Проекты

Новые синтетические производные кофермента SAM для изучения структуры и функций метилтрансфераз методами спектроскопии ЯМР

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Органическая химия» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Органическая химия
Авторы работы: ГБОУ Школа имени Маршала В.И. Чуйкова
Предметы: Биология, Химия
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Наука для жизни» 2020 года

Актуальность

Одним из современных подходов к изучению биомакромолекул методами спектроскопии ЯМР является использование парамагнитных спиновых меток — органических молекул, содержащих неспаренные электроны и способных связываться с другими молекулами. Введение спиновых меток в белок позволяет получить ценную структурную информацию о нём с помощью изучения 2D ЯМР-спектров этой молекулы до и после введения метки. Изучение структуры ферментов, в том числе методами ЯМР, может помочь в исследовании заболеваний, связанных с нарушениями в их работе.

Цели

Разработка и синтез аналогов ко-фактора SAM, содержащих хелатный фрагмент для комплексообразования с лантанидом, а также использование полученных соединений для структурных исследований метилтрансферазы WBSCR27 методами спектроскопии ЯМР.

Задачи

  1. Разработать и синтезировать производные SAM, применимые для ЯМР-исследования.
  2. Проверить связывание аналогов с белком и металлом.
  3. Подтвердить работоспособность метода.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

  • ЯМР-спектрометр Bruker UltraShield 600 MHz
  • pH-метр
  • UV/Vis спектрофотометр
  • Лабораторный лиофилизатор

Описание

Промежуточным результатом работы является успешный синтез серии SAM-подобных веществ, важнейшие из которых – аналоги SAM со свободным радикалом, октильным и цикленовым фрагментами. Использование алкильной модификации позволило установить, что связывание белка с предлагаемыми молекулами возможно; изучена возможность использования радикального аналога SAM в экспериментах по изучению белков, а также исследована молекула с цикленовым хелатором для металлов.

Октиловый аналог позволил установить, что связывание модифицированных молекул, сходных с SAM, возможно для интересующих нас метилтрансфераз. В нём метильная группа заменена на длинный алкильный фрагмент, но результаты ЯМР-экспериментов показали, что и в таком случае молекула способна связываться с белком.

Получены стабильные комплексы хелаторов с различными металлами, но при попытке присоединения к белку они разлагаются. Связывание с металлами подтверждено спектроскопией ЯМР.

Исследование соединений позволило получить разнообразные данные, важные для дальнейшего изучения взаимодействия схожих молекул с метилтрансферазами. В дальнейшем исследование планируется продолжить с использованием цикленового аналога SAM, модифицированного ацетатными группами. Полученные вещества могут быть полезны при изучении обширной группы метилтрансфераз, которые являются важной частью многих биохимических процессов.

 

 

Схема ретросинтетического анализа целевого соединения

Результаты работы/выводы

  1. Разработано и синтезировано 4 аза-аналога SAM.
  2. Проверено, что полученные аналоги связываются с белком WBSCR27.
  3. Синтезированы комплексы аза-аналогов SAM с различными металлами.
  4. Доказано, что полученные комплексы можно использовать для изучения структуры белков.

Перспективы использования результатов работы

Результаты работы перспективны в дальнейшем изучении структуры труднокристаллизующихся белков и лечении генетических заболеваний.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

Лаборатория магнитной томографии и спектроскопии факультета фундаментальной медицины МГУ имени М.В. Ломоносова

Награды/достижения

  • XXIX Всероссийская конференция одарённых школьников «Авангард» / «Высший пилотаж» – 1 место.
  • Всероссийский конкурс научных работ школьников «Юниор» – призёр.
  • Международный конкурс научно-технических работ школьников старших классов «Учёные будущего» – 3 место.

Мнение автора

«Проект «Академический класс в московской школе» позволил выделить время на полноценный проект, а также работать с первоклассными педагогами и настоящими учёными. Надеемся, что тесное сотрудничество научно-исследовательских институтов с вузами и в дальнейшем будет приводить к плодотворным результатам, позволит вырастить людей, любящих науку»