Ультрафиолет, или обычный свет, поможет учёным контролировать синтез сложных органических молекул. Как с его помощью решилась сложнейшая задача современной химии и какие возможности он открывает для создания новых лекарств, рассказал учёный из Санкт-Петербурга Владимир Попик, представляющий сегодня Университет Джорджии (США).

Чтобы создать современное лекарство или получить биологически активные вещества, например инсулин или рибонуклеазу, химикам-органикам приходится проводить длительные многоступенчатые синтезы сложных органических молекул. При этом надо защищать реакционно-активные центры промежуточных молекул, чтобы они вступили в реакцию с необходимыми веществами только на нужной стадии. Для этого химики используют так называемые защитные группы (ЗГ).

Как правило, чтобы убрать их в определённый момент, учёные должны подействовать на молекулы тем или иным реагентом. Но возникает сложность: реагент должен ликвидировать только защитную группу и при этом не влиять на остальную часть молекулы. Чтобы добиться такого эффекта, специалистам приходится буквально вручную, методом проб и ошибок, перебирать подходящие реагенты. На что, конечно, тратятся драгоценные силы и время. Во второй половине XX века учёные разработали так называемые фотолабильные защитные группы (ФЛЗ).

Они выполняют ту же роль, что и обычные ЗГ, только их снятие требует не использования реагентов, а облучения ультрафиолетом, или видимым светом. В органическом синтезе это позволяет получать чистые вещества и удалять ФЗГ в присутствии других защитных групп. Это значительно упрощает работу химиков-синтетиков.

Например, в настоящее время способность ФЗГ отрываться от молекулы под действием света исследователи научились использовать в производстве ДНК-чипов (ДНК-чипы сегодня незаменимы при исследовании клеточных культур и нейросетей). Кроме того, ФЗГ дают возможность контролировать реакцию в каждой точке среды в любой необходимый момент времени. Это открывает широкие перспективы по использованию ФЗГ в различных прикладных аспектах, например для создания резкого скачка концентрации биологически активных веществ в нужном месте.

Рис. 1. Обратимая модификация белковой молекулы с помощью фотоклик-метода.

Коллектив учёных из нескольких западных университетов: Масарикова университета, Фрайбургского университета, Страсбургского университета, Канзасского университета, Базельского университета, а также Университета Джорджии разработал и синтезировал оригинальные ФЗГ, с помощью которых предполагается развивать новые подходы к разработке лекарственных препаратов.

«Методика заключается в том, что молекулу, обладающую каким-либо необходимым свойством, инактивируют, присоединяя к ней ФЗГ, – рассказывает один из авторов исследования, в прошлом выпускник и аспирант химфака СПбГУ, а ныне профессор химического факультета Университета Джорджии Владимир Попик. – Это нужно, чтобы молекула не начала реагировать раньше времени, теряя свою функциональную активность. После того как защищённая молекула попадёт в нужное место, её облучают светом определённой длины волны. Свет разрушает химическую связь между молекулой и ФЗГ – происходит процесс снятия ФЗГ и восстановления активности молекулы».

Результаты исследований авторов развивают интереснейшее научное направление – фотоклик-химию. Учёные из лаборатории Владимира Попика пытаются понять, насколько применимы методы фотоклик-химии для разработки фотоактивируемых аналогов противораковых антибиотиков.

Также с помощью этих методов учёные устанавливают, из каких клеток эмбриона развилась та или иная ткань взрослого организма.

В целом же развитие фотоклик-химии открывает множество новых полезнейших методик, которые позволят учёным контролировать многие химические и биологические процессы с помощью световой энергии.

Источник информации:

P. Klán, T. Šolomek, Ch.G. Bochet, A. Blanc, R. Givens, M. Rubina, V. Popik, A. Kostikov and J. Wirz,** Photoremovable Protecting Groups in Chemistry and Biology: Reaction Mechanisms and Efficacy**. – Chemical Reviews. – 2013. – 113 (1). – pp. 119–191.