СРАВНИТЕЛЬНАЯ КИНЕТИКА ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ГЛУТАТИОНА, ЦИСТЕИНА И ГЛИЦИНА

Васина Янина Александровна

старший преподаватель кафедры химии ННГАСУ, г. Нижний Новгород

e-mail: vasina1@rambler.ru

Яблоков Вениамин Александрович

д-р хим. наук, зав. кафедрой химии, профессор ННГАСУ, г. Нижний Новгород

THE RELATIVE KINETIC OF THERMAL DECOMPOSITION OF GLUTATHIONE, CYSTEINE AND GLYCINE

Yanina Vasina

Senior teacher of chemistry departament of Nizhniy Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering

Veniamin Yablokov

Head of chemistry departament of Nizhniy Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering

АННОТАЦИЯ

Рассчитаны эффективные константы скорости реакции разложения кристаллического глутатиона в интервале температур 170—220^оС. Скорость брутто-процесса описывается кинетическим уравнением реакции первого порядка. Скорости термического разложения глутатиона и составляющих его аминокислот цистеина и глицина изменяются в ряду глицин < цистеин ≈ глутатион. Установлено, что в процессе термического разложения глутатиона образуется 2-пирролидон-5-карбоновая кислота.

ABSTRACT

Kinetic constants of rate reaction decomposition of solid glutathione in the temperature range of 170—220⁰C have been determined. The effective reaction order for glutathione is fist. Rates of thermal decomposition of glutathione and composiable his aminoacides glycine and cysteine are change in a row of glycine < cysteine ≈ glutathione. 2‑pirrolidon-5-carbon acid is obtained at the thermal decomposition of glutathione.

Ключевые слова: термическое разложение; глутатион; аминокислоты; глицин; цистеин; кинетические параметры.

Keywords: thermal decomposition; glutathione; aminoacides; cysteine; glycine; kinetic constants.

В качестве объекта исследования выбран глутатион (L-g-глута­мил-L-цистеинилглицин) — низкомолекулярный тиол, входящий во многие растительные, микробные и все животные клетки. Глутатион (GSH) защищает клетки от токсичных агентов, пероксидов, свободных радикалов, определяет редокс-статус внутриклеточной среды [3]. С фруктами и овощами в организм человека поступает более 50 % GSH, с мясными продуктами — менее 25 % [1]. Термическая обработка пищевых продуктов неизбежно приводит к разложению белков, аминокислот, пептидов, включая такой трипептид, как GSH.

Целью исследования является определение сравнительных кинетических параметров термического разложения GSH и входящих в его состав аминокислотных фрагментов цистеина (Cys) и глицина (Gly), изучение состава продуктов термораспада, а также установление вероятного механизма разложения GSH.

Рисунок 1. Кинетические кривые роста давления газообразных продуктов разложения глутатиона от времени: 1 — 171, 2 — 188, 3 — 201, 4 — 210 и 5 — 218^оС соответственно

На рисунке приведены кривые роста давления летучих продуктов реакции разложения GSH от времени реакции в интервале температур 170—220^оС. Фактически наблюдается брутто-процесс термического разложения GSH и промежуточных продуктов в реакторе постоянного объема, конструкция которого описана в работе [4]. При расчете констант скорости (k) использовали уравнение реакции первого порядка для среднего участка кривой вне индукционного периода разложения GSH. Температурная зависимость констант скорости реакции подчиняется уравнению Аррениуса.

Для сравнения реакционной способности сопоставлены константы скорости термического разложения GSH, Cys [4] и Gly [5] при температуре 220^оС (табл. 1).

Таблица 1.

Сравнение кинетических и активационных параметров разложения глутатиона, цистеина и глицина

Примечание: *значения констант при 220⁰С рассчитаны из энергетических параметров.

Реакционная способность соединений изменяется в последова­тельности: Gly < Cys ≈ GSH. Близкие значения констант скорости для GSH и Cys могут свидетельствовать об однотипном механизме начальной стадии термического разложения этих соединений. Хромато-масс-спектрометрический анализ продуктов термического разложения GSH показал присутствие в конденсированной фазе 2-пирролидон-5-карбоновой кислоты.

Термическое разложение GSH начинается с разрыва С—N и N—H связей в глутаматном участке GSH. Образуется 2-пирролидон-5-карбо­новая кислота и цистеинилглицин. Далее цистеинилглицин распадается с образованием летучих продуктов:

Известно, что GSH при кипячении в воде образует 2-пирролидон-5-карбоновую кислоту и цистеинилглицин [2], что согласуется с результатами термического разложения GSH, полученными в данной работе. Тот факт, что мы обнаружили 2-пирролидон-5-карбоновую кислоту, но не обнаружили цистеинилглицина, объясняется терми­ческой неустойчивостью последнего соединения. Об этом говорят найденные в газовой фазе летучие соединения: сероводород, оксид углерода (IV), оксид углерода (II), азот и сероуглерод.

Аналогичные продукты найдены при распаде цистеина [4].

Таким образом, нами установлено, что глутатион распадается в интервале температур 170—220°С с кажущейся энергией активации Е_А=131 кДж/моль. Его разложение происходит с более высокой скоростью, чем разложение глицина и примерно с такой же скоростью как разложение цистеина. Найденные нами в продуктах реакции 2-пир­ролидон-5-карбоновая кислота указывает, что на начальной стадии GSH термически распадается с образованием этой кислоты и цисте­инилглицина.

Экспериментальная часть

Для исследований использовали кристаллический глутатион марки ч. Скорость термического разложения изучали в статических условиях. Схема лабораторной установки, техника проведения эксперимента описаны в работе [4]. Предварительно подготовленную пробу газообразных продуктов, объемом 1 мл, вводили с помощью шприца в инжектор хроматомасс-спектрометра Trace GC Ultra/DSQII. Использовалась капиллярная колонка TR 5 MS длиной 30 м и диаметром 0,25 мм. Температура инжектора 200—250°С. Регистрировались масс-спектрограммы положительных ионов в диапазоне массовых чисел 12—200 (для определения легких газов) и 30—350 (для остальных газообразных продуктов). Идентификация компонентов смеси осуществлялась с использованием электронной библиотеки масс-спектров NIST 2005. Для анализа конденсированной фазы проводилось растворение образца продуктов в подходящем растворителе, и последующий анализ полученного раствора проводили по вышеописанной методике.

Список литературы:

1. Мазо В.К. // Журнал гастроэнтерологии, гепатологии. 1998. № 1. С. 47.

2. Торгинский Ю.М. Сера в белках. М.: Наука, 1977. С. 302.

3. Тюкавкина Н.А., Бауков Ю.А. Биоорганическая химия. М.: Дрофа, 2010. С. 542.

4. Яблоков В.А., Васина Я.А., Зеляев И.А., Митрофанова С.В. // Ж. общ. хим. 2009. Т. 79. Вып. 6. С. 969.

5. Яблоков В.А., Смельцова И.Л., Зеляев И.А., Митрофанова С.В. // Ж. общ. хим. 2009. Т. 79. Вып. 8. С. 1344.