаемые различия в антиоксидантной активности глицина, глицил-глицина, треонина и его линейного и циклического дипептидов.

Биографии авторов

Екатерина Георгиевна Рагойжа, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь, Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

кандидат химических наук; доцент кафедры аналитической химии химического факультета Белорусского государственного университета, старший научный сотрудник сектора химии свободнорадикальных процессов Научно-исследовательского института физико-химических проблем БГУ
Екатерина Максимовна Овсянникова, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

аспирантка кафедры аналитической химии химического факультета. Научный руководитель – И. Л. Юркова
Ирина Леонидовна Юркова, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь, Научно-исследовательский институт физико-химических проблем БГУ, ул. Ленинградская, 14, 220006, г. Минск, Беларусь

доктор химических наук, доцент; профессор кафедры аналитической химии химического факультета Белорусского государственного университета, главный научный сотрудник сектора химии свободнорадикальных процессов Научно-исследовательского института физико-химических проблем БГУ

Библиографические ссылки

Sen S, Chakraborty R. The role of antioxidants in human health. In: Andreescu S, Hepel M, editors. Oxidative stress: diagnostics, prevention, and therapy. Washington: American Chemical Society; 2011. p. 1–37 (ACS symposium series; volume 1083). DOI: 10.1021/bk-2011-1083.ch001.

Pokorny J, Yanishlieva N, Gordon M, editors. Antioxidants in food: practical applications. Boca Raton: CRC Press; 2001. XV, 380 p. Co-published by the Woodhead Publishing Limited.

de Lima Cherubim DJ, Buzanello Martins СV, Oliveira Fariña L, da Silva de Lucca RA. Polyphenols as natural antioxidants in cosmetics applications. Journal of Cosmetic Dermatology. 2020;19(1):33 –37. DOI: 10.1111/jocd.13093.

Craik DJ, Fairlie DP, Liras S, Price D. The future of peptide‐based drugs. Chemical Biology & Drug Design. 2013;81(1):136 –147. DOI: 10.1111/cbdd.12055.

Cao G, Alessio HM, Cutler RG. Oxygen radical absorbance capacity assay for antioxidants. Free Radical Biology and Medicine. 1993;14(3):303 –311. DOI: 10.1016/0891-5849(93)90027-R.

Ou B, Hampsch-Woodill M, Prior RL. Development and validation of an improved oxygen radical absorbance capacity assay using fluorescein as the fluorescent probe. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2001;49(10):4619 – 4626. DOI: 10.1021/jf010586o.

Re R, Pellegrini N, Proteggente A, Pannala A, Yang M, Rice-Evans C. Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay. Free Radical Biology and Medicine. 1999;26(9 –10):1231–1237. DOI: 10.1016/S0891-5849(98)00315-3.

Esfandi R, Walters ME, Tsopmo A. Antioxidant properties and potential mechanisms of hydrolyzed proteins and peptides from cereals. Heliyon. 2019;5(4):e01538. DOI: 10.1016/j.heliyon.2019.e01538.

Пипко АО, Кулеш АВ, Овсянникова ЕМ, Ермак АД, Каранкевич ЕГ, Юркова ИЛ. In vitro активность дипептидов в отношении свободных радикалов, генерируемых 2,2′-азо-бис-(2-амидинопропаном) и 2,2′-азино-бис-(3-этилбензотиазолин-6-сульфоновой кислотой). В: Ивашкевич ОА, Воробьева ТН, Артемьев МВ, Аршанский ЕЯ, Василевская ЕИ, Кунцевич ЗС и др., редакторы. Свиридовские чтения. Выпуск 21. Минск: СтройМедиаПроект; 2025. с. 129 –145.

Staroverov VN, Scuseria GE, Tao J, Perdew JP. Comparative assessment of a new nonempirical density functional: molecules and hydrogen-bonded complexes. The Journal of Chemical Physics. 2003;119(23):12129 –12137. DOI: 10.1063/1.1626543.

Jensen KP. Bioinorganic chemistry modeled with the TPSSh density functional. Inorganic Chemistry. 2008;47(22):10357–10365. DOI: 10.1021/ic800841t.

Gera E, Vignesh KR. A systematic comparison of density functional methods for determining spin-state energy gaps and spin transition temperature of spin crossover complexes. RSC Advances. 2026;16(3):2241–2254. DOI: 10.1039/D5RA09636G.

Francl MM, Pietro WJ, Hehre WJ, Binkley JS, Gordon MS, DeFrees DJ, et al. Self‐consistent molecular orbital methods. XXIII. A polarization‐type basis set for second‐row elements. The Journal of Chemical Physics. 1982;77(7):3654 –3665. DOI: 10.1063/1.444267.

Spitznagel GW, Clark T, von Ragué Schleyer P, Hehre WJ. An evaluation of the performance of diffuse function‐augmented basis sets for second row elements, Na – Cl. Journal of Computational Chemistry. 1987;8(8):1109 –1116. DOI: 10.1002/jcc.540080807.

Spiegel M. Current trends in computational quantum chemistry studies on antioxidant radical scavenging activity. Journal of Chemical Information and Modeling. 2022;62(11):2639 –2658. DOI: 10.1021/acs.jcim.2c00104.

Marenich AV, Cramer CJ, Truhlar DG. Universal solvation model based on solute electron density and on a continuum model of the solvent defined by the bulk dielectric constant and atomic surface tensions. The Journal of Physical Chemistry B. 2009;113(18):6378 – 6396. DOI: 10.1021/jp810292n.

Alov P, Tsakovska I, Pajeva I. Computational studies of free radical-scavenging properties of phenolic compounds. Current Topics in Medicinal Chemistry. 2015;15(2):85 –104. DOI: 10.2174/1568026615666141209143702.

Оганесян ЭТ, Шатохин СС, Глушко АА. Использование квантово-химических параметров для прогнозирования антирадикальной активности родственных структур, содержащих циннамоильный фрагмент. I. Производные коричной кислоты, халкона и флаванона. Фармация и фармакология. 2019;7(1):53 – 66. DOI: 10.19163/2307-9266-2019-7-1-53-66.

Hoa NT. The hydroperoxyl antiradical activity of Trolox in water: the effects of pH values on rate constants. The EuroBiotech Journal. 2022;6(2):44 – 48. DOI: 10.2478/ebtj-2022-0006.

Doseděl M, Jirkovský E, Macáková K, Kujovská Krčmová L, Javorská L, Pourová J, et al. Vitamin C – sources, physiological role, kinetics, deficiency, use, toxicity, and determination. Nutrients. 2021;13(2):615. DOI: 10.3390/nu13020615.

Cohn EJ, Edsall JT, Kirkwood JG, Mueller H, Oncley JL, Scatchard G. Proteins, amino acids and peptides as ions and dipolar ions. New York: Reinhold Publishing Corporation; 1943. XVIII, 686 p. (American Chemical Society monograph series; number 90).

Zuo Z, MacMillan DWC. Decarboxylative arylation of α-amino acids via photoredox catalysis: a one-step conversion of biomass to drug pharmacophore. Journal of the American Chemical Society. 2014;136(14):5257–5260. DOI: 10.1021/ja501621q.

Shi C, Gao L, Baumgarten M, Wei D, Xu Z, Wang W, et al. Homoconjugation mediated spin-spin coupling in triptycene nitronyl nitroxide diradicals. Magnetochemistry. 2023;9(7):178. DOI: 10.3390/magnetochemistry9070178.

Kovacic P. Protein electron transfer (mechanism and reproductive toxicity): iminium, hydrogen bonding, homoconjugation, amino acid side chains (redox and charged), and cell signaling. Birth Defects Research. Part C, Embryo Today: Reviews. 2007;81(1):51– 64. DOI: 10.1002/bdrc.20086.

Torkova A, Koroleva O, Khrameeva E, Fedorova T, Tsentalovich M. Structure-functional study of tyrosine and methionine dipeptides: an approach to antioxidant activity prediction. International Journal of Molecular Sciences. 2015;16(10):25353 –25376. DOI: 10.3390/ijms161025353.