Тихоокеанский институт биоорганической химии ДВО РАН, Владивосток

Липополисахариды (ЛПС) — это сложные полимеры, состоящие из гидрофобного липида и гидрофильного углеводного фрагмента. Они обладают набором полезных биологических свойств, использованию которых мешают ярко выраженные токсические свойства. Существенное уменьшение токсичности ЛПС достигается при его взаимодействии с природным поликатионом хитозаном (ППХ), состоящим из повторяющихся мономерных звеньев. Однако молекулярные основы такого взаимодействия не изучены.

Для исследования энергетики взаимодействия ЛПС и ППХ был использован квантово-химический полуэмпирический метод АМ1, совмещенный с методом молекулярной динамики. Этот метод позволяет оптимизировать атомную конфигурацию молекул и находить их полную энергию.

Оказалось, что центры 2 и 3 являются слабо активными. При сближении молекул хитозана и липополисахарида до расстояний 1.4–1.6 ангстрем (между атомами N и P (или С) наблюдается их отталкивание с установлением равновесного расстояния около 4 ангстрем с энергией связи 0.12–0.36 эВ в зависимости от типа активного центра липополисахарида. Молекулы при этом остаются электрически нейтральными практически не связанными.

Приближение молекулы хитозана к активному центру 1 происходит связывание хитозана и ЛПС с расстоянием между атомами N и P 1.7 ангстрем и энергией связи около 0.5 эВ. Этот случай был изучен более детально. В частности, оказалось, что при такой конфигурации возможна реакция, при которой энергия системы понижается еще на 2 эВ. Схема реакции такая: от атома P липополисахарила отрывается одна из групп OH, которая затем подходит к молекуле хитозана и отрывает от одного из атомов С атом H, образуя молекулу воды. При этом между атомом фосфора ЛПС и атомом азота хитозана устанавливается новое равновесное расстояние 3-4 ангстрема в зависимости от расположения молекул воды и их количества.

Рис. Изображение атомной структуры фрагментов молекул ППХ и ЛПС.

Высота энергетического барьера между двумя равновесными конфигурациями, при которых хитозан и ЛПС связываются в позиции 1, определялась путем постепенного удаления группы ОН от атома Р ЛПС и приближения его ближайшему атому Н хитозана. Эта величина составила около 2 эВ. Именно она задает в эксперименте количество прореагировавшего вещества при данной температуре. Кинетика же реакции, в основном, зависит от разности энергий связи. К сожалению, до настоящего времени эти величины экспериментально не определены, и сравнить наши результаты не с чем.

Следует отметить, что в силу большой сложности изучаемых объектов может существовать множество других, не исследованных нами путей реакций и активных центров. Поэтому полученные в данной работе результаты следует рассматривать только как предварительные.