ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΙΩΑΝΝΑΣ Ν. ΖΩΗ MSC ΧΗΜΙΚΟΥ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΙΩΑΝΝΑΣ Ν. ΖΩΗ MSC ΧΗΜΙΚΟΥ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΔΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΜΙΑΣ ΣΕΙΡΑΣ ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΤΟΥ Cu(II) - ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΗΣ ΤΟΥΣ ΔΡΑΣΗΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2013

2 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ ΙΩΑΝΝΑ ΖΩΗ, MSC ΧΗΜΙΚΟΣ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΒΙΟΔΡΑΣΤΙΚΟΤΗΤΑΣ ΜΙΑΣ ΣΕΙΡΑΣ ΑΝΤΙΚΑΡΚΙΝΙΚΩΝ ΣΥΜΠΛΟΚΩΝ ΤΟΥ Cu(II) - ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΣΥΝΔΥΑΣΤΙΚΗΣ ΤΟΥΣ ΔΡΑΣΗΣ ΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Κβαντικής και Υπολογιστικής Χημείας του Τομέα Γενικής και Ανόργανης Χημείας του Τμήματος Χημείας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης Ημερομηνία προφορικής εξέτασης: 27/6/2013 ΕΠΤΑΜΕΛΗΣ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΗ ΕΠΙΤΡΟΠΗ Καθηγητής ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΚΑΤΣΟΥΛΟΣ - Επιβλέπων Καθηγητής Καθηγητής ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ ΜΠΑΚΑΛΜΠΑΣΗΣ - Μέλος συμβουλευτικής επιτροπής Καθηγητής ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ ΚΕΣΙΣΟΓΛΟΥ- Μέλος συμβουλευτικής επιτροπής Καθηγητής ΠΑΡΑΣΚΕΥΑΣ ΑΣΛΑΝΙΔΗΣ - Α.Π.Θ Αν.Καθηγητής ΚΩΝΣΤΑΝΤΙΝΟΣ ΣΙΚΑΛΙΔΗΣ- Α.Π.Θ Αν.Καθηγητής ΑΘΑΝΑΣΙΟΣ ΠΑΠΑΔΟΠΟΥΛΟΣ - Α.Τ.Ε.Ι.Θ Επ.Καθηγητής ΓΕΩΡΓΙΟΣ ΨΩΜΑΣ - Α.Π.Θ

3 «Κι αν είσαι στο σκαλί το πρώτο, πρέπει νάσαι υπερήφανος κ ευτυχισμένος. Εδώ που έφθασες, λίγο δεν είναι τόσο που έκαμες, μεγάλη δόξα. Κι αυτό ακόμη το σκαλί το πρώτο πολύ από τον κοινό τον κόσμο απέχει. Εις το σκαλί για να πατήσεις τούτο πρέπει με το δικαίωμά σου νάσαι πολίτης εις των ιδεών την πόλι.» Κ.Π.Καβάφης

4 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΠΡΟΛΟΓΟΣ... 6 ΕΙΣΑΓΩΓΙΚΟ ΜΕΡΟΣ... 7 Ι. Βιοδραστικότητα ενώσεων του Χαλκού... 8 ΙΙ. Κυτταροστατική και Βιολογική Δράση Συμπλόκων Cu(SalNEt 2 )Y ΙΙΙ. Αλληλεπίδραση Μετάλλων με Πρωτεΐνες Δομικές και Ηλεκτρονικές Ιδιότητες Θεωρητικά Στοιχεία Θεωρία Συναρτησιακής Πυκνότητας Δεσμικές Ιδιότητες Φάσματα Δόνησης - Απορρόφησης Υπολογιστικό Μέρος Βελτιστοποίηση Γεωμετρίας - Δομικά Χαρακτηριστικά Δεσμικές Ιδιότητες Φάσματα Δόνησης - Απορρόφησης Μοριακή Αναγνώριση Θεωρητικά Δεδομένα Αλγόριθμοι Προσάραξης Συναρτήσεις Αποτίμησης Αλληλεπιδράσεις Συμπλόκου - Πρωτεΐνης Προσάραξη σε Πρωτεΐνες - Αλληλεπιδράσεις Προσάραξη Συμπλόκων στη DNA τοποϊσομεράση I Προσάραξη Συμπλόκων στη DNA τοποϊσομεράση II Προσάραξη φυσικών αναστολέων Μοριακή Μοντελοποίηση Θεωρητικά Δεδομένα Τεχνικές Μοριακής Μοντελοποίησης στο Σχεδιασμό Φαρμάκων Υπολογιστικές Μεθοδολογίες Υπολογιστικά Δεδομένα Δεσμικές Ιδιότητες Νουκλεοβάσεων - Αμινοξέων Μοντελοποίηση Αλληλεπιδράσεων Δομικά Χαρακτηριστικά - Φράγματα Περιστροφής Δεσμικές ιδιότητες adduct Μοριακή Μοντελοποίηση - Σχηματισμός οκταέδρων

5 4. Βιολογική δράση των συμπλόκων Cu(II) σε συνδυασμό με γνωστές χημειοθεραπευτικές ουσίες Θεωρητικά Δεδομένα Ανταγωνισμός - Συνέργεια Χημειοθεραπευτικές ουσίες Υπολογιστικά Δεδομένα Μοριακή Προσάραξη Μοριακή Προσάραξη γνωστών αντικαρκινικών φαρμάκων Συνδυαστική δράση Μοριακή προσάραξη συμπλόκου φυσικού αναστολέα Ειδικές Εφαρμογές της Μοριακής Προσάραξης σε Συστήματα Μεταφοράς Αντικαρκινικών Φαρμάκων και στη Βελτίωση της Μεθόδου Προσδιορισμού Κυτταροτοξικότητας Θεωρητικό Μέρος Συστήματα τοπικής μεταφοράς και αποδέσμευσης φαρμάκων Φορείς Φαρμακευτικών Ουσιών Υδροξυαπατίτης Φωτζεσίτης Μοντμοριλλονίτης Φαρμακευτικές Ουσίες Υδροχλωρική γεμσιταβίνη Οξαλιπλατίνη Υπολογιστικό Μέρος Βελτιστοποίηση γεωμετρίας Ηλ. δυναμικό φαρμάκων Μοριακές αλληλεπιδράσεις φαρμάκων - ορυκτών Θεωρητικό Μέρος Υπολογιστικό Μέρος ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΠΕΡΙΛΗΨΗ

6 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η παρούσα διατριβή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Εφαρμοσμένης Κβαντικής Χημείας του Τομέα Γενικής και Ανόργανης Χημείας του Τμήματος Χημείας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, υπό την επίβλεψη του καθηγητή κ. Γεωργίου Κατσούλου. Σκοπός της εργασίας ήταν η μελέτη του μηχανισμού κυτταροστατικής δράσης συμπλόκων Cu(SalNEt 2 )Υ με υποκαταστάτες οξέα, με τεχνικές μοριακής προσάραξης και μοριακής μοντελοποίησης καθώς και η μελέτη της συνδυαστικής δράσης τους με γνωστά αντικαρκινικά φάρμακα. Τελικός στόχος της μελέτης αυτής ήταν ο σχεδιασμός νέων κυτταροστατικών φαρμάκων με βελτιωμένη δράση και μειωμένες παρενέργειες. Ειδικότερα, προκειμένου να διερευνηθεί ο μηχανισμός της βιολογικής δράσης των συγκεκριμένων συμπλόκων εκτελέστηκαν DFT κβαντοχημικοί υπολογισμοί οι οποίοι είχαν σαν στόχο τη διευκρίνιση της μοριακής και ηλεκτρονικής τους δομής καθώς και τη μελέτη των δεσμικών τους ιδιοτήτων προκειμένου να προσδιορισθούν οι θέσεις της ηλεκτρονιόφιλης ή πυρηνόφιλης προσβολής τους. Επίσης με την τεχνική της μοριακής προσάραξης εντοπίστηκαν οι πιθανές αλληλεπιδράσεις των παραγώγων με τις νουκλεοβάσεις και τα αμινοξέα καρκινικών πρωτεϊνών. Στη συνέχεια, επιχειρήθηκε η μοντελοποίηση των αλληλεπιδράσεων με απώτερο στόχο το σχεδιασμό νέων βελτιωμένων κυτταροστατικών φαρμάκων. Διερευνήθηκε επίσης η βιολογική δράση των συμπλόκων Cu(II) σε συνδυασμό με γνωστές χημειοθεραπευτικές ουσίες και τέλος, παρουσιάζονται εφαρμογές της τεχνικής της μοριακής προσάραξης που σχετίζονται με την πρόληψη και θεραπεία του καρκίνου. Ένα μέρος των αποτελεσμάτων αυτής της διατριβής γνωστοποιήθηκε στην ελληνική και διεθνή επιστημονική κοινότητα, τόσο με τη δημοσίευσή τους ως άρθρα σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά, όσο και με την ανακοίνωσή τους σε πανελλήνια και διεθνή συνέδρια. Στο σημείο αυτό θα ήθελα να ευχαριστήσω τα μέλη του Εργαστηρίου Εφαρμοσμένης Κβαντικής Χημείας και ιδιαίτερα τον επιβλέποντα καθηγητή μου για τη συνεχή καθοδήγηση, την υποστήριξη, ενθάρρυνση και τη θερμή συμπαράστασή του. Επίσης, τα μέλη της τριμελούς επιτροπής, Καθηγητές Ε. Μπακάλμπαση και Δ. Κεσίσογλου για τις υποδείξεις και διορθώσεις τους αλλά και τα υπόλοιπα μέλη της επταμελούς επιτροπής. Ιδιαίτερα οφείλω να ευχαριστήσω τον αν.καθηγητή του Τμήματος Χημικών Μηχανικών Α.Π.Θ, Κ.Σικαλίδη και την διδάκτορα Μ.Μπέτσιου για την άψογη συνεργασία. Τέλος, ευχαριστώ τους γονείς, την αδερφή και το σύζυγό μου για την συμπαράσταση και την κατανόηση που έδειξαν καθόλη τη διάρκεια της εκπόνησης της διατριβής. Ιωάννα Ζώη Θεσσαλονίκη

7 ΔΙΑΓΩΓΙΚΟ ΜΔΡΟ 7

8 Ι. Βηνδξαζηηθόηεηα Δλώζεωλ ηνπ Χαιθνύ 1 Οζ εειεθζχδεζξ αζμθμβζηέξ ηαζ αζμπδιζηέξ δζενβαζίεξ πμο πενζθαιαάκμοκ κμοηθεσηά μλέα, απαζημφκ πνςηεΐκεξ μζ μπμίεξ ζοπκά πενζέπμοκ ιεηαθθζηά ζυκηα. 2 Η θεζημονβία ηςκ ιεηαθθζηχκ ζυκηςκ ζηζξ πνςηεΐκεξ αοηέξ είκαζ ηαηαθοηζηή ή/ηαζ δμιζηή. Σ υθεξ ηζξ πενζπηχζεζξ θαίκεηαζ υηζ ιζα ιεηαθθμ-ακηαπμηνζκυιεκδ εκενβμπμίδζδ ή απεκενβμπμίδζδ πενζθαιαάκεζ ηδκ πνςηανπζηή αθθδθεπίδναζδ ημο ιεηαθθζημφ ζυκημξ ηαζ ηδξ νοειζζηζηήξ πνςηεΐκδξ δ μπμία ιε ηδ ζεζνά ηδξ αθθδθεπζδνά ιε ημ κμοηθεσηυ μλφ (DNA). Γζ αοηυ ημ θυβμ έπεζ ιεθεηδεεί ιεβάθμξ ανζειυξ ζοιπθυηςκ ιεηαθθζηχκ ζυκηςκ ιε αιζκμλέα, δζπεπηίδζα, ηνζπεπηίδζα ηαζ μθζβμπεπηίδζα ηαεχξ ηαζ ιε κμοηθεμαάζεζξ, κμοηθεμηίδζα ηαζ μθζβμκμοηθεμηίδζα. Ανηεηέξ ιεθέηεξ έπμοκ βίκεζ ηαζ ιε ηνζιενή ζφιπθμηα ιεηάθθςκ ιε αιζκμλέα ή πνςηεΐκεξ ηαζ κμοηθεσηά μλέα, δεδμιέκμο υηζ άνπζζε κ ακαβκςνίγεηαζ μ αζμθμβζηυξ νυθμξ πμο παίγμοκ μζ ηνζιενείξ αθθδθεπζδνάζεζξ πμο πενζθαιαάκμοκ ιεηαθθζηά ζυκηα, κμοηθεσηά μλέα (ή κμοηθεμαάζεζξ) ηαζ πνςηεΐκεξ (ή πεπηίδζα ηαζ αιζκμλέα). 3 Έηζζ οπάνπεζ ιζα πμζηζθία ιμκηέθςκ ηα μπμία ιπμνμφκ κα πνμηφρμοκ απυ ηδκ ηνζιενή αθθδθεπίδναζδ ιεηαθθζηχκ ζυκηςκ, πνςηεσκχκ ηαζ κμοηθεσηχκ μλέςκ, ακάθμβα ιε ηδ πνήζδ αιζκμλέςκ, πεπηζδίςκ ή πνςηεσκχκ, είηε κμοηθεμαάζεςκ, μθζβμκμοηθεμηζδίςκ ηαζ κμοηθεσηχκ μλέςκ. Ο ζηυπμξ αοηχκ ηςκ ιμκηέθςκ είκαζ δ ζφκεεζδ πδιεζμεεναπεοηζηχκ μοζζχκ μζ μπμίεξ εα ακαζηέθθμοκ ημ δζπθαζζαζιυ ημο DNA ή ηδ ιεηαβναθή ημο. Γεκζηά δ ηαηακυδζδ ηδξ ανπχκ ηδξ αθθδθεπίδναζδξ ηςκ ιεηάθθςκ µε κμοηθεσηά μλέα, μζ ηνυπμζ ζοκανιμβήξ ηςκ ιεηάθθςκ µε κμοηθεμαάζεζξ ηαζ μθζβμκμοηθεμηίδζα ηαζ δ επίδναζή ημοξ ζδζαίηενα ζηδ ζφγεολδ ηςκ αάζεςκ, έπεζ λεπςνζζηή ζδιαζία ζηδ αζμθμβία, ηδ ιμνζαηή αζμθμβία ηαζ ηδκ ζαηνζηή. Δίκαζ βκςζηυ υηζ ηα κμοηθεσηά μλέα είκαζ αζμπμθοιενή ηα μπμία απμηεθμφκηαζ απυ έκα ζηεθεηυ θςζθμνζηχκ µε νζαυγδ (RNA) ή 2 -δεμλονζαυγδ (DNA), ζημκ μπμίμ πνμζηίεεκηαζ εηενμηοηθζηέξ αάζεζξ πμονίκδξ ή πονζιζδίκδξ µέζς ηδξ 1 -εέζδξ ημο ζαηπάνμο. Οζ ζοκδεέζηενεξ αάζεζξ είκαζ δ βμοακίκδ (G), δ αδεκίκδ (A), δ ηοημζίκδ (C) ηαζ δ εοιίκδ (T) (μοναηίθδ, U, ζημ RNA). Τμ DNA έπεζ ηδ δζάηαλδ µζαξ δζπθήξ έθζηαξ µε ζπεηζηά ζηαεενμφξ δεζιμφξ οδνμβυκμο µεηαλφ ηςκ ζοιπθδνςιαηζηχκ αάζεςκ βμοακίκδξ-ηοημζίκδξ ηαζ αδεκίκδξεοιίκδξ, εκχ ημ RNA ζπδιαηίγεζ ιάθθμκ ζφκεεηεξ δμιέξ είηε ιε έκα ιμκυ ηθχκμ, είηε ιε δφμ, είηε µε ηιήιαηα ζε ιμνθή ανυβπμο. Η ζφκδεζδ ηςκ µεηαθθζηχκ ζυκηςκ ιε πνςηεΐκεξ ιπμνεί κα βίκεζ ζε πμζηίθεξ εέζεζξ μζ μπμίεξ πενζθαµαάκμοκ ηδκ ηεθζηή αιζκμµάδα ή ηαναμλοθμιάδα, ηα δμηζηά άημια ζηδκ πθεονζηή αθοζίδα ηςκ αιζκμλέςκ, ηαεχξ ηαζ ηα άημια Ν ημο πεπηζδζημφ δεζιμφ. Δπίζδξ είκαζ πζεακέξ ιδμιμζμπμθζηέξ αθθδθεπζδνάζεζξ µεηαλφ μιάδςκ ηςκ ανςιαηζηχκ αιζκμλέςκ ηςκ πθεονζηχκ αθοζίδςκ ηαζ ηςκ ligand πμο ζοκανιυγμκηαζ ζημ ιεηαθθζηυ ζυκ. 4 Γεδμιέκμο υηζ δ ζφκδεζδ ηςκ µεηαθθζηχκ ζυκηςκ µε δμηζηά άημια ηςκ αιζκμλέςκ ηςκ πθεονζηχκ αθοζίδςκ εοεφκεηαζ βζα ηδκ πθεζμκυηδηα ηςκ ιεηαθθμπνςηεσκχκ, μ ζοκδοαζιυξ ηςκ ζοκδέζεςκ ημο µεηαθθζημφ ζυκημξ µε ηδκ ηεθζηή ΝΗ 2 μιάδα, ημ πεπηζδζηυ Ν ηαζ ηα αµζκμλέα ηςκ πθεονζηχκ αθοζίδςκ έπεζ ηάπμζα 1 Γενμιζπαθυξ Γ. Σπεδζαζιυξ ηαζ δζενεφκδζδ ημο ιδπακζζιμφ αζμθμβζηήξ δνάζδξ κέςκ ηοηηανμζηαηζηχκ ζοζηδιάηςκ. Διδακηορική διαηριβή, ΑΠΘ, Θεζζαθμκίηδ, Basile LA, Barton JK. Met. Ions Biol. Syst., 1989, 25, Sabat M. Ternary metal ion-nucleic acid base-protein complexes. Met. Ions Biol. Syst., 1996, 32, Lusty JR. Handbook of Nucleobase Complexes, CRC Press, Vol. I,

9 αζμθμβζηή ζδιαζία, υπςξ βζα πανάδεζβια ηαηά ηδ ιεηαθμνά ημο Cu II απυ ηδκ αθαμοιίκδ ημο μνμφ. Οζ ιεηαθθζηέξ εκχζεζξ ζοκδέμκηαζ µε ηα κμοηθεσηά μλέα µε δζάθμνμοξ ηνυπμοξ. Ωζηυζμ δφμ είκαζ μζ ηφνζεξ ηαηδβμνίεξ ηςκ ηνυπςκ ζοκανιμβήξ ηςκ µεηάθθςκ ζηα κμοηθεσηά μλέα: ιδμιμζμπμθζηή ηαζ μιμζμπμθζηή. Η ιδ-μιμζμπμθζηή ζφκδεζδ ιπμνεί κα βίκεζ µε δθεηηνμζηαηζηέξ αθθδθεπζδνάζεζξ, 5 µε αθθδθεπζδνάζεζξ ηφπμο π-π ιεηαλφ ανςιαηζηχκ ligand ηςκ µεηάθθςκ ηαζ κμοηθεμαάζεςκ, π.π. µε παρεμβολή (intercalation) ηαζ επζθεηηζηή ζφκδεζδ ζηζξ αφθαηεξ ημο DNA 6,7 ηαζ µε ζπδιαηζζιυ δεζιχκ οδνμβυκμο. Η μιμζμπμθζηή ζοκανιμβή ημο µεηάθθμο ζε µζα κμοηθεμαάζδ ή ζε έκα κμοηθεμηίδζμ, εκζςιαηςµέκμ ζ έκα μθζβμκμοηθεμηίδζμ, ιπμνεί κα θάαεζ πχνα ζηα μλοβυκα ηςκ θςζθμνζηχκ μιάδςκ, ζημ ζάηπανμ, ή ζημκ εηενμηοηθζηυ δαηηφθζμ πμονζκχκ ηαζ πονζιζδζκχκ. Βέααζα, ακάθμβα µε ημ είδμξ ημο µεηαθθζημφ ζυκημξ ιπμνεί κα επζηναηεί µία ή πενζζζυηενεξ απυ ηζξ παναπάκς αθθδθεπζδνάζεζξ. 8 Απυ ηζξ πζεακέξ εέζεζξ ηδξ μιμζμπμθζηήξ ζοκανιμβήξ ηςκ µεηάθθςκ µε κμοηθεμαάζεζξ δ ζφκδεζδ µε ηα μλοβυκα ηςκ ζαηπάνςκ είκαζ δ θζβυηενμ πζεακή ηαζ πενζμνίγεηαζ ζηα µεηαθθζηά ζυκηα Os ηαζ Cd. 9 Δπίζδξ είκαζ δοκαηή δ ζοκανιμβή είηε µέζς ηςκ μλοβυκςκ ηςκ θςζθμνζηχκ μιάδςκ (ζηα κμοηθεμηίδζα), είηε µέζς ηςκ δμηζηχκ αηυιςκ ηςκ εηενμηοηθζηχκ αάζεςκ, ακάθμβα ιε ημ παναηηήνα ημο ιεηαθθζημφ ζυκημξ ζακ ζηθδνυ ή ιαθαηυ μλφ. Μέζς ηςκ θςζθμνζηχκ μιάδςκ βίκεηαζ ζοκήεςξ δ ζφκδεζδ µε ηζξ κμοηθεμαάζεζξ βζα ηα ζηθδνά µεηαθθζηά ζυκηα. 10 Οζ ηνυπμζ ζφκδεζδξ δζαθένμοκ βζα ηα ιαθαηά ιέηαθθα ηαευζμκ πνμηζιμφκ ζοκήεςξ ηζξ εηενμηοηθζηέξ αάζεζξ. Έηζζ ιε ηα ιαθαηά μλέα, υπςξ Pd II, Pt II, Hg II, Au III ηαζ Ag I, πνμηζιάηαζ δ ζφκδεζδ µε ημ εηενμηοηθζηυ ηιήια ηςκ κμοηθεμαάζεςκ ηαζ ζπεδυκ µε ηάεε άημιμ ημο δαηηοθίμο. 11 Γεκ είκαζ ίζςξ οπεναμθή κα εζπςεεί υηζ δεκ οπάνπεζ ζπεδυκ ηαιζά εέζδ ζε µζα κμοηθεμαάζδ, δ μπμία κα ιδκ είκαζ ζηακή βζα ζφκδεζδ µ έκα ιέηαθθμ. Γζα πανάδεζβια, ζηδκ Ν1 οπμηαηεζηδιέκδ μοναηίθδ μζ εέζεζξ ζφκδεζδξ πμο έπμοκ ελαηνζαςεεί µέζς αηηίκςκ Φ είκαζ μζ Ο2, Ο4, Ν3 ηαζ C4. 12 Γζα ηδκ πονζιζδζκζηή κμοηθεμαάζδ ηοημζίκδ (οπμηαηάζηαζδ ζηδ εέζδ Ν1) έπεζ απμδεζπεεί υηζ μπμζαδήπμηε απυ ηζξ παναηάης πενζπηχζεζξ ζφκδεζδξ είκαζ εθζηηή: Ν3, Ο2, Ν4, C5, N3-O2, N3-N4, C5-C6, N4-N4, N3-O2-N4 ηαζ N3-N4-C5. 13 Πμθφ ζοπκά ιάθζζηα ειθακίγεηαζ ζοκδοαζιυξ ζοκδέζεςκ ζε θςζθμνζηέξ μιάδεξ ηαζ κμοηθεμαάζεζξ ζοβπνυκςξ. Δπίζδξ, ακάθμβα µε ημ είδμξ ηςκ ligand ηα μπμία θένεζ ημ ιέηαθθμ, 14 μζ εέζεζξ ζφκδεζδξ ιπμνεί κα επδνεαζημφκ ζδιακηζηά θυβς ζηενεμπδιζηχκ θαζκμιέκςκ ή θυβς εοκμσηχκ αθθδθεπζδνάζεςκ µεηαλφ ligand ηαζ κμοηθεμαάζδξ. Πνέπεζ επίζδξ κα ζδιεζςεεί υηζ 5 Lusty JR, Wearden R, Moreno V. Handbook of Nucleobase Complexes, CRC Press, Vol. II, Marzilli LG. New J. Chem., 1990, 14, Pyle AM, Barton JK. Prog. Inorg. Chem., 1990, 38, Black CB, Cowan JA. J. Am. Chem. Soc., 1994, 116, Gellert R, Bau R. Met. Ions Biol. Syst., 1979, 8, Martin RB, Mariam YH. Met. Ions Biol. Syst., 1979, 8, Lusty IR, Wearden P, Moreno V. Handbook of Nucleobase Complexes. Vol. II, CRC Press, Lippert B. Prog. Inorg. Chem., 1989, 37, Zamora F, Amo-Ochoa P, Lippert B. Pyrimidine nucleobases as versatile and multidentate ligands for heavy metal ions. Significance of metal binding to the C(5) sites of uracil and cytosine. NATO ASI Series 2/26, , Aoki K. J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1979,

10 υηακ εοκμείηαζ μ ζπδιαηζζιυξ πδθζημφ δαηηοθίμο, υπςξ ζοιααίκεζ µε ηα μλοβυκα ζηα δζ- ηαζ ηνζθςζθμνζηά κμοηθεμζίδζα, ιπμνεί κα μδδβήζεζ αηυµδ ηαζ ζε αθθαβέξ ζηζξ πνμηζιήζεζξ ζφκδεζδξ. Έηζζ μ ιαθαηυξ Pt ζημ ζφιπθμημ cis-(nh 3 ) 2 Pt 2+ πνμηζιά κα ζπδιαηίγεζ πδθζημφξ δαηηοθίμοξ µε ηζξ θςζθμνζηέξ μιάδεξ ζηα CTP ηαζ CDP, 15 πανά κα ζοκδέεηαζ ζηδ εέζδ Ν3 ημο εηενμηοηθζημφ δαηηοθίμο, υπςξ ζοκήεςξ ζοιααίκεζ ζημ CMP ζε ιμκηέθα αάζεςκ ηοημζίκδξ ή ζηδκ ηοημζίκδ ημο DNA. Στήμα 1: Πιθανές θέζεις ζσναρμογής μεηαλλικών ιόνηων ζηη νοσκλεοβάζη γοσανίνη. Τέθμξ πεπηίδζα ηα μπμία ακηζδνμφκ µε έκα ζφιπθμημ ιεηάθθμο µε κμοηθεμαάζδ ηαζ ζηα μπμία πανέπεηαζ δ δοκαηυηδηα κα ζοκανιμζημφκ απυ ιία ιυκμ εέζδ, υπςξ βζα πανάδεζβια ζηα cis- ή trans-[a 2 Pt(nb)(H 2 O)] n+, ζοιπενζθένμκηαζ ζακ ιμκμδμηζηά αιζκμλέα. Έηζζ ζημ ζφζηδια cis-a 2 Pt(nb)(peptide) µε κμοηθεμαάζδ (nb = 9-MeGH-N7) ηαζ πεπηίδζα ηα μπμία πενζέπμοκ απμηθεζζηζηά αθεζθαηζηά οπμθείιιαηα αιζκμλέςκ (π.π. glygly, glyala, glynval, glynle), ηαηά ηδ ζοκανιμβή µε ημ ιέηαθθμ µέζς ηδξ ηεθζηήξ αιζκμιάδαξ NH 2 ηδξ βθοηίκδξ, έπμοκ παναηδνδεεί εκδμιμνζαηέξ οδνμθμαζηέξ αθθδθεπζδνάζεζξ ιεηαλφ ηςκ ligand, μζ μπμίεξ αολάκμοκ µε ηδκ αφλδζδ ημο ιήημοξ ηδξ αθεζθαηζηήξ πθεονζηήξ αθοζίδαξ ημο δεφηενμο αιζκμλέμξ ζημ πεπηίδζμ. Σηδκ πενίπηςζδ πμο δ ηεθζηή αιζκζηή μιάδα είκαζ ζηενεμπδιζηά πανειπμδζζιέκδ, αθθά οπάνπεζ ανςιαηζηυξ ζιζδαγμθζηυξ δαηηφθζμξ ζηδκ πθεονζηή αθοζίδα ημο δζπεπηζδίμο, υπςξ βζα πανάδεζβια ζηδ glyhis ηαζ ημ ηνζιενέξ ζφιπθμημ cis-[a 2 Pt(nb)(H 2 O)] + (nb = 1-MeU-N3), δ ακηίδναζδ θαιαάκεζ πχνα απυ ηζξ εέζεζξ Ν1 ηαζ Ν3 μδδβχκηαξ ζημ ζπδιαηζζιυ ζζμιενχκ ζφκδεζδξ. 16 ύκπινθα ηνπ Χαιθνύ κε Βηνκόξηα Ιδζαίηενδ ζδιαζία ιεηαλφ ηςκ δζαθυνςκ αζμθμβζηχκ ζοζηδιάηςκ πμο απμηεθμφκ ζηυπμ ηςκ ιεηαθθζηχκ ζυκηςκ έπμοκ αζμθμβζηά µυνζα ιε πμζηίθεξ εέζεζξ ζοκανιμβήξ, υπςξ αιζκμλέα, πνςηεΐκεξ ηαζ κμοηθεσηά μλέα ή οπμζηνχιαηα υπςξ δ ζζηαιίκδ, δ επζκεθνίκδ, δ 5-15 Slavin LL, Bose RN. J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1990, Aletras V, Hadjiliadis N, Lymberopoulou K, Rombeck I, Lippert B. Ternary complexes of cis- and trans-pt(nh3)2cl2 with 9-methylguanine, the dipeptides glycylglycine, glycine-l-alanine, glycine-l-2- aminobutyric acid, glycyl-l-norvaline, glycyl-l-norleucine and of trans-pt(nh3)2cl2 with Na-L-acetylhistidine. Inorg. Chim. Acta, 1994, 227,

11 οδνμλοηνοπηαιίκδ η.ά. Πμθθέξ θμνέξ δ ζηαεενμπμίδζδ ηςκ ζοιπθυηςκ επζηοβπάκεηαζ ιέζς αιμζααίαξ αθθδθεπίδναζδξ ηςκ ligand (µε ζπδιαηζζιυ δεζιχκ ιεηαλφ ημοξ) πμο είκαζ ζοκανιμζιέκα ζημ ίδζμ ηεκηνζηυ ιεηαθθζηυ ζυκ. Μενζηέξ θμνέξ είκαζ δοκαηή ηαζ δ ακάπηολδ δεζιχκ οδνμβυκμο ( ΝΗ Ο=) ιεηαλφ ηςκ ligand. Κάεε πνςηεΐκδ ηαζ πμθοπεπηζδζηή αθοζίδα έπεζ ημοθάπζζημκ ηυζεξ εέζεζξ ζοκανιμβήξ µε ιέηαθθα υζμζ ηαζ μζ πεπηζδζημί δεζιμί. Πζεακά ligand απμηεθμφκ επίζδξ ηαζ ηα ηαναμλοηεθζηά ηαζ αιζκμηεθζηά άηνα ηςκ αθοζίδςκ. Σε μοδέηενμ ph ηαζ μζ δφμ αηναίεξ μιάδεξ είκαζ θμνηζζιέκεξ (-COO - ηαζ -NH + 3 ) ηαζ αθθδθεπζδνμφκ δθεηηνμζηαηζηά ιε μπμζαδήπμηε ιεηαθθζηή έκςζδ θένεζ θμνηία. Καζ μζ δφμ αοηέξ μιάδεξ ιπμνμφκ κα ζοκδεεμφκ µε ημ παθηυ. Οζ ηαναμλοθμιάδεξ δεκ έπμοκ πμθφ ζζπονυ πονδκυθζθμ παναηηήνα, είκαζ υµςξ ηαθέξ απμπςνμφζεξ μιάδεξ. Ακηίεεηα μζ αιζκμιάδεξ έπμοκ ιεβάθδ ζοββέκεζα ζφκδεζδξ µε ημ παθηυ, αθθά δεκ είκαζ ηαθέξ απμπςνμφζεξ μιάδεξ. Τα αιζδζηά άημια Ν ηαζ ηα ηαναμκοθζηά άημια Ο ηςκ πεπηζδζηχκ δεζιχκ έπμοκ βεκζηά ιζηνυηενδ ηάζδ ζφκδεζδξ µε ημ παθηυ. Λαιαάκμκηαξ υµςξ οπυρδ ημ ιέβεεμξ ιζαξ πμθοπεπηζδζηήξ αθοζίδαξ, βίκεηαζ ακηζθδπηυ υηζ ηα οπμθείιιαηα ηςκ πεπηζδζηχκ δεζιχκ ανίζημκηαζ ζε πμθφ ιεβαθφηενεξ ζοβηεκηνχζεζξ απ υ,ηζ μζ μιάδεξ ηςκ πθεονζηχκ αθοζίδςκ. Δπμιέκςξ μνζζιέκεξ απ αοηέξ ηζξ αιζδζηέξ μιάδεξ ζε μπμζαδήπμηε πνςηεΐκδ ή πμθοπεπηίδζμ είκαζ εηηεεεζιέκδ βζα ζφκδεζδ µε ημ παθηυ, ακελάνηδηα απυ ηδκ ηνζημηαβή δμιή ημο ιμνίμο. Πνέπεζ θμζπυκ κα ελεηάγεηαζ ζακ πζεακυηδηα δ ζφκδεζδ ημο ιεηάθθμο µε ηα πεπηζδζηά άημια Ν ηαζ Ο, ζδζαίηενα εάκ αοηά είκαζ απμπνςημκζςιέκα. Σδιακηζηυ νυθμ αέααζα ζηδ ζοκανιμβή µε ημ παθηυ παίγμοκ ηαζ μζ μιάδεξ ηςκ πθεονζηχκ αθοζίδςκ ηςκ πμθοπεπηζδίςκ. Αοηέξ είκαζ: ανβζκίκδ (Arg) ηαζ θοζίκδ (Lys) (αιζκζηή μιάδα), ζζηζδίκδ (His) (ζιζδαγμθζηυ άημιμ Ν), ηοζηεΐκδ (Cys) ηαζ ιεεεζμκίκδ (Met) (άημιμ S), ηνοπημθάκδ (Trp) (ηοηθζηυ άημιμ Ν), αζπανηζηυ (Asp) ηαζ βθμοηαιζηυ μλφ (Glu) (ηαναμλοθζηή μιάδα), αζπαναβίκδ (Asn) ηαζ βθμοηαιίκδ (Gln) (αιζδζηά άημια Ν), ηονμζίκδ (Tyr) (θαζκμθζηυ Ο) ηαζ ζενίκδ (Ser) ηαζ ενεμκίκδ (Thr) (αθημμθζηυ Ο). Αιζκμλέα ηα μπμία δεκ έπμοκ δμηζηά άημια ζηδκ πθεονζηή ημοξ μιάδα, υπςξ είκαζ δ βθοηίκδ ηαζ δ αθακίκδ, ζοκανιυγμκηαζ ζημ Cu µέζς ηδξ ηαναμλοηεθζηήξ ηαζ αιζκμηεθζηήξ ημοξ αιζκμιάδαξ. Σε μοδέηενμ πενζαάθθμκ ζπδιαηίγμκηαζ ζοκήεςξ πεκηαιεθείξ πδθζημί δαηηφθζμζ, εκχ ηάης απυ υλζκεξ ή αθηαθζηέξ ζοκεήηεξ ηα αιζκμλέα δνμοκ ιμκμδμηζηά. Υπυ υλζκεξ ζοκεήηεξ ημ πνςηυκζμ (ηδξ ηαναμλοθμιάδαξ) ζοκαβςκίγεηαζ µε επζηοπία ημ ιέηαθθμ βζα ζφκδεζδ µε ηδκ ηαναμλοθζηή μιάδα, εκχ ζε αθηαθζηυ πενζαάθθμκ ηαζ ζε ζοκεήηεξ ορδθήξ ζοβηέκηνςζδξ ημο αιζκμλέμξ βίκεηαζ έηδδθδ δ έθλδ ηδξ αιζκζηήξ μιάδαξ ζημ ιέηαθθμ. Απυ ηα πνχηα ζφιπθμηα αοηήξ ηδξ ηαηδβμνίαξ ήηακ ηα αιζκζηά ζφµπθμηα παθημφ ηαζ ζδζαίηενα ηα ζοζηήιαηα αιιςκίαξ-βθοηίκδξ-παθημφ, ηα μπμία επέηνερακ ηαζ ηδκ επζαεααίςζδ ημο ηεηναπθά ζοκανιμζιέκμο παθημφ ζε ιεζηηά ζφµπθμηα. Αιζκμλέα ηα μπμία έπμοκ δμηζηά άημια ζηζξ πθεονζηέξ ημοξ αθοζίδεξ ζοκανιυγμκηαζ µε ημ παθηυ ιέζς αοηχκ ηςκ μιάδςκ ή/ηαζ ιέζς ηςκ ηεθζηχκ ημοξ μιάδςκ. Η ιεεεζμκίκδ, βζα πανάδεζβια, ιπμνεί κα ζοκδεεεί µε ημ παθηυ µέζς ημο αηυιμο S ηαζ ζοβπνυκςξ µε ηζξ πθεονζηέξ ηδξ μιάδεξ, ζπδιαηίγμκηαξ πδθζημφξ δαηηοθίμοξ. Πνυηεζηαζ βζα ιεζηηά ζφιπθμηα ημο παθημφ ζηα μπμία ηα πμθοδναζηζηά ligand ιπμνεί κα είκαζ μοδέηενα ιυνζα, θμνηζζιέκα ιυνζα, δζδναζηζηά αιζκμλέα ηαζ αιζκμλέα µε δναζηζηή πθεονζηή αθοζίδα. Πανάδεζβια μ ζπδιαηζζιυξ ιεζηηχκ ζοιπθυηςκ ημο Cu 2+ ιε αµζκμλέα ηαζ 2,2 -δζπονζδίκδ, υπςξ ημ ιεζηηυ ζφιπθμημ Cu(II)-2,2 -δζπονζδοθμ-βθοηίκδ. 17 Γζα ημ ζφιπθμημ αοηυ παναηδνήεδηε αολδιέκδ ζηαεενυηδηα 17 Griesser R, Sigel H. Inorg. Chem., 1970, 9,

12 µε ηδ ζοιιεημπή ηδξ βθοηίκδξ (δ μπμία θεζημονβεί ζοβπνυκςξ ςξ δυηδξ μλοβυκμο ηαζ αγχημο) ηαζ ηδξ 2,2 -δζπονζδίκδξ ζ έκα ιεζηηυ πδθζηυ ζφζηδια. Πανυιμζα ζηαεενυηδηα παναηδνήεδηε ζε ακάθμβα ζφιπθμηα µε α-αθακίκδ, αζμζζηίκδ ηαζ ε-ν-αηεηοθμ-l-θοζίκδ. Δκχ δ αφλδζδ ημο ιεβέεμοξ ηδξ πθεονζηήξ αθοζίδαξ δεκ έπεζ ηαιζά επίδναζδ ζηδ ζηαεενυηδηα ηςκ ζοιπθυηςκ, 18 δ αθθαβή ημο ιεβέεμοξ ημο ζπδιαηζγυιεκμο πδθζημφ δαηηοθίμο (α- ηαζ α-αθακίκδ) επδνεάγεζ ηδ ζηαεενυηδηα ηςκ ιεζηηχκ ζοιπθυηςκ. 19 Έηζζ δ ζηαεενυηδηα ημο ζοιπθυημο 2,2 -δζπονζδοθμ- Cu 2+ -α-αθακίκδ είκαζ ιζηνυηενδ ηςκ ακηίζημζπςκ ζοιπθυηςκ µε βθοηίκδ, αζμηοηίκδ ηαζ ε-ναηεηοθμ-l-θοζίκδ. Αοηυ ζδιαίκεζ υηζ δ ζηαεενυηδηα εθαηηχκεηαζ µε ηδκ ακηζηαηάζηαζδ εκυξ 5- ιεθμφξ απυ έκακ 6-ιεθή δαηηφθζμ ημο ίδζμο ηφπμο. 20 Μεζηηά ηνζµενή ζφιπθμηα ημο παθημφ µε αιζκμλέα ηαζ πεπηίδζα παναηδνήεδηακ απυ πμθφ κςνίξ. 21 Έκα πανάδεζβια απμηεθεί δ ηαοηυπνμκδ ζοκανιμβή ζημ παθηυ ηδξ βθοηίκδξ ηαζ ηδξ βθοηοθμβθοηίκδξ, ιε απμηέθεζια ημ ζπδιαηζζιυ δζαθυνςκ ζοιπθυηςκ ηα μπμία ιπμνεί κα πενζθαµαάκμοκ εηηυξ ηςκ απθχκ ζοιπθυηςκ ιεηάθθμο-αιζκμλέμξ ή ιεηάθθμο-πεπηζδίμο ηαζ απμπνςημκζςιέκα ligand ή/ηαζ έκα ζμκζζιέκμ ιυνζμ κενμφ. Γζπεπηίδζα πμο είηε δεκ έπμοκ πθεονζηή αθοζίδα, είηε έπμοκ αθθά δεκ οπάνπμοκ ζ αοηή δμηζηά άημια, ιπμνμφκ κα ζοκδεεμφκ εφημθα ιε ημ Cu µέζς ηςκ πεπηζδζηχκ δεζιχκ ηαζ ηςκ ηεθζηχκ ηαναμλοθζηχκ ηαζ αιζκζηχκ μιάδςκ ημοξ. Ο νυθμξ ηςκ µεηάθθςκ ζηα ζφµπθμηα αοηά είκαζ ζδιακηζηυξ ζηζξ ακηζδνάζεζξ δζάζπαζδξ ηςκ ηθχκςκ ημο DNA, υπςξ ζοιααίκεζ ηαζ ζηα κμοηθεμθοηζηά έκγοια πμο απακηχκηαζ ζηα αζμθμβζηά ζοζηήιαηα. Σηα θοζζηά έκγοια μ νυθμξ ηςκ ιεηάθθςκ θαίκεηαζ πςξ ανίζηεηαζ ζηδκ οπμαμήεδζδ ηδξ οδνυθοζδξ ηςκ θςζθμνζηχκ δεζιχκ, είηε ελαζθαθίγμκηαξ μλφηδηα ηαηά Lewis, είηε πανέπμκηαξ έκα πονδκυθζθμ ζηδ ζθαίνα ζοκανιμβήξ. Ακηίεεηα ζηα ελεηαγυιεκα ζφιπθμηα δ δζάζπαζδ ημο θςζθμδζεζηενζημφ δεζιμφ δε βίκεηαζ ηαη ανπή οδνμθοηζηά, αθθά ζοιααίκεζ µζα πνςηανπζηή μλεζδςηζηή αθάαδ ημο ζαηπάνμο, δ μπμία μδδβεί ζε εναφζδ ημο ζηεθεημφ ηςκ θςζθμνζηχκ ζαηπάνςκ. Τμ ιεηαθθζηυ ζφιπθμημ απμηεθεί ηδκ πδβή ηςκ μλεζδμακαβςβζηχκ μιάδςκ πμο εα επζθένμοκ ηδκ μλεζδςηζηή αθάαδ, είηε έιιεζα µέζς ηδξ απεθεοεένςζδξ δνχκηςκ οδνμλοθζηχκ νζγχκ ή ζημζπεζχδμοξ μλοβυκμο, είηε άιεζα µέζς ακηζδνάζεςκ αθαίνεζδξ οδνμβυκμο ή απεοεείαξ ζφκδεζδξ, εκενβμπμίδζδξ ηςκ μλμµεηαθθζηχκ εκχζεςκ. Τα µεηαθθζηά αοηά ζφµπθμηα μκμιάγμκηαζ μεηαλλονοσκλεάζες, ζε ακηζζημζπία µε ηα πναβιαηζηά κμοηθεμθοηζηά εκγοιζηά ζοζηήιαηα. Ακ ηαζ μ νυθμξ ηςκ ιεηάθθςκ ζηδκ ακαβκχνζζδ ηςκ κμοηθεσηχκ μλέςκ δεκ είκαζ ζαθήξ, οπάνπμοκ εκδείλεζξ βζα ημ δμιζηυ νυθμ ηςκ ιεηαθθζηχκ ζυκηςκ. Οζ ιεηαθθμκμοηθεάζεξ, θοζζηέξ ηαζ ζοκεεηζηέξ, ιπμνμφκ κα απμηεθέζμοκ ζζπονά ενβαθεία βζα ηδ αζμηεπκμθμβία ηαζ βεκζηυηενα ηδκ ακαημιία ηαζ ιεθέηδ ηδξ αζμπδιείαξ ηςκ κμοηθεσηχκ μλέςκ. Έκα ηέημζμ πανάδεζβια ιεηαθθζημφ ζοιπθυημο πμο ηαηαθφεζ ηδ ζπάζδ ημο ζηεθεημφ ημο DNA, αθθά ιυκμ έιιεζα, ιέζς ημο ηαηαθοηζημφ ζπδιαηζζιμφ εκχζεςκ μζ μπμίεξ έπμοκ ζακ ζημπυ ηδκ μλεζδςηζηή δζάζπαζδ ημο DNA είκαζ ημ ζφιπθμημ δζξ(θαζκακενμθίκδ)cu + ημ μπμίμ δίκεηαζ ζημ Στήμα Griesser R, Prijs B, Sigel H. Biochemistry, 1970, 9, Sigel H, Huber PR, Pasternack RF. Inorg. Chem., 1971, 10, Irving H, Williams RJP, Ferrett DJ, Williams AE. J. Chem. Soc., 1954, Martin RP. Bull. Soc. Chim. Fr., 1967,

13 Στήμα 2: Η δομή ενός νοσκλεολσηικού ζσμπλόκοσ. Οζ μνβακζηέξ αάζεζξ ηςκ κμοηθεμηζδίςκ απμηεθμφκ ηζξ ηαθφηενεξ μιάδεξ ιε δμηζηά άημια βζα ζοκανιμβή µε ημ ζυκ ημο παθημφ. Οζ πμονζκζηέξ αάζεζξ αδεκίκδ ηαζ βμοακίκδ, αθθά ηαζ δ ηοημζίκδ, πενζέπμοκ ζημ ιυνζυ ημοξ εηενμηοηθζηά άημια Ν ηα μπμία ιπμνμφκ κα δνάζμοκ ςξ ligand βζα ημ παθηυ. Αοηέξ μζ πνμζμιμζάγμοζεξ ζηδκ πονζδίκδ μιάδεξ ακαιέκεηαζ κα έπμοκ ορδθή πονδκυθζθδ δνάζδ ηαζ κα είκαζ επίζδξ ηαθέξ απμπςνμφζεξ μιάδεξ. Ακ ηαζ δ εοιίκδ ηαζ μοναηίθδ ζηζξ ηεημ-ιμνθέξ ημοξ δεκ έπμοκ πανυιμζα µε ηδκ πονζδίκδ άημια αγχημο ζε μοδέηενμ ph, αοηά ιπμνμφκ κα οπάνλμοκ ζηδκ εκμθζηή ιμνθή ηςκ κμοηθεμηζδίςκ. Δηηυξ απυ ηα άημια Ν ηςκ δαηηοθίςκ ηςκ κμοηθεμαάζεςκ, ζηζξ πμονίκεξ ηαζ ζηδκ ηοημζίκδ οπάνπμοκ ελςηοηθζηέξ αιζκμιάδεξ μζ μπμίεξ (υπςξ ηαζ ζηδκ ακζθίκδ) ιπμνμφκ κα δνάζμοκ ζακ δυηεξ δθεηηνμκίςκ. Πνέπεζ υµςξ κα ζδιεζςεεί υηζ μζ ελςηοηθζηέξ αιζκζηέξ μιάδεξ μζ μπμίεξ είκαζ ζοκδειέκεξ ζε δαηηφθζμ πμο πενζέπεζ άημια Ν, ζδζαίηενα υηακ είκαζ εκςιέκεξ ιε άημιμ C, έπμοκ ιζηνή πονδκυθζθδ ζζπφ ηζ επμιέκςξ ιζηνυηενδ πζεακυηδηα πνμζαμθήξ ημο παθημφ ζε ζφβηνζζδ µε ηδκ αιζκμιάδα ηδξ ακζθίκδξ. Όθεξ μζ κμοηθεμαάζεζξ, ιε ελαίνεζδ ηδκ αδεκίκδ, θένμοκ επίζδξ ελςηοηθζηά άημια μλοβυκμο ηα μπμία ζηδκ ηεημ-ιμνθή ημοξ εα ιπμνμφζακ κ απμηεθέζμοκ ηαθμφξ δυηεξ βζα ημ παθηυ. Ακ ηαζ δ ζοββέκεζα ιε ημ ιέηαθθμ ιεζχκεηαζ ζδιακηζηά ζηδκ εκμθζηή ιμνθή ηςκ Ο, ηα απμπνςημκζςιέκα άημια Ο εα ιπμνμφζακ επίζδξ κα είκαζ ηαθά ligand. Αλίγεζ θμζπυκ κα ιεθεηδεεί δ δοκαηυηδηα ηςκ εηενμηοηθζηχκ αηυιςκ Ν ηαζ ηςκ ελςηοηθζηχκ μιάδςκ κα ζοκανιυγμκηαζ πδθζηά µε ημ Cu. Δπίζδξ θζβυηενμ ζοκδεζζιέκεξ αάζεζξ ζηζξ μπμίεξ ακηζηαείζηαηαζ έκα άημιμ Ο απυ έκα άημιμ S, υπςξ δ 4-εεζμμοναηίθδ ηαζ δ 6-εεζμβμοακίκδ, ακαιέκμκηαζ κα είκαζ ηαθά ligand βζα ημ παθηυ. ύκπινθα ηνπ Χαιθνύ κε Βηνινγηθό Δλδηαθέξνλ Οζ πδιζηέξ μκηυηδηεξ μζ μπμίεξ βεκζηά ζοιιεηέπμοκ ςξ ligand ζε ζφµπθμηα ημο παθημφ, ακήημοκ ζηδκ ηαηδβμνία ηςκ αιζκμλέςκ ηαζ ηςκ ιζηνχκ πεπηζδίςκ ημο αίιαημξ. Πνάβιαηζ βζα ανηεηυ πνυκμ ηονζανπμφζε δ άπμρδ υηζ αοηυ είκαζ ημ ηθάζια ημ μπμίμ ζοιιεηέπεζ αιεζυηενα ζηδ δζαδζηαζία ηαηακμιήξ ημο παθημφ ζηα ηφηηανα, ηαεχξ εεςνείηαζ υηζ ζε ιεβάθμ ααειυ ανίζηεηαζ ζε ζζμννμπία µε ημ ιδ-ζενμοθμπθαζιζηυ ακηαθθάλζιμ παθηυ ημο πθάζιαημξ. Οζ Neumann et al. 22 έδεζλακ υηζ ηα αιζκμλέα ημο πθάζιαημξ ηαζ ζδζαίηενα δ ζζηζδίκδ, ιπμνμφζακ κα 22 Neumann PZ, Sass-Kortsak A. The state of copper in human serum: Evidence for an amino acidbound fraction. J. Clin. Invest., 1967, 46,

14 απεθεοεενχζμοκ παθηυ ηαζ κ απμηαηαζηήζμοκ ηδκ ζζμννμπία ημο παθημφ µε ηζξ ακηαθθάλζιεξ πνςηεΐκεξ ηδξ δελαιεκήξ πνςηεσκχκ ημο ακενχπζκμο μνμφ. Σδιακηζηυξ είκαζ επίζδξ μ νυθμξ ηςκ ζοιπθυηςκ παθημφ ιζηνμφ ιμνζαημφ αάνμοξ ζημκ έθεβπμ ηδξ νεοιαημεζδμφξ ανενίηζδαξ. Γζα πμθθά πνυκζα μζ εκδείλεζξ μζ μπμίεξ μδδβμφζακ ζε ζαθή ζοζπέηζζδ ημο ιεηααμθζζιμφ ημο παθημφ ηαζ ηδξ νεοιαημεζδμφξ ανενίηζδαξ, ήηακ πενζζηαζζαηέξ. Οζ αολδιέκεξ ζοβηεκηνχζεζξ ηδξ ζοκμθζηήξ πμζυηδηαξ ημο παθημφ ζημ πθάζια είκαζ παναηηδνζζηζηέξ ηδξ αζεέκεζαξ, 23 αθθά δ ανπζηή αζηία, ιζα αφλδζδ ηςκ επζπέδςκ ηδξ ζενμοθμπθαζιίκδξ, 24 παναηδνείηαζ ζε πμθθέξ θθεβιμκχδεζξ ηαηαζηάζεζξ ηαζ ιπμνεί κα είκαζ δεοηενμβεκήξ ςξ πνμξ αοηή ηδκ παεμθμβζηή ηαηάζηαζδ. 25 Η βεκζηή πεπμίεδζδ, θυβς ηδξ ζπακζυηδηαξ ηδξ δζαηνμθζηήξ έθθεζρδξ ζε παθηυ, είκαζ υηζ δ ημπζηά εκημπζζιέκδ έθθεζρδ ζζμννμπίαξ ημο παθημφ είκαζ αοηή πμο παίγεζ ημ ζδιακηζηυηενμ νυθμ ζηζξ ηαηαζηάζεζξ ηδξ νεοιαημεζδμφξ ανενίηζδαξ. Ιδζαίηενμ εκδζαθένμκ έπεζ ημ βεβμκυξ υηζ πμθθά ζφιπθμηα ημο παθημφ ειθακίγμοκ ακηζζηή, ακηζααηηδνζαηή, ακηζπνςημγςζηή, ακηζιοηδηζαηή ηαζ ακηζιοημπθαζιαηζηή δνάζδ. 26 Υπάνπμοκ ζημζπεία πμο επζαεααζχκμοκ ημ βεβμκυξ υηζ δ ιοημπθαζιαηζηή ιυθοκζδ ιπμνεί κα παίγεζ ηάπμζμ νυθμ ζηδκ αζηζμθμβία ηδξ νεοιαημεζδμφξ αζεέκεζαξ. Ανηεηά ζφιπθμηα ημο παθημφ έπμοκ ειθακίζεζ απμηεθεζιαηζηή ακηζιοημπθαζιαηζηή δνάζδ, µεηαλφ ηςκ μπμίςκ εκχζεζξ ιε ligand 1,10-θαζκακενμθίκδ, 2,9-δζιεεοθμ-1,10-θαζκακενμθίκδ ή 1,3-δζοπμηαηεζηδιέκεξ ζζμηζκμθίκεξ. 27 Δλαζηίαξ αοηήξ ηδξ δνάζδξ ηςκ ζοιπθυηςκ ημο παθημφ απαζηείηαζ ηαηακυδζδ ηδξ απμηεθεζιαηζηυηδηαξ ηδξ εεναπείαξ ηδξ ανενίηζδαξ ηαζ δ πνμζέββζζδ ημο ιδπακζζιμφ ηδξ θοζζμθμβζηήξ ακηαπυηνζζδξ δ μπμία ζοζπεηίγεηαζ µε αολδιέκα επίπεδα παθημφ ζημ αίια. Κπηηαξνζηαηηθέο Δλώζεηο ηνπ Χαιθνύ Μία απ ηζξ πνχηεξ ακυνβακεξ εκχζεζξ ημο παθημφ μζ μπμίεξ ειθάκζζακ ακηζηανηζκζηέξ ζδζυηδηεξ ήηακ μ εεζζηυξ παθηυξ μ μπμίμξ επέθενε ζδιακηζηή ακαζημθή ζηδκ ακάπηολδ ημο υβημο S180 ηαζ ζε μνζζιέκμοξ άθθμοξ ηανηζκζημφξ υβημοξ. 28 Δκακηίμκ αζηζηχκ Ehrlich αθθά ηαζ υβηςκ S180 πνδζζιμπμζήεδηακ δζάθμνεξ μλίιεξ, µε ιζηνή υµςξ απμηεθεζιαηζηυηδηα ςξ πνμξ ημ πνυκμ επζαίςζδξ. 29 Ακ ηαζ δ πμνήβδζδ δζιεεοθμβθομλίιδξ (DMG) δεκ ειθάκζζε δνάζδ έκακηζ δζαθυνςκ υβηςκ, ζε ζοκδοαζιυ µε ζυκηα παθημφ ζπδιάηζζε ηδ πδθζηή έκςζδ Cu(DMG) 2 δ μπμία αφλδζε ημ πνυκμ γςήξ ζηα πεζναιαηυγςα ηαηά %. Ο ζπεδζαζιυξ βζα ηδκ εθανιμβή ηδξ έκςζδξ αοηήξ έβζκε επεζδή ακαιεκυηακ υηζ μ παθηυξ εα ηαθφρεζ ηδκ οδνμθζθζηή μιάδα ηδξ μλίιδξ ηαζ εα αολήζεζ ηδ δζαπεναηυηδηα ηδξ ηοηηανζηήξ ιειανάκδξ. Δθυζμκ εα ανζζηυηακ ζημ εζςηενζηυ ηςκ ηοηηάνςκ, εα ήηακ πζμ εφημθμ κα εηδδθςεεί δ ακηζηανηζκζηή 23 Sorenson JRJ. Inorg. Persp. Biol. Med., 1978, 2, Lorber A, Cutler LS and Chang CC. Arthritis Rheum., 1968, 11, Lewis RA, Hultquist DE, Baker BL, Falls HF, Gershowitz H, Penner JA. J. Lab. Clin. Med., 1976, 88, Antic BM, Van der Goot H, Nauta WT, Balt S, Debolster MWG, Stouthamer AH, Verheul H, Vis RD. Eur. J. Med. Chem., 1978, 12, Antic BM, Van der Goot H, Nauta WT, Pijper PJ, Balt S, Debolster MWG, Stouthamer AH, Verheul H, Vis RD. Eur. J. Med. Chem., 1978, 13, Savitskii IV. Gig. Tr., 1970, Takamiya K. Nature (London), 1960, 185,

15 δνάζδ ηςκ εθεφεενςκ μλζιχκ. Ο Sharples παναηήνδζε υηζ δ αφλδζδ ημο παθημφ ζηδ δίαζηα ανμοναίςκ ζημοξ μπμίμοξ είπε πμνδβδεεί 4-δζιεεοθαιζκμ-αγςαεκγυθζμ αφλδζε ημ πνυκμ ειθάκζζδξ δπαηζημφ υβημο. 30 Ο ακυνβακμξ παθηυξ ανέεδηε επίζδξ υηζ ήηακ απμηεθεζιαηζηυξ ζηδκ πνυθδρδ ημο επαβυιεκμο απυ ηδκ εεζμκίκδ ηανηίκμο ημο ήπαημξ ζηα ηνςηηζηά, 31 ηαεχξ ηαζ άθθςκ εζδχκ ηανηίκμο γχςκ. 32 Άθθα ζφµπθμηα ημο παθημφ ιε πανυιμζα ακηζηανηζκζηή δνάζδ ζε ηνςηηζηά είκαζ ηα Cu(II)(3,4,7,8-ηεηναιεεοθμ-1,10-θαζκακενμθίκδ) 2 2+, 33 Cu(II)(2-ηεημ-3-αζεμλο-αμοηονμαθδετδμδζξεεζμζειζηανααγυκδ), 34 Cu(II)(πονμοααθδετδμ-δζξεεζμζειζηανααγυκδ), 35 ηαεχξ ηαζ ζφµπθμηα ηδξ 2-θμνιοθμπονζδίκδξ, ηδξ 1-θμνιοθμ-ζζμηζκμθζκμ-εεζμζειζηανααγυκδξ 36 ηαζ ηδξ ιπθεμιοηίκδξ. 37 Σηζξ ενβαζίεξ αοηέξ ιδπακζζηζηέξ ιεθέηεξ ακαθένμοκ ζακ πζμ πζεακυ ιδπακζζιυ δνάζδξ ηδκ ακαζημθή ζηδ ζφκεεζδ ημο DNA. Ωζηυζμ μζ Oberley ηαζ Buettner 38 έπμοκ επζζδιάκεζ υηζ ζε υθεξ ηζξ ηανηζκζηέξ ηοηηανζηέξ ζεζνέξ έπεζ ιεζςεεί ζε αλζμζδιείςημ ααειυ δ εκγοιαηζηή δνάζδ ηδξ ζμοπενμλεζδζηήξ δζζιμοηάζδξ (SOD). Γεδμιέκδξ ηδξ παναηήνδζδξ υηζ εθαηηχκεηαζ δ εκγοιζηή δνάζδ ηδξ SOD ζηα ηανηζκζηά ηφηηανα ηαζ ηδξ βκχζδξ υηζ ανηεηά ζφιπθμηα ημο παθημφ έπμοκ δνάζδ πνμζμιμζάγμοζα ζηδ ζμοπενμλεζδζηή δζζιμοηάζδ, έβζκακ ανηεηέξ µεθέηεξ μζ μπμίεξ ζοζπέηζζακ ηζξ δφμ αοηέξ παναιέηνμοξ. Παναηδνήεδηε υηζ ζε ακηίεεζδ µε ηδ ζενμοθμπθαζιίκδ μ παθηυξ οπυ ηδ ιμνθή πδθζηχκ ζοιπθυηςκ ακαζηέθθεζ ηδκ ακάπηολδ ηςκ υβηςκ in vitro 39 ηαζ in vivo. 40 Υπάνπεζ δ ακηίθδρδ υηζ μ ζπδιαηζζιυξ εκενβχκ ιμνθχκ μλοβυκμο, ζοιπενζθαιαακμιέκςκ ημο ζμοπενμλεζδίμο ηαζ ηςκ εθεφεενςκ νζγχκ μλοβυκμο, ιπμνεί κα μδδβήζεζ ζε ιεηαθθάλεζξ ηαζ ηοηηανζηυ εάκαημ. 41 Κακμκζηά ηα ηφηηανα πνμζηαηεφμκηαζ απυ ηζξ επζαθααείξ επζδνάζεζξ ηςκ εθεφεενςκ αοηχκ νζγχκ απυ έκγοια υπςξ ηα Cu/ZnSOD ηαζ MnSOD αθθά ηαζ ηδκ ηαηαθάζδ. Όιςξ ηα ηανηζκζηά ηφηηανα ειθακίγμκηαζ κα έπμοκ παιδθυηενα απυ ηα ηακμκζηά επίπεδα δναζηζηυηδηαξ ηδξ ζμοπενμλεζδζηήξ δζζιμοηάζδξ. Τμ βεβμκυξ αοηυ μδδβεί ζε αφλδζδ ηςκ επζπέδςκ ημο ζμοπενμλεζδίμο ηαζ ηςκ νζγχκ πμο πνμηφπημοκ. Οζ Oberley et al. 38 παναηήνδζακ υηζ δ ελανηχιεκδ απυ ημ παθηυ ζμοπενμλεζδζηή δζζιμοηάζδ απυ ήπαν πμίνμο, ήηακ απμηεθεζιαηζηή ζηδκ εθάηηςζδ ηδξ ακάπηολδξ ηςκ ηοηηάνςκ ημο ζανηχιαημξ 180. Δπίζδξ ανήηακ υηζ ημ ζφιπθμημ ημο παθημφ µε αζπζνίκδ, Cu(II) 2 (αηεηοθμζαθζηοθζηυ) 4, ήηακ πζμ δναζηζηυ ζηδκ 30 Sharples GR. Fed. Proc., 1946, 5, Donath I, Putnoky G. Magy. Onkol., 1969, 13, Savitskii IV. Gig. Trans., 1970, Dwyer FP, Mayhew E, Roe EMF, Shulman A. Brit. J. Cancer, 1965, 19, Coats EA, Milstein SR, Holbein G, McDonald J, Reed R, Petering HG. J. Med. Chem., 1976, 19, Cappuccino JG, Banks S, Brown G, Searge M, Tarnowski GS. Cancer Res., 1967, 27, Sartorelli A, Creasey WA. Ann. Rev. Pharmacol., 1969, 9, Pietsch P in Antineoplastic and Immunosuppressive Agents, vol. 2 (Sartorelli AC and Johns DG, eds.), Springer, New York, 1975, pp Oberley LW, Buettner GR. Cancer Res., 1979, 39, Willingham WM, Sorenson JRJ. Physiologic role of copper complexes in antineoplasia. Trace Elem. Med., 1986, 3, Linder MC, Moor JR, Wright K. Ceruloplasmin assays in diagnosis and treatment of human lung, breast and gastrointestinal cancer. J. Natl. Cancer Inst., 1981, 67, Cerutti PA. Prooxidant states and tumor promotion. Science, 1985, 227,

16 εθάηηςζδ ηδξ ακάπηολδξ ηςκ υβηςκ ηαζ ζηδκ πανάηαζδ ηδξ γςήξ απ υ,ηζ δ πνμενπυιεκδ απυ πμίνμ SOD. Οζ παναηδνήζεζξ αοηέξ μδήβδζακ ζηδκ ακάπηολδ δφμ θαζκμιεκζηά ακηίεεηςκ εεναπεοηζηχκ ζηναηδβζηχκ. Η πνχηδ πνδζζιμπμζεί ορδθυηενα απυ ηα ηακμκζηά επίπεδα εθεφεενςκ νζγχκ, χζηε επζθεηηζηά κα εακαηςεμφκ ηα ηανηζκζηά ηφηηανα. Πζζηεφεηαζ υηζ μ ιδπακζζιυξ δνάζδξ εκυξ ανζειμφ ακηζηανηζκζηχκ θανιάηςκ, ιεηαλφ ηςκ μπμίςκ δ ιζημιοηίκδ C ηαζ δ αδνοαιζηίκδ, εοκμείηαζ απυ μιάδεξ υπςξ Ο 2 ηαζ ΗΟ. Έκα πανάδεζβια ηςκ πδιεζμεεναπεοηζηχκ αοηχκ μοζζχκ είκαζ ημ ακηζαζμηζηυ ιπθεμιοηίκδ, ημ μπμίμ εεςνείηαζ υηζ δνα πνμηαθχκηαξ ημκ ηοηηανζηυ εάκαημ µε ηδ ζοιιεημπή ημο ζηδ δζάζπαζδ ηςκ ηθχκςκ ημο DNA ζε ιζα ακηίδναζδ πμο απαζηεί Fe(II) ηαζ μλοβυκμ. Τα ιεηαθθζηά ζυκηα, ζοιπενζθαιαακμιέκμο ηαζ ημο Cu 2+, ακαζηέθθμοκ ηδκ παναβςβή οδνμλοθζηχκ νζγχκ, εκχ ακαβςβζηέξ μοζίεξ υπςξ μζ εεζυθεξ ηαζ ηα Ο 2 αμδεμφκ ημ ζπδιαηζζιυ ημοξ. Αθμφ θμζπυκ ηα ηανηζκζηά ηφηηανα έπμοκ παιδθυηενδ απ ηδκ ηακμκζηή δναζηζηυηδηα ηδξ SOD, εα έπμοκ αολδιέκα επίπεδα ημο Ο 2 ηαζ εα είκαζ έηζζ πζμ εοαίζεδηα ζηζξ ηοηηανμημλζηέξ δνάζεζξ ηδξ ιπθεμιοηίκδξ. Τα θοζζμθμβζηά ηφηηανα, µε ηακμκζηά επίπεδα δναζηζηυηδηαξ ημο εκγφιμο MnSOD, εα έπμοκ πζεακχξ αολδµέκδ πνμζηαζία έκακηζ ηςκ επζαθααχκ εθεφεενςκ νζγχκ. 42 Έπμοκ βίκεζ επίζδξ πνμζπάεεζεξ κα ηνμπμπμζδεεί δ ημλζηή δνάζδ ηςκ ακηζηανηζκζηχκ αοηχκ θανιάηςκ πάκς ζηα θοζζμθμβζηά ηφηηανα. Σε ιζα ηέημζα πνμζέββζζδ πνδζζιμπμζήεδηε έκα πδθζηυ ζφιπθμημ ημο παθημφ µε ligand ημ δζαζεοθμδζεεζμηανααιζδζηυ (DDC) ζε ζφκδεζδ µε ηδκ ιπθεμιοηίκδ. Η δνάζδ ημο DDC πνμηαθεί ζε δζπθάζζμ ααειυ εθάηηςζδ ηδξ ζοβηέκηνςζδξ ηςκ ζυκηςκ Cu 2+ ζημκ υβημ ηζ έηζζ αολάκεηαζ δ δναζηζηυηδηα ηδξ ιπθεμιοηίκδξ, ακαζηέθθμκηαξ ηδ δναζηζηυηδηα ηδξ SOD ζηα ηφηηανα ηαζ μδδβχκηαξ ζε ιζα αφλδζδ ηςκ επζπέδςκ ημο Ο 2. Έπεζ ανεεεί υηζ ηα ηφηηανα V79 ηα μπμία εηηέεδηακ ζηδκ πανμοζία ημο DDC, απμδείπεδηακ πζμ επζδεηηζηά ζηδκ ηοηηανμημλζηή δνάζδ ημο θανιάημο ηαζ δ ηοηηανζηή ημλζηυηδηα έβζκε δμζμ-ελανηχιεκδ. Έκαξ άθθμξ ιδπακζζιυξ αθάαδξ ημο DNA ιπμνεί κα πνμηφπηεζ απ ηδ δνάζδ ημο ίδζμο ημο πδθζημφ ζοιπθυημο ημο παθημφ. 43 Η εκαθθαηηζηή πνμζέββζζδ ζηδ εεναπεία µε θάνιαηα πενζθαµαάκεζ ηδκ αφλδζδ ηδξ δναζηζηυηδηαξ ηδξ SOD ζηα ηανηζκζηά ηφηηανα. Όπςξ πνμηάεδηε απυ ημκ Oberley, 44 δ MnSOD είκαζ έκα πνμζηαηεοηζηυ έκγοιμ ηαζ δ απχθεζα ηδξ δναζηζηυηδηάξ ημο ζηα ηανηζκζηά ηφηηανα μδδβεί ζε αθθαβέξ ααζζηχκ οπμηοηηανζηχκ δμιχκ πμο πνμηαθμφκηαζ απυ ηα αολδιέκα επίπεδα εθεφεενςκ νζγχκ πμο πνμηφπημοκ απυ ημ μλοβυκμ. Έηζζ δ αφλδζδ ηδξ δναζηζηυηδηαξ ηδξ SOD ζ αοηά ηα ηφηηανα εα ιπμνμφζε κα μδδβήζεζ ζε δζαημπή ηδξ ηοηηανζηήξ δζαίνεζδξ ηαζ ηδξ ακάπηολδξ ημο υβημο. Έπμοκ ακαθενεεί ανηεηά ζφµπθμηα ημο παθημφ µε δνάζδ ζμοπενμλεζδζηήξ δζζιμοηάζδξ ηαζ ορδθή θζπμδζαθοηυηδηα ηα μπμία πνμηαθμφκ ηαπεία ηαζ αλζμζδιείςηδ εθάηηςζδ ζηδκ 42 Lin PS, Kwock L, Ciborowski L, Butterfield C. Sensitization effects of diethyldithiocarbamate, Radiat. Res., 1978, 74, Marshall IE, Graham DR, Reich KA, Sigman DS. Cleavage of DNA by 1,10-phenanthroline-cuprous complex. Hydrogen peroxide requirement and primary and secondary structure specificity. Biochemistry, 1981, 20, Oberley LW, Leuthauser SWHC, Buettner GR, Sorenson JRJ, Oberley TD, Bize IB. The use of superoxide dismutase in treatment of cancer, in Pathology of Oxygen, (Autor AP, ed.), Academic Press, New York, 1982, pp

17 ακάπηολδ ημο υβημο, ζοκμδεουιεκδ απυ ακηίζημζπδ αφλδζδ ηδξ επζαίςζδξ ημο λεκζζηή. 45 Αθμφ δ θζπμδζαθοηυηδηα θαίκεηαζ κα αολάκεζ ηδ δναζηζηυηδηα εκυξ ζοιπθυημο, παναζηεοάζηδηε έκα αζεενμ-δζαθοηυ ζφιπθμημ, ημ Cu(II)(3,5-δζζζμπνμποθμζαθζηοθζηυ) 2, ημ μπμίμ απμδείπεδηε υηζ ήηακ έκα απυ ηα πζμ δναζηζηά ζφιπθμηα. Δηηυξ απυ ηδκ απμηεθεζιαηζηυηδηά ημο έκακηζ ηςκ ηοηηάνςκ ημο ζανηχιαημξ 180, ακέζηεζθε επίζδξ ηδκ ακάπηολδ ηςκ ηανηζκζηχκ ηοηηάνςκ Ehrlich ηαζ αφλδζε ζε ζδιακηζηυ ααειυ ημ πνυκμ επζαίςζδξ ηςκ λεκζζηχκ. 46 Τέθμξ ζφιπθμηα ημο Cu(II) µε 3,4,7,8-ηεηναιεεοθμ-1,10-θαζκακενμθίκδ (phen) αλζμθμβήεδηακ ςξ πνμξ ηδ δνάζδ ημοξ έκακηζ υβηςκ αζηίηδ Landschutz ηαζ δζαπζζηχεδηε υηζ ημ ζφιπθμημ [Cu(phen) 2 ]Cl 2 πνμηάθεζε ζδιακηζηή ακαζημθή ζηδκ ακάπηολδ ημο υβημο. 47 Ο ζπδιαηζζιυξ ζοιπθυηςκ ιε ζυκηα ιεηαααηζηχκ µεηάθθςκ έπεζ πνμηαεεί βζα ηδ αεθηίςζδ ηδξ αζμδναζηζηυηδηαξ μνζζιέκςκ εεζμζειζηανααγμκχκ. 48,49 Η αζμθμβζηή δναζηζηυηδηα έπεζ ζπέζδ ιε ηδκ ζηακυηδηα ηςκ εεζμζειζηανααγμκχκ κα ζπδιαηίγμοκ πμθοδναζηζηά πδθζηά ζφιπθμηα ιε ζυκηα αζμθμβζηχξ ακαβηαίςκ αανέςκ ιεηάθθςκ, ζπδιαηίγμκηαξ δεζιμφξ ιέζς εκυξ αηυιμο εείμο ηαζ δφμ αηυιςκ αγχημο, Ν-Ν-S, ή µέζς ηςκ αηυιςκ εείμο, αγχημο ηαζ μλοβυκμο, O-Ν-S. 50 Σημ πανεθευκ έπεζ ιεθεηδεεί θαζιαημζημπζηά ιζα ζεζνά αζμθμβζηχξ εκενβχκ adduct εηενμηοηθζηχκ αάζεςκ µε ζφιπθμηα ημο παθημφ(ιι) µε εεζμζειζηανααγυκεξ ζαθζηοθαθδεΰδδξ ηαζ 5-ανςιμζαθζηοθαθδεΰδδξ ηαεχξ ηαζ ζφιπθμηα µε αηεηοθαηεημκμ-sαθηοθμεεζμηανααγζηά. 51 Δπίζδξ έπμοκ βίκεζ θαζιαημζημπζηέξ ηαζ αζμθμβζηέξ ιεθέηεξ ζοιπθυηςκ ημο Cu(ΙΙ) µε 2-αεκγμτθμπονζδζκμ-N(4)-οπμηαηεζηδιέκεξ εεζμζειζηανααγυκεξ ηαζ 5-κζηνμζαθζηοθαθδετδμ-N(3)-οπμηαηεζηδιέκεξ εεζμζειζηανααγυκεξ. 52 Μαηνμηοηθζηά ligand αάζεςκ Schiff ιε εεζμζειζηανααγυκεξ θυβς ηςκ θανιαημθμβζηχκ ημοξ ζδζμηήηςκ έπμοκ πμθοάνζειεξ εθανιμβέξ, υπςξ δ πνήζδ ημοξ ζακ ακηζααηηδνζαηέξ ηαζ ακηζηανηζκζηέξ μοζίεξ. 53,54 Δπζπθέμκ ζπδιαηίγμοκ ιμκμ- ή πμθοπονδκζηά ζφιπθμηα, ιενζηά απυ ηα μπμία είκαζ αζμθμβζηχξ εκενβά. 55 Δπίζδξ ιζα μιάδα ζοιπθυηςκ ημο παθημφ µε εεζμζειζηανααγυκδ ηαζ 2-θμονθμονοθμζειζηανααγυκδ έπεζ ειθακίζεζ ζζπονή ηοηηανμημλζηή δνάζδ έκακηζ θεοπαζιζηχκ ηαζ θειθςιαηζηχκ ηοηηανζηχκ ζεζνχκ πμκηζημφ ηαεχξ ηαζ ζε ακενχπζκεξ ηανηζκζηέξ ηοηηανζηέξ 45 Sorenson JRJ. Copper complexes offer a physiological approach to treatment of chronic diseases. Progr. Medicinal Chem., 1989, 26, Leuthauser SWC, Oberley LW, Oberley TD, Sorenson JRJ. J. Nat. Cancer Inst., 1981, 66, Dwyer FP, Mayhew E, Roe EMF, Shulman A. Brit. J. Cancer, 1965, 19, West DX, Liberta AE, Padhye SB, Chikate RC, Sonawane PB, Kumbhar AS, Yerande RG. Coord. Chem. Rev., 1993, 123, Campbell MJM. Coord. Chem. Rev., 1975, 15, Sartorelli AC, Agrawal KC, Tsiftsoglou AS, Moore EC. Adv. Enzyme Reg., 1977, 15, Nazimuddin M, Ali MA, Smith FE, Mridha MA. Trans. Met. Chem., 1992, 17, West DX, Salberg MM, Bain GA, Liberta AE, Valdes-Martinez J, Hernandez-Ortega S. Trans. Met. Chem., 1996, 21, West DX, Liberta E, Padhye SB, Chikate RC, Sonawane PB, Kumbar AS, Yeranda RS. Coord. Chem. Rev., 1993, 123, West DX, Padhye SB, Sonawane PB. Struct. Bonding, 1991, 76, Yam VW-W, Pui YL, Li WP, Lo KK-W, Cheung KK. J. Chem. Soc., Dalton Trans, 1998,

18 ζεζνέξ πκεφµμκα (MB9812), παπέςξ εκηένμο (SW480), ςμεδηχκ (I-A9) ηαζ ιήηναξ (HeLa- S3). 56 Σηα L1210 θεοπαζιζηά ηφηηανα ηα ζφιπθμηα ακέζηεζθακ ηονίςξ ηδ ζφκεεζδ ημο DNA, ιε ζοβηεκηνχζεζξ πμο ηοιαίκμκηακ απυ 25 έςξ 100 ιm. Τα ζφιπθμηα αοηά δνμοκ ιέζς εκυξ ιδπακζζιμφ πμο ηαηαζηέθθεζ ημ ιεηααμθζζιυ ηςκ κμοηθεσηχκ μλέςκ ιε ηεθζηυ απμηέθεζια ηδ ιείςζδ ηδξ δελαιεκήξ δεμλοκμοηθεμηζδίςκ, δ μπμία ηνμθμδμηεί ημ ζπδιαηζζιυ ηδξ αθοζίδαξ ημο DNA µε ηδκ εκζςιάηςζδ ηςκ δεμλοκμοηθεμηζδίςκ ζημ µυνζμ ημο DNA. Σε ορδθέξ ζοβηεκηνχζεζξ ηαηέζηεζθακ ηδ δνάζδ ηδξ ακενχπζκδξ DNA ημπμσζμιενάζδξ ΙΙ ιε ζπδιαηζζιυ εβημπχκ ηαζ ηαηάηιδζδ ημο DNA. Τέθμξ άθθεξ πεζναιαηζηέξ ενβαζίεξ πμο αθμνμφκ ηδ ζφκεεζδ, ημ θαζιαημζημπζηυ παναηηδνζζιυ ηαζ ηδ αζμθμβζηή ιεθέηδ adduct εηενμηοηθζηχκ αάζεςκ ιε ζφιπθμηα ημο Cu(II) µε Ν(4)-ιμκμτπμηαηεζηδιέκεξ εεζμζειζηανααγυκεξ 57 ηαζ ηεηνα- ηαζ πεκηε-οπμηαηεζηδιέκα ζφιπθμηα µε ιεζηηά ligand ημο Cu(II) µε ζαθζηοθαθδετδμ-n(4)-θαζκοθμεεζμζειζηανααγυκδ ηαζ εηενμηοηθζηέξ αάζεζξ, 58 έδεζλακ ακηζααηηδνζαηή ηαζ ιοηδημηηυκμ δνάζδ. Σε βεκζηέξ βναιιέξ δ N(4)-θαζκοθμεεζμζειζηανααγυκδ ανέεδηε κα είκαζ θζβυηενμ δναζηζηή απ ημ adduct πμο ζπδιαηίγεζ µε ημ Cu(II). Ακηίεεηα δ ζαθζηοθαθδετδμ-n(4)-θαζκοθμεεζμζειζηανααγυκδ απμδείπεδηε πζμ δναζηζηή έκακηζ ααηηδνίςκ ηαζ ιοηήηςκ. Όζμκ αθμνά ημ ζφιπθμηυ ηδξ µε ημ Cu(II), ιζα αφλδζδ ημο ανζειμφ ζοκανιμβήξ απυ ηέζζενα ζε πέκηε είπε ζακ απμηέθεζια αφλδζδ ηδξ ακηζιζηνμαζαηήξ δναζηζηυηδηαξ, μθεζθυιεκδ πζεακυκ ζε αφλδζδ ηδξ θζπμδζαθοηυηδηαξ Hall IH, Lackey CB, Kistler TD, Durham RW Jr, Jouad EM, Khan M, Thanh XD, Djebbar- Sid S, Benali-Baitich O, Bouet GM. Cytotoxicity of copper and cobalt complexes of furfural semicarbazone and thiosemicarbazones derivatives in murine and human tumor cell lines. Pharmazie, 2000, 55(12), Bindu P, Kurup MRP. Trans. Met. Chem., 1997, 22, Bindu P, Kurup MRP, Satyakeerty TR. Polyhedron, 1998, 18, Albert A, Rees CW, Tomilson AJH. Rec. Trav. Chim., 1956, 75,

19 ΙΙ. Κπηηαξνζηαηηθή θαη Βηνινγηθή Γξάζε ηωλ πκπιόθωλ Cu(SalNEt 2 )Y 60 Tδκ ανπζηή ακαηάθορδ ηδξ ακηζηανηζκζηήξ δνάζδξ ηςκ εκχζεςκ ημο θεοημπνφζμο 61 αημθμφεδζακ πμθοάνζειεξ ιεθέηεξ ζσζτέηιζης δομής-δραζηικόηηηας (SAR) πνμηεζιέκμο κα δζεοημθοκεεί δ ζφκεεζδ δναζηζηυηενςκ κέςκ θανιάηςκ. 62 Η ααζζηή ηαηεφεοκζδ ηςκ ιεθεηχκ αοηχκ ήηακ υηζ μζ αζμθμβζηέξ ζδζυηδηεξ ηςκ ζοιπθυηςκ ηςκ ιεηαααηζηχκ ζημζπείςκ πνμτπέεεηακ ηδκ πανμοζία ημλζηχκ ηαζ αανέςκ ιεηάθθςκ. Πανάθθδθα υµςξ ακαπηφπεδηε ιζα εκαθθαηηζηή πνμζέββζζδ ζηδ πδιεζμεεναπεία ημο ηανηίκμο ιε ηδ ιεθέηδ εκχζεςκ ζοκανιμβήξ αζμθμβζηά ακαβηαίςκ ιεηάθθςκ, υπςξ μ παθηυξ, μ ρεοδάνβονμξ ηαζ μ ζίδδνμξ. 63 Η ηάζδ αοηή εκζζπφεδηε ιε ηδκ ακαηάθορδ ηδξ ακηζηανηζκζηήξ δνάζδξ μνζζιέκςκ ζοιπθυηςκ ημο Cu(II) µε δζξ(εεζμζειζηανααγυκεξ). 64 Με αάζδ ηδκ πνμζέββζζδ αοηή πναβιαημπμζήεδηε δ ζφκεεζδ ηαζ δ ιεθέηδ ηδξ δμιήξ ηαζ αζμδναζηζηυηδηαξ µζαξ ζεζνάξ ζοιπθυηςκ ημο Cu(II) µε ηνζδμηζηέξ ΟΝΝαάζεζξ ημο Schiff ηαζ ηαναμλοθζηά μλέα ςξ ligand, ημο ηφπμο Cu(SalNEt 2 )Y, υπμο SalΝEt 2 είκαζ ημ ακζυκ ηδξ Ν-(2-δζαζεοθαιζκμ)αζεοθμ)ζαθζηοθζιίκδξ ηαζ Υ ημ ακζυκ εκυξ ιμκμηαναμκζημφ ή δζηαναμκζημφ μλέμξ. Στήμα 3: Μοριακή δομή ηοσ ζσμπλόκοσ Cu(SalNEt 2 )(PhCO 2 ). 60 Γενμιζπαθυξ Γ. Σπεδζαζιυξ ηαζ δζενεφκδζδ ημο ιδπακζζιμφ αζμθμβζηήξ δνάζδξ κέςκ ηοηηανμζηαηζηχκ ζοζηδιάηςκ. Διδακηορική διαηριβή, ΑΠΘ, Θεζζαθμκίηδ, Rosenberg B, van Camp L, Trosko JE, Mansour VH. Nature, 1969, 222, Reihoudt DN, Connors TA, Pinedo HM, van de Poll KW. Structure-Activity Relationships of Antitumor Agents. Nijhoff M, Boston, Clarke MJ. Platinum, Gold and Other Metal Chemotherapeutic Agents, ACS Symposium Series No. 209, Washigton, Crim JA, Petering HG. Cancer Res., 1967, 27,

20 Ωξ οπμηαηαζηάηεξ Υ πνδζζιμπμζήεδηακ ηα ακζυκηα ηςκ μλέςκ ζαθζηοθζηυ (salicylate), αεκγμσηυ (benzoate), 3-Cl-αεκγμσηυ (3-Cl-benzoate), 4-Cl-αεκγμσηυ (4-Cl-benzoate), 4-ΝΟ 2 - αεκγμσηυ (4-ΝΟ 2 -benzoate), 4-ΟΗ-αεκγμσηυ (4-ΟΗ-benzoate), 4-µεεοθαµζκμ-αεκγμσηυ (4- methylamino-benzoate), ηνοβζηυ (tartrate), µδθεσηυ (maleate), θμοιανζηυ (fumarate), ηζηνζηυ (citrate), πζπενζδζκζηυ (piperidinate), δζπζημθζκζηυ (dipicolinate), αεηασκζηυ (betainate), βαθαηηζηυ (lactate), πζααθζηυ (pivalate), μλζηυ (acetate), θαζκοθμλζηυ (phenylacetate), βθοηζκζηυ (glycinate), ηνοβζηυ (tartrate), κζημηζκζηυ (nicotinate), ζζμκζημηζκζηυ (isonicotinate), ιδθμκζηυ (malonate), μλαθζηυ (oxalate), 2-ακζζμσηυ (2-anisoate), 4-ακζζμσηυ (4-anisoate), ζζμθεαθζηυ (isophthalate), πζημθζκζηυ (picolinate), 4-ημθμοζηυ (4-toluate), ηενεθεαθζηυ (terephthalate) ηαζ πθχνζμ. Η εεςνδηζηή ιεθέηδ ηςκ ζοιπθυηςκ έβζκε ιε ηδκ πναβιαημπμίδζδ ηαακημπδιζηχκ οπμθμβζζιχκ ιε ηδ ιέεμδμ DFT ζηα επίπεδα PW91 ηαζ B3LYP ιε ζφκμθα αάζδξ DZVP ηαζ 6-31G* ακηίζημζπα, μζ μπμίμζ είπακ ζακ ζημπυ ημκ πνμζδζμνζζιυ ηδξ ιμνζαηήξ ηαζ δθεηηνμκζηήξ δμιήξ ηαεχξ ηαζ ηςκ δεζιζηχκ ζδζμηήηςκ ημοξ, ηδ αεθηζζημπμίδζδ ηδξ βεςιεηνίαξ, ηδ ιεθέηδ ηςκ ζζμδοκαιζηχκ επζθακεζχκ δθεηηνμκζηήξ ποηκυηδηαξ, ποηκυηδηαξ spin ηαζ δθεηηνμζηαηζημφ δοκαιζημφ, ηαεχξ ηαζ ηςκ ιεηςπζηχκ ηνμπζαηχκ βζα ημκ πνμζδζμνζζιυ ηςκ εέζεςκ δθεηηνμκζυθζθδξ ηαζ πονδκυθζθδξ πνμζαμθήξ. 65 Απυ ηα in vitro πεζνάιαηα ηα μπμία πναβιαημπμζήεδηακ, πνμέηορε ημ ζοιπέναζια υηζ ηα ελεηαγυιεκα ζφιπθμηα ημο Cu(II) ειθακίγμοκ ζηακμπμζδηζηή ηοηηανμημλζηή ή/ηαζ ηοηηανμζηαηζηή δνάζδ. 66,67 Η ιεθέηδ ηδξ αζμδναζηζηυηδηαξ ηςκ ιμνίςκ αοηχκ ζε ηανηζκζηά ηφηηανα έδεζλε υηζ ζε ιζηνμιμνζαηέξ ζοβηεκηνχζεζξ πνμηαθμφκ ακαζημθή ηδξ ηοηηανζηήξ ακάπηολδξ, απμπηςηζηυ ηοηηανζηυ εάκαημ ιε ηαηάηιδζδ ημο DNA ηαζ ακαπαίηζζδ ηςκ ηοηηάνςκ ζημκ ηοηηανζηυ ηφηθμ. Ο ιδπακζζιυξ ηδξ ηοηηανζηήξ αοηήξ αθάαδξ ιπμνεί κα ελδβδεεί απυ ηδκ ζηακυηδηα ηςκ κμοηθεμαάζεςκ κα πνμζαάθμοκ πονδκυθζθα ηα ζφιπθμηα. Η ζοκανιμβή ηςκ αάζεςκ DNA ή RNA ιε ημ παθηυ βίκεηαζ είηε απυ ηδ κμοηθεμαάζδ είηε απυ ηδ θςζθμνζηή μιάδα, δδιζμονβχκηαξ ακμζηηή δμιή ζοκανιμβήξ ή ηθεζζηυ ιαηνμπδθζηυ δαηηφθζμ. Σοκεπχξ είκαζ πζεακυκ ημ DNA, ημ RNA αθθά ηαζ άθθα αζμθμβζηά ιαηνμιυνζα, υπςξ αιζκμλέα ηαζ πνςηεΐκεξ, κα απμηεθμφκ ηνίζζιμοξ ζηυπμοξ βζα ηα ζοβηεηνζιέκα ζφιπθμηα. Δπζπνυζεεηα δ ζφκδεζδ ημο παθημφ ιε ηζξ κμοηθεμαάζεζξ ιπμνεί κα πνμηαθεί ζοκαβςκζζηζηή ακαζημθή ζηδ ζφκδεζδ ηςκ αάζεςκ ιεηαλφ ημοξ, πνμηαθχκηαξ έηζζ δζάζπαζδ ζηδ δμιή ηδξ δζπθήξ έθζηαξ ημο DNA. Δζδζηυηενα απυ ηδκ ακάθοζδ ηςκ απμηεθεζιάηςκ πμο πνμέηορακ απυ ηζξ ηαιπφθεξ επζαίςζδξ ηςκ ηοηηανζηχκ ζεζνχκ μζ μπμίεξ εηηέεδηακ ζηδκ πανμοζία ηςκ ζοβηεηνζιέκςκ ζοιπθυηςκ, ζοκάβεηαζ ημ ζοιπέναζια υηζ ανηεηά απυ ηα ζφιπθμηα ειθάκζζακ ζδιακηζηή 65 Geromichalos GD, Katsoulos GA, Hadjikostas CC, Terzis A, Square-planar copper(ii) complexes with a tridentate Schiff base ligand. Crystal structure of (benzoato)[n-(2-(diethylamino)- ethyl)salicylidenaminato]copper(ii) trihydrate. Struct. Chem. 1999, 52, Geromichalos GD, Katsoulos GA, Hadjikostas CC, Kortsaris AH, Kyriakidis DA. In vitro synergistic effect of some novel Cu(II) complexes in combination with epirubicin and mitomycin C against HeLa-S3 cervical cancer cell line. Anti-Cancer Drugs, 1996, 7, Geromichalos GD, Katsoulos GA, Hadjikostas CC, Kortsaris AH, Kyriakidis DA. In vitro combination effect of a new series of copper(ii) complexes with cisplatin or epirubicin on human breast and cervical cancer cell lines. Drugs under Experimental and Clinical Research XXIV, 1998, 2,

21 ηοηηανμημλζηή δνάζδ ιε ηζιέξ IC 50 ιζηνυηενεξ ηςκ 50 µμ. Γζα πανάδεζβια, ηα πανάβςβα ηζηνζηυ, δζπζημθζκζηυ, πζπενζδζκζηυ, θμοιανζηυ, αεηασκζηυ ηαζ ζαθζηοθζηυ πνμηάθεζακ ηδ ιεβαθφηενδ ακαζημθή ζηδκ ηοηηανζηή ακάπηολδ ηςκ Τ47D ηανηζκζηχκ ηοηηάνςκ ιαζημφ ιε ηζιέξ IC 50 μζ μπμίεξ ηοιάκεδηακ απυ 4.4 έςξ 10.5 ιg/ml, 1.5 έςξ 4.9 µg/ml ηαζ 1.5 έςξ 4.0 µg/ml βζα 24, 48 ηαζ 72 hr έηεεζδξ ακηίζημζπα. Πανυιμζεξ ηζιέξ IC 50 (ακ ηζ εθαθνχξ ορδθυηενεξ) ανέεδηακ ιεηά ηδ πμνήβδζδ ηςκ παναπάκς ζοιπθυηςκ ζηα θοζζμθμβζηά L929 ηφηηανα. Τμ αεηασκζηυ πανάβςβμ ζε υθεξ ζπεδυκ ηζξ ηοηηανζηέξ ζεζνέξ ειθάκζζε ηζιέξ IC 50 ημκηά ζηα 30 µμ, εκχ μζ ακηίζημζπεξ ηζιέξ βζα ημ πζπενζδζκμ-ηαναμλοθζηυ πανάβςβμ ηοιάκεδηακ απυ 10.3 έςξ 33.2 ιg/ml. Τμ ζαθζηοθζηυ πανάβςβμ ήηακ πζμ δναζηζηυ ηονίςξ ζηζξ θεοπαζιζηέξ ηαζ θειθζηέξ ηοηηανζηέξ ζεζνέξ ιε ηζιέξ IC 50 ηάης ηςκ 30 µμ. Οζ επυιεκεξ πζμ εοαίζεδηεξ ηοηηανζηέξ ζεζνέξ απμδείπεδηε υηζ ήηακ δ MCF-7 (ιε ηζιέξ IC 50 πμο ηοιάκεδηακ απυ 18.8 µg/ml βζα ημ ζαθζηοθζηυ έςξ 30.3 µg/ml βζα ημ δζπζημθζκζηυ πανάβςβμ) ηαζ δ L1210 θεοπαζιζηή ηοηηανζηή ζεζνά (ηζιέξ IC 50 ιεηαλφ 10 ηαζ 38 ιμ). Ακηίεεηα μζ ηοηηανζηέξ ζεζνέξ μζ μπμίεξ ειθακίζεδηακ πζμ ακεεηηζηέξ ήηακ δ Α-549 (ακενχπζκμξ ηανηίκμξ πκεφιμκα) ηαζ δ Κ-562 (ενοενμθεοπαζιία ακενχπμο) δ μπμία είκαζ επίζδξ ακεεηηζηή ζηα πενζζζυηενα πδιεζμεεναπεοηζηά θάνιαηα. Η ιεθέηδ ηδξ ηοηηανμημλζηήξ δνάζδξ μνζζιέκςκ ηθαζζηχκ πδιεζμεεναπεοηζηχκ θανιάηςκ, υπςξ επζνμοιπζηίκδ, ιζημιοηίκδ C, αζκηνζζηίκδ, ζζζπθαηίκδ ηαζ 5-θεμνζμμοναηίθδ έκακηζ ηςκ MCF-7 ηοηηάνςκ έδεζλε ζδιακηζηή δνάζδ ιε ηζιέξ IC 50 ιεηαλφ 0.2 ηαζ 9.1 µg/ml (ακηίεεηα ηοηηανμζηαηζηά, υπςξ δ ηοηθμθςζθαιίδδ, δ αζκηνζζηίκδ ηαζ δ ιπθεμιοηίκδ, ακέζηεζθακ ημκ πμθθαπθαζζαζιυ ηςκ ηοηηάνςκ ζε ζδιακηζηά ιζηνυηενμ ααειυ ιε ηζιέξ IC 50 > 20 µg/ml). Δπζπεζνήεδηε επίζδξ δ δζάηνζζδ ηδξ ηοηηανμζηαηζηήξ απυ ηδκ ηοηηανμημλζηή δνάζδ ηςκ ζοιπθυηςκ ημο Cu(II). Έηζζ ζε ιζα ζεζνά πεζναιάηςκ ιεθεηήεδηε δ ζφκεεζδ ημο DNA δζαθυνςκ ηανηζκζηχκ ηαζ ιδ ηοηηανζηχκ ζεζνχκ ιεηά ηδ πμνήβδζδ ηεζζάνςκ ζοιπθυηςκ ημο Cu(II) ιε οπμηαηαζηάηεξ ηα ακζυκηα ηςκ μλέςκ ηζηνζηυ, πζπενζδζκμ-ηαναμλοθζηυ, αεηασκζηυ ηαζ θμοιανζηυ. Σ αοηή ηδ ζεζνά πεζναιάηςκ έβζκε ζοκδοαζιέκδ πνήζδ ημο ακηζδναζηδνίμο WST-1 ηαζ ημο πνςιαημιεηνζημφ πνμζδζμνζζιμφ ηδξ πνυζθδρδξ ανςιμδεμλομονζδίκδξ (BrdU) βζα ηδ ζφβπνμκδ ιέηνδζδ ηδξ ηοηηανζηήξ γςηζηυηδηαξ ηαζ ημο ηοηηανζημφ πμθθαπθαζζαζιμφ, ιεηνχκηαξ ζοβπνυκςξ ηαζ ηδκ πνυζθδρδ ηδξ BrdU ζημ DNA ηςκ εηηζεέιεκςκ ζηα θάνιαηα ηοηηάνςκ. Η ζφβπνμκδ ιεθέηδ ηδξ ιεηααμθζηήξ δναζηδνζυηδηαξ ηςκ ηοηηάνςκ (ζηακυηδηα ακαβςβήξ ημο άθαημξ ηεηναγμθίμο WST-1 ηδκ μπμία έπμοκ ιυκμ ηα γςκηακά ηφηηανα) ηαζ ηδξ ζηακυηδηαξ ηςκ ηοηηάνςκ κα ζοκεέημοκ DNA επζηνέπεζ ημ δζαπςνζζιυ εκυξ ηοηηανμημλζημφ απυ έκα ηοηηανμζηαηζηυ θάνιαημ. Τα ηοηηανμζηαηζηά θάνιαηα ακαζηέθθμοκ ηδ ζφκεεζδ ημο DNA (ιεζςιέκδ πνυζθδρδ BrdU απυ ημ DNA), εκχ ηα ηφηηανα παναιέκμοκ αηυιδ άεζηηα (δ ηοηηανμπθαζιαηζηή ημοξ ιειανάκδ παναιέκεζ άεζηηδ ηζ έπμοκ εκενβή ιεηααμθζηή δναζηδνζυηδηα δ μπμία απμδεζηκφεηαζ απυ ηδκ ζηακυηδηά ημοξ κα ακάβμοκ έκα άθαξ ηεηναγμθίμο, π.π. WST-1). Ακηίεεηα ηα ηοηηανμημλζηά θάνιαηα μδδβμφκ ηα ηφηηανα ζημ εάκαημ (είηε ιέζς απυπηςζδξ είηε ιέζς κέηνςζδξ) ιε απμηέθεζια ηα ηφηηανα κα έπμοκ ιεζςιέκδ (ή ηαζ ηαευθμο) ιεηααμθζηή δναζηδνζυηδηα. Τα πεζνάιαηα ηα μπμία έβζκακ βζα κα ελεηάζμοκ ηδκ ζηακυηδηα ηςκ ζοιπθυηςκ κα ακαζηέθθμοκ ηδ ζφκεεζδ ημο DNA έδεζλακ υηζ ακ ηαζ δ πμνήβδζδ ηςκ ζοιπθυηςκ είπε ζακ απμηέθεζια ηδκ εθάηηςζδ ηδξ πνυζθδρδξ BrdU, υηακ ελεηάζηδηε ηζ μ ακηίζημζπμξ ανζειυξ ηςκ ηοηηάνςκ ηα μπμία εκζςιάηςζακ ημ BrdU, ημ απμηέθεζια ήηακ είηε κα ιδκ οπάνπεζ ζδιακηζηή 21

22 ιεηααμθή ζηδ ζφκεεζδ ημο DNA, είηε ζ μνζζιέκεξ πενζπηχζεζξ κα ζοιααίκεζ ηαζ αφλδζδ αοηήξ. Μυκμ ζηδκ πενίπηςζδ ημο ηζηνζημφ παναβχβμο, υηακ αοηυ πμνδβήεδηε ζηα HeLa ηφηηανα ηαζ ζε ζοβηεκηνχζεζξ άκς ηςκ 70 µg/ml είπαιε ζακ απμηέθεζια ακαζημθή ζηδ ζφκεεζδ ημο DNA. Δπμιέκςξ ημ ζοιπέναζια είκαζ υηζ ηα ζφιπθμηα ηα μπμία ελεηάζεδηακ ζηζξ ζοβηεηνζιέκεξ ηοηηανζηέξ ζεζνέξ πανμοζίαζακ ιζα ηοηηανμημλζηή ηονίςξ δνάζδ ηαζ ζε μνζζιέκεξ ιυκμ πενζπηχζεζξ ηοηηανμζηαηζηή. Δλεηάζεδηε επίζδξ δ ζηακυηδηα μνζζιέκςκ ζοιπθυηςκ κα πνμηαθμφκ απυπηςζδ (πνμβναιιαηζζιέκμ ηοηηανζηυ εάκαημ) ζε δζάθμνεξ ηοηηανζηέξ ζεζνέξ υπςξ: HeLa, HT29, MCF7, A-549 ηαζ L929. Δπεζδή υιςξ είκαζ βκςζηυ υηζ δ απυπηςζδ ηςκ ηοηηάνςκ μδδβεί ζημ ζπδιαηζζιυ εναοζιάηςκ DNA, δ ιέεμδμξ δ μπμία πνδζζιμπμζήεδηε βζα ημκ εκημπζζιυ ηςκ απμπηςηζηχκ ηοηηάνςκ ήηακ δ δθεηηνμθυνδζδ ημο ηαηαηεηιδιέκμο απυ ηδ δνάζδ ηςκ θανιάηςκ DNA ζε βέθδ αβανυγδξ. Σε αοηή ηδ ζεζνά πεζναιάηςκ πνμζδζμνζζιμφ ημο απμπηςηζημφ δοκαιζημφ ηςκ ζοιπθυηςκ, ημ ηζηνζηυ πανάβςβμ ειθακίζεδηε κα επάβεζ ηδκ απυπηςζδ ζηα HeLa, L929 ηαζ A-549 ηφηηανα, υπζ υιςξ ηαζ ζηα HT29 ηφηηανα, ζε ζοβηεκηνχζεζξ πμο ακηζζημζπμφκ ζηζξ ηζιέξ IC 50 βζα ηα ηφηηανα αοηά. Πανμιμίςξ ημ θμοιανζηυ πανάβςβμ μδήβδζε ζε απυπηςζδ ηα ηφηηανα HeLa (έκημκδ επαβςβή ηδξ ηαηάηιδζδξ ημο DNA) ηαεχξ ηαζ ηα A-549 ζηα μπμία πμνδβήεδηε ζηζξ ακηίζημζπεξ ηζιέξ IC 50. Δπίζδξ ηα πανάβςβα 3-Cl-αεκγμσηυ, 3-οδνμλο-αεκγμσηυ ηαζ 4- ιεεοθαιζκμ-αεκγμσηυ πνμηάθεζακ κμοηθεμζςιαηζημφ ιεβέεμοξ ηαηάηιδζδ ημο DNA ζηα HeLa ηφηηανα, δ μπμία παναηδνείηαζ ηαηά ηδ δζαδζηαζία απμπηςηζημφ ηοηηανζημφ εακάημο. Ακηίεεηα ημ αεηασκζηυ πανάβςβμ δεκ πνμηάθεζε απυπηςζδ ζηα HT29, L929 ηαζ A-549 ηφηηανα ζε ηαιζά απυ ηζξ πμνδβμφιεκεξ ζοβηεκηνχζεζξ. Πεζνάιαηα ηα μπμία έβζκακ βζα ηδ ιεθέηδ ηδξ αθθδθεπίδναζδξ ιεηαλφ ηςκ πεζναιαηζηχκ ζοιπθυηςκ παθημφ ηαζ εονέςξ πνδζζιμπμζμφιεκςκ ζηδ πδιεζμεεναπεία ημο ηανηίκμο ηοηηανμζηαηζηχκ θανιάηςκ, έδεζλακ ζδιακηζηή ζοκενβεζαηή δνάζδ βζα ημοξ πενζζζυηενμοξ απυ ημοξ παναπάκς ζοκδοαζιμφξ. Ο ζοκδοαζιυξ ημο ζοιπθυημο Cu(SalNEt 2 )betainate ιε ηα δζάθμνα πδιεζμεεναπεοηζηά θάνιαηα ηαζ ηδ αζηαιίκδ C είπε ζακ απμηέθεζια ηονίςξ ζοκενβεζαηή ηαζ ιενζηέξ θμνέξ ακηαβςκζζηζηή δνάζδ, ελανηχιεκδ απυ ημ θυβμ ζοβηεκηνχζεςκ ηςκ ζοκδοαγυιεκςκ θανιάηςκ. Γζα ημ ζοκδοαζιυ ημο αεηασκζημφ παναβχβμο ιε ηδκ ηαλυθδ, μζ ηζιέξ ημο δείηηδ ζοκδοαζιμφ CI πανμοζίαζακ απυ ζοκενβεζαηή έςξ ακηαβςκζζηζηή αθθδθεπίδναζδ ακάθμβα ιε ημ θυβμ ηςκ ζοβηεκηνχζεςκ πμο πμνδβήεδηακ, εκχ βζα ημ ζοκδοαζιυ ημο ιε ηδκ ηοηθμθςζθαιίδδ (CTX) ή ηδκ 5-θεμνζμμοναηίθδ (5-FU) μζ ηζιέξ ημο δείηηδ CI έδεζλακ ζδιακηζηή ζοκένβεζα (CI: ή ακηίζημζπα) βζα ημοξ πενζζζυηενμοξ θυβμοξ ζοβηεκηνχζεςκ ηαζ βζα μθυηθδνμ ημ εφνμξ ηςκ ηθαζιάηςκ ακαζημθήξ ηδξ ηοηηανζηήξ ακάπηολδξ. Σφβπνμκδ πμνήβδζδ ζηα ηφηηανα ημο αεηασκζημφ παναβχβμο ημο Cu(II) ιε ηδκ ηανιπμπθαηίκδ (carboplatin, CBDCA) έδεζλε ζοκμθζηά ιζα αλζμζδιείςηδ ζοκενβεζαηή αθθδθεπίδναζδ βζα ηα πενζζζυηενα ζπήιαηα πμνήβδζδξ ηςκ θανιάηςκ, εκχ δ αθθδθεπίδναζή ημο ιε ηδκ ιπθεμιοηίκδ (BLM) ηα απμηεθέζιαηα ημο ζοκδοαζιμφ έδεζλακ ιζα δμζμελανηχιεκδ ζοκενβεζαηή ηαζ ιενζηέξ θμνέξ ακηαβςκζζηζηή αθθδθεπίδναζδ. Όηακ ηα ηφηηανα εηηέεδηακ ζοβπνυκςξ ζηδκ πανμοζία ημο αεηασκζημφ παναβχβμο ημο Cu(II) ηαζ ημο αζημναζημφ μλέμξ (AsA) παναηδνείηαζ ιζα λεηάεανδ ζοκενβεζαηή δνάζδ ιε ηζξ πενζζζυηενεξ ηζιέξ CI (11 απυ ζφκμθμ 15 ηζιχκ) κα είκαζ ιζηνυηενεξ ηδξ ιμκάδαξ. Τα απμηεθέζιαηα απυ ημ ζοκδοαζιυ ημο ζαθζηοθζημφ παναβχβμο ιε ηα πδιεζμεεναπεοηζηά θάνιαηα (CTX, 5-FU, BLM, CBDCA ηαζ TXL) ηαζ ιε ημ αζημναζηυ μλφ (AsA) έδεζλακ ζ υθεξ ηζξ πενζπηχζεζξ υηζ οπήνπε 22

23 ζοκενβεζαηή αθθδθεπίδναζδ εηηυξ απ ημ ζοκδοαζιυ ιε ηδκ ηαλυθδ (TXL) ζημκ μπμίμ επζηνάηδζε ηονίςξ ακηαβςκζζιυξ. Όηακ ημ θμοιανζηυ πανάβςβμ πμνδβήεδηε ζηα Τ47D ηφηηανα ζοβπνυκςξ ιε ηδκ ηαλυθδ ιε έλζ δζαθμνεηζημφξ ηνυπμοξ, ηα απμηεθέζιαηα ηα μπμία πνμέηορακ απ ηδκ ακάθοζδ ιέζμο απμηεθέζιαημξ έδεζλακ υηζ μζ πενζζζυηενμζ ζοκδοαζιμί ηςκ δφμ εκχζεςκ ζε υθεξ ηζξ ιεευδμοξ πμνήβδζδξ ηςκ θανιάηςκ ειθακίζεδηακ κα είκαζ ακηαβςκζζηζημί. Ακηίεεηα ζοκένβεζα ή/ηαζ πνμζεεηζηυηδηα πνμέηορε βζα θίβμοξ θυβμοξ ζοκδοαζιχκ ηαζ επζπέδςκ ακαζημθήξ ηδξ ηοηηανζηήξ ακάπηολδξ ιε ιζα δμζμελανηχιεκδ ζοζπέηζζδ. Η ηοηηανμημλζηυηδηα ηδξ ηαλυθδξ δε αεθηζχεδηε ζδιακηζηά ιεηά ημ ζοκδοαζιυ ηδξ ιε ημ ζφιπθμημ ημο Cu(II). Δκημφημζξ ζε ζοβηεηνζιέκμοξ θυβμοξ ζοβηεκηνχζεςκ, ακελάνηδηα απυ ημκ ηνυπμ πμνήβδζδξ ηςκ θανιάηςκ, ημ πανάβςβμ ημο Cu(II) ιε ημ θμοιανζηυ ακζυκ ιπμνεί κα αολήζεζ ηδκ ηοηηανμημλζηυηδηα ηδξ ηαλυθδξ έκακηζ ηςκ T47D ηοηηάνςκ ηαζ κα δχζεζ ηζιέξ DRI > 1 βζα ημοξ πενζζζυηενμοξ θυβμοξ ζοβηεκηνχζεςκ. Τέθμξ δ ιεθέηδ ηδξ ηαηακμιήξ ηςκ ηοηηάνςκ Raji ζηζξ δζάθμνεξ θάζεζξ ημο ηοηηανζημφ ηφηθμο ιεηά ηδ πμνήβδζδ ηςκ ζοιπθυηςκ ζαθζηοθζηυ, αεηασκζηυ, πζπενζδζκμ-ηαναμλοθζηυ ηαζ δζπζημθζκζηυ έδεζλε ιζα αλζμζδιείςηδ αφλδζδ ημο πμζμζημφ ηςκ ηοηηάνςκ ζηδ θάζδ G1 ηαηά ηδκ αφλδζδ ηδξ ζοβηέκηνςζδξ ηςκ εκχζεςκ αοηχκ απυ 2 έςξ 40 ιg/ml. Η ζοβηέκηνςζδ αοηή ηςκ ηοηηάνςκ ζηδ θάζδ G1 ζοκμδεφεηαζ απυ ιζα δμζμελανηχιεκδ πηχζδ ημο πμζμζημφ ηςκ ηοηηάνςκ ζηδκ S θάζδ (δ ακαθμβία ηςκ ηοηηάνςκ ζηδ θάζδ G2/M δεκ επδνεάζεδηε ηαζ δζαηδνήεδηε ζε πμθφ παιδθά έςξ ιδδεκζηά επίπεδα ηζιχκ). Όηακ ηα ηφηηανα εηηέεδηακ ζε αολακυιεκεξ ζοβηεκηνχζεζξ αζκηνζζηίκδξ (VCR), παναηδνήεδηε αφλδζδ ημο πμζμζημφ ηςκ ηοηηάνςκ ζηζξ θάζεζξ G1 ηαζ G2/M ηαζ εθάηηςζδ ζηδ θάζδ S. Όηακ δ ηοηθμθςζθαιίδδ (CTX) πνδζζιμπμζήεδηε ζε ζοκδοαζιυ ιε ηδ αζκηνζζηίκδ (VCR), δ ζοβηέκηνςζδ ηςκ ηοηηάνςκ ζηδ θάζδ G1 αολήεδηε εθαθνχξ ζε ζφβηνζζδ ιε ηα ηφηηανα ημο ιάνηονα, εκχ ζδιακηζηή ήηακ δ αφλδζδ ζηδκ ίδζα θάζδ βζα ηα ηφηηανα πμο εηηέεδηακ ιυκμ ζε 10 µg/ml CTX (απυ 45.2% ζε 76.2% βζα ημ ζοκδοαζιυ CTX/VCR: 10/2 µg/ml). Σοβπνυκςξ παναηδνήεδηε ιζα πθήνδξ έθθεζρδ ηοηηάνςκ ζηδκ S θάζδ βζα υθμοξ ημοξ ζοκδοαζιμφξ CTX + VCR. Η ακαθμβία ηςκ ηοηηάνςκ MCF7 ζηζξ δζάθμνεξ θάζεζξ ημο ηοηηανζημφ ηφηθμο ιεηά απυ 48 h έηεεζή ημοξ ζημ πζπενζδζκζηυ ηαζ θμοιανζηυ πανάβςβμ θαίκεηαζ απυ ηα DNA ζζημβνάιιαηα ζηα μπμία είκαζ ειθακήξ ιζα δμζμελανηχιεκδ ζοβηέκηνςζδ ηςκ ηοηηάνςκ ζηδκ S θάζδ ηαζ βζα ηα δφμ ζφιπθμηα. 23

24 ΙΙΙ. Αιιειεπίδξαζε Μεηάιιωλ κε Πξωηεΐλεο 68 Όπςξ εζπχεδηε, μζ εειεθζχδεζξ αζμθμβζηέξ ηαζ αζμπδιζηέξ δζενβαζίεξ μζ μπμίεξ πενζθαιαάκμοκ κμοηθεσηά μλέα υπςξ είκαζ δ ζφκεεζδ ημο DNA ηαηά ηδκ ακηζβναθή, δ ιεηαβναθή ημο DNA ζε RNA, δ ιεηάθναζδ ημο RNA ηαζ δ απμζημδυιδζδ ηςκ κμοηθεσηχκ μλέςκ απαζημφκ πνςηεΐκεξ (πμθοιενάζεξ, κμοηθεάζεξ) μζ μπμίεξ ζε πμθθέξ πενζπηχζεζξ πενζέπμοκ ιεηαθθζηά ζυκηα. 69 Η θεζημονβία ηςκ ιεηαθθζηχκ ζυκηςκ ζ αοηέξ ηζξ πνςηεΐκεξ είκαζ ηαηαθοηζηή (π.π. ζηζξ πμθοιενάζεξ) ή/ηαζ δμιζηή. Δπζπνμζεέηςξ ηα ιεηαθθζηά ζυκηα ιπμνμφκ κα αζηήζμοκ ηαζ ιζα νοειζζηζηή θεζημονβία ζηδ βμκζδζαηή έηθναζδ. 70 Σε ηάεε πενίπηςζδ θαίκεηαζ υηζ δ ιεηαθθμ-ακηαπμηνζκυιεκδ εκενβμπμίδζδ ή απεκενβμπμίδζδ πενζθαιαάκεζ ιζα πνςηανπζηή αθθδθεπίδναζδ ιεηαλφ ημο ιεηαθθζημφ ζυκημξ ηαζ ηδξ νοειζζηζηήξ πνςηεΐκδξ δ μπμία ιε ηδ ζεζνά ηδξ αθθδθεπζδνά ιε ημ κμοηθεσηυ μλφ (DNA). Έκαξ εκαθθαηηζηυξ ηνυπμξ νφειζζδξ εα ήηακ ιέζς άιεζδξ επαθήξ ιεηάθθμο-dna, δ μπμία υιςξ δεκ έπεζ αηυιδ επζαεααζςεεί. Τα ηεθεοηαία πνυκζα ακαβκςνίγεηαζ εονφηαηα μ αζμθμβζηυξ νυθμξ ηςκ ηνζιενχκ αθθδθεπζδνάζεςκ πμο πενζθαιαάκμοκ ιεηαθθζηά ζυκηα, κμοηθεσηά μλέα (ή κμοηθεμαάζεζξ) ηαζ πνςηεΐκεξ (ή πεπηίδζα ηαζ αιζκμλέα). 71 Υπάνπμοκ ηνεζξ ηφνζμζ ηνυπμζ βζα ηέημζμο είδμοξ αθθδθεπζδνάζεζξ: (α) Τμ ιεηαθθζηυ ζυκ θεζημονβεί ζακ ζφκδεζιμξ ιεηαλφ εκυξ κμοηθεσημφ μλέμξ ηζ εκυξ αιζκμλέμξ ηδξ πνςηεΐκδξ ιέζς μιμζμπμθζηχκ δεζιχκ. Έηζζ, δ ακηζηανηζκζηή έκςζδ cisplatin ζπδιαηίγεζ adduct αοημφ ημο ηφπμο, 72 υπςξ άθθςζηε ηαζ ημ εναφζια Klenow ηδξ DNA πμθοιενάζδξ Ι ηαηά ηδ δζάνηεζα ηδξ δνάζδξ ηδξ ελςκμοηθεάζδξ. (α) Τμ ιεηαθθζηυ ζυκ ζοκδέεηαζ ιε ηδκ πνςηεΐκδ ηαζ ιεηααάθθεζ ηδκ ηνζζδζάζηαηδ δμιή ηδξ ηαηά ηέημζμ ηνυπμ χζηε κα είκαζ δοκαηή ιζα εζδζηή ιδ-μιμζμπμθζηή αθθδθεπίδναζή ηδξ ιε ηιήια εκυξ κμοηθεσημφ μλέμξ. Έκα απυ ηα πενζζζυηενμ βκςζηά παναδείβιαηα αοημφ ημο ηφπμο είκαζ μζ πνςηεΐκεξ ρεοδανβφνμο. 73 Πανυιμζμξ ιδπακζζιυξ πζεακυκ κα πνδζζιμπμζείηαζ ηαζ ηαηά ηδ βμκζδζαηή νφειζζδ ηςκ ιεηαθθμπνςηεσκχκ. 74 (β) Τέθμξ ημ ιεηαθθζηυ ζυκ ιπμνεί κα ζοκδεεεί ανπζηά ιε ημ κμοηθεσηυ μλφ πνμηαθχκηαξ ι αοηυ ημκ ηνυπμ ηδ ζφκδεζδ ηδξ πνςηεΐκδξ ιε ημ κμοηθεσηυ μλφ. Αοημφ ημο ηφπμο θαίκεηαζ κα είκαζ δ ζφκδεζδ ηςκ απμηαθμφιεκςκ «πνςηεσκχκ ακαβκχνζζδξ αθααχκ» ζημ DNA, αημθμοεμφιεκδ απυ ζηνέαθςζδ ηαζ ιενζηή εηδίπθςζδ ημο DNA ζακ ζοκέπεζα ηδξ ζοκανιμβήξ ηδξ cisplatin ζε δφμ βεζημκζηέξ πμονίκεξ. 75,76 68 Γενμιζπαθυξ Γ. Σπεδζαζιυξ ηαζ δζενεφκδζδ ημο ιδπακζζιμφ αζμθμβζηήξ δνάζδξ κέςκ ηοηηανμζηαηζηχκ ζοζηδιάηςκ. Διδακηορική διαηριβή, ΑΠΘ, Θεζζαθμκίηδ, Basile LA and Barton JK. Met. Ions Biol. Syst., 1989, 25, O Halloran TV. Science. 1993, 261, Sabat M. Ternary metal ion-nucleic acid base-protein complexes. Met. Ions Biol. Syst., 1996, 32, Lippard SI and Hoeschele ID. Binding of cis- and trans-dichlorodiammineplatinum (II) to the nucleosome core. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1979, 76, Berg IM. Zinc finger domains: From predictions to design. Acc. Chem. Res., 1995, 28, Wright IG, Natan MJ, MacDonnell FM, Ralston DM and O'Halloran TV. Mercury (II)-thiolate chemistry and the mechanism of the heavy metal biosensor MerR. Prog. Inorg. Chem., 1990, 38, Pil PM and Lippard SI. Specific binding of chromosomal protein HMG1 to DNA damaged by the anticancer drug Cisplatin. Science, 1992, 256,

25 Γεκζηά οπάνπεζ ιζα πμζηζθία ιμκηέθςκ ηα μπμία ιπμνμφκ κα πνμηφρμοκ απυ ηδκ ηνζιενή αθθδθεπίδναζδ ιεηαλφ ιεηαθθζηχκ ζυκηςκ, πνςηεσκχκ ηαζ κμοηθεσηχκ μλέςκ, ζε δζάθμνμοξ ααειμφξ πμθοπθμηυηδηαξ ακάθμβα ιε ηδ πνήζδ αιζκμλέςκ, πεπηζδίςκ ή πνςηεσκχκ απυ ηδ ιζα ιενζά ηαζ κμοηθεμαάζεςκ, μθζβμκμοηθεμηζδίςκ ηαζ κμοηθεσηχκ μλέςκ απυ ηδκ άθθδ. Ο ζηυπμξ αοηχκ ηςκ ιμκηέθςκ είκαζ δ ζφκεεζδ πδιεζμεεναπεοηζηχκ μοζζχκ μζ μπμίεξ εα ακαζηέθθμοκ ημ δζπθαζζαζιυ ημο DNA ή ηδ ιεηαβναθή ημο. Σημ ιμκηέθμ ιέηαθθμ-πεπηίδζμ ιζα ηνίζζιδ ενχηδζδ αθμνά ημ ιέβεεμξ ημο πεπηζδίμο πμο είκαζ απαναίηδημ βζα ηδκ επζθεηηζηή ζφκδεζή ημο ιε ημ DNA ζε ακηίεεζδ ιε ιζα αδζάηνζηδ ζφκδεζδ. Σε βεκζηέξ βναιιέξ ιζα ελεζδζηεοιέκδ ακαβκχνζζδ ηδξ ζφκδεζδξ πνςηεΐκδξ-dna, υπςξ ζηδκ πενίπηςζδ ηδξ ζφκδεζδξ ηςκ εκγφιςκ πενζμνζζιμφ, πενζθαιαάκεζ ιζα έηηαζδ 4-8 γεοβχκ αάζεςκ ηαζ ζοκεπχξ απαζηείηαζ ιζα ζπεηζηά ιαηνζά αθθδθμοπία αιζκμλέςκ ακ ηαηά ηδκ επαθή πνςηεΐκδξ-dna ζοιιεηέπμοκ α-έθζηεξ. Απ ηδκ άθθδ πθεονά, αηυιδ ηαζ δζπεπηίδζα ηαζ ηνζπεπηίδζα υπςξ δ netropsin ή δ distamycin A εκχκμκηαζ ιε αλζμζδιείςηδ επζθεηηζηυηδηα ιε 4 ή 5 δζαδμπζηά γεφβδ αάζεςκ ζηδ ιζηνή αφθαηα ημο DNA. Τμ παναηηδνζζηζηυ ζπήια διζζεθήκμο αοηχκ ηςκ ζοκδεηχκ DNA, μζ μπμίμζ επζηνέπμοκ ηαηά πνμηίιδζδ αθθδθεπζδνάζεζξ van der Waals, δθεηηνμζηαηζηέξ αθθδθεπζδνάζεζξ, ή δεζιμφξ Η ιε ημ DNA ζοκδβμνεί βζ αοηυ ημκ ηνυπμ ζφκδεζδξ. Δίκαζ βκςζηυ υηζ δ πδιεία ηςκ κμοηθεσηχκ μλέςκ μ ζπδιαηζζιυξ ημοξ, μζ θεζημονβίεξ ηαζ δ απμζημδυιδζή ημοξ ζπεηίγεηαζ ζηεκά ιε ηδ πδιεία ηςκ ιεηαθθζηχκ ζυκηςκ. Μενζηά παναδείβιαηα είκαζ μ νυθμξ ηδξ ελανηχιεκδξ απυ ημκ Zn αζπανηζηήξ ηανααιοθάζδξ ζηδ αζμζφκεεζδ ηςκ εηενμηοηθζηχκ αάζεςκ, δ ηαηαθοηζηή δνάζδ ηςκ ζυκηςκ Mg 2+ ζημ ζπδιαηζζιυ ηςκ εκενβμπμζδιέκςκ ηνζθςζθμνζηχκ κμοηθεμζζδίςκ, δ ακαβςβή ηςκ νζαμκμοηθεμηζδίςκ ζε δεμλονζαμκμοηθεμηίδζα, δ ακηζβναθή ηαζ ιεηαβναθή ημο DNA ηαζ δ απμζημδυιδζδ ηςκ κμοηθεσηχκ μλέςκ ιέζς οδνυθοζδξ δ μπμία οπμαμδεείηαζ απυ ιέηαθθα. Δπζπθέμκ ζηζξ παναπάκς δζενβαζίεξ ζοιιεηέπμοκ ηαζ δζάθμνεξ ιεηαθθμπνςηεΐκεξ αθθδθεπζδνχκηαξ ιε ηα κμοηθεσηά μλέα. Τα κμοηθεσηά μλέα είκαζ πμθοακζυκηα ζε θοζζμθμβζηυ ph ηαζ πνεζάγμκηαζ επμιέκςξ ηαηζυκηα βζα ηδκ ελμοδεηένςζδ ηςκ θμνηίςκ. Πένα απυ ηζξ πνςημκζςιέκεξ μθζβμαιίκεξ (υπςξ δ ζπενµζδίκδ 3+ ηαζ δ ζπενµίκδ 4+ ) ηαζ ηζξ πνςημκζςιέκεξ πθεονζηέξ αθοζίδεξ ηςκ αιζκμλέςκ θοζίκδ ηαζ ανβζκίκδ ηςκ ζζημκχκ, ηα ιεηαθθζηά ηαηζυκηα παίγμοκ έκα ζδιακηζηυ νυθμ. Δκδμηοηηανζηά, ηονίςξ ηα ηαηζυκηα K + ηαζ Mg 2+ ζπεηίγμκηαζ ιε ηα κμοηθεσηά μλέα, αθθδθεπζδνχκηαξ ιαγί ημοξ είηε δθεηηνμζηαηζηά (K + ) είηε μιμζμπμθζηά (Mg 2+ ). Σε μνζζιέκεξ πενζπηχζεζξ ηα ιεηαθθζηά ζυκηα είκαζ απαναίηδηα βζα ηδ ζηαεενμπμίδζδ εκυξ ανζειμφ πμζηίθςκ αζοκήεζζηςκ δμιχκ ημο DNA, υπςξ δμιέξ ηνζπθήξ ηαζ ηεηναπθήξ έθζηαξ ηαεχξ ηαζ οπενεθζημεζδείξ, ζηαονμεζδείξ ηαζ θμονηεημεζδείξ δμιέξ. 77,78,79 76 Brown SJ, Kellet PJ and Lippard SJ. J. Science, 1993, 261, Gessner RV, Quigley GJ, Wang AH-J, van der Marel GA, van Boom JH and Rich A. Biochemistry, 1985, 24, Shinoya M, Kimura E, Hayashida H, Petho G and Marzilli LG. Supramol. Chem., 1993, 2, Van de Sande JH and Jovin TM. Embo J., 1982, 1,

26 Καξθηληθέο Πξωηεϊλεο Οζ πνςηεΐκεξ RAS 80 ακήημοκ ζηδκ οπενμζημβέκεζα ηςκ G πνςηεσκχκ (GTPάζεξ) ηαζ υπςξ μζ οπυθμζπεξ G πνςηεΐκεξ, έηζζ ηαζ μζ RAS εκαθθάζζμκηαζ ιεηαλφ εκυξ εκενβμφ ζοιπθέβιαημξ GTP ηαζ εκυξ ακεκενβμφ ζοιπθέβιαημξ GDP. Οζ πνςηεΐκεξ RAS είκαζ ιμκμιενή ιεβέεμοξ 21kDa, εκημπίγμκηαζ ζηδκ ηοηηανζηή ιειανάκδ ηαζ ζε εκδμιειανάκεξ ηαζ θεζημονβμφκ ςξ ιμνζαημί δζαηυπηεξ βζα πμζηίθα ιεηαβςβζηά ιμκμπάηζα. Καη αοηυ ημκ ηνυπμ νοειίγμοκ δζάθμνεξ πθεονέξ ηδξ ηοηηανζηήξ ζοιπενζθμνάξ, υπςξ ημκ ηοηηανζηυ πμθθαπθαζζαζιυ, ηδ δζαθμνμπμίδζδ, ηδ βήνακζδ, ηδκ ηοηηανζηή ηζκδηζηυηδηα, ηδκ απυπηςζδ ηαζ ηδκ επζαίςζδ. Ο πμθοιενζζιυξ ηδξ ημοιπμοθίκδξ 81 είκαζ απαναίηδημξ βζα ηδ ηαηαζηεοή ηςκ ιζηνμζςθζκίζηςκ. Έηζζ, ιζα δζαδζηαζία πμο εα επδνέαγε ημκ πμθοιενζζιυ ηδξ ημοιπμοθίκδξ εα επδνέαγε μοζζαζηζηά υθεξ ηζξ θεζημονβίεξ ζηζξ μπμίεξ ζοιιεηέπμοκ ιζηνμζςθδκίζημζ. Ο ααζζηυηενμξ νυθμξ ηςκ ιζηνμζςθδκίζηςκ είκαζ δ ζοιιεημπή ημοξ ζηδκ ηαηαζηεοή ηδξ ιζηςηζηήξ αηνάηημο. Έηζζ ακ ακαζηεθθυηακ μ πμθοιενζζιυξ ηδξ ημοιπμοθίκδξ ζε έκα ηφηηανμ, αοηυ εα είπε ςξ απμηέθεζια ηδκ ακαζημθή ηδξ ηοηηανζηήξ δζαίνεζδξ ζε αοηυ. Οζ ηζκάζεξ 82 παίγμοκ ζδιακηζηυ νυθμ ζηδκ ηοηηανζηή επζαίςζδ, ζημ ιεηααμθζζιυ, ηαεχξ ηαζ ζηδ ηοηηανζηή ακάπηολδ. Λαιαάκμοκ ιένμξ ζηα ιμκμπάηζα πμο είκαζ οπεφεοκα βζα ηδ ηοηηανζηή επζαίςζδ, πανειπμδίγμκηαξ ηζξ απμπηςηζηέξ δζαδζηαζίεξ. Δπίζδξ, ιπμνμφκ κα εκενβμπμζμφκ ηα ιμκμπάηζα πνςηεσκζηήξ ζφκεεζδξ ηαζ βζα αοηυ ημ θυβμ εεςνμφκηαζ ζδιακηζηέξ πνςηεσκεξ ιεηάδμζδξ ζήιαημξ Απυ ηδ ζηζβιή πμο ιπμνμφκ κα ιπθμηάνμοκ ηδκ απυπηςζδ - ηαζ επμιέκςξ κα δζαζθαθίγμοκ ηδκ επζαίςζδ ημο ηοηηάνμο εεςνμφκηαζ ααζζηυξ πανάβμκηαξ βζα ηδκ ακάπηολδ πμθθχκ ηφπςκ ηανηίκμο. Οζ ηνακζθενάζεξ είκαζ έκγοια πμο ηαηαθφμοκ ηδκ ακηίδναζδ ιεηαθμνάξ ιζαξ θεζημονβζηήξ ιμκάδαξ, ζοβηεηνζιέκα δ θςζθμνοθυγοθμ ηνακζθενάζδ οπμλακείκδξ-βμοακίκδξ 83 ιεηαηνέπεζ ηδκ οπμλακείκδ ζε ζκμζζκζηυ μλφ, ημ μπμίμ είκαζ πνυδνμιδ έκςζδ ημο αδεκοθζημφ (AMP) ηαζ βμοακοθζημφ (GMP). Οζ DNA ημπμσζμιενάζεξ 84 είκαζ έκγοια πμο δζαιμνθχκμοκ ηδκ ημπμθμβία ημο DNA ηαζ εοεφκμκηαζ βζα ημ βεκεηζηυ οθζηυ ηαηά ηδ δζάνηεζα ηδξ ιεηαβναθήξ ηδξ ακαδίπθςζδξ ηαζ ηδξ δδιζμονβίαξ κέςκ ζηεθχκ ζημ DNA. Οζ ημπμσζμιενάζεξ είκαζ ιμκαδζηά έκγοια πανυκηα ζηα πνμηανοςηζηά ηφηηανα ηαεχξ ηαζ ζημκ πονήκα ηςκ εοηανοςηζηχκ ηοηηάνςκ. Έπμοκ ηαοημπμζδεεί ηέζζενζξ δζαθμνεηζηέξ ιμνθέξ ημπμσζμιενάζδξ, αθθά ιυκμ δφμ θαίκεηαζ κα είκαζ πανμφζεξ ζηα εδθαζηζηά, δ ημπμσζμιενάζδ Ι ηαζ ΙΙ. 85 Οζ ημπμσζμιενάζεξ θαιαάκμοκ ιένμξ ζε δζάθμνα ζηάδζα ημο ιεηααμθζζιμφ ημο DNA, υπςξ ζηδ ζφκεεζδ ηαζ ηδ ιεηαβναθή ημο. Δπίζδξ 80 Mascaux C, Iannino N, Martin B, et al. "The role of RAS oncogene in survival of patients with lung cancer: a systematic review of the literature with meta-analysis r. J. Cancer 92 (1): Heald R, Nogales E "Microtubule dynamics". J Cell Sci 115 (Pt 1): 3 4 January Hanks SK (2003). "Genomic analysis of the eukaryotic protein kinase superfamily: a perspective". Genome Biol. 4 (5) 83 Kelley W: "Textbook of Rheumatology", Saunders, USA, Σαιέθδξ Γ.Φ. Βήμα Κλινικής Ογκολογίας, 2002, 1 (4), Wang JC. DNA Topoisomerases: Why so many? The Journal of Biological Chemistry, 1992, 266,

27 δ ημπμσζμιενάζδ ΙΙ, ζε ακηίεεζδ ιε ηδκ ημπμσζμιενάζδ Ι, απμηεθεί ζδιακηζηυ έκγοιμ βζα ηδ γςή εκυξ ιφηδηα. Η θεζημονβζηή δναζηδνζυηδηα ηςκ ημπμσζμιεναζχκ ζοκίζηαηαζ ζηo ζπάζζιμ ηδξ έθζηαξ ημο DNA (ηδξ ιίαξ έθζηαξ ή ηαζ ηςκ δφμ εθίηςκ βζα ηδκ ημπμσζμιενάζδ Ι ή ηδκ ημπμσζμιενάζδ ΙΙ ακηίζημζπα), βεβμκυξ πμο επζηνέπεζ ζηδκ οπυθμζπδ έθζηα ημο DNA κα πενάζεζ ιέζς ημο ζπαζίιαημξ. Μεηά ημ πέναζια ηδξ έθζηαξ μζ ημπμσζμιενάζεξ επακαζοκάπημοκ ηζξ ζπαζιέκεξ έθζηεξ ημο DNA. Οζ ημπμσζμιενάζεξ είκαζ ζδιακηζηά έκγοια απυ εεναπεοηζηήξ πθεονάξ δζυηζ είκαζ ζηυπμζ ανηεηχκ ακηζηανηζκζηχκ θανιάηςκ. Οζ ακαζημθείξ ηδξ ημπμσζμιενάζδξ πανειααίκμοκ ιε ημ αζηαεέξ ζφιπθεβια ημ μπμίμ δδιζμονβείηαζ απυ ημ έκγοιμ ημπμσζμιενάζδ ηαζ ημ DNA ηαζ ημ ηαεζζημφκ πενζζζυηενμ ζηαεενυ. Γζαθμνεηζηά ημ θάνιαημ (ακαζημθέαξ ηδξ ημπμσζμιενάζδξ) ακαζηέθθεζ ημ ηεθεοηαίμ ζηάδζμ ηδξ θοζζμθμβζηήξ δναζηδνζυηδηαξ ηςκ ημπμσζμιεναζχκ, πμο ακηζπνμζςπεφεζ ηδκ ακαδίπθςζδ ημο DNA ιεηά ηδκ μθμηθήνςζδ ημο πενάζιαημξ ηδξ έθζηαξ ημο DNA. 86 H δδιζμονβία ημο ζηαεενμφ ζοιπθέβιαημξ DNA εκγφιμο θανιάημο είκαζ οπεφεοκδ βζα ημ ζηαιάηδια ηδξ ιεηαβναθήξ, ημ μπμίμ απμηεθεί ηδκ απανπή ηςκ βεβμκυηςκ πμο μδδβμφκ ζηδκ απυπηςζδ. Σημκ επυιεκμ πίκαηα δίκμκηαζ ηάπμζα θάνιαηα πμο ακαζηέθθμοκ ηζξ ημπμσζμιενάζεξ. Αναστολείς της Τοποϊσομεράσης Ι Παξάγωγα θακπηνζεθίλεο DX-8915 Παξάγωγα ηλδνθαξβαδόιεο Αλάινγα ηεο θηλνιίλεο Αλάινγα ηεο θηλνμαιίλεο Ampidicolin Αναστολείς της Τοποϊσομεράσης ΙΙ Ακεναηοηθίκεξ Δπζπμδμθοθθμημλίκεξ Πανάβςβα ακεναηεκίμο Δθθζπηζζίκεξ Αηνζδίκεξ Αηηζκμιοηίκδ-D Ακηζβυκα ηδξ ηζκμθίκδξ Ακάθμβα ηδξ ηζκμλαθίκδξ Ακάθμβα ηδξ αεκγμθαζκαγίκδξ Οζ ακαζημθείξ ηδξ ημπμσζμιενάζδξ ζηαεενμπμζμφκ ημ ζφιπθεβια ημπμσζμιενάζδ DNA πνμζηαηεφμκηαξ έηζζ ημ ζπάζζιμ ηςκ εθίηςκ ημο DNA ηαζ ανβυηενα ηδ δδιζμονβία κέςκ εθίηςκ. Τμ ζφιπθεβια θάνιαημ (ακαζημθέαξ ηδξ ημπμσζμιενάζδξ) DNA ημπμσζμιενάζδ πνμηαθεί ιδ ακαζηνέρζιμ ζπάζζιμ ηδξ δζπθήξ έθζηαξ ημο DNA, ημ μπμίμ μδδβεί ζηδκ απυπηςζδ ιέζς αζμπδιζηχκ ή/ηαζ βμκζδζαηχκ αθθαβχκ. Δνεοκδηζηέξ ιεθέηεξ έδεζλακ υηζ ιζα ηθάζδ ακαζημθέςκ ηδξ ημπμσζμιενάζδξ Ι, μζ ηαιπημεεηίκεξ, ειθάκζζακ εκηοπςζζαηή ηοηηανμημλζηή 86 Liu LF. DNA topoisomerase poisons as antitumor drugs. Annu. Rev. Biochem. 1989, 58,

28 δνάζδ έκακηζ αεοιζηχκ πμκηζηζχκ ζηα μπμία είπακ εκεεεί ακενχπζκμζ υβημζ παπέμξ εκηένμο. 87 Νευηενα θάνιαηα, υπςξ ηα ακάθμβα ηδξ ηζκμθίκδξ, έδεζλακ πανυιμζα ηοηηανμημλζηή δνάζδ ιε ηδ βκςζηή ακηζιζηςηζηή δνάζδ ηδξ ηνζηοηθζηήξ αηνζδζκμ-4-ηαναμλαιίδδξ. 88 Διθάκζζακ δναζηζηυηδηα έκακηζ ηδξ Jurkat ακενχπζκδξ θεοπαζιζηήξ ζεζνάξ ηαζ ηςκ ζεζνχκ JCA ηαζ JLC. Τα ακάθμβα ηδξ ηζκμλαθίκδξ έδεζλακ θζβυηενμ ηοηηανμημλζηά απυ ηα ακάθμβα ηδξ ηζκμθίκδξ, αθθά έπμοκ πανυιμζμ ηνυπμ δνάζδξ. 32 Τα κευηενα αοηά ακάθμβα θαίκεηαζ κα είκαζ ιεζηημί ακαζημθείξ ηυζμ ηδξ ημπμσζμιενάζδξ Ι υζμ ηαζ ηδξ ΙΙ. Απμδείπεδηε επίζδξ υηζ ήηακ ηαηά ηνεζξ θμβανζειζηέξ ηθίιαηεξ πενζζζυηενμ ηοηηανμημλζηά απ υ,ηζ δ DACA (tricyclic acridine-4- carboxamide) ηαζ δ doxorubicin ζε ακενχπζκεξ ηοηηανζηέξ θεοπαζιζηέξ ζεζνέξ ηαεχξ ηαζ ζε ακενχπζκεξ ηοηηανζηέξ ζεζνέξ ηανηίκμο παπέμξ εκηένμο. Γζάθμνεξ ιεθέηεξ έδεζλακ αηυιδ υηζ μζ ακαζημθείξ ηδξ ημπμσζμιενάζδξ Ι (ηαιπημεεηίκδ) ηαζ μζ ακαζημθείξ ηδξ ημπμσζμιενάζδξ ΙΙ (ηεκζπμζίδδ ηαζ αιζαηνίκδ) επζηείκμοκ ηδκ απυπηςζδ ζηζξ HC-60 ακενχπζκεξ ηανηζκζηέξ ηοηηανζηέξ ζεζνέξ. 89 Οζ ίδζμζ ενεοκδηέξ ανήηακ ιζα ιέεμδμ χζηε κα ιεηνμφκ ημ ζπάζζιμ ηδξ ιμκήξ ή ηδξ δζπθήξ έθζηαξ ημο DNA ζακ απμηέθεζια ηδξ εκενβμπμίδζδξ ηδξ εκδμκμοηθεάζδξ ηςκ HL-60 ηανηζκζηχκ ζεζνχκ πμο εεναπεφμκηαζ ιε ημοξ ακαζημθείξ ηδξ ημπμσζμιενάζδξ Ι ή/ηαζ ΙΙ. Άθθμζ ενεοκδηέξ πμνήβδζακ εημπμζίδδ ηαζ ηαιπημεεηίκδ μζ μπμίεξ επέηεζκακ ηδκ απυπηςζδ ακενχπζκςκ ηοηηανζηχκ ηανηζκζηχκ ζεζνχκ απυ ηανηίκμ ιαζημφ ηαζ πνμζηάηδ. Καηά ηδ δζάνηεζα ηδξ απμπηςηζηήξ δζαδζηαζίαξ παναηδνήεδηε αφλδζδ ημο ακαζημθέα p27 ηδξ ηζκάζδξ ηδξ ηοηθίκδξ. Η ακάθοζδ ιε ηοηηανμιεηνία νμήξ έδεζλε υηζ δ εεναπεία είπε ζακ απμηέθεζια ημ ζηαιάηδια ημο ηφηθμο ζηδ θάζδ G2/M. Απυ ηδ ιεθέηδ ζοιπεναίκεηαζ υηζ ηα ηφηηανα αοηά εζζένπμκηαζ ζηδ θάζδ ηδξ απυπηςζδξ ιε ηδ αμήεεζα ηδξ εημπμζίδδξ ηαζ ηδξ ηαιπημεεηίκδξ ηαζ μ ακαζημθέαξ ηδξ, ελανηχιεκμξ απυ ηδκ ηζκάζδ ηδξ ηοηθίκδξ, παίγεζ ηάπμζμ νυθμ ηαηά ηδ δζάνηεζα ηδξ απμπηςηζηήξ δζαδζηαζίαξ. 90 Παναηδνήεδηε επίζδξ αολδιέκδ έηθναζδ ηδξ ημπμσζμιενάζδξ Ι ζε ζειζκχιαηα ηαζ ειανοσηά ηανηζκχιαηα ακεεηηζηά ζηδ πδιεζμεεναπεία ηαζ θαίκεηαζ υηζ μζ ακαζημθείξ ηδξ ημπμσζμιενάζδξ Ι ιπμνεί κα απμηεθμφκ πνήζζια θάνιαηα βζα ηδ πδιεζμεεναπεία ηςκ ακενχπζκςκ υβηςκ απυ βεκκδηζηά ηφηηανα ακεεηηζηχκ ζηδ πδιεζμεεναπεία. 91 Ακαθένεδηε αηυιδ υηζ δ πνμζεήηδ ηδξ θθααμπζνζδυθδξ (ιζαξ ελανηχιεκδξ ηοηθίκδξ ηδξ ηζκάζδξ) εκενβμπμζεί ηδκ απυπηςζδ ηαζ εοαζζεδημπμζεί ημ ηφηηανμ κα μδδβδεεί ζε 87 Yoshikazu S. Satomi T. Tomoko O. Decreased expression of DNA topoisomerase I in camptothecintesistant tumor cell lines as determined by a monoclonal antibody. Cancer Research, 1990, 50, Deady LW. Kaye AJ. Finlay GJ. Synthesis and antitumor properties of N-[2-dimethylaminoethyl]carboxamide derivatives of fused tetracyclic quinolones and quinoxalines: a new class of putative topoisomerase. J. Med. Chem. 1997, 40, Corczyca W. Melamed MR. Darzynkrewicz Z. Apoptosis of S-phase HL-60 cells induced by DNA topoisomerase inhibitors: detection of DNA strand breaks by flew cytometry using the in situ nick translation assay. Toxicol. Lett. 1993, 67, Jiaxi W. Ming-Biao Y. Gunnar H. Induction of biphasic DNA double strand breaks and activation of multiple repair protein complexes by DNA topoisomerase I drug 7-ethyl-10-hydroxy-camptothecin. Mol. Pharmacol. 2002, 61, Berney DM. Shamash J. Gaffney J. DNA topoisomerase I and II expression in drug resistant germ cell tumors. Br. J. Cancer. 2002, 87,

29 ηοηηανζηυ εάκαημ. Πνμζεέημκηαξ ηδ θθααμπζνζδυθδ ιεηά απυ ηδ CPT-11 ζηδ εεναπεία ακεεηηζηχκ υβηςκ ημο παπέμξ εκηένμο, οπήνλε οπμδζπθαζζαζιυξ ημο υβημο ζε ακενχπζκεξ ηοηηανζηέξ ζεζνέξ ακεεηηζηχκ υβηςκ ημο παπέμξ εκηένμο (p-21, Hct 116) ηαζ ζε αεοιζηά πμκηίηζα (xenografts). 92 Μζα κέα μιάδα θανιάηςκ, μζ αεκγμθαζκαγίκεξ ιε ηονζυηενμ εηπνυζςπμ ηδκ XR 11576, θαίκεηαζ υηζ ακαζηέθθμοκ ηδκ ημπμσζμιενάζδ Ι ηαζ ΙΙ δνχκηαξ ζε δζαθμνεηζηέξ θάζεζξ ημο ηοηηανζημφ ηφηθμο. 93 Η έκςζδ αοηή ειθάκζζε ζδιακηζηή ηοηηανμημλζηυηδηα έκακηζ εκυξ ιεβάθμο πάκεθ ακενχπζκςκ ηοηηανζηχκ ζεζνχκ απυ δζάθμνμοξ υβημοξ (IC 50 : 6-47 nm). Διθάκζζε αηυιδ δναζηζηυηδηα in vivo ζε υβημοξ H69/p ηαζ H69/LX4 ακενχπζκςκ ηοηηανζηχκ ζεζνχκ απυ ιζηνμηοηηανζηυ ηανηίκμ πκεφιμκα, πμο εηθνάγμοκ πμθθαπθή θανιαηεοηζηή ακηίζηαζδ, ηαεχξ ηαζ ζε ακεεηηζηέξ ζεζνέξ MC26, HT29, ηανηίκμο παπέμξ εκηένμο. Τέθμξ, δ aphidicolin, έκαξ κέμξ ακαζημθέαξ ηδξ DNA πμθοιενάζδξ, επζηείκεζ ημ δζθαζζηυ δζπθυ ζπάζζιμ ηςκ εθίηςκ ημο DNA ηαζ εκενβμπμζεί ηνεζξ επακμνεςηζηέξ πνςηεΐκεξ ημο δζπθμφ ζπαζίιαημξ ηςκ εθίηςκ ημο DNA (NPS1-MRE11-RAD50 ηαζ BRCA1) μζ μπμίεξ επακαζοβημθθμφκ ηζξ έθζηεξ ημο DNA Motwani M. Jung C. Francis M. Augmentation of apoptosis and tumor regression by flavopirizol in the presence of CPT-11 in Hct 116 colon cancer monolayers and xenografts. Clinical Cancer Research. 2002, 7, Vicker N. Burgess L. Irina S. Novel angular benzophenazines. Dual topoisomerase I and topoisomerase II inhibitors as potential anticancer agents. J. Med. Chem. 2002, 45,

30 1. Γνκηθέο θαη ειεθηξνληθέο ηδηόηεηεο 1.1 Θεωξεηηθά ηνηρεία ηε ζπγθεθξηκέλε παξάγξαθν αλαιύνληαη νη κέζνδνη θαη νη ζεσξεηηθέο παξάκεηξνη πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ γηα ην ραξαθηεξηζκό ηεο δνκήο θαζώο θαη νη ειεθηξνληθέο θαη θαζκαηνζθνπηθέο ηδηόηεηεο πνπ παξέρνπλ ελδείμεηο γηα ηε δξαζηηθόηεηα ησλ ζπκπιόθσλ ηνπ Cu(ΗΗ) Θεωξία ηεο πλαξηεζηαθήο Ππθλόηεηαο Από ηηο πνιιέο δηαζέζηκεο θβαληνρεκηθέο πξνζεγγίζεηο ε ζεσξία ηεο ζπλαξηεζηαθήο ππθλφηεηαο (density-functional theory, DFT) έρεη απνβεί ηελ ηειεπηαία δεθαεηία κηα θύξηα κέζνδνο κε εθαξκνγέο πνπ εθηείλνληαη από ην δηαζηξηθό ρώξν θαη ηελ αηκόζθαηξα κέρξη ηε βηόζθαηξα θαη ηε ζηεξεά θαηάζηαζε. Ζ ηζρύο ηεο κεζόδνπ βξίζθεηαη ζην γεγνλόο όηη ελώ ε ζπκβαηηθή ab initio ζεσξία πεξηιακβάλεη ηελ ειεθηξνληθή ζπζρέηηζε ρξεζηκνπνηώληαο δηεπξπλόκελεο δηαηαξαρέο ή δηακνξθώζεηο δηεγεξκέλσλ θαηαζηάζεσλ απμαλόκελεο ηάμεο νη νπνίεο πξνζηίζεληαη ζηηο ιύζεηο «κεδεληθήο ηάμεο» ηεο Hartree-Fock, ε κέζνδνο DFT εκπεξηέρεη ήδε από ηελ αξρή έλα κεγάιν ηκήκα ηεο ειεθηξνληθήο ζπζρέηηζεο κέζσ ηεο ιεγόκελεο ζπλαξηεζηαθήο αληαιιαγήο-ζπζρέηηζεο (exchange-correlation functional). ε γεληθέο γξακκέο ε βαζηθή ηδέα ηεο ζεσξίαο απηήο είλαη λα εθθξάζεη ηελ νιηθή ελέξγεηα σο ζπλαξηεζηαθή ηεο ειεθηξνληθήο ππθλόηεηαο, δειαδή Με ηνλ ηξόπν απηό ε ελέξγεηα εμαξηάηαη κόλν από ηξεηο ζπληεηαγκέλεο (ηελ ηηκή ηεο ππθλόηεηαο ζην ζεκείν r ) ζε αληίζεζε κε ηε ζεσξία ηεο θπκαηνζπλάξηεζεο ζηελ νπνία ε ελέξγεηα εμαξηάηαη από ηηο ζπληεηαγκέλεο όισλ ησλ ειεθηξνλίσλ (δειαδή 3Ν ζπληεηαγκέλεο, όπνπ Ν είλαη ν αξηζκόο ησλ ειεθηξνλίσλ). Ζ αλάπηπμε ηεο κεζόδνπ άξρηζε ζηα κέζα ηνπ 1920 κε ηηο εξγαζίεο ησλ Thomas θαη Fermi. 1,2 ηόρνο ηνπο ήηαλ ε δηαηύπσζε κηαο ζεσξίαο ειεθηξνληθήο δνκήο γηα ηε ζηεξεά θαηάζηαζε, πνπ ζα βαζηδόηαλ ζηηο ηδηόηεηεο ελόο νκνγελνύο ειεθηξνληθνύ λέθνπο ζην νπνίν εηζάγεηαη κηα νκάδα εμσηεξηθώλ δπλακηθώλ (π.ρ. αηνκηθώλ ππξήλσλ). Ωζηόζν ε αξρηθή δηαηύπσζε, καδί κε ηηο κεηαγελέζηεξεο πξνζζήθεο ησλ Dirac θαη Slater, 3,4 ήηαλ αλεπαξθήο γηα ηελ αθξηβή πεξηγξαθή ησλ αηνκηθώλ θαη κνξηαθώλ ηδηνηήησλ θαη κόλν κεηά ηηο εξγαζίεο ηνπ Kohn ζηα κέζα ηνπ 1960 ε ζεσξία απέθηεζε κηα κνξθή θαηάιιειε γηα ηελ ππνινγηζηηθή ρεκεία. 5,6 (1) 1 Thomas LH, Proc. Camb. Phil. Soc. 1927, 23, Fermi E, Z. Phys. 1932, 48, Dirac PAM, Proc. Camb. Phil. Soc. 1930, 26, Slater JC, Phys. Rev. 1951, 81, Hohenberg P, Kohn W, Phys. Rev. B, 1964, 136, Kohn W, Sham LJ, Phys. Rev. A, 1965, 140,

31 Ξεθηλώληαο από ηε ζρεηηθά ππεξαπινπζηεπκέλε έθθξαζε ησλ Thomas-Fermi-Dirac, νη Hohenberg θαη Kohn κπόξεζαλ λα δηαηππώζνπλ δύν πνιύ ζεκαληηθά ζεσξήκαηα ηα νπνία απνηέιεζαλ ηε βάζε γηα ηελ πεξαηηέξσ αλάπηπμε ηεο ζεσξίαο. Σν πξώην ζεώξεκα δειώλεη όηη ππάξρεη κηα άκεζε ζρέζε κεηαμύ ηεο ππθλόηεηαο θαη ηνπ εμσηεξηθνύ δπλακηθνύ, δειαδή θάζε εμσηεξηθό δπλακηθό ηξνπνπνηεί ηελ ππθλόηεηα κε ην δηθό ηνπ κνλαδηθό ηξόπν. Δπηπξόζζεηα γλσξίδνπκε όηη ε ππθλόηεηα πξνζδηνξίδεη ηνλ αξηζκό ησλ ειεθηξνλίσλ, θαη ηηο θαηερόκελεο θπκαηνζπλαξηήζεηο, (2) Απηό ζεκαίλεη όηη αλ γλσξίδνπκε ηελ αθξηβή ππθλόηεηα (γηα κηα κε-εθθπιηζκέλε βαζηθή θαηάζηαζε), κπνξνύκε λα πξνζδηνξίζνπκε ην δπλακηθό, ηνλ αξηζκό ησλ ζσκαηηδίσλ, ηελ θπκαηνζπλάξηεζε βαζηθήο θαηάζηαζεο θαη ζπλεπώο ηελ νιηθή ελέξγεηα θαη όιεο ηηο ηδηόηεηεο ηνπ ζπζηήκαηνο. Σν δεύηεξν ζεώξεκα απνδεηθλύεη όηη ππάξρεη γηα ηελ ππθλόηεηα κηα αξρή κεηαβνιώλ θη όηη θάζε δνθηκαζηηθή ππθλόηεηα παξάγεη κηα ελέξγεηα πνπ είλαη κεγαιύηεξε από εθείλε πνπ αληηζηνηρεί ζηελ αθξηβή ππθλόηεηα. Βαζηθέο εμηζώζεηο Ξεθηλώληαο από έλα νκνγελέο ειεθηξνληθό λέθνο θαη ηα παξαπάλσ ζεσξήκαηα, νη Kohn θαη Sham πξόηεηλαλ κηα ιύζε ζην πξόβιεκα ηεο ειεθηξνληθήο αιιειεπίδξαζεο ζε πνιπειεθηξνληθά ζπζηήκαηα, ε νπνία βαζηδόηαλ ζηνλ νξηζκό ελόο ζπζηήκαηνο κνλν-ειεθηξνληθώλ εμηζώζεσλ. Με ηελ πξνζζήθε απηή ε DFT επζπγξακκίζηεθε κε ηε ζεσξία HF, επηηξέπνληαο έηζη ηε ρξήζε αλάινγσλ ππνινγηζηηθώλ δηαδηθαζηώλ, ηε ζπγθξηηηθή κειέηε ησλ δύν πξνζεγγίζεσλ θαζώο θαη κηα απζηεξόηεξε αλάπηπμε ηεο κεζνδνινγίαο. Δηδηθόηεξα αξρίδνπκε κε ην δηαρσξηζκό ηεο ζπλαξηεζηαθήο θηλεηηθήο ελέξγεηαο ζε κηα ζπλαξηεζηαθή κε-αιιειεπηδξώλησλ ειεθηξνλίσλ θη έλα ππόινηπν πνπ πεξηέρεηαη ζηε ζπλαξηεζηαθή αληαιιαγήο-ζπζρέηηζεο. Καηόπηλ αλαιύνπκε ηελ ππθλόηεηα ζ έλα ζύζηεκα κνλν-ειεθηξνληθώλ θπκαηνζπλαξηήζεσλ, ηα ιεγόκελα ηξνρηαθά Kohn-Sham, (3) Ζ θαηνρή ησλ ηξνρηαθώλ επηιέγεηαη λα είλαη έλα γηα ηα n θαηώηεξα θαη κεδέλ γηα ηα ππόινηπα. Όκσο ε πξαγκαηηθή επηινγή ησλ ηξνρηαθώλ είλαη απζαίξεηε εθόζνλ απνηεινύλ έλα νξζνθαλνληθό ζύλνιν θαη δίλνπλ ηελ νξζή ππθλόηεηα. Σα ηξνρηαθά απηά πεξηγξάθνπλ αθξηβώο έλα ζύζηεκα κε-αιιειεπηδξώλησλ ειεθηξνλίσλ, επηηξέπνληαο έηζη λα ππνινγίζνπκε έκκεζα ην ππόινηπν κηθξόηεξν ηκήκα ηεο θηλεηηθήο ελέξγεηαο. Ζ αληίζηνηρε έθθξαζε γηα ηελ θηλεηηθή ελέξγεηα είλαη (4) (5) 31

32 όπνπ. Ζ ζπλαξηεζηαθή ελέξγεηα αληαιιαγήο-ζπζρέηηζεο απνηειεί ζπλεπώο έλα ζπλδπαζκό ηνπ αιιειεπηδξώληνο ηκήκαηνο ηεο θηλεηηθήο ελέξγεηαο θαη όισλ ησλ αιιειεπηδξάζεσλ ειεθηξνλίνπ-ειεθηξνλίνπ πνπ δελ πεξηγξάθνληαη από ηνλ θιαζηθό όξν Coulomb: Δπνκέλσο ε νιηθή ελέξγεηα κπνξεί λα γξαθεί σο εμήο: (6) (7) ηε ζπλέρεηα εθαξκόδνπκε ζηηο θπκαηνζπλαξηήζεηο ηνλ πεξηνξηζκό ηεο νξζνθαλνληθόηεηαο κέζσ ησλ πνιιαπιαζηαζηώλ Lagrange ε ij θαη ιακβάλνπκε ηηο n κνλν-ειεθηξνληθέο εμηζώζεηο Euler-Lagrange: H i i 1 n 2 2 v eff i ij i (8) j όπνπ ην απνηειεζκαηηθό δπλακηθό, v eff, ιακβάλεηαη από ηηο ζπλαξηεζηαθέο παξαγώγνπο όισλ ησλ όξσλ πιελ ηεο θηλεηηθήο ελέξγεηαο: Ζ δηαγσλνπνίεζε ηνπ πίλαθα πνπ ζρεκαηίδεηαη από ηνπο πνιιαπιαζηαζηέο {ε ij } δίλεη ηα ηξνρηαθά Kohn-Sham θαη ηηο ηδηνηηκέο ηνπο: H i i eff i i i (10) Απηέο ζπληζηνύλ γηα ηε DFT ηηο ηζνδύλακεο εμηζώζεηο HF θαη όπσο εθείλεο πξέπεη λα επηιπζνύλ κε κηα επαλαιεπηηθή κέζνδν ζε κηα απηνζπλεπή (SCF) δηαδηθαζία. Ζ νιηθή ελέξγεηα κπνξεί αθνινύζσο λα ππνινγηζζεί κέζσ ηεο ππθλόηεηαο κε ηε ρξήζε ησλ παξαπάλσ εμηζώζεσλ ή θαη αλαινγία πξνο ηελ HF κε ηε ρξήζε ηεο: (9) Σν πιενλέθηεκα έλαληη ηεο κεζόδνπ HF είλαη όηη ελώ ζηε ζπκβαηηθή ab initio ζεσξία πξέπεη λα θαηαθύγνπκε ζηε δαπαλεξή ζεσξία ησλ δηαηαξαρώλ ή ζηελ αιιειεπίδξαζε δηακνξθώζεσλ, ζηε DFT ε ειεθηξνληθή ζπζρέηηζε εκπεξηέρεηαη ήδε ζαθώο ζηε ζπλαξηεζηαθή αληαιιαγήοζπζρέηηζεο. Αληίζεηα ην βαζηθό πξόβιεκα είλαη λα βξνύκε κηα θαηάιιειε έθθξαζε γηα ηελ E xc. 32 (11)

33 Όπσο αλαθέξζεθε παξαπάλσ, όηαλ έρνπκε ηε ζσζηή ζπλαξηεζηαθή ηόηε κπνξνύκε λα εμάγνπκε ηελ αθξηβή ελέξγεηα, ηελ αθξηβή ππθλόηεηα βαζηθήο θαηάζηαζεο θαη όιεο ηηο ηδηόηεηεο ηνπ ζπζηήκαηνο. Γηνξζώζεηο Κιίζεο θαη Τβξηδηθέο πλαξηεζηαθέο Οη αξρηθέο εθαξκνγέο ηεο DFT ρξεζηκνπνίεζαλ ηε ιεγόκελε πξνζέγγηζε ηνπηθήο ππθλφηεηαο (local density approximation, LDA) ή, αλ δηαρσξίζνπκε ηα α θαη β spin, ηελ πξνζέγγηζε ηνπηθήο ππθλφηεηαο spin (LSDA). Ζ βαζηθή παξαδνρή είλαη όηη ε ππθλόηεηα κεηαβάιιεηαη πνιύ ιίγν κε ηελ απόζηαζε δειαδή είλαη ηνπηθά ζηαζεξή. Έλαο άιινο ηξόπνο γηα λα αληηιεθζνύκε ηελ έλλνηα ηεο LDA είλαη λα μεθηλήζνπκε από έλα νκνγελέο ειεθηξνληθό λέθνο θαη θαηόπηλ λα εληνπίδνπκε ηελ ππθλόηεηα γύξσ από θάζε εμσηεξηθό δπλακηθό θάζε ππξήλα ζ έλα κόξην ή ζηεξεό. Σν γεγνλόο όηη ε ππθλόηεηα είλαη ηνπηθά ζηαζεξή αιεζεύεη πξάγκαηη γηα ελδηάκεζεο ππθλόηεηεο, αιιά δελ ηζρύεη θαη αλάγθε ζε πεξηνρέο πςειήο ή ρακειήο ππθλόηεηαο. Απηό νδήγεζε ζηηο αξρέο ηνπ 1980 ζηελ αλαγλώξηζε όηη ζηηο ζπλαξηεζηαθέο εθθξάζεηο δελ πξέπεη λα πεξηιακβάλεηαη κόλν ε ππθλόηεηα αιιά θαη ε θιίζε ηεο ππθλόηεηαο, π.ρ. Έηζη αλαπηύρζεθαλ δηάθνξεο πξνζεγγίζεηο επέθηαζεο θιίζεο (gradient expansion approximation, GEA) νη νπνίεο ζηε ζπλέρεηα ηππνπνηήζεθαλ ππό ηε κνξθή κηαο γεληθεπκέλεο πξνζέγγηζεο θιίζεο (generalized gradient approximation, GGA). Με ηελ εηζαγσγή ηεο ζπλαξηεζηαθήο ππθλόηεηαο δηνξζσκέλεο θιίζεο, ε DFT εμειίρζεθε ζε θύξηα κέζνδν γηα όιεο ηηο πεξηνρέο ηεο ππνινγηζηηθήο ρεκείαο. Δπί ηνπ παξόληνο είλαη ε πην πιαηηά εθαξκνδόκελε θβαληνρεκηθή πξνζέγγηζε θαη ρξεζηκνπνηείηαη γηα κηα ζρεδόλ δεθαεηία ζηηο ζεσξεηηθέο κειέηεο ζπζηεκάησλ κε βηνρεκηθό ελδηαθέξνλ. Ζ έθθξαζε ηεο LDA γηα ηελ αληαιιαγή από ηνπο Dirac θαη Slater ( S ): 7,8 θαη ηα δεδνκέλα Monte Carlo γηα ηελ ηνπηθή ελέξγεηα ζπζρέηηζεο ελόο νκνγελνύο ειεθηξνληθνύ λέθνπο από ηνπο Ceperley θαη Alder, 9 όπσο παξακεηξνπνηήζεθαλ από ηνπο Vosko, Wilk θαη Nusair ( VWN ), 10 απνηέιεζαλ ηε βάζε γηα όιεο ηηο επαθόινπζεο ζπλαξηεζηαθέο κε δηόξζσζε θιίζεο. Ζ LDA θαη ε S-VWN ζπληζηνύλ ηα αληίζηνηρα αθξσλύκηα γηα ηελ εθηέιεζε ππνινγηζκώλ ηνπηθήο ππθλόηεηαο κε ηηο παξαπάλσ ζπλαξηεζηαθέο κνξθέο. Οη πεξηζζόηεξεο ζπλαξηεζηαθέο δηνξζσκέλεο θιίζεο ρξεζηκνπνηνύλ πιένλ σο βάζε ηελ πξνζέγγηζε LDA ζηελ νπνία θαηόπηλ πξνζζέηνπλ δηνξζώζεηο. Ζ πξώηε γεληά δηνξζώζεσλ θιίζεο αλαπηύρζεθε ζηα κέζα ηνπ 1980 θαη έδσζε εηδηθή πξνζνρή ζηηο ηδηόηεηεο ηεο νπήο αληαιιαγήο-ζπζρέηηζεο ηνπ «θελνύ» πνπ πεξηβάιιεη θάζε ειεθηξόλην. Οη δηνξζώζεηο απηέο (12) (13) 7 Dirac PAM, Proc. Camb. Phil. Soc. 1930, 26, Slater JC, Phys. Rev. 1951, 81, Ceperley DM, Alder BJ, Phys. Rev. Lett. 1980, 45, Vosko SJ, Wilk L, Nusair M, Can. J. Phys. 1980, 58,

34 ζπλνδεύνληαη ζπρλά από πνιπσλπκηθέο πξνζαξκνγέο ησλ αλαιπηηθώλ εθθξάζεσλ ή/θαη παξακεηξνπνηήζεηο κε βάζε ηηο ηδηόηεηεο ησλ επγελώλ αεξίσλ. Σν 1988 ν Becke πξόηεηλε κηα κνξθή δηνξζσκέλεο θιίζεο γηα ηε ζπλαξηεζηαθή αληαιιαγήο ( Β88 ), 11 εμαζθαιίδνληαο ην νξζό αζπκπησηηθό όξην (1/r) όηαλ r : όπνπ ην ζ ππνδειώλεη ην spin, x / 4 / 3 θαη β είλαη έλαο εκηεκπεηξηθόο όξνο ( a.u.) πνπ πξνθύπηεη από ηελ πξνζαξκνγή ειάρηζησλ ηεηξαγώλσλ ησλ δεδνκέλσλ HF γηα ηα επγελή αέξηα He Rn. Άιιεο δεκνθηιείο ζπλαξηεζηαθέο αληαιιαγήο είλαη εθείλεο ησλ Perdew θαη Wang ην 1986 θαη ην 1991 (PW86 θαη PW91, αληίζηνηρα). 12,13 Ζ ζπλαξηεζηαθή αληαιιαγήο PW91 πξνθύπηεη δίρσο ηε ρξήζε παξακέηξσλ, μεθηλώληαο από ηηο ζρέζεηο Β88. Σν 1991 νη Perdew θαη Wang θαηέιεμαλ επίζεο ζε κηα ζπλαξηεζηαθή ζπζρέηηζεο ε νπνία βαζηδόηαλ ζε δηνξζώζεηο ηεο έθθξαζεο VWN, δίρσο εκπεηξηθέο παξακέηξνπο αιιά κε παξακέηξνπο από ηελ αξηζκεηηθή πξνζαξκνγή ζηηο αλαιπηηθέο εθθξάζεηο. Μηα ελαιιαθηηθή πξνζέγγηζε δόζεθε από ηνπο Lee, Yang θαη Parr νη νπνίνη θαηέιεμαλ ζε κηα ζπλαξηεζηαθή ζπζρέηηζεο κε δηόξζσζε θιίζεο ( LYP ) από ηνλ πίλαθα ππθλόηεηαο δεύηεξεο ηάμεο ηεο ζεσξίαο HF. 14 Μαδί κε ηελ PW91 ε ζπλαξηεζηαθή απηή ρξεζηκνπνηείηαη πιένλ επξύηαηα γηα κνξηαθνύο ππνινγηζκνύο. Ωζηόζν κόλν ην 1993, όηαλ ν Becke παξνπζίαζε ηηο πβξηδηθέο ζπλαξηεζηαθέο, δόζεθε κηα πξαγκαηηθή ώζεζε ζηνπο κνξηαθνύο ππνινγηζκνύο. 15,16 Ζ ηδέα πίζσ απ απηέο ήηαλ ν ζπλδπαζκόο ησλ ζπλαξηεζηαθώλ γηα κεαιιειεπηδξώληα ειεθηξόληα κε εθείλεο πνπ ππνινγίδνπλ πιήξσο ηηο αιιειεπηδξάζεηο ειεθηξνλίνπ-ειεθηξνλίνπ. Απηή ε κείμε ησλ δύν «άθξσλ» γίλεηαη ζπλήζσο κε ηελ πξνζαξκνγή ειάρηζησλ ηεηξαγώλσλ ελόο κεγάινπ όγθνπ εκπεηξηθώλ δεδνκέλσλ. Ζ πην δεκνθηιήο θαη αθξηβήο κνξθή έρεη ην αθξσλύκην B3LYP θαη απνηειεί κείμε ηεο αθξηβνύο αληαιιαγήο θαη ησλ ζπλαξηεζηαθώλ S-VWN, B88 θαη LYP: 17 E B3LYP xc E SVWN xc 0.20 E KS S x E x 0.72E B88 LYP x 0.81E c (15) Γηα ηελ G2 νκάδα ελώζεσλ (κηα πξόηππε νκάδα κηθξώλ κνξίσλ) ην κέζν ζθάικα γηα ηελ ελέξγεηα αηκνπνίεζεο είλαη πεξίπνπ 2.5 kcal mol -1 ζην επίπεδν B3LYP ζε ζρέζε κε ηελ ηηκή ησλ 78 kcal mol -1 γηα ηε ζεσξία HF θαη ζε εύξνο 1 kcal mol -1 γηα ηηο πην αθξηβείο ab initio κεζόδνπο. Γεληθά, ζηηο πεξηπηώζεηο ζηηο νπνίεο εξεπλώληαη κέηξηνπ κεγέζνπο ζπζηήκαηα (10 50 αηόκσλ), ε ζπλαξηεζηαθή B3LYP είλαη ε κέζνδνο επηινγήο. (14) 11 Becke AD, Phys. Rev. A, 1988, 38, Perdew JP, Wang Y, Phys. Rev. B, 1986, 33, Perdew JP, Wang Y, Phys. Rev. B, 1991, 44, 13298; Phys. Rev. B, 1992, 45, Lee C, Yang W, Parr RG, Phys. Rev. B, 1988, 37, Becke AD, J. Chem. Phys. 1993, 98, Becke AD, J. Chem. Phys. 1993, 98, Stevens PJ, Devlin FJ, Chabalowski CF, Frisch MJ, J. Phys. Chem. 1994, 98,

35 Παξάιιεια κ απηέο ηηο αλαπηύμεηο θαηαβιήζεθε κεγάιε πξνζπάζεηα ζηε βειηίσζε παιαηόηεξσλ ζπλαξηεζηαθώλ κέζσ θάπνηαο κνξθήο παξακεηξνπνίεζεο ή πξνζαξκνγήο, ή αθόκε γηα ηελ εύξεζε λέσλ θαη θαιύηεξσλ πβξηδηθώλ ζπλδπαζκώλ. Μεηαμύ ηεο δεύηεξεο απηήο γεληάο ζπλαξηεζηαθώλ βξίζθνπκε ηελ PBE, 18 ηελ PBE0, 19 ηελ HCTH 20 θ.ά. Ζ εζηίαζε απηή ηε θνξά είλαη πεξηζζόηεξν ζηε ρεκεία (ελέξγεηα, ηζρύο δεζκνύ θ.ιπ.) παξά ζηηο ηδηόηεηεο ηεο νπήο αληαιιαγήο-ζπζρέηηζεο. Μηα άιιε γξακκή βειηίσζεο είλαη εθείλε ηεο ιεγόκελεο meta-ggas ζηελ νπνία πεξηιακβάλεηαη θαη ε θιίζε ηεο θηλεηηθήο ελέξγεηαο (PKZB). 21 ηνρεύνπκε δειαδή ζηελ πεξηγξαθή κ έλαλ πην επαξθή ηξόπν ηνπ κέξνπο ηεο θηλεηηθήο ελέξγεηαο πνπ εηζάγεηαη ζηε ζπλαξηεζηαθή αληαιιαγήο-ζπζρέηηζεο ηεο ζρέζεο ησλ Kohn-Sham. Απηή ε ζπκπεξίιεςε ησλ δηνξζώζεσλ ηεο θηλεηηθήο ελέξγεηαο απμάλεη ζεκαληηθά ηηο ππνινγηζηηθέο απαηηήζεηο, αιιά ε αθξίβεηα ησλ απνηειεζκάησλ βειηηώλεηαη θαηά πνιύ ζε ζύγθξηζε κε ηηο ζπκβαηηθέο ζπλαξηεζηαθέο δηνξζσκέλεο θιίζεο. Μνινλόηη δελ ππάξρεη θάπνηα ζρέζε κεηαμύ ησλ ζπλόισλ βάζεο πνπ αλαπηύρζεθαλ θαη ρξεζηκνπνηνύληαη ζηνπο ζπκβαηηθνύο ab initio ππνινγηζκνύο θη εθείλσλ πνπ εθαξκόδνληαη ζηε DFT, ηα ζύλνια βάζεο πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη ζε κνξηαθνύο ππνινγηζκνύο DFT είλαη ζπλήζσο ηα ίδηα. Έηζη ζηηο πεξηζζόηεξεο εθαξκνγέο έλα ζύλνιν βάζεο ηππηθνχ ζζέλνπο δηπινχ-δήηα θαη πφισζεο (standard valence double-zeta plus polarization), όπσο ην ζύλνιν 6-31G(d,p) ηνπ Pople, 22 δίλεη ηθαλνπνηεηηθέο γεσκεηξίεο θαη ελέξγεηεο όηαλ ρξεζηκνπνηείηαη ζε ζπλδπαζκό κε θάπνηα από ηηο αθξηβείο ζπλαξηεζηαθέο (B3LYP, PBE0, PW91). Από θάπνηα άπνςε ε αθξίβεηα ηεο κεζόδνπ βξίζθεηαη κεηαμύ ηεο MP2 θαη ηεο CCSD(T). Λόγσ ηεο επλντθήο θιηκάθσζεο ησλ εμηζώζεσλ DFT κε ηελ αύμεζε ηνπ αξηζκνύ ησλ ζπλαξηήζεσλ βάζεο θη επεηδή κηα πνηθηιία ππνινγηζηηθώλ ζπληνκεύζεσλ επηηξέπνπλ ηελ απνθπγή ησλ πεξηζζόηεξσλ αλαζρεηηθώλ παξαγόλησλ, νη ππνινγηζκνί DFT κπνξνύλ λα εθαξκνζηνύλ ζε πνιύ κεγαιύηεξα ζπζηήκαηα απ ό,ηη νη ζπκβαηηθέο ab initio κέζνδνη. Δπηπξόζζεηα ην θόζηνο ηεο αύμεζεο ηνπ ζπλόινπ βάζεο δελ είλαη πνιύ πςειό κε ζπλέπεηα λα είλαη ζρεηηθά εύθνιε ε εθηέιεζε ππνινγηζκώλ κε ζεκαληηθά κεγαιύηεξα ζύλνια βάζεο, όπσο εθείλα κε πνιιαπιέο ζπλαξηήζεηο πόισζεο ή δηάρπζεο (π.ρ. DZVP). 23 Τπνινγηζκνί DFT ζε ζπζηήκαηα κέρξη 50 άηνκα απνηεινύλ ζήκεξα ξνπηίλα, έηζη ώζηε κπνξνύκε πιένλ λα θαηαζθεπάδνπκε ξεαιηζηηθόηεξα κνληέια, πεξηιακβάλνληαο γηα παξάδεηγκα ηα πην ζεκαληηθά ακηλνμέα ζηελ ελεξγό πεξηνρή ησλ ελδύκσλ. Ζ κέζνδνο εθαξκόδεηαη ζε κηα πιαηηά πνηθηιία πξνβιεκάησλ, όπσο ηα κεηαιιν-έλδπκα, ν ζρεδηαζκόο θαξκάθσλ, νη καγλεηηθέο ή θαζκαηνζθνπηθέο ηδηόηεηεο βηνελεξγώλ κνξίσλ θ.ά. Βέβαηα ζηνρεύνπκε πάληα ζηελ έξεπλα αθόκε πην ξεαιηζηηθώλ ζπζηεκάησλ θαη ζηελ εύξεζε θαιύηεξσλ πεξηγξαθώλ γηα κηα πνηθηιία ηδηνηήησλ. Μηα πξνζέγγηζε πνπ επηηξέπεη ηνλ ζπλππνινγηζκό ηνπ πεξηβάιινληνο ελόο ζπζηήκαηνο είλαη ε ιεγόκελε κεζνδνινγία QM/MM 18 Perdew JP, Burke K, Ernzerhof M, Phys. Rev. Lett. 1996, 77, Adamo C, Barone V, J. Chem. Phys. 1999, 110, Hamprecht FA, Cohen AJ, Tozer DJ, Handy NC, J. Chem. Phys. 1998, 109, Perdew JP, Kurth S, Zupan A, Blaha P, Phys. Rev. Lett. 1999, 82, Krishnan R, Binkley JS, Pople JA, J. Chem. Phys. 1980, 72, 650; McLean AD, Chandler GS, J. Chem. Phys. 1980, 72, 5639; Frisch MJ, Binkley JS, Pople JA, J. Chem. Phys. 1984, 80, Chiodo S, Russo N, Sicilia E, Newly developed basis sets for density functional calculations, J. Comput. Chem., 2005, 26,

36 (Quantum Mechanics/Molecular Mechanics). 24 απηή αλακεηγλύνπκε ηελ θβαληνρεκηθή πεξηγξαθή ελόο ζπζηήκαηνο (π.ρ. ηεο ελεξγνύ πεξηνρήο ελόο ελδύκνπ) κε ηελ θιαζηθή κνξηαθή κεραληθή (γηα ην ππόινηπν ηνπ ελδύκνπ). Ζ κεζνδνινγία απηή, παξόηη πνιιά ππνζρόκελε, πεξηνξίδεηαη κέρξη ζηηγκήο ζηε ρξήζε εκηεκπεηξηθώλ πξνζεγγίζεσλ (AM1 ή PM3) γηα ην QM ηκήκα, ελώ αλακέλεηαη αθόκε θάπνηα ζεκαληηθή εμέιημε ηνπ ηύπνπ DFT/MM. Μηα άιιε πξνζέγγηζε είλαη εθείλε πνπ πεξηιακβάλεη ζηνπο ππνινγηζκνύο ηε κνξηαθή δπλακηθή. Έλαο αλάινγνο θνξκαιηζκόο ηεο DFT αλαπηύρζεθε από ηνπο Car θαη Parrinello θη έρεη ρξεζηκνπνηεζεί κε επηηπρία ζε κεγάιν εύξνο πξνβιεκάησλ, 25 όπσο νη επηδηαιπηώζεηο, νη αληηδξάζεηο ζε επηθάλεηεο, νη αιιειεπηδξάζεηο ζηεξεάο θαηάζηαζεο θ.ά. Ωζηόζν νη πξνζνκνηώζεηο ηνπ ηύπνπ CP-MD έρνπλ κεγάιν ππνινγηζηηθό θόζηνο θαη ζπλήζσο δελ εθαξκόδνληαη ζε ζπζηήκαηα κεγαιύηεξα ησλ 200 αηόκσλ. ύλνια Βάζεο Σν ζύλνιν βάζεο (basis set) είλαη έλα ζύλνιν καζεκαηηθώλ ζπλαξηήζεσλ πνπ απνηεινύλ ηε βάζε ελόο ζπλαξηεζηαθνύ ρώξνπ. Κάζε κνξηαθό ηξνρηαθό ζηε ζεσξία Hartree-Fock κπνξεί λα εθθξαζζεί σο γξακκηθόο ζπλδπαζκόο ησλ ζπλαξηήζεσλ βάζεο, ησλ νπνίσλ νη ζπληειεζηέο θαζνξίδνληαη από ηελ απηνζπλεπή (SCF) ιύζε ησλ εμηζώζεσλ HF. Έηζη κε ηελ εηζαγσγή ηνπ ζπλόινπ βάζεο νη δηαθνξηθέο εμηζώζεηο HF παίξλνπλ ηε κνξθή: h HF C S C (16) όπνπ h HF είλαη ν πίλαθαο Fock, C ν πίλαθαο ηδηνδηαλπζκάησλ, S ν πίλαθαο αιιειεπηθάιπςεο πνπ πεξηέρεη ηα νινθιεξώκαηα αιιειεπηθάιπςεο θαη ε ν πίλαθαο ηδηνηηκώλ πνπ πεξηέρεη ηηο ελέξγεηεο ε i ησλ ς i κνξηαθώλ ηξνρηαθώλ. 26 Γεληθά νη ζπλαξηήζεηο βάζεο αλαθέξνληαη σο πξσηαξρηθέο (primitives) ελώ νη δηάθνξνη ζπλδπαζκνί ηνπο σο ζπκππθλσκέλεο (contracted) ζπλαξηήζεηο. Έηζη έλα ΜΟ κπνξεί λα εθθξαζζεί σο γξακκηθόο ζπλδπαζκόο πξσηαξρηθώλ ζπλαξηήζεσλ, αιιά θαη σο γξακκηθόο ζπλδπαζκόο ζπκππθλσκέλσλ ζπλαξηήζεσλ εθ ησλ νπνίσλ ε θαζεκία απνηειεί γξακκηθό ζπλδπαζκό πξσηαξρηθώλ ζπλαξηήζεσλ. Οη ηύπνη ησλ πξσηαξρηθώλ ζπλαξηήζεσλ βάζεο πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη ζηνπο SCF ππνινγηζκνύο είλαη ηα ηξνρηαθά ηχπνπ Slater (STO) θαη ηα ηξνρηαθά ηχπνπ Gauss (GTO). 27,28 Σα ηξνρηαθά ηύπνπ Slater απνηεινύλ εθζεηηθέο ζπλαξηήζεηο νη νπνίεο γηα έλα άηνκν α είλαη ηεο κνξθήο: S,r N n r n 1 e r lm (17) όπνπ Ν n είλαη ε ζηαζεξά θαλνληθνπνίεζεο, Y m l, είλαη νη ζθαηξηθέο αξκνληθέο θαη δ ν ηξνρηαθόο εθζέηεο ηνπ νπνίνπ ε ηηκή θαζνξίδεη ηελ έθηαζε ηνπ ηξνρηαθνύ ζην ρώξν. Σα STO 24 Mulholland AJ, Theoretical biochemistry processes and properties of biological systems. In: Eriksson LA. ed. Theoretical and Computational Chemistry Vol. 9, Elsevier, Amsterdam, Car R, Parrinello M, Phys. Rev. Lett., 1985, 55, Cramer CJ, Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models, John Wiley & Sons, New York, Slater JC, Phys. Rev., 1930, 36, Boys SF, Proc. Roy. Soc. (London), 1950, A200,

37 δίλνπλ κηα ζσζηή πεξηγξαθή ηεο ζπκπεξηθνξάο ηεο θπκαηνζπλάξηεζεο ηόζν θνληά όζν θαη καθξηά από ην ρώξν ηνπ ππξήλα θαη είλαη νη θαιύηεξεο ζπλαξηήζεηο βάζεο γηα θβαληνρεκηθνύο ππνινγηζκνύο ζε αηνκηθό επίπεδν. Σα ηξνρηαθά ηύπνπ Gauss απνηεινύλ επίζεο εθζεηηθέο ζπλαξηήζεηο πνπ δηαθέξνπλ από ηα STO κόλν σο πξνο ηνλ ηξνρηαθό εθζέηε: G,r N n r n 1 e r2 Y lm (18) Σα ηξνρηαθά απηά ρξεζηκνπνηνύληαη ζηνπο ππνινγηζκνύο κε ηελ θαξηεζηαλή ηνπο κνξθή: G,r N n x i y j z k e r2 (19) όπνπ i, j, k είλαη κε αξλεηηθνί αθέξαηνη αξηζκνί. Όηαλ i + j + k = 0 ην ηξνρηαθό είλαη s ηύπνπ, όηαλ i + j + k = 1 είλαη p ηύπνπ θη όηαλ i + j + k = 2 είλαη d ηύπνπ. Σα GTO ζε ζρέζε κε ηα STO έρνπλ ην πιενλέθηεκα λα δίλνπλ εύθνια νινθιεξώζηκεο ζπλαξηήζεηο κε βάζε ην ζεψξεκα ηνπ γηλνκέλνπ Gaussian. 27 ηα ζχλνια ειάρηζηεο βάζεο (minimal basis sets) θάζε θαηερόκελν ηξνρηαθό ησλ αηόκσλ πνπ απαξηίδνπλ ην κόξην εθθξάδεηαη κε κία κόλν ζπλάξηεζε βάζεο. Σα ζύλνια ειάρηζηεο βάζεο κπνξεί λα πεξηέρνπλ STO ή GTO ζπλαξηήζεηο. ηελ πξώηε πεξίπησζε θάζε ζπλάξηεζε βάζεο εθπξνζσπείηαη από έλα STO, αιιά ζηε δεύηεξε πεξίπησζε θάζε ζπλάξηεζε βάζεο εθθξάδεηαη σο γξακκηθό άζξνηζκα ελόο αξηζκνύ GTO, π.ρ. STO-3G. Σα ζύλνια απηά νλνκάδνληαη θαη ζχλνια απινχ δήηα, γηαηί γηα θαζεκία από ηηο ζπλαξηήζεηο βάζεο βειηηζηνπνηείηαη κόλν κία παξάκεηξνο δ. 27 ε έλα ηέηνην ζύλνιν βάζεο STO-nG κπνξνύκε λα δώζνπκε κεγαιύηεξε επθακςία, αλ δηαθξίλνπκε ηα ηξνρηαθά ηεο ζηνηβάδαο ζζέλνπο ζε εζσηεξηθά θαη εμσηεξηθά θαη ηνπο επηηξέςνπκε λα κεηαβάιινληαη αλεμάξηεηα. Σα ζύλνια απηά νλνκάδνληαη ζχλνια βάζεο δηαρσξηζκέλεο ζηνηβάδαο ζζέλνπο ή SV (split valence). ηα ζχλνια βάζεο δηπινχ δήηα (double zeta basis sets) θάζε θαηερόκελν αηνκηθό ηξνρηαθό εθθξάδεηαη κε δύν ζπλαξηήζεηο βάζεο πνπ είλαη ζπλήζσο STO. Ζ νλνκαζία DZ πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα πεξηγξάςεη απηά ηα ζύλνια βάζεο νθείιεηαη ζην γεγνλόο όηη γηα θάζε ζπλάξηεζε βάζεο βειηηζηνπνηνύληαη δύν παξάκεηξνη, δ 1 θαη δ 2. Σα ζύλνια απηά παξέρνπλ ηθαλνπνηεηηθή αθξίβεηα ζηνπο κνξηαθνύο θβαληηθνύο ππνινγηζκνύο. Ζ αθξίβεηα απηή κπνξεί λα απμεζεί αλ ζ απηά πξνζηεζνύλ ζπλαξηήζεηο πφισζεο (polarization functions), π.ρ. 6-31G* ή 6-31G**. Οη ζπλαξηήζεηο απηέο είλαη απαξαίηεηεο γηα λα εθθξάζνπλ ην πξαγκαηηθό ζρήκα ησλ ηξνρηαθώλ ηνπ θάζε αηόκνπ ζην κόξην, ην νπνίν δηαθέξεη από ην ζρήκα ησλ ηξνρηαθώλ ζην ειεύζεξν άηνκν, εθόζνλ ηα ηξνρηαθά ησλ αηόκσλ ζηα κόξηα πθίζηαληαη ηελ επίδξαζε ησλ γεηηνληθώλ ππξήλσλ κε απνηέιεζκα ηελ πόισζε ηεο ειεθηξνληθήο ηνπο ππθλόηεηαο. ηα ζύλνια βάζεο πξνζηίζεληαη πνιιέο θνξέο θαη ζπλαξηήζεηο δηάρπζεο (diffuse functions), π.ρ G* ή G**. Απηέο είλαη GTO κε κηθξνύο εθζέηεο ώζηε λα παξηζηάλνπλ πην δηάρπηα ηξνρηαθά. Γεληθά νη ζπλαξηήζεηο πόισζεο είλαη ηξνρηαθά κε θβαληηθό αξηζκό l κεγαιύηεξν ησλ ηξνρηαθώλ πνπ πεξηγξάθνπλ ηε βαζηθή θαηάζηαζε ηνπ αηόκνπ. Σα ηξνρηαθά απηά ζην νπδέηεξν άηνκν δελ πεξηέρνπλ ειεθηξόληα. Δπίζεο, όπσο εηπώζεθε, ρξεζηκνπνηνύληαη γηα ηελ αθξηβή πεξηγξαθή ηεο ειεθηξνληθήο ππθλόηεηαο ησλ κνξίσλ ιόγσ ηεο ρακειόηεξεο ζπκκεηξίαο ηνπο 37

38 από ηα άηνκα θαη γηα ηελ πεξηγξαθή ηεο αληαπόθξηζεο ηεο ειεθηξνληθήο ππθλόηεηαο ζηελ επίδξαζε θάπνηνπ εμσηεξηθνύ πεδίνπ. 27 αλ εθηεηακέλα ζχλνια βάζεο (extended basis sets) ζεσξνύληαη εθείλα ζηα νπνία ην θάζε θαηερόκελν αηνκηθό ηξνρηαθό εθθξάδεηαη κε πεξηζζόηεξεο από δύν ζπλαξηήζεηο βάζεο. Όζν απμάλεηαη ν αξηζκόο ησλ ζπλαξηήζεσλ βάζεο, ε νιηθή ελέξγεηα SCF ειαηηώλεηαη θαη ε πεξηγξαθή ησλ αηνκηθώλ θαη κνξηαθώλ ηξνρηαθώλ γίλεηαη θαιύηεξε. Πξνθαλώο εάλ ην εθηεηακέλν ζύλνιν βάζεο είλαη απείξσλ δηαζηάζεσλ, ηα αηνκηθά θαη κνξηαθά ηξνρηαθά πεξηγξάθνληαη επαθξηβώο θαη ε ελέξγεηα SCF έρεη κηα ειάρηζηε ηηκή πνπ είλαη γλσζηή σο φξην Hartree-Fock. αλ ζχλνια βάζεο ζπκππθλσκέλσλ GTO (contracted Gaussian basis set) νξίδνληαη εθείλα ηα νπνία απνηεινύλ γξακκηθνύο ζπλδπαζκνύο GTO κε ζπγθεθξηκέλνπο ζπληειεζηέο πνπ παξακέλνπλ ζηαζεξνί θαηά ηε δηάξθεηα ησλ ππνινγηζκώλ. Ζ ρξεζηκνπνίεζε ησλ CGTO απινπνηεί ζεκαληηθά ηνπο ππνινγηζκνύο θη έηζη ζπληνκεύεη δξαζηηθά ηνπο ππνινγηζηηθνύο ρξόλνπο. Αμίδεη ηέινο λ αλαθεξζεί ην ζχλνιν βάζεο εμσθεληξηθψλ GTO, ζην νπνίν ηα θέληξα ησλ GTO δελ εληνπίδνληαη απνθιεηζηηθά ζηνπο ππξήλεο αιιά κπνξνύλ λα κεηαβάιινληαη. Μ απηό ηνλ ηξόπν απινπνηνύληαη θαη πάιη νη ππνινγηζκνί. ηε ζπλέρεηα δίλεηαη έλαο πίλαθαο κε νξηζκέλα ζύλνια βάζεο θαη ηηο ηδηόηεηεο γηα ηηο νπνίεο ην θαζέλα δίλεη ηθαλνπνηεηηθά απνηειέζκαηα: Ιδηφηεηα Σχλνιν βάζεο Ιδηφηεηεο ελφο ειεθηξνλίνπ DZ + P* Μνξηαθή γεσκεηξία Σηαζεξέο δχλακεο δεζκψλ Φξάγκαηα πεξηζηξνθήο Φξάγκαηα αλαζηξνθήο Ελέξγεηεο αληηδξάζεσλ Επηδεθηηθφηεηα πφισζεο Ηιεθηξνληθά θάζκαηα Αιιειεπίδξαζε ηφλησλ-δηπφισλ Αζζελείο δηακνξηαθέο αιιειεπηδξάζεηο ειάρηζην DZ ειάρηζην DZ + P, DZ DZ + P κεγάιν ειάρηζην, DZ ειάρηζην κεγάιν 38

39 1.1.2 Γεζκηθέο Ιδηόηεηεο ηε ζπλέρεηα κειεηήζεθαλ νη δεζκηθέο ηδηόηεηεο ηνπ ζπκπιόθνπ κε ηε ρξήζε δηαγξακκάησλ κνξηαθήο επηθάλεηαο. Σα δηαγξάκκαηα απηά παξέρνπλ πιεξνθνξίεο γηα νιόθιεξν ην κόξην ζε αληίζεζε κε ηηο πιεξνθνξίεο αηόκνπ-δεζκνύ, αλαπαξηζηώληαο ηελ όςε ησλ θνηλώλ ζεκείσλ ηεο εμσηεξηθήο επηθάλεηαο ή ηελ θαηαλνκή ησλ ειεθηξνλίσλ ελόο κνξίνπ. Οη επηθάλεηεο απηέο είλαη έλαο θαιόο ηξόπνο γηα λα απεηθνληζηνύλ πιεξνθνξίεο ζρεηηθέο κε ηηο ρεκηθέο θαη θπζηθέο ηδηόηεηεο ηνπ κνξίνπ θαη ηε δηεπθξίληζε γεληθόηεξα ηεο δνκήο θαη δξαζηηθόηεηαο ησλ ελώζεσλ. Ηιεθηξνζηαηηθό Γπλακηθό Σν ειεθηξνζηαηηθφ δπλακηθφ, ε p, νξίδεηαη σο ε ελέξγεηα αιιειεπίδξαζεο ελόο ζεκεηαθνύ ζεηηθνύ θνξηίνπ (ελόο ειεθηξνληόθηινπ) ζε ζέζε p από ηνλ ππξήλα θαη ηα ειεθηξόληα ελόο κνξίνπ θαη αλαπαξηζηά ηελ απόζηαζε από ην ζύκπινθν ζηελ νπνία έλα πξσηόλην πθίζηαηαη κηα ζπγθεθξηκέλε άπσζε ή έιμε. p P * r r A d r (20) Z A R A r rp όπνπ ην πξώην άζξνηζκα έρεη ζρέζε κε ηνλ ππξήλα Α, Ε είλαη ν αηνκηθόο αξηζκόο θαη R ε απόζηαζε κεηαμύ ηνπ ππξήλα θαη ηνπ ζεκεηαθνύ θνξηίνπ. Σν δεύηεξν άζξνηζκα αλαθέξεηαη ζηηο ζπλαξηήζεηο βάζεο, θ, ελώ Ρ είλαη ε κήηξα ππθλόηεηαο. Σα νινθιεξώκαηα αληαλαθινύλ ηηο αιιειεπηδξάζεηο Coulomb κεηαμύ ησλ ειεθηξνλίσλ θαη ηνπ ζεκεηαθνύ θνξηίνπ θαη r είλαη ε απόζηαζε πνπ δηαρσξίδεη ηα ειεθηξόληα από ην ζεκεηαθό θνξηίν. Δπνκέλσο ν ράξηεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ απνηειεί κηα επηθάλεηα ειεθηξνληθήο ππθλόηεηαο ε νπνία νλνκάδεηαη θαη ηζνεπηθάλεηα ή ηζόππθλε επηθάλεηα, δειαδή κηα επηθάλεηα ζηαζεξήο ηηκήο πάλσ ζηελ νπνία έρνπλ απνηππσζεί νη ηηκέο ηνπ ειεθηξνζηαηηθνύ δπλακηθνύ. Πξόθεηηαη δειαδή γηα κηα επηθάλεηα ζηελ νπνία ε ελέξγεηα αιιειεπίδξαζεο κεηαμύ ελόο ζεκεηαθνύ ζεηηθνύ θνξηίνπ θαη ηνπ ππξήλα θαη ησλ ειεθηξνλίσλ ηνπ κνξίνπ έρεη ρξσκαηνγξαθεζεί ζην επάλσ κέξνο ηεο επηθάλεηαο ειεθηξνληθήο ππθλόηεηαο. Μηα ηθαλνπνηεηηθά κηθξή ηηκή ηεο ειεθηξνληθήο ππθλόηεηαο παξέρεη ην ζπλνιηθό κέγεζνο θαη ζρήκα ελόο κνξίνπ. Μηα ηζνεπηθάλεηα γηα ηελ νπνία ην ειεθηξνζηαηηθό δπλακηθό είλαη αξλεηηθό, ζθηαγξαθεί ηηο πεξηνρέο ηνπ κνξίνπ νη νπνίεο ππόθεηληαη ζε ειεθηξνληόθηιε πξνζβνιή. Γεληθόηεξα νη ηζνδπλακηθέο επηθάλεηεο πεξηγξάθνπλ ηε ζέζε ησλ ειεθηξνλίσλ πςειήο ελέξγεηαο. Οκνίσο ηζνεπηθάλεηεο γηα ηηο νπνίεο ην ειεθηξνζηαηηθό δπλακηθό είλαη ζεηηθό ππνδεηθλύνπλ πεξηνρέο ηνπ κνξίνπ νη νπνίεο είλαη θησρέο ζε ειεθηξόληα θαη έηζη εμππεξεηνύλ ζαλ δείθηεο ππξελόθηιεο δξαζηηθόηεηαο. Δπνκέλσο, έλα από ηα θπξηόηεξα πιενλεθηήκαηα ηεο κνξηαθήο επηθάλεηαο ειεθηξνζηαηηθνύ δπλακηθνύ είλαη όηη κπνξεί λα ρξεζηκνπνηεζεί ζαλ δείθηεο δξαζηηθόηεηαο γηα ηελ πξόβιεςε ησλ πεξηνρώλ θαη ζέζεσλ ελόο ππνζηξώκαηνο S, νη νπνίεο είλαη πεξηζζόηεξν δξαζηηθέο έλαληη ηεο πξσηνλίσζεο ή γεληθόηεξα έλαληη κηαο ειεθηξνληόθηιεο πξνζβνιήο. 39

40 Μεηωπηθά Σξνρηαθά Σα κνξηαθά ηξνρηαθά, MO, αλαπαξηζηνύλ γξαθηθά ηηο δηάθνξεο ζηαζεξέο θαηαλνκήο ησλ ειεθηξνλίσλ ελόο κνξίνπ θαη απνηεινύλ ιύζεηο ηεο εμίζσζεο Schrödinger γηα έλα κόξην. Δίλαη γλσζηό όηη θάζε ΜΟ έρεη κηα ζρεηηθή ηδηνηηκή (έλα δηαθξηηό ελεξγεηαθό επίπεδν) γηα έλα ειεθηξόλην ζε έλα κόξην θαη πεξηγξάθεηαη από κηα νκάδα ηειεζηώλ (θπκαηνζπλαξηήζεηο) εθθξαζκέλσλ ζαλ γξακκηθόο ζπλδπαζκόο ησλ αηνκηθώλ ηξνρηαθώλ θάζε αηόκνπ ζην κόξην. ύκθσλα κε ηε ζεσξία ησλ κεησπηθώλ ηξνρηαθώλ ην ζρήκα θαη ε ζπκκεηξία ησλ πςειόηεξεο ελέξγεηαο θαηερόκελσλ ΜΟ (HOMO) θαη ησλ ρακειόηεξεο ελέξγεηαο κε θαηερόκελσλ ΜΟ (LUMO) έρνπλ απνθαζηζηηθή ζεκαζία γηα ηελ πξόβιεςε ηεο δξαζηηθόηεηαο κηαο έλσζεο θαζώο θαη γηα ην ζηεξενρεκηθό θαη regio-εθιεθηηθό απνηέιεζκα κηαο ρεκηθήο αληίδξαζεο. Ο Fukui νλόκαζε ηα ηξνρηαθά απηά κεησπηθά ηξνρηαθά (FMO) θαη πξόηεηλε όηη ε ειεθηξνληόθηιε ππνθαηάζηαζε πξέπεη λα γίλεηαη ζηνλ άλζξαθα ή ην άηνκν ζην νπνίν εληνπίδεηαη ην HOMO ηξνρηαθό, ελώ ε ππξελόθηιε ππνθαηάζηαζε πξέπεη λα γίλεηαη ζηνλ άλζξαθα ή ην άηνκν ζην νπνίν εληνπίδεηαη ην LUMO ηξνρηαθό. Έηζη ηα κεησπηθά ηξνρηαθά ρξεζηκνπνηνύληαη επξύηαηα ζαλ δείθηεο δξαζηηθόηεηαο ζε όιεο ηηο κεζόδνπο ηεο θβαληηθήο ρεκείαο. πλεπώο ην πςειόηεξεο ελέξγεηαο θαηερόκελν κνξηαθό ηξνρηαθό ελόο κνξίνπ πξνζδηνξίδεη ηηο πεξηνρέο ηνπ κνξίνπ πνπ είλαη πινπζηόηεξεο ζε ειεθηξόληα θαη κπνξνύλ λα ππνζηνύλ ειεθηξνληόθηιε ππνθαηάζηαζε (θαηά ηελ αιιειεπίδξαζε κε ην LUMO ηξνρηαθό ηνπ ειεθηξνληόθηινπ). Ζ ππξελόθηιε πξνζβνιή εθ κέξνπο ελόο αληηδξαζηεξίνπ παξνπζηάδεηαη ζπρλά κε ηε κνξθή ηνπ ΖΟΜΟ ηξνρηαθνύ (ηνπ ππξελόθηινπ) ην νπνίν αιιειεπηδξά κε ην LUMO ηξνρηαθό ηνπ ειεθηξνληόθηινπ. Απηή ε αιιειεπίδξαζε επλνείηαη από ηελ ηθαλνπνηεηηθή αιιειεπηθάιπςε κεηαμύ ησλ δύν ηξνρηαθώλ θαη από ηελ ειαρηζηνπνίεζε ηεο κεηαμύ ηνπο ελεξγεηαθήο δηαθνξάο. Όζν κηθξόηεξε είλαη ε ελεξγεηαθή δηαθνξά κεηαμύ ησλ HOMO θαη LUMO, ηόζν πην εύθνιν είλαη λα αιιειεπηδξάζνπλ κεηαμύ ηνπο. Έηζη, νκάδεο δόηεο ειεθηξνλίσλ ζε έλα κόξην απμάλνπλ ηελ ελέξγεηα ηνπ ΖΟΜΟ ηξνρηαθνύ, ελώ νκάδεο δέθηεο ειεθηξνλίσλ ειαηηώλνπλ ηελ ελέξγεηα ηνπ LUMO ηξνρηαθνύ. Δπηπιένλ, ην ρακειόηεξεο ελέξγεηαο κε θαηερόκελν κνξηαθό ηξνρηαθό ελόο κνξίνπ πξνζδηνξίδεη ηηο πεξηνρέο ηνπ κνξίνπ ζηηο νπνίεο είλαη πηζαλόλ λα θαηεπζπλζεί ην επόκελν δεύγνο ειεθηξνλίσλ (ηνπ ππξελόθηινπ). Δηδηθόηεξα, ην άηνκν πάλσ ζην νπνίν είλαη εληνπηζκέλν ζε κεγαιύηεξν βαζκό ην LUMO ηξνρηαθό, ζα είλαη ην πην δξαζηηθό έλαληη πξνζβνιήο από έλα ππξελόθηιν αληηδξαζηήξην. Ππθλόηεηα spin H ππθλόηεηα spin νξίδεηαη σο ε δηαθνξά ηεο ειεθηξνληθήο ππθλόηεηαο ε νπνία ζρεκαηίδεηαη από ειεθηξόληα α spin θαη ηεο ειεθηξνληθήο ππθλόηεηαο ε νπνία ζρεκαηίδεηαη από ειεθηξόληα β spin: spin r r r P P r r (21) όπνπ Φ είλαη νη ζπλαξηήζεηο βάζεο θαη Ρα, Ρβ είλαη νη α θαη β κήηξεο ππθλόηεηαο. Ζ επηθάλεηα ηεο ζπλνιηθήο ππθλόηεηαο spin πεξηγξάθεη ηε δηαθνξά ησλ ππθλνηήησλ κεηαμύ ησλ spin-up θαη spin-down ειεθηξνλίσλ (ειεθηξνλίσλ κε spin +1/2 θαη ειεθηξνλίσλ κε spin -1/2) ζε νπνηαδήπνηε πεξηνρή ηνπ ρώξνπ γύξσ από ην κόξην. Όζν κεγαιύηεξε είλαη ε δηαθνξά ζε κηα δεδνκέλε πεξηνρή, ηόζν πεξηζζόηεξν ε πεξηνρή απηή πξνζεγγίδεη ηελ ππθλόηεηα 40

41 ελόο αζύδεπθηνπ ειεθηξνλίνπ. πλεπώο, ε ζπλνιηθή επηθάλεηα ηεο ππθλόηεηαο spin ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα εμεηαζηεί ε ύπαξμε αζύδεπθησλ (κνλήξσλ) ειεθηξνλίσλ. Ηιεθηξνληόθηιε Δπηδεθηηθόηεηα. Ο ράξηεο ειεθηξνληόθηιεο επηδεθηηθόηεηαο παξέρεη ελδείμεηο γηα ηα ηκήκαηα ηνπ κνξίνπ πνπ επηδέρνληαη ειεθηξνληόθηιε ή ππξελόθηιε ππνθαηάζηαζε. Γεληθά εθηηκάηαη ε θαηαλνκή ησλ ειεθηξνλίσλ ζε θνληηλή απόζηαζε από ηα κεησπηθά ηξνρηαθά θαη παξάγεηαη κηα ηξηζδηάζηαηε ηζνεπηθάλεηα ζηελ νπνία ην ζρήκα θαη ην ρξώκα ππνδεηθλύνπλ ηε ζρεηηθή δξαζηηθόηεηα ησλ δηαθόξσλ ηκεκάησλ ηνπ κνξίνπ. Ηιεθηξνληόθηιε Τπεξδηαρπηόηεηα. Ο δείθηεο ηεο ειεθηξνληφθηιεο ππεξδηαρπηφηεηαο είλαη ζπλαθήο κε εθείλνλ ηεο ειεθηξνληόθηιεο επηδεθηηθόηεηαο αιιά πεξηζζόηεξν επαίζζεηνο όζνλ αθνξά ηε ζρέζε ησλ κεησπηθώλ ηξνρηαθώλ κε νξηζκέλα ππξελόθηια ή ειεθηξνληόθηια πνπ πηζαλώο αληηδξνύλ κε ην ζύκπινθν. ηηο πεξηζζόηεξεο πεξηπηώζεηο ε επηδεθηηθόηεηα δίλεη παξόκνηα απνηειέζκαηα ρσξίο όκσο λα εμαξηάηαη από ηηο ελέξγεηεο ησλ αληηδξώλησλ. Ζ ειεθηξνληόθηιεππεξδηαρπηόηεηα ππνινγίδεηαη από ηε ζρέζε: A C jm 2 S E,A 2 (22) j N A m l j θαη απνδίδεηαη κε κηα ηξηζδηάζηαηε ηζνεπηθάλεηα ειεθηξνληθήο ππθλόηεηαο, ρξσκαηηζκέλε κε ηέηνην ηξόπν ώζηε λα αλαπαξηζηά ηηο ζρεηηθέο δηαθνξέο ζηε δξαζηηθόηεηα ησλ δηαθόξσλ ηκεκάησλ ηνπ κνξίνπ, ππνδεηθλύνληαο έηζη ηηο ζέζεηο ζηηο νπνίεο κπνξεί λα γίλεη ε πξνζβνιή. Σα απνηειέζκαηα από έλαλ ππνινγηζκό ππεξδηαρπηόηεηαο είλαη αθξηβέζηεξα όηαλ: Ζ ελέξγεηα ηνπ HOMO είλαη κηθξόηεξε ησλ -8 ev γηα ηελ ειεθηξνληόθηιε ππεξδηαρπηόηεηα. Ζ ελέξγεηα ηνπ LUMO είλαη κεγαιύηεξε ησλ -8 ev γηα ηελ ειεθηξνληόθηιε ππεξδηαρπηόηεηα. Οη ελέξγεηεο ησλ κεησπηθώλ ηξνρηαθώλ είλαη κεηαμύ ησλ ελεξγεηώλ ησλ HOMO θαη LUMO ηξνρηαθώλ ηνπ πξνζβιεζέληνο κνξίνπ. Ηιεθηξνληαθή Ππθλόηεηα-Φνξηία. ε όινπο ζρεδόλ ηνπο θβαληνρεκηθνύο ππνινγηζκνύο δίλνληαη ηα απνηειέζκαηα ηεο αλάιπζεο ηεο ειεθηξνληθήο ππθλόηεηαο ζε ζρέζε κε δηάθνξεο πεξηνρέο ηνπ κνξηαθνύ ρώξνπ. Όπσο είλαη θπζηθό, ππάξρνπλ πνιινί ηξόπνη αλάιπζεο ηεο ειεθηξνληθήο ππθλόηεηαο ξ(r) πνπ ν θαζέλαο ραξαθηεξίδεηαη από ζπγθεθξηκέλν ηξόπν νξηζκνύ ησλ δηάθνξσλ πεξηνρώλ ηνπ κνξηαθνύ ρώξνπ. Μεηαμύ απηώλ, ν ηξόπνο πνπ ρξεζηκνπνηείηαη πεξηζζόηεξν είλαη απηόο πνπ πξνηάζεθε από ηνλ Mulliken θαη αλαθέξεηαη σο πιεζπζκηαθή αλάιπζε θαηά Mulliken Levine I.R.; Quantum Chemistry Fifth Edition

42 Ζ πιεζπζκηαθή αλάιπζε θαηά Mulliken παξέρεη έλα ηξόπν εθηίκεζεο ησλ κεξηθώλ αηνκηθώλ θνξηίσλ. ηόρνο ηεο είλαη ε δηαίξεζε ηεο ειεθηξνληθήο ππθλόηεηαο ζε ηκήκαηα πνπ αθνξνύλ δύν πεξηνρέο ηνπ κνξηαθνύ ρώξνπ. Σν ρώξν γύξσ από ην θάζε άηνκν α ελόο κνξίνπ θαη ην ρώξν κεηαμύ νπνηνπδήπνηε δεύγνπο αηόκσλ α θαη β ηνπ κνξίνπ. Σν πξώην ηκήκα ηεο ειεθηξνληθήο ππθλόηεηαο αλαθέξεηαη σο αηνκηθόο πιεζπζκόο θαη ζπκβνιίδεηαη κε Ραα θαη ην δεύηεξν ηκήκα σο πιεζπζκόο αιιεινεπηθάιπςεο (overlap population) θαη ζπκβνιίδεηαη σο Ραβ. ε πνιιέο πεξηπηώζεηο όκσο, έρεη απνηύρεη λα δώζεη αμηόπηζηα θαη ρξήζηκα απνηειέζκαηα σο πξνο ηνλ ραξαθηεξηζκό ηεο θαηαλνκήο ησλ θνξηίσλ. Σα κεηνλεθηήκαηα κπνξνύλ λα ζπλνςηζηνύλ ζηα παξαθάησ: Έρνπλ αλαθεξζεί πεξηπηώζεηο, όπνπ ε πιεζπζκηαθή αλάιπζε θαηά Mulliken έρεη δώζεη αξλεηηθέο ηηκέο θνξηίσλ ρσξίο θακία θπζηθή ζεκαζία. Ζ κέζνδνο παξνπζηάδεη κεγάιε εμάξηεζε από ην ζύλνιν βάζεο πνπ ζα ρξεζηκνπνηεζεί κε απνηέιεζκα ε δηαθνξνπνίεζή ηνπ λα επηθέξεη ζεκαληηθέο κεηαβνιέο ζηα απνηειέζκαηα ηεο κεζόδνπ. Σέινο, ε πιεζπζκηαθή αλάιπζε θαηά Mulliken δελ θαηαθέξλεη λα δώζεη νξζή θπζηθή εηθόλα γηα ηελ θαηαλνκή ησλ θνξηίσλ ζε κόξηα κε ηζρπξό ηνληηθό ραξαθηήξα. Από ηα παξαπάλσ γίλεηαη θαλεξό όηη ππάξρεη αλαγθαηόηεηα βειηίσζεο ησλ απνηειεζκάησλ πνπ ιακβάλνληαη κε βάζε ηε πιεζπζκηαθή αλάιπζε θαηά Mulliken. Κάηη ηέηνην επηηπγράλεηαη κε βάζε ηε θπζηθή πιεζπζκηαθή αλάιπζε (natural population analysis, NPA) 30, ε νπνία ρξεζηκνπνηεί ηελ ηδέα ησλ θπζηθώλ ηξνρηαθώλ. Ζ κέζνδνο μεθηλά ππνινγίδνληαο έλαλ αξηζκό νξζνθαλνληθώλ θπζηθώλ αηνκηθώλ ηξνρηαθώλ (NAOs) από ην ζύλνιν βάζεο ηνπ αηνκηθνύ ηξνρηαθνύ. ηε ζπλέρεηα, ηα NAOs ρξεζηκνπνηνύληαη γηα λα ππνινγίζνπλ έλα ζύλνιν νξζνθαλνληθώλ θπζηθώλ κνξηαθώλ ηξνρηαθώλ (NBOs). Κάζε θαηερόκελν ΝΒΟ ηαμηλνκείηαη σο ππξήλαο, κνλήξεο δεύγνο ή δεζκηθό ηξνρηαθό. Σα θαζαξά αηνκηθά θνξηία πνπ ππνινγίδνληαη κε βάζε ηε κέζνδν NPA επηδεηθλύνπλ κηθξόηεξε εμάξηεζε από ην ζύλνιν βάζεο ζε ζρέζε κε απηά πνπ ππνινγίδνληαη κε βάζε ηελ πιεζπζκηαθή αλάιπζε θαηά Mulliken. 30 Reed A.E.; Weinstock R.B. and Weinstock F. J. Chem. Phys. 1985, 83,

43 1.1.3 Φάζκαηα Γόλεζεο-Απνξξόθεζεο Έλα κόξην ραξαθηεξίδεηαη κε βάζε ηηο θαζκαηνζθνπηθέο ηνπ ηδηόηεηεο. πγθεθξηκέλα, ε θαζκαηνζθνπία ππεξύζξνπ (IR) κπνξεί λα δώζεη πιεξνθνξίεο γηα ηνλ ηξόπν ζύλδεζεο κηαο νκάδαο, γηα ηελ παξνπζία δεζκνύ πδξνγόλνπ θαη ηε ζπκκεηξία ηνπ κνξίνπ. Δηδηθόηεξα ζηελ πεξίπησζε ζρεκαηηζκνύ ζύκπινθσλ ελώζεσλ κπνξνύλ λα ζπλαρζνύλ ζπκπεξάζκαηα γηα ηε θύζε θαη ηελ ηζρύ ησλ δεζκώλ. Δίλαη επίζεο γλσζηό όηη ε θαζκαηνζθνπία ππεξύζξνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ ηαπηνπνίεζε άγλσζησλ ελώζεσλ εθόζνλ θάζε θάζκα είλαη ραξαθηεξηζηηθό γηα θάζε έλσζε. Ζ πεξηνρή ππεξύζξνπ εθηείλεηαη από 4000 κέρξη 400 cm -1. Οη απνξξνθήζεηο ζηελ πεξηνρή απηή νθείινληαη ζε δηεγέξζεηο δόλεζεο ή παξακόξθσζεο ησλ δεζκώλ θαζώο θαη πεξηζηξνθήο ηνπ κνξίνπ (ζηελ πεξηνρή ηνπ άπσ ππεξύζξνπ). Οη δηεγέξζεηο απηέο νλνκάδνληαη δνλήζεηο θαη δίλνληαη από ηε ραξαθηεξηζηηθή ζπρλόηεηα. Γηα λα εκθαληζηεί κηα απνξξόθεζε ππεξύζξνπ ζα πξέπεη ζύκθσλα κε ηνλ πξώην θαλόλα επηινγήο λα ππάξρεη κεηαβνιή ζηε δηπνιηθή ξνπή. Ζ έληαζε ηεο απνξξόθεζεο εμαξηάηαη από ην κέγεζνο ηεο πνιηθόηεηαο θαηά ηε δηάξθεηα ηεο δηέγεξζεο. Δπίζεο ζύκθσλα κε ην δεύηεξν θαλόλα επηινγήο, κηα δηέγεξζε ζεσξείηαη απαγνξεπκέλε όηαλ δε γίλεηαη αλάκεζα ζε δύν γεηηνληθέο ζηάζκεο ελέξγεηαο δόλεζεο. Σν πξόγξακκα κνξηαθήο κνληεινπνίεζεο παξάγεη ην θάζκα ππεξύζξνπ πνπ πξνθύπηεη από ηηο θηλήζεηο ησλ αηόκσλ ζην κόξην θαηά ηελ απνξξόθεζε ειεθηξνκαγλεηηθήο αθηηλνβνιίαο ζηελ πεξηνρή ηνπ ππεξύζξνπ. Οη ηαηλίεο απνξξόθεζεο πνπ παξαηεξνύληαη ζηελ πεξηνρή απηή ζρεηίδνληαη κε ηελ θάκςε θαη ηάζε ζπγθεθξηκέλσλ δεζκώλ, νπόηε ε παξαηήξεζε απηώλ ησλ κεηαπηώζεσλ ζπκβάιιεη ζηελ αλάιπζε ηεο κνξηαθήο δνκήο. Σν πξόγξακκα ρξεζηκνπνηεί θβαληηθή κεραληθή πξνθεηκέλνπ λα ππνινγίζεη ηε δύλακε πνπ είλαη αλαγθαία γηα λα δηαηαξάμεη ην κόξην από ηε γεσκεηξία ηζνξξνπίαο θαη λα πξνβιέςεη ηε ζπρλόηεηα ησλ κεηαπηώζεσλ δόλεζεο. Δπίζεο, ε κειέηε ησλ ειεθηξνληθώλ θαζκάησλ (UV-vis) δείρλεη ηελ παξνπζία ρξσκνθόξνπ ζην ζύκπινθν ηνπ Cu(II). Ζ πξνέιεπζε ηνπ ρξώκαηνο νθείιεηαη ζην κέγηζην κεηαπηώζεσλ ηεζζάξσλ ειεθηξνλίσλ κεηαμύ ηεο βαζηθήο θαηάζηαζεο θαη ησλ δηεγεξκέλσλ από θξπζηαιιηθά πεδία επηπέδσλ. Οη κεηαπηώζεηο απηέο εκθαλίδνληαη ζηελ πεξηνρή από 4-30 kk (1 kk = 1000 cm -1 ) θαη νθείινληαη ζε: d-d κεηαπηώζεηο, κεηαθνξά θνξηίνπ, εζσηεξηθέο κεηαπηώζεηο ησλ ligand, ζπλδπαζκόο θαη ζπζρεηηζκόο δνλήζεσλ από ηα ligand, ελδηάκεζεο κεηαπηώζεηο κεηαθνξάο θνξηίνπ. Τπάξρεη ινηπόλ ε δπλαηόηεηα παξαγσγήο ηνπ ειεθηξνληθνύ θάζκαηνο ελόο κνξίνπ, ην νπνίν δεκηνπξγείηαη από ειεθηξνληθέο κεηαπηώζεηο κεηαμύ κνξηαθώλ ηξνρηαθώλ όηαλ ειεθηξνκαγλεηηθή αθηηλνβνιία απνξξνθάηαη από ην κόξην ζηελ πεξηνρή ηνπ ππεξηώδνπονξαηνύ. Οη ηαηλίεο απνξξόθεζεο ζρεηίδνληαη κε ηηο αιιαγέο ζηελ θαηνρή ησλ ηξνρηαθώλ. Έηζη παξαηεξώληαο ην θάζκα κπνξνύκε λα αλαγλσξίζνπκε δηεγεξκέλεο θαηαζηάζεηο δηαζέζηκεο γηα θηλεηηθέο θαη θσηνρεκηθέο αληηδξάζεηο. Απηή ε ζρέζε δνκήο-απνξξόθεζεο βνεζά ζην ζρεδηαζκό κνξίσλ κε ζπγθεθξηκέλεο ειεθηξνληθέο ηδηόηεηεο. 43

44 1.2 Τπνινγηζηηθό Μέξνο Βειηηζηνπνίεζε Γεωκεηξίαο - Γνκηθά Υαξαθηεξηζηηθά Γηα ηε κειέηε ησλ ζπκπιόθσλ ην πξώην βήκα είλαη ε βειηηζηνπνίζε ηεο δνκήο ηνπο. Πξνρσξήζακε ζε βηβιηνγξαθηθή αλαζθόπεζε γηα ηελ εύξεζε ηεο κεζόδνπ, ηεο θαηάιιειεο ζπλαξηεζηαθήο θαη ηνπ ζπλόινπ βάζεο θαη έπεηηα από ππνινγηζκνύο επηιέρζεθε σο θαηαιιειόηεξε έρνληαο σο θξηηήξην ηε ρακειόηεξε ελέξγεηα, ηα γεσκεηξηθά ραξαθηεξηζηηθά πνπ ζπλάδνπλ πεξηζζόηεξν κε ηελ θξπζηαιινγξαθηθή δνκή αιιά θαη ην ρξόλν ππνινγηζκνύ ε κέζνδνο ζπλαξηεζηαθήο ππθλόηεηαο (DFT) ζην επίπεδν B3LYP κε ζύλνιν βάζεο ην 6-31-G*. Σν ππνινγηζηηθό παθέην πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε είλαη ην SPARTAN 08. ην θείκελν πνπ αθνινπζεί παξαηίζεληαη ζε πίλαθεο νη ελέξγεηεο βειηηζηνπνίεζεο, νη γεσκεηξηθέο παξάκεηξνη θάζε παξαγώγνπ θαζώο θαη νη βειηηζηνπνηεκέλεο ηνπο δνκέο. Πίλαθαο 1: Ελέξγεηεο βειηηζηνπνηεκέλσλ δνκψλ. Cu(SalNEt 2 )-Y Δλέξγεηα (a.u) Cu(SalNEt 2 )-Y Δλέξγεηα (a.u) 2-αληζνϊθό Σεξεθζαιηθό αληζνϊθό Μεινληθό ηνινπϊθό Μειεϊθό Βεηαϊληθό Φαηλπινμηθό Πηθνιηληθό Ιζνθζαιηθό Γηπηθνιηληθό Γαιαθηηθό Νηθνηηληθό Γιπθηληθό Ιζνληθνηηληθό Πηβαιηθό Πηπεξηδηληθό Υιώξην Κηηξηθό Βελδνϊθό αιηθπιηθό p-cl-βελδνϊθό Σξπγηθό Cl-βελδνϊθό Ομηθό p-νο 2 βελδνϊθό Ομαιηθό p-οη βελδνϊθό Φνπκαξηθό p-κεζπιακηλνβελδνϊθό

45 Πίλαθαο 2: Δνκηθά ραξαθηεξηζηηθά βειηηζηνπνηεκέλσλ δνκψλ. Μ Η Κ Η (Å) Cu(SalNEt 2 )- 2-αληζνϊθό 4-αληζνϊθό 4-ηνινπϊθό βεηαϊληθό πηθνιηληθό C u-o1 2,775 2,775 2,775 2,841 1,958 C u-o2 2,016 2,017 2,016 2,186 1,971 C u-n1 1,962 1,962 1,962 1,963 1,943 C u-n2 2,231 2,231 2,231 2,062 2,201 Γ Ω Ν Ι ( ) Δ N2- Cu-O1 115,51 115,54 115,52 119,05 91,41 O1-Cu-O2 68,61 68,61 68,61 65,41 92,47 O2-Cu-N1 92,22 92,17 92,22 88,27 92,61 N1-Cu -N2 83,64 83,68 83,64 87,25 83,80 N2-Cu-O2 175,86 175,84 175,86 176,26 168,94 N1-Cu-O1 160,73 160,68 160,74 175,52 176,32 Γ Ι N2-Cu-O2-O1 175,68 173,76 176,03 176,26 176,96 Δ Γ ( ) N2-Cu-O2-N1-2,31-1,91-1,99-4,35 64,74 Ρ Δ O1-Cu-N1-O2 5,68 5,52 5,60 0,12 13,03 O1-Cu-N1-N2-174,16-177,93-174,26-17,53 116,21 Όγθνο (Å 3 ) 420,91 421,61 410,06 398,35 380,24 Σρήκα 1: Bειηηζηνπoηεκέλεο δνκέο ησλ ζπκπιφθσλ : 1 Cu(SalNEt 2 )-2-anisoate, 2 Cu(SalNEt 2 )-4-anisoate, 3 Cu(SalNEt 2 )-4-toluate, 4 Cu(SalNEt 2 )-betainate, 5 Cu(SalNEt 2 )-picolinate. 45

46 Πίλαθαο 3: Δνκηθά ραξαθηεξηζηηθά βειηηζηνπνηεκέλσλ δνκψλ. Μ Η Κ Η (Å) Cu(SalNEt 2 )- δηπηθνιηληθό ληθνηηληθό ηζνληθνηηληθό πηπεξηδηληθό θηηξηθό C u-o1 1,958 1,974 1,974 1,958 1,676 C u-o2 1,971 1,984 1,984 1,990 2,007 C u-n1 1,943 1,950 1,950 1,947 1,560 C u-n2 2,201 2,201 2,201 2,231 2,446 Γ Ω Ν Ι ( ) Δ N2-Cu-O1 91,42 89,28 89,28 91,10 90,53 O1-Cu-O2 92,47 94,63 94,63 93,13 98,30 O2-Cu-N1 92,61 91,86 91,86 92,52 86,63 N1-Cu -N2 83,81 83,77 83,77 83,34 84,75 N2-Cu-O2 168,88 172,06 172,06 166,37 176,15 N1-Cu-O1 176,31 172,44 172,44 175,77 173,22 Γ Ι N2-Cu-O2-O1 174,40-28,74-28,74 0,65-45,83 Δ Γ ( ) N2-Cu-O2-N1 64,20-120,94-120,94 114,34 42,42 Ρ Δ O1-Cu-N1-O2 12,60-144,88-144,88-11,73 136,76 O1-Cu-N1-N2 115,03-54,93-54,93-65,75 142,54 Όγθνο (Å 3 ) 411,64 380,29 384,95 343,54 416,73 Σρήκα 2: Bειηηζηνπoηεκέλεο δνκέο ησλ ζπκπιφθσλ : 1 Cu(SalNEt 2 )-dipicolinate, 2 Cu(SalNEt 2 )- nicotinate, 3 Cu(SalNEt 2 )-isonicotinate, 4 Cu(SalNEt 2 )-piperidinate, 5 Cu(SalNEt 2 )-citrate. 46

47 Πίλαθαο 4: Δνκηθά ραξαθηεξηζηηθά βειηηζηνπνηεκέλσλ δνκψλ. Μ Η Κ Η (Å) Cu(SalNEt 2 )- ζαιηθπιηθό ηξπγηθό νμηθό νμαιηθό θνπκαξηθό C u-o1 1,984 1,975 1,969 1,767 1,964 C u-o2 2,003 1,982 1,986 1,996 1,979 C u-n1 1,982 1,945 1,956 1,968 1,951 C u-n2 2,208 2,206 2,206 2,268 2,186 Γ Ω Ν Ι ( ) Δ N2- Cu-O1 103,35 89,47 96,83 89,95 97,12 O1-Cu-O2 83,38 93,94 90,95 95,33 88,54 O2-Cu-N1 82,92 83,99 82,31 83,28 84,30 N1-Cu -N2 90,28 92,30 93,06 92,32 92,30 N2-Cu-O2 173,66 170,62 162,06 165,40 163,85 N1-Cu-O1 169,90 175,67 167,95 173,73 170,80 Γ Ι N2-Cu-O2-O1 132,28-45,73-86,11-62,13 94,07 Δ Γ ( ) N2-Cu-O2-N1 1,65-141,94-45,23-147,17-128,13 Ρ Δ O1-Cu-N1-O2 47,92-131,70-102,74-121,60-93,21 O1-Cu-N1-N2 170,69-147,63 68,02 132,05 68,01 Όγθνο (Å 3 ) 393,14 417,54 319,80 325,54 362,89 Σρήκα 3: Bειηηζηνπoηεκέλεο δνκέο ησλ ζπκπιφθσλ : 1 Cu(SalNEt 2 )-salicylate, 2 Cu(SalNEt 2 )-tartrate, 3 Cu(SalNEt 2 )-acetate, 4 Cu(SalNEt 2 )-oxalate, 5 Cu(SalNEt 2 )-fumarate. 47

48 Πίλαθαο 5: Δνκηθά ραξαθηεξηζηηθά βειηηζηνπνηεκέλσλ δνκψλ. Μ Η Κ Η (Å) Cu(SalNEt 2 )- ηεξεθζαιηθό κεινληθό κειεϊθό θαηλπινμηθό ηζνθζαιηθό C u-o1 1,767 1,989 1,990 1,983 2,275 C u-o2 1,996 1,993 1,993 2,002 2,016 C u-n1 1,968 1,949 1,949 1,983 1,962 C u-n ,203 2,202 2,209 2,232 Γ Ω Ν Ι ( ) Δ N2- Cu-O1 89,95 97,18 97,18 103,35 115,51 O1-Cu-O2 95,33 91,03 91,01 83,42 68,60 O2-Cu-N1 83,28 83,64 83,69 82,89 83,67 N1-Cu -N2 92,32 92,75 92,74 90,26 92,21 N2-Cu-O2 165,40 168,87 168,82 173,68 160,72 N1-Cu-O1 173,30 155,70 155,25 169,87 175,88 Γ Ι N2-Cu-O2-O1-62,13-93,35-93,82 170,80 173,63 Δ Γ ( ) N2-Cu-O2-N1 147,17 109,69 109,68 132,50 175,97 Ρ Δ O1-Cu-N1-O2 121,27-109,75-109,43 1,53 5,64 O1-Cu-N1-N2-45,28-80,77-80,85 47,81 2,04 Όγθνο (Å 3 ) 417,45 353,62 369,68 404,55 419,20 Σρήκα 4: Bειηηζηνπoηεκέλεο δνκέο ησλ ζπκπιφθσλ : 1 Cu(SalNEt 2 )-terephthalate, 2 Cu(SalNEt 2 )- malonate, 3 Cu(SalNEt 2 )-maleate, 4 Cu(SalNEt 2 )-phenylacetate, 5 Cu(SalNEt 2 )-isophthalate. 48

49 Μ Η Κ Η (Å) Πίλαθαο 6: Δνκηθά ραξαθηεξηζηηθά βειηηζηνπνηεκέλσλ δνκψλ. Cu(SalNEt 2 )- γαιαθηηθό γιπθηληθό πηβαιηθό xιώξν (αληί O 1, Cl) βελδνϊθό C u-o1 2,775 1,990 2,275 1,319 1,767 C u-o2 2,017 1,992 2,017 1,996 1,996 C u-n1 1,962 1,949 1,962 1,968 1,968 C u-n2 2,231 2,203 2,231 2,268 2,268 Γ Ω Ν Ι ( ) Δ N2- Cu-O1 115,54 97,18 115,52 83,40 89,95 O1-Cu-O2 68,60 91,04 68,61 99,92 95,33 O2-Cu-N1 83,66 83,66 83,68 83,28 83,28 N1-Cu -N2 92,20 92,75 92,18 92,32 92,32 N2-Cu-O2 160,69 168,82 160,70 162,05 165,40 N1-Cu-O1 175,86 155,23 175,86 173,73 173,73 Γ Ι N2-Cu-O2-O1 173,61-93,63 173,63 42,31-62,13 Δ Γ ( ) N2-Cu-O2-N1 175,95 109,72 175,77 121,53 147,17 Ρ Δ O1-Cu-N1-O2-6,06-109,63 5,62 133,19-121,60 O1-Cu-N1-N2-2,05 82,78-2,24-45,28 45,64 Όγθνο (Å 3 ) 349,41 331,25 376,02 278,28 387,95 Σρήκα 5: Bειηηζηνπoηεκέλεο δνκέο ησλ ζπκπιφθσλ : 1 Cu(SalNEt 2 )-lactate, 2 Cu(SalNEt 2 )-glycinate, 3 Cu(SalNEt 2 )-pivalate, 4 Cu(SalNEt 2 )-chloro, 5 Cu(SalNEt 2 )-benzoate. 49

50 Πίλαθαο 7: Δνκηθά ραξαθηεξηζηηθά βειηηζηνπνηεκέλσλ δνκψλ. Μ Η Κ Η (Å) Cu(SalNEt 2 )- p-ριώξν 3-ριώξν p-νο 2 βελδνϊθό p-οη βελδνϊθό p-μenh βελδνϊθό C u-o1 1,951 1,964 1,767 1,975 2,275 C u-o2 1,972 1,971 1,996 1,988 2,016 C u-n1 1,957 1,963 1,968 1,948 1,963 C u-n2 2,238 2,236 2,268 2,215 2,231 Γ Ω Ν Ι ( ) Δ N2- C u-o1 85,89 86,57 89,95 91,68 115,55 O1-C u-o2 100,18 99,82 95,33 92,87 68,59 O2-Cu-N1 82,30 82,31 83,28 83,46 83,67 N1-Cu -N2 92,01 91,64 92,32 92,43 92,18 N2-Cu-O2 164,88 165,48 165,40 166,12 160,68 N1-Cu-O1 173,64 173,41 173,73 175,23 175,86 Γ Ι N2-Cu-O2-O1-38,68-39,98-62,13-69,12 173,75 Δ Γ ( ) N2-Cu-O2-N1 162,47 165,74 147,17 162,38 176,05 Ρ Δ O1-Cu-N1-O2-143,88-142,28-121,60-112,38 5,53 O1-Cu-N1-N2 26,78-23,22-45,28 30,64 1,55 Όγθνο (Å 3 ) 400,31 400,61 404,83 393,24 421,13 Σρήκα 6: Bειηηζηνπoηεκέλεο δνκέο ησλ ζπκπιφθσλ : 1 Cu(SalNEt 2 -p-chloro, 2 Cu(SalNEt 2 )-3-chloro, 3 Cu(SalNEt 2 )-p-no 2 benzoate, 4 Cu(SalNEt 2 )- p-ohbenzoate, 5 Cu(SalNEt 2 )- p-menhbenzoate. 50

51 1.2.2 Γεζκηθέο Ιδηόηεηεο Παξαθάησ απεηθνλίδνληαη νη δεζκηθέο ηδηόηεηεο ησλ ζπκπιόθσλ νη νπνίεο παξέρνπλ ελδείμεηο όζνλ αθνξά ηηο πεξηνρέο ησλ κνξίσλ πνπ ππόθεηληαη ζε ππξελόθηιε ππνθαηάζηαζε, κε ζθνπό λα εμεγεζεί ν ηξόπνο αιιειεπίδξαζεο ησλ παξαγώγσλ κε ηα ζηνηρεία ησλ πξσηετλώλ πνπ ζα δνύκε ζην δεύηεξν θεθάιαην. Οη δεζκηθέο ηδηόηεηεο ηέινο, δίλνπλ πιεξνθνξίεο γηα ην ζρεκαηηζκό ησλ adduct θαη ζπλεπώο γηα ην ζρεδηαζκό λέσλ θαξκάθσλ κε ηελ ηερληθή ηεο κνξηαθήο κνληεινπνίεζεο. εκείσζε Γηα θάζε ηδηόηεηα παξαζέζακε ελδεηθηηθά θάπνηα ζρήκαηα. Μνξηαθό Ηιεθηξνζηαηηθό Γπλακηθό ηα επόκελα ζρήκαηα δίλνληαη νη ράξηεο ειεθηξνζηαηηθνύ δπλακηθνύ πάλσ ζηελ ειεθηξνληθή ππθλόηεηα, θαζώο θαη ζην επίπεδν θάζε ζπκπιόθνπ. Οη θόθθηλεο πεξηνρέο αληηζηνηρνύλ ζε αξλεηηθό ειεθηξνζηαηηθό δπλακηθό ζηαζεξνπνηώληαο έηζη ηελ αιιειεπίδξαζε κεηαμύ ηνπ κνξίνπ θαη ηνπ ζεκεηαθνύ θνξηίνπ θαη αληηζηνηρώληαο ζε έιμε (πεξηνρέο πνπ ππόθεηληαη ζε ππξελόθηιε πξνζβνιή), ελώ ρξώκαηα πξνο ην θπαλνύλ αληηζηνηρνύλ ζε ζεηηθό ειεθηξνζηαηηθό δπλακηθό θη επνκέλσο ζε άπσζε (πεξηνρέο πνπ ππόθεηληαη ζε ειεθηξνληόθηιε πξνζβνιή). Πεξηνρέο ρξώκαηνο πνξηνθαιί, θίηξηλνπ θαη πξάζηλνπ αληηπξνζσπεύνπλ ελδηάκεζεο ηηκέο. ρήκα 7: Χάξηεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ ειεθηξνληθή ππθλφηεηα ηνπ Cu(SalNEt 2 )-2-anisoate, Vmin=-3.10eV 51

52 ρήκα 8: Χάξηεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ ειεθηξνληθή ππθλφηεηα ηνπ Cu(SalNEt 2 )-2-anisoate, Vmin=-2.90eV θαη Cu(SalNEt 2 )-acetate, Vmin=-2.59eV ρήκα 9: Χάξηεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ ειεθηξνληθή ππθλφηεηα ηνπ Cu(SalNEt 2 )-malonate, Vmin=-2.89eV θαη Cu(SalNEt 2 )-maleate, Vmin=-2.70eV 52

53 Σρήκα 10: Ιζνυςήο θακπχιε (slice) ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζην επίπεδν ηνπ Cu(SalNEt 2 )-piperidinate, Vmin=-1.21eV Σρήκα 11: Ιζνυςήο θακπχιε (slice) ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζην επίπεδν ηνπ Cu(SalNEt 2 )-pivalate, Vmin=-1.03eV, Cu(SalNEt 2 ) tartrate, Vmin=-0,85eV 53

54 Σρήκα 12: Ιζνυςήο θακπχιε (slice) ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζην επίπεδν ηνπ Cu(SalNEt 2 )-terephthalate, Vmin=-0,75eV, Cu(SalNEt 2 ) isophthalate, Vmin=-0,88eV Από ηα παξαπάλσ ζρήκαηα πξνθύπηεη όηη ν Cu, νη άλζξαθεο ηνπ αηζπιίνπ θαη γεληθά νη πεξηζζόηεξεο πεξηνρέο ηνπ αληόληνο ηεο Ν-(2-δηαηζπιακηλν)αηζπινζαιηθπιηκίλεο είλαη δεθηηθέο ζε ππξελόθηιε πξνζβνιή. Οη πεξηνρέο πνπ επηδέρνληαη ειεθηξνληόθηιε πξνζβνιή εκθαλίδνληαη θπξίσο πάλσ ζηνπο εθάζηνηε ππνθαηαζηάηεο. Ππθλόηεηα spin ηε ζπλέρεηα, δίλεηαη ε ππθλόηεηα spin ζε ζρήκαηα θαη πίλαθα, από ηα νπνία πηζηνπνηείηαη ε ύπαξμε κνλήξνπο ειεθηξνλίνπ πάλσ ζηνλ ραιθό. Σρήκα 13: Ππθλφηεηα spin ησλ Cu(SalNEt 2 )-nicotinate θαη Cu(SalNEt 2 ) isonixotinate. 54

55 Σρήκα 14: Ππθλφηεηα spin ησλ Cu(SalNEt 2 )-lactate, Cu(SalNEt 2 ) glycinate θαη Cu(SalNEt 2 ) betainate Πίλαθαο 7: Ππθλφηεηα spin ηνπ Cu ζε θάζε παξάγσγν. Cu(SalNEt 2 )- Ππθλόηεηα spin (a.u) nicotinate -0,632 isonicotinate -0,720 lactate -0,561 glycinate -0,540 betainate -0,265 55

56 Μεηωπηθά Σξνρηαθά Σν LUMO κεησπηθό ηξνρηαθό ελδηαθέξεη πεξηζζόηεξν από ην HOMO ηξνρηαθό αθνύ ην ζύκπινθν ηνπ Cu είλαη απηό πνπ ζα παίμεη ην ξόιν ηνπ ειεθηξνληόθηινπ ζε κηα πηζαλή πξνζβνιή από κηα λνπθιενβάζε (ππξελόθηιν). Παξαηεξήζεθε όηη ην LUMO ηξνρηαθό ησλ ζπκπιόθσλ ηνπ Cu είλαη πεξηζζόηεξν εληνπηζκέλν ζην άηνκν ηνπ Cu θη επνκέλσο ην άηνκν απηό ζα είλαη ην πην δξαζηηθό έλαληη πξνζβνιήο από έλα ππξελόθηιν αληηδξαζηήξην. πλεπώο ηα ζύκπινθα ηνπ Cu αιιειεπηδξνύλ κε ηνπο πηζαλνύο ηνπο ζηόρνπο, δειαδή ηα κόξηα ησλ λνπθιενηηδίσλ θαη ησλ ακηλνμέσλ, θπξίσο κέζσ ηνπ αηόκνπ ηνπ Cu. Πξέπεη λα ηνληζηεί όηη ην κνλήξεο ειεθηξόλην ηνπ ηόληνο ραιθνύ ζα πξέπεη λα εληνπίδεηαη ζην SOMO ηξνρηαθό. H ηδηνηηκή ηνπ ηειεζηή S 2 είλαη 0,7514, γεγνλόο πνπ επηβεβαηώλεη ηελ παξνπζία ηνπ κνλήξνπο ειεθηξνλίνπ ζην SOMO θη επνκέλσο δελ ππάξρεη επηκόιπλζε spin ηεο θπκαηνζπλάξηεζεο Σρήκα 15: SOMO ηξνρηαθά ησλ 1 Cu(SalNEt 2 )-2-anisoate, 2 Cu(SalNEt 2 ) 4-anisoate, 3 Cu(SalNEt 2 ) 4-toluate, 4 Cu(SalNEt 2 )-betainate,5 Cu(SalNEt 2 )-picolinate. 56

57 Σρήκα 16: SOMO ηξνρηαθά ησλ 1 Cu(SalNEt 2 )-dipicolinate, 2 Cu(SalNEt 2 ) nicotinate, 3 Cu(SalNEt 2 ) isonicotinate, 4 Cu(SalNEt 2 )-piperidinate,5 Cu(SalNEt 2 )-citrate

58 4 5 Σρήκα 16: SOMO ηξνρηαθά ησλ 1 Cu(SalNEt 2 )-salicylate, 2 Cu(SalNEt 2 ) tartrate, 3 Cu(SalNEt 2 ) acetate, 4 Cu(SalNEt 2 )-oxalate,5 Cu(SalNEt 2 )-fumarate Σρήκα 17: SOMO ηξνρηαθά ησλ 1 Cu(SalNEt 2 )-terephthalate, 2 Cu(SalNEt 2 ) malonate, 3 Cu(SalNEt 2 ) maleate, 4 Cu(SalNEt 2 )-phenylacetate,5 Cu(SalNEt 2 )- isophthalate. 58

59 Σρήκα 18: SOMO ηξνρηαθά ησλ 1 Cu(SalNEt 2 )-lactate, 2 Cu(SalNEt 2 ) glycinate 3 Cu(SalNEt 2 ) pivalate, 4 Cu(SalNEt 2 )-chloro,5 Cu(SalNEt 2 )- benzoate

60 4 5 Σρήκα 19: SOMO ηξνρηαθά ησλ 1 Cu(SalNEt 2 )- p-chlorobenzoate, 2 Cu(SalNEt 2 ) 3-chlorobenzoate 3 Cu(SalNEt 2 ) p-no 2 benzoate, 4 Cu(SalNEt 2 )- p-oh benzoate,5 Cu(SalNEt 2 )- p-menhbenzoate. Ηιεθηξνληόθηιε επηδεθηηθόηεηα - Ηιεθηξνληόθηιε ππεξδηαρπηόηεηα Γύν αθόκε δεζκηθέο ηδηόηεηεο πνπ κειεηήζεθαλ είλαη ε ειεθηξνληόθηιε επηδεθηηθόηεηα θαη ππεξδηαρπηόηεηα. ηα επόκελα ζρήκαηα δίλεηαη ε επηθάλεηα ειεθηξνληόθηιεο επηδεθηηθόηεηαο θαη ε επηθάλεηα ειεθηξνληόθηιεο ππεξδηαρπηόηεηαο νξηζκέλσλ παξαγώγσλ, από ηηο νπνίεο θαίλεηαη όηη νη πεξηνρέο πνπ ππόθεηληαη ζε πξνζβνιή από ππξελόθηια είλαη ν ραιθόο θαη ηα άδσηα ηεο βάζεο Schiff. Σρήκα 20: Επηθάλεηα ει. επηδεθηηθφηεηαο ηνπ ηξπγηθνχ παξαγψγνπ. 60

61 Σρήκα 21: Επηθάλεηα ει. επηδεθηηθφηεηαο ηνπ ζαιηθπιηθνχ παξαγψγνπ. Σρήκα 22: Επηθάλεηα ει.ππεξδηαρπηφηεηαο ηνπ ηξπγηθνχ παξαγψγνπ. Σρήκα 22: Επηθάλεηα ει. ππεξδηαρπηφηεηαο ηνπ ζαιηθπιηθνχ παξαγψγνπ. 61

62 1.2.3 Φάζκαηα Γόλεζεο- Απνξξόθεζεο Μεηά ηε βειηηζηνπνίεζε ηεο γεσκεηξίαο αθνινύζεζε ν ππνινγηζκόο ησλ ζπρλνηήησλ δόλεζεο γηα λα δηαπηζησζεί όηη ε βειηηζηνπνηεκέλε δνκή αληηζηνηρεί ζε πξαγκαηηθό νιηθό ειάρηζην ελέξγεηαο, εθόζνλ νη ζπρλόηεηεο ήηαλ όιεο πξαγκαηηθέο. Αλ ππήξρε θαληαζηηθή ζπρλόηεηα, ε δνκή ζα αληηζηνηρνύζε ζε κεηαβαηηθή θαηάζηαζε. Όπσο θαίλεηαη από ην πξώην θάζκα ηνπ θηηξηθνύ παξαγώγνπ, ηα ζύκπινθα εκθαλίδνπλ κηα ραξαθηεξηζηηθή ηζρπξή απνξξόθεζε ζηα 1667 cm -1 ε νπνία απνδίδεηαη ζηε δόλεζε Vas(CO 2 ) ηεο ζπλαξκνζκέλεο θαξβνλπιηθήο νκάδαο. Μηα δεύηεξε απνξξόθεζε κέζεο έληαζεο ζηα 1440 cm -1 απνδίδεηαη ζηε δόλεζε Vs(CO 2 ). H δηαθνξά ησλ δύν δνλήζεσλ ηζνύηαη κε 237 cm -1 θαη ζύκθσλα κε ην θξηηήξην Deacon-Phillips 31 ππνδειώλεη ηελ παξνπζία κηαο κνλνδξαζηηθήο θαξβνλπιηθήο νκάδαο. Σρήκα 23: Φάζκα ππεξχζξνπ ηνπ ζπκπιφθνπ Cu(SalNEt₂ )citrate. Σρήκα 24: Φάζκα ππεξχζξνπ ηνπ ζπκπιφθνπ Cu(SalNEt₂ )glycinate. 31 G.B. Deacon and R.J. Phillips, Coord. Chem. Rev., 1980, 33,

63 Σρήκα 25: Φάζκα ππεξχζξνπ ηνπ ζπκπιφθνπ Cu(SalNEt₂ )maleate. Σρήκα 26: Φάζκα ππεξχζξνπ ηνπ ζπκπιφθνπ Cu(SalNEt₂ )picolinate. Σρήκα 27: Φάζκα ππεξχζξνπ ηνπ ζπκπιφθνπ Cu(SalNEt₂ )pivalate. 63

64 Σρήκα 28: Φάζκα ππεξχζξνπ ηνπ ζπκπιφθνπ Cu(SalNEt₂ )salicylate. Σρήκα 29: Φάζκα ππεξχζξνπ ηνπ ζπκπιφθνπ Cu(SalNEt₂ )isophthalate. Σρήκα 30: Φάζκα ππεξχζξνπ ηνπ ζπκπιφθνπ Cu(SalNEt₂ )benzoate. 64

65 Σρήκα 31: Φάζκα ππεξχζξνπ ηνπ ζπκπιφθνπ Cu(SalNEt₂ )malonate. Σρήκα 32: Φάζκα ππεξχζξνπ ηνπ ζπκπιφθνπ Cu(SalNEt₂ )dipicolinate. Σα ειεθηξνληθά θάζκαηα (UV-Vis) επηβεβαηώλνπλ παξαπέξα ηε κνλνδξαζηηθή ζπλαξκνγή ηεο θαξβνμπιηθήο νκάδαο θαη παξέρνπλ πιεξνθνξίεο γηα ηε ζηεξενρεκεία γύξσ από ην ηόλ ηνπ Cu(II). Σν πξόγξακκα κνξηαθήο κνληεινπνίεζεο παξέρεη ηε δπλαηόηεηα παξαγσγήο ηνπ ειεθηξνληθνύ θάζκαηνο ελόο κνξίνπ, ην νπνίν δεκηνπξγείηαη από ειεθηξνληθέο κεηαπηώζεηο κεηαμύ κνξηαθώλ ηξνρηαθώλ όηαλ ειεθηξνκαγλεηηθή αθηηλνβνιία απνξξνθάηαη από ην κόξην ζηελ πεξηνρή ηνπ ππεξηώδνπο-νξαηνύ. Οη ηαηλίεο απνξξόθεζεο ζρεηίδνληαη κε ηηο αιιαγέο ζηελ θαηνρή ησλ ηξνρηαθώλ. 65

66 ηα επόκελα ζρήκαηα απεηθνλίδνληαη ραξαθηεξηζηηθέο ηαηλίεο απνξξόθεζεο ηνπ ειεθηξνληθνύ θάζκαηνο ηνπ ηξπγηθνύ, ηνπ ζαιηθπιηθνύ θαη ηνπ πηπεξηδηληθνύ παξαγώγνπ αληίζηνηρα. Από ηηο παξαηεξνύκελεο ηαηλίεο δε δηθαηνινγείηαη αξηζκόο ζπλαξκνγήο 5, επνκέλσο ε γεσκεηξία ηνπ κνξίνπ επηβεβαηώλεηαη σο επίπεδε ηεηξαγσληθή. Γηα ην ζύζηεκά καο κε νκάδα ζεκείνπ D 2h έρνπκε κεηαπηώζεηο ηνπ ηύπνπ d xy d z 2 θαη d xy d xz, d yz. Σρήκα 31: Χαξαθηεξηζηηθέο ηαηλίεο απνξξφθεζεο ηνπ πηβαιηθνχ παξαγψγνπ.. Σρήκα 32: Χαξαθηεξηζηηθέο ηαηλίεο απνξξφθεζεο ηνπ νμαιηθνχ παξαγψγνπ. 66

67 Σρήκα 33: Χαξαθηεξηζηηθέο ηαηλίεο απνξξφθεζεο ηνπ θνπκαξηθνχ παξαγψγνπ. Σρήκα 34: Χαξαθηεξηζηηθέο ηαηλίεο απνξξφθεζεο ηνπ κεινληθνχ παξαγψγνπ. Σρήκα 35: Χαξαθηεξηζηηθέο ηαηλίεο απνξξφθεζεο ηνπ νμηθνχ παξαγψγνπ. 67

68 Σρήκα 36: Χαξαθηεξηζηηθέο ηαηλίεο απνξξφθεζεο ηνπ θαηλπινμηθνχ παξαγψγνπ. Σρήκα 37: Χαξαθηεξηζηηθέο ηαηλίεο απνξξφθεζεο ηνπ ληθνηηληθνχ παξαγψγνπ. ε όια ηα θάζκαηα παξαηεξνύκε απνξξόθεζε ζην νξαηό ε νπνία επηβεβαηώλεη ηελ ύπαξμε ρξσκνθόξνπ. Σέινο, ππνινγίζηεθαλ θαη απεηθνλίδνληαη παξαθάησ ηα θπζηθά, ειεθηξνζηαηηθά θαη θαηά Mulliken θνξηία, ηνπ ραιθνύ, ηνπ νμπγόλνπ θάζε ππνθαηαζηάηε θαη ησλ αηόκσλ γύξσ από ην ρξσκνθόξν. ε ζπλέρεηα ηνπ ζεσξεηηθνύ κέξνπο, ζεκεηώλεηαη πσο ε πιεζπζκηαθή αλάιπζε θαηά Mulliken ππνινγίδεη ηα θνξηία θαηαλέκνληάο ηα ζηα δύν άηνκα πνπ ζπκκεηέρνπλ ζην δεζκό ηεο ηξνρηαθήο αιιειεπηθάιπςεο. Απηόο ν θαηακεξηζκόο ηνπ ζπλνιηθνύ θνξηίνπ αλάκεζα ζηα άηνκα ηνπ κνξίνπ είλαη έλα απζαίξεην ζρήκα θαζνξηζκνύ θνξηίσλ. ηελ πξαγκαηηθόηεηα θάζε ηέηνην ζρήκα είλαη ηειηθά απζαίξεην. Σν αηνκηθό θνξηίν δελ είλαη θβαληνκεραληθό κέγεζνο πξνο παξαηήξεζε, νύηε είλαη ζαθώο πξνβιέςηκν από ηηο αξρέο ηεο θβαληνκεραληθήο. 68

69 69 Cu(SalNEt₂ ) Q Cu Mulliken Electrostatic Natural Q O1 Mulliken Electrostatic Natural Q O2 Mulliken Electrostatic Natural Q N1 Mulliken Electrostatic Natural Q N2 Mulliken Electrostatic Natural 2-anisoate 0,647 0,727 1,246-0,428-0,440-0,560-0,570-0,402-0,670-0,500-0,275-0,659-0,424-0,199-0,533 4-anisoate 0,807 0,830 1,378-0,510-0,534-0,653-0,635-0,450-0,739-0,564-0,358-0,697-0,495-0,181-0,586 4-toluate 0,807 0,823 1,376-0,517-5,537-0,662-0,635-0,450-0,738-0,565-0,319-0,696-0,496-0,225-0,585 Betainate 0,670 0,733 1,236-0,488-0,464-0,607-0,625-0,475-0,736-0,550-0,301-0,709-0,531-0,449-0,605 Picolinate 0,798 0,798 1,394-0,612-0,655-0,834-0,652-0,494-0,751-0,550-0,325-0,691-0,500-0, Dipicolinate 0,798 0,798 1,395-0,613-0,655-0,834-0,653-0,494-0,751-0,550-0,321-0,691-0,499-0,065-0,584 Nicotinate 0,793 0,799 1,396-0,623-0,654-0,836-0,658-0,520-0,755-0,550-0,312-0,688-0,499-0,038-0,583 Isonicotinate 0,777 0,817 1,382-0,562-0,636-0,832-0,660-0,515-0,759-0,551-0,350-0,689-0,497-0,071-0,583 Piperidinate 0,790 0,798 1,397-0,630-0,712-0,839-0,655-0,15-0,753-0,552-0,281-0,691-0,494-0,129-0,581 Citrate 0,825 0,854 1,384-0,652-0,704-0,854-0,582-0,453-0,675-0,615-0,392-0,766-0,435-0,151-0,548 Salicylate 0,804 0,797 1,391-0,601-0,558-0,810-0,641-0,505-0,743-0,594-0,285-0,685-0,502-0,169-0,585 Tartrate 0,788 0,739 1,397-0,621-0,648-0,826-0,658-0,531-0,756-0,551-0,254-0,689-0,498-0,063-0,583 Acetate 0,786 0,749 1,403-0,598-0,641-0,834-0,653-0,515-0,752-0,565-0,200-0,698-0,498-0,181-0,580 Oxalate 0,747 0,788 1,369-0,693-0,705-0,921-0,661-0,550-0,766-0,551-0,269-0,691-0,474-0,156-0,571 Fumarate 0,795 0,765 1,402-0,629-0,651-0,833-0,657-0,517-0,755-0,555-0,267-0,690-0,508-0,080-0,586

70 70 Cu(SalNEt₂ ) Q Cu Mulliken Electrostatic Natural Q O1 Mulliken Electrostatic Natural Q O2 Mulliken Electrostatic Natural Q N1 Mulliken Electrostatic Natural Q N2 Mulliken Electrostatic Natural Terephthalate 0,812 0,787 1,401-0,649-0,651-0,872-0,653-0,505-0,754-0,554-0,294-0,691-0,480-0,112-0,575 Malonate 0,777 0,734 1,413-0,619-0,602-0,858-0,642-0,565-0,756-0,567-0,225-0,696-0,502-0,197-0,580 Maleate 0,777 0,764 1,411-0,601-0,315-0,846-0,642-0,578-0, ,243-0,696-0,503-0,169-0,581 Phenylacetate 0,800 0,785 1,392-0,631-0,617-0,850-0,647-0,514-0,750-0,549-0,263-0,684-0,502-0,181-0,585 Isophthalate 0,811 0,841 1,378-0,510-0,518-0,655-0,637-0,450-0,740-0,566-0,336-0,696-0,497-0,225-0,586 Lactate 0,791 0,806 1,370-0,490-0,523-0,626-0,631-0,454-0,736-0,564-0,332-0,698-0,496-0,213-0,587 Glycinate 0,770 0,806 1,409-0,602-0,696-0,816-0,659-0,543-0,763-0,560-0,248-0,687-0,502-0,146-0,585 Pivalate 0,786 0,829 1,375-0,511-0,535-0,658-0, ,743-0,564-0,321-0,698-0,497-0,207-0,586 Chloro αληί Ο 1,Cl 0,515 0,590 0,972-0,277-0,489-0,379-0,626-0,526-0,728-0,546-0,150-0,628-0,441-0,044-0,519 Benzoate 0,815 0,788 1,402-0,648-0,659-0,871-0, ,756-0,554-0,305-0,692-0,480-0,081-0,575 p-chlorobenzoate 0,814 0,767 1,393-0,676-0,659-0,882-0,648-0,481-0,764-0,554-0,281-0,691-0,485-0,077-0,544 3-chlorobenzoate 0,813 0,764 1,393-0,673-0,660-0,880-0,648-0,479-0,748-0,553-0,284-0,690-0,487-0,039-0,578 p-no 2 benzoate 0,814 0,791 1,401-0,649-0,677-0,870-0,656-0,498-0,756-0,554-0,286-0,692-0,480-0,102-0,575 p-ohbenzoate 0,800 0,747 1,403-0,655-0,641-0,842-0,654-0,496-0,751-0,552-0,286-0,691-0,495-0,061-0,583 p-menhbenzoate 0,808 0,819 1,376-0,515-0,529-0,660-0,635-0,447-0,738-0,565-0,304-0,695-0,496-0,215-0,586

71 Σρήκα 38: Μεξηθά θνξηία ησλ 1 2- αληζντθνχ παξαγψγνπ, 2 ρισξνβελδντθνχ παξαγψγνπ, 3 ληθνηηληθνχ θαη 4 νμηθνχ παξαγψγνπ. 71

72 2. Μοριακή Αναγνώριση 2.1 Θεωρητικά Δεδομένα Στην περιοχή της μοριακής μοντελοποίησης η τεχνική της προσάραξης στην αγγλική γλώσσα, για την περιγραφή της συγκεκριμένης μεθόδου χρησιμοποιείται ο όρος docking (small molecule docking ή ligand-receptor docking) και στην ελληνική γλώσσα εκτός από τον όρο προσάραξη, χρησιμοποιούνται επίσης οι όροι δομική αναγνώριση και μοριακή αναγνώριση προβλέπει τον πιθανότερο προσανατολισμό ενός μορίου ως προς ένα άλλο, όταν συναρμόζονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ένα σταθερό σύμπλοκο. 1 Αυτή η γνώση του πιθανότερου προσανατολισμού μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη συνέχεια για την εκτίμηση της δεσμικότητας των δύο μορίων με τη χρήση, για παράδειγμα, των συναρτήσεων αποτίμησης (scoring functions). Συνεπώς οι κύριες συνιστώσες μιας προσέγγισης προσάραξης είναι η διερεύνηση της γεωμετρίας και των βαθμών ελευθερίας των διαμορφώσεων των αλληλεπιδρώντων μορίων (συνήθως μιας πρωτεΐνης κι ενός ligand) καθώς και η αποτίμηση των συμπλόκων ως προς τις δεσμικές τους ιδιότητες. Από μια άλλη σκοπιά, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ βιολογικά συγγενών μορίων, όπως οι πρωτεΐνες, τα νουκλεϊκά οξέα, οι υδατάνθρακες και τα λιπίδια, παίζουν κεντρικό ρόλο στη μεταγωγή σήματος, ενώ ο σχετικός προσανατολισμός των αλληλεπιδρώντων μορίων μπορεί να επηρεάσει τον τύπο του παραγόμενου σήματος, οπότε είναι φανερή η συμβολή της μοριακής προσάραξης στην πρόβλεψη της ισχύος και του τύπου αυτού του σήματος. 2 Ωστόσο η τεχνική της προσάραξης χρησιμοποιείται συνηθέστερα στην πρόβλεψη του προσανατολισμού ενός μικρού φαρμακοφόρου μορίου κατά τη συναρμογή του με κάποιον πρωτεϊνικό στόχο, προκειμένου να εκτιμηθεί η χημική συγγένεια και δραστικότητα κι επομένως η προσάραξη συνιστά μια βασική παράμετρο στο σχεδιασμό νέων φαρμάκων. 3 Έτσι με δεδομένη τη βιολογική και φαρμακευτική σημασία της μοριακής προσάραξης, έχουν καταβληθεί την τελευταία δεκαετία σημαντικές προσπάθειες για τη βελτίωση των μεθόδων που την προβλέπουν. 4,5 1 Lengauer T, Rarey M (1996). "Computational methods for biomolecular docking". Curr. Opin. Struct. Biol. 6 (3): Ehrlich LP, Wade RC. Protein-protein docking. In: Lipkowitz KB, Boyd DB, eds. Reviews in Computational Chemistry Vol. 17. New York: Wiley-VCH, 2001: Kitchen DB, Decornez H, Furr JR, Bajorath J (2004). "Docking and scoring in virtual screening for drug discovery: methods and applications". Nature reviews. Drug discovery 3 (11): Muegge I, Rarey M. Small molecule docking and scoring. In: Boyd DB, Lipkowitz KB, eds. Reviews in Computational Chemistry Vol. 17. New York: Wiley-VCH, 2001: Taylor R. D., Jewsbury P. J., Essex J. W., A review of protein-small molecule docking methods, Journal of Computer Aided Molecular Design, 16 (2002)

73 Η Μηχανική της προσάραξης Σε γενικές γραμμές η μοριακή προσάραξη μπορεί να ορισθεί σαν πρόβλημα βελτιστοποίησης, το οποίο περιγράφει τον προσανατολισμό «άριστης προσαρμογής» ενός ligand που συναρμόζεται με μια πρωτεΐνη. 6 Επειδή τόσο το ligand όσο και η πρωτεΐνη είναι εύκαμπτα μόρια 7, κατά τη διάρκεια της διαδικασίας προσάραξης προσαρμόζουν αμοιβαία τις διαμορφώσεις τους ώστε να επιτευχθεί η «άριστη προσαρμογή» κι αυτό το είδος της διευθέτησης που οδηγεί σε πλήρη συναρμογή αναφέρεται ως «επαγωγική προσαρμογή». 8 Η ελαστικότητα στη διαμόρφωση ενός μορίου οφείλεται σε τριών ειδών αλλαγές που μπορεί να λάβουν χώρα κατά την αλληλεπίδραση των ατόμων του μορίου με άτομα άλλου μορίου, όπως συμβαίνει μεταξύ προσδέτη και υποδοχέα. Οι αλλαγές αυτές μπορεί να είναι: (α) αλλαγή στο μήκος ενός δεσμού (β) αλλαγή στη γωνία ενός δεσμού και (γ) περιστροφή γύρω από ένα δεσμό, εφόσον αυτός είναι περιστρεφόμενος. Για την περιγραφή των διαμορφώσεων γύρω από τους περιστρεφόμενους δεσμούς, χρησιμοποιούνται οι δίεδρες γωνίες περιστροφής (dihedral torsion angles). Συνήθως τα μήκη και οι γωνίες των δεσμών δεν επηρεάζουν ιδιαίτερα το σχήμα ενός μορίου και αποτελεί κοινή πρακτική να θεωρούνται αμετάβλητα. Έτσι, οι βαθμοί ελευθερίας ενός μορίου προκύπτουν, κατά κανόνα, από τους περιστρεφόμενους δεσμούς του. Στο επόμενο Σχήμα 2.1 απεικονίζεται γραφικά η διαδικασία της μοριακής προσάραξης. Σχήμα 2.1. Απεικόνιση της διαδικασίας προσάραξης. Από τα παραπάνω είναι φανερό ότι η προσάραξη πρωτεΐνης-ligand συνιστά γεωμετρικό πρόβλημα. Οι διαμορφώσεις της πρωτεΐνης και του ligand καθώς και οι σχετικοί προσανατολισμοί τους αποτελούν τους αντίστοιχους βαθμούς ελευθερίας. Ενώ η πρωτεϊνική δομή πρέπει να είναι σαφώς γνωστή (μολονότι υπάρχουν πολλά παραδείγματα μεταβολής της διαμόρφωσης κατά τη συναρμογή του ligand), η διαμόρφωση του συναρμοσμένου ligand είναι συνήθως άγνωστη. Γιαυτό οι περισσότερες προσεγγίσεις της προσάραξης αναφέρονται σε εύκαμπτα ligand και άκαμπτες πρωτεΐνες, παρότι υπάρχουν μέθοδοι που επιτρέπουν την κάμψη των πρωτεϊνών. Κατά την προσάραξη με εύκαμπτα ligand οι ενεργειακές διαφορές των εναλλακτικών διαμορφώσεων είναι συχνά μικρές σε σύγκριση με την ολική 6 Jorgensen WL (1991). "Rusting of the lock and key model for protein-ligand binding". Science 254 (5034): Wang J., Kollman P. A., Kuntz I. D., Flexible Ligand Docking: A Multistep Strategy Approach, Proteins, 36 (1999) Wei BQ, Weaver LH, Ferrari AM, Matthews BW, Shoichet BK (2004). "Testing a flexiblereceptor docking algorithm in a model binding site". J. Mol. Biol. 337 (5):

74 δεσμικότητα του ligand και του πρωτεϊνικού στόχου. Επιπλέον στα εύκαμπτα ligand οι βιοενεργές διαμορφώσεις είναι συνήθως διαφορετικές από τις διαμορφώσεις ελάχιστης ενέργειας σε διάλυμα. 9 Γενικά τα μικρά φαρμακοφόρα μόρια είναι εύκαμπτα καθώς το 70% απ αυτά περιέχει από δύο έως οκτώ δεσμούς περιστροφής. 10 Επειδή όμως η πρωτεΐνη μπορεί συχνά να προσαρμόσει τη διαμόρφωσή της κατά τη συναρμογή του ligand, 11 είναι επιθυμητό στις μελέτες προσάραξης να υπολογίζεται η πιθανή κάμψη της πρωτεΐνης. Ο υπολογισμός αυτός επιτυγχάνεται με προσομοιώσεις Monte Carlo ή μοριακής δυναμικής. Συνιστώσες της μεθόδου Μια μέθοδος μοριακής αναγνώρισης που πραγματοποιείται με υπολογιστικά μέσα (in silico) μπορεί να θεωρηθεί σαν συνδυασμός δύο συστατικών: Μιας στρατηγικής αναζήτησης (search strategy) που ο ρόλος της είναι να διερευνά με αποδοτικό τρόπο το χώρο διαμορφώσεων του προσδέτη και του υποδοχέα. Στόχος της είναι να εντοπίσει τον προσανατολισμό και τη διαμόρφωση των μορίων που αλληλεπιδρούν, που αντιστοιχεί στην ελάχιστη τιμή της ελεύθερης ενέργειας πρόσδεσης. Μιας συνάρτησης αποτίμησης (scoring function) η οποία αποτελεί προσέγγιση της ελεύθερης ενέργειας πρόσδεσης και χρησιμοποιείται για την εκτίμηση και διαβάθμιση των διαμορφώσεων προσδέτη-υποδοχέα που προκύπτουν από το στάδιο της αναζήτησης. Η στρατηγική αναζήτησης είναι η διαδικασία που δημιουργεί όλες τις πιθανές διαμορφώσεις του προσδέματος μέσα στην κοιλότητα πρόσδεσης του υποδοχέα. Μεταξύ των διαμορφώσεων αυτών θα πρέπει να περιλαμβάνεται και η κατάλληλη διαμόρφωση για το πρόβλημα που διερευνάται. Το πρώτο ζήτημα που έχει να αντιμετωπίσει μια τεχνική αναζήτησης, είναι ο τρόπος με τον οποίο θα αναπαραστήσει την ελαστικότητα των μορίων. Ένας αυστηρός αλγόριθμος αναζήτησης θα πρέπει να εξετάζει εξονυχιστικά όλους τους πιθανούς τρόπους σύνδεσης του υποδοχέα με το μόριο-προσδέτη. Και οι έξι βαθμοί ελευθερίας από μετατόπιση ή περιστροφή του μορίου-προσδέτη θα πρέπει να διερευνηθούν ταυτόχρονα με τους εσωτερικούς βαθμούς ελευθερίας λόγω αλλαγής διαμόρφωσης (conformational degrees of freedom) τόσο για τον προσδέτη όσο και την πρωτεΐνη. Βέβαια, κάτι τέτοιο δεν είναι δυνατό λόγω του τεράστιου μεγέθους του χώρου αναζήτησης ακόμα και σε απλές περιπτώσεις. Κατά συνέπεια ένα μικρό μέρος του χώρου διαμορφώσεων δειγματοληπτείται, ικανό να διατηρήσει την ισορροπία 9 Nicklaus MC, Wang S, Driscoll JS, Milne GWA (1995). Conformational changes of small molecules binding to proteins. Bioorg. Med. Chem. 3: Oprea TI (2000). Property distribution of drug-related chemical databases. J. Comput.- Aided Mol. Des. 14: Najmanovich R, Kuttner J, Sobolev V, Edelman M (2000). Side-chain flexibility in proteins upon ligand binding. Prot. Struct. Funct. Genet. 39:

75 μεταξύ της υπολογιστικής δαπάνης και των διαφορετικών διαμορφώσεων που εξετάζονται. Το δεύτερο σημαντικό ζήτημα μιας στρατηγικής αναζήτησης είναι ο τρόπος με τον οποίο κινείται μέσα στα πλαίσια του χώρου διαμορφώσεων, ώστε να επιτύχει την αποδοτικότερη δειγματοληψία του. Διάφορες μέθοδοι έχουν χρησιμοποιηθεί για την διερεύνηση του χώρου διαμορφώσεων κατά τη διάρκεια της μοριακής αναγνώρισης, οι περισσότερες από τις οποίες είναι δανεισμένες από άλλα (επιστημονικά και τεχνολογικά) πεδία. Οι σημαντικότερες είναι: Εξομοιώσεις μοριακής δυναμικής (Molecular Dynamics simulations). Εξομοιώσεις Monte Carlo (Monte Carlo simulations). Γενετικοί αλγόριθμοι (Genetic Algorithms). Μέθοδοι βασισμένες στην τμηματοποίηση (Fragment-based methods). Μέθοδοι βασισμένες στην συμπληρωματικότητα σημείων (Point complementarity methods). Μέθοδοι βασισμένες στην γεωμετρία αποστάσεων (Distance geometry methods). Αναζητήσεις tabu (Tabu Searches). Συστηματικές αναζητήσεις (Systematic Searches). Υβριδικές μέθοδοι (Hybrid Methods) Για την διάκριση μεταξύ των καλών και κακών διαμορφώσεων πρόσδεσης και την επιλογή των προσδεμάτων με την καλύτερη συγγένεια πρόσδεσης μέσα από μια δεξαμενή υποψηφίων μορίων, είναι απολύτως απαραίτητη η χρησιμοποίηση αξιόπιστης αλλά και αποδοτικής συνάρτησης αποτίμησης ώστε να είναι δυνατή η εκτίμηση οποιουδήποτε συμπλόκου προσδέτη-υποδοχέα σε συγκεκριμένη διαμόρφωση. Οι μέθοδοι μοριακής αναγνώρισης χρησιμοποιούν τις συναρτήσεις αποτίμησης με δύο τρόπους. Η πρώτη προσέγγιση χρησιμοποιεί την πλήρη συνάρτηση αποτίμησης, για να βαθμολογήσει τους διάφορους σχηματισμούς υποδοχέα-προσδέματος που προκύπτουν από τον αλγόριθμο αναζήτησης. Με βάση την αξιολόγηση, είναι δυνατόν να γίνει τροποποίηση του συστήματος από τον αλγόριθμο αναζήτησης και να εφαρμοστεί και πάλι η ίδια συνάρτηση αποτίμησης για να βαθμολογήσει τους νέους σχηματισμούς. Η εναλλακτική προσέγγιση χρησιμοποιεί τη συνάρτηση αποτίμησης σε δύο επιμέρους στάδια. Στο πρώτο στάδιο, μια απλοποιημένη μορφή της συνάρτησης χρησιμοποιείται για να κατευθύνει τη στρατηγική αναζήτησης και μια πιο ακριβής μορφή της, χρησιμοποιείται για να αξιολογήσει τους σχηματισμούς που προκύπτουν. Αυτές οι κατευθυνόμενες μέθοδοι κάνουν υποθέσεις σχετικά με τον υπερχώρο ενεργειών, παραλείποντας όμως συχνά υπολογιστικά ακριβείς όρους, όπως 75

76 ηλεκτροστατικές δυνάμεις και λαμβάνουν υπόψη μόνο μερικούς όρους, όπως δεσμούς υδρογόνου. Αυτοί οι αλγόριθμοι κατευθύνονται, συνεπώς, σε περιοχές μεγαλύτερης σπουδαιότητας όπως αυτές καθορίζονται από την απλοποιημένη συνάρτηση αποτίμησης Αλγόριθμοι Προσάραξης Όπως προαναφέρθηκε έχουν χρησιμοποιηθεί πολλές μέθοδοι για τη διαδικασία της προσάραξης. Μία από τις πρώτες προσεγγίσεις για την πρόβλεψη των αλληλεπιδράσεων μεταξύ προσδέτη και υποδοχέα κατά τη διάρκεια της προσάραξης αποτελεί η εξομοίωση της μοριακής δυναμικής (molecular dynamics MD) καθώς και οι μέθοδοι Monte Carlo 12 (MC). Ένας τρόπος για την ενσωμάτωση της ελαστικότητας στη διαμόρφωση των μορίων σε προβλήματα προσάραξης, αποτελεί η διάσπασή τους σε μικρότερα τμήματα, τα οποία είτε είναι ανελαστικά είτε έχουν ένα μικρό αριθμό από διαμορφώσεις. Τέτοιοι αλγόριθμοι βασίζονται στην τμηματοποίηση. Τέλος, μια γενική κλάση αλγορίθμων που επιλύει σύνθετα προβλήματα βελτιστοποίησης μιμούμενη τη διαδικασία εξέλιξης της φύσης, πραγματοποιώντας δηλαδή βελτιστοποίηση με διαφοροποίηση (variation) και επιλογή είναι οι γενετικοί αλγόριθμοι, τους οποίους και χρησιμοποιεί το υπολογιστικό πακέτο που επιλέξαμε για τους υπολογισμούς της μοριακής αναγνώρισης. Οι γενετικοί αλγόριθμοι δουλεύουν με πληθυσμούς από λύσεις για προβλήματα βελτιστοποίησης. Κάθε λύση (φαινότυπος) κωδικοποιείται σε μια μορφή συμβολοσειράς (string) που αποκαλείται χρωμόσωμα (γονότυπος). Τα χρωμοσώματα διαφοροποιούνται με : Μετάλλαξη (mutation): τυχαία αλλαγή σε κάποιο στοιχείο του γονιδίου και κατ επέκταση του χρωμοσώματος. Διασταύρωση (crossover): ανταλλαγή πληροφορίας μεταξύ χρωμοσωμάτων σε αναλογία με τη διαδικασία ανασυνδυασμού που λαμβάνει χώρα κατά τη διάρκεια της κυτταρικής μείωσης. Μετανάστευση (migration): χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις που ο πληθυσμός διαιρείται σε υποπληθυσμούς και είναι η αντικατάσταση των λιγότερο κατάλληλων ατόμων ενός υποπληθυσμού από περισσότερο κατάλληλα άτομα άλλου υποπληθυσμού. 12 Kroese, D. P.; Taimre, T.; Botev, Z.I. Handbook of Monte Carlo Methods. New York: John Wiley & Sons. p (2011). 76

77 Σχήμα 2.2 Γενετικοί τελεστές Στους φαινότυπους που προκύπτουν εφαρμόζεται μια διαδικασία επιλογής που καθορίζει αυτούς που θα επιβιώσουν και θα δώσουν απογόνους στην επόμενη γενιά. Στη νέα γενιά εφαρμόζονται οι ίδιες λειτουργίες και η διαδικασία επαναλαμβάνεται για έναν αριθμό από γενιές, οπότε (ελπίζουμε ότι) καταλήγουμε σε βέλτιστη λύση. Για την χρησιμοποίηση των γενετικών αλγορίθμων σε εφαρμογές μοριακής αναγνώρισης (docking) αρκετά ζητήματα (συστατικά του αλγορίθμου) πρέπει να μοντελοποιηθούν 13 : 1. Χρωμόσωμα: Απαιτείται μια γενετική αναπαράσταση των πιθανών λύσεων του προβλήματος. Για να γίνει αυτό θα πρέπει να δοθεί μία γραμμική περιγραφή της γεωμετρικής διαμόρφωσης (conformation) των εμπλεκόμενων μορίων, η οποία θα αναπαριστά όλους τους βαθμούς ελευθερίας του προβλήματος. Ο καθορισμός της κατάλληλης αναπαράστασης του χρωμοσώματος είναι συνήθως το πιο δύσκολο κομμάτι της μοντελοποίησης. Μια κατάλληλη αναπαράσταση θα πρέπει να είναι ελεύθερη από πλεονασμούς και να μοντελοποιεί άμεσα τους περιορισμούς του χώρου διαμόρφωσης, έτσι ώστε να εξασφαλίζεται ότι διαμορφώσεις που παραβιάζουν αυτούς τους περιορισμούς δε θα δημιουργούνται ποτέ κατά τη διάρκεια της βελτιστοποίησης. 2. Αρχικοποίηση: Ο αλγόριθμος θα πρέπει να διαθέτει έναν τρόπο δημιουργίας ενός αρχικού πληθυσμού από πιθανές λύσεις, με τυχαίο τρόπο. 3. Συνάρτηση καταλληλότητας: Απαιτείται ο καθορισμός μιας συνάρτησης καταλληλότητας (fitness function) για την αξιολόγηση των μελών του 13 Manhold R., Kubinyi H., Timmerman H., Bioinformatics-From Genomes to Drugs, Wiley-VCH,

78 πληθυσμού και επιλογή των καλύτερων. Η συνάρτηση καταλληλότητας συνδέεται στενά με την συνάρτηση αξιολόγησης (scoring function) που χρησιμοποιείται στο docking. Δεδομένου, όμως, ότι οι συναρτήσεις αξιολόγησης δουλεύουν (συνήθως) με 3D συντεταγμένες, το χρωμόσωμα ενός ατόμου θα πρέπει να μεταφραστεί, ώστε να εφαρμοστεί σε αυτό η συνάρτηση αξιολόγησης (genotype-to-phenotype conversion). Επειδή ο περισσότερος υπολογιστικός χρόνος δαπανάται στην αποτίμηση της συνάρτησης καταλληλότητας, το συγκεκριμένο βήμα θα πρέπει να εκτελείται αποδοτικά. 4. Ιδιαίτερα σημαντικός είναι ο καθορισμός των γενετικών τελεστών μετάλλαξης, διασταύρωσης, μετανάστευσης για τη δημιουργία νέων μελών (λύσεων). 5. Θα πρέπει, τέλος, να δοθούν τιμές στις διάφορες παραμέτρους που χρησιμοποιεί ο γενετικός αλγόριθμος (μέγεθος πληθυσμού, αριθμός των γενεών, συχνότητες εφαρμογής των γενετικών τελεστών κ.τ.λ.). Στο στάδιο αυτό είναι σημαντικό να επιτευχθεί λογικός συμβιβασμός μεταξύ βελτιστοποίησης της συνάρτησης αξιολόγησης και διατήρησης της ποικιλομορφίας του πληθυσμού. Από τη στιγμή που θα καθοριστούν σωστά τα παραπάνω συστατικά, το σχήμα (αλγόριθμος) βελτιστοποίησης είναι λίγο-πολύ ανεξάρτητο από την εφαρμογή. Τα βασικά βήματα ενός απλού γενετικού αλγορίθμου, όπως φαίνεται και στο σχήμα 2.3, συνοψίζονται στα εξής 14 : 1. Δημιουργία, με τυχαίο τρόπο, ενός αρχικού πληθυσμού δυνατών λύσεων (Αρχικοποίηση - Initialization). 2. Αξιολόγηση κάθε λύσης χρησιμοποιώντας τη συνάρτηση καταλληλότητας σαν αντικειμενική συνάρτηση. 3. Επιλογή ενός νέου πληθυσμού με βάση την απόδοση κάθε μέλους (δυνατής λύσης) του προηγούμενου πληθυσμού (Επιλογή - Selection). 4. Εφαρμογή στον πληθυσμό που προκύπτει μετά τη διαδικασία της επιλογής των γενετικών τελεστών (π.χ. μετάλλαξη, διασταύρωση). 5. Με την ολοκλήρωση του προηγούμενου βήματος, έχει δημιουργηθεί η επόμενη γενιά, οπότε ο αλγόριθμος επιστρέφει στο βήμα Μετά από κάποιον αριθμό γενιών ή/και εφόσον καμιά βελτίωση δεν παρατηρείται πλέον, ο αλγόριθμος τερματίζεται. Το καλύτερο χρωμόσωμα αντιστοιχεί σε μια βέλτιστη λύση (πιθανώς καθολικά βέλτιστη) του προβλήματος. 14 Λυκοθανάσης Σ., Γεωργόπουλος Ε., Νευρωνικά δίκτυα και γενετικοί αλγόριθμοι, Πανεπιστήμιο Πατρών,

79 Σχήμα 2.3: Διάγραμμα ροής απλού γενετικού αλγορίθμου Ειδικότερα, χρησιμοποιήθηκαν οι Λαμαρκιανοί Γενετικοί Αλγόριθμοι (Lamarckian Genetic Algorithms) 15 οι οποίοι αποτελούν μια παραλλαγή, όπου ο γενετικός αλγόριθμος (που παίζει το ρόλο της ολικής βελτιστοποίησης) συνδυάζεται με ένα βήμα τοπικής βελτιστοποίησης μετά τη δημιουργία μιας νέας γενιάς, με στόχο τη βελτίωση της απόδοσης του συστήματος. Τα πιο σημαντικά ζητήματα των τεχνικών αυτών περιστρέφονται γύρω από την αντιστοίχιση μεταξύ γονοτυπικού και φαινοτυπικού χώρου. Ο γονοτυπικός χώρος προσδιορίζεται με όρους γενετικών τελεστών με τους οποίους τα μέλη μιας γενιάς συνδυάζονται ή τροποποιούνται για να δώσουν τα μέλη της επόμενης γενιάς, ενώ ο φαινοτυπικός χώρος προσδιορίζεται κατευθείαν από το πρόβλημα, δηλαδή τη συνάρτηση ενέργειας που επιδιώκουμε να βελτιστοποιήσουμε. Ο τελεστής τοπικής αναζήτησης αποτελεί χρήσιμη επέκταση της τεχνικής βελτιστοποίησης του γενετικού αλγορίθμου στις περιπτώσεις που υπάρχουν χαρακτηριστικά τοπικής ομαλότητας (συνέχεια, συσχέτιση κλπ.) της συνάρτησης καταλληλότητας, τα οποία μπορεί να εξερευνήσει η τοπική αναζήτηση. Απαραίτητη, βέβαια, προϋπόθεση για την εκμετάλλευση αυτών των χαρακτηριστικών με στόχο τη βελτίωση της απόδοσης του συστήματος, είναι η δυνατότητα της συνάρτησης αντιστοίχισης μεταξύ των δύο χώρων να είναι αντιστρέψιμη. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ενώ στους κλασικούς γενετικούς αλγόριθμους ο ρόλος της τοπικής αναζήτησης ανήκει στον τελεστή μετάλλαξης με την έννοια ότι πραγματοποιεί εκλεπτυσμένες μετακινήσεις προς τη βέλτιστη λύση οι οποίες δεν γίνονται αποδοτικά από τους τελεστές επιλογής και διασταύρωσης, στους αλγορίθμους Lamarck και δεδομένης της ύπαρξης ξεχωριστού τελεστή τοπικής αναζήτησης, ο ρόλος του τελεστή μετάλλαξης περιορίζεται στην αντικατάσταση αλληλόμορφων που πιθανόν να εξαφανίστηκαν κατά τη διαδικασία επιλογής. 15 L. D. Davis, Melanie Mitchell - Van Nostrand Reinhold, Handbook of Genetic Algorithms

80 2.1.2 Συναρτήσεις Αποτίμησης Ως συνάρτηση αποτίμησης 16 μπορεί να χρησιμοποιηθεί η ελεύθερη ενέργεια και η δυναμική ενέργεια πρόσδεσης ligand-πρωτεΐνης. Όμως απαιτούν υπολογιστικά ακριβείς εξομοιώσεις Monte Carlo ή μοριακής δυναμικής και έτσι δεν είναι κατάλληλες για εφαρμογές διερεύνησης βάσεων δεδομένων (virtual screening) 17. Σε τέτοιες εφαρμογές, όπου απαιτείται ο καθορισμός της προτεραιότητας μεταξύ μεγάλου αριθμού υποψηφίων, πρέπει να χρησιμοποιηθούν απλές και γρήγορες συναρτήσεις αξιολόγησης. Ως εναλλακτικό του υπολογισμού της ελεύθερης ενέργειας πρόσδεσης από τις βασικές αρχές, όπως στην προσέγγιση της συνάρτησης δυναμικής ενέργειας, είναι να χρησιμοποιηθούν διαθέσιμα σύμπλοκα πρωτεΐνηςπροσδέματος και οι αντίστοιχες ελεύθερες ενέργειές τους και να δημιουργηθεί ένα απλό μοντέλο που να αναπαράγει αυτά τα δεδομένα. Με αυτό τον τρόπο έχει αναπτυχθεί μεγάλη ποικιλία εμπειρικών συναρτήσεων αξιολόγησης. Οι περισσότερες συναρτήσεις αποτίμησης βασίζονται σε πεδία δυνάμεων μοριακής μηχανικής από τα οποία υπολογίζεται η ενέργεια της στάσης, οπότε μια χαμηλή (αρνητική) ενέργεια υποδεικνύει ένα σταθερό σύστημα και συνεπώς δεσμικότητα. Η αποτίμηση με βάση τα πεδία δυνάμεων προκύπτει συνήθως από τους ενεργειακούς όρους των μη δεσμικών αλληλεπιδράσεων, π.χ. ηλεκτροστατικούς όρους σε κενό (οι οποίοι μερικές φορές τροποποιούνται από σταθερές που θεωρούν την πρωτεΐνη ως ηλεκτροστατικό συνεχές) και όρους van der Waals. Σαν παράδειγμα υπολογισμού δίνεται η παρακάτω εξίσωση: 18 lig prot A ij E non bond 12 r B ij 6 ij r 332 q iq j (1) i j ij Dr ij όπου κάθε όρος αθροίζεται για τα άτομα i του ligand και τα άτομα j της πρωτεΐνης. A ij και B ij είναι οι απωστικές κι ελκτικές παράμετροι van der Waals του δυναμικού 6-12, r ij είναι η απόσταση των ατόμων i και j, q είναι ένα σημειακό φορτίο σε κάθε άτομο και D είναι η διηλεκτρική σταθερά. Ανάλογες εξισώσεις χρησιμοποιούν μια συνάρτηση 6-9 Lennard-Jones για τις αλληλεπιδράσεις van der Waals, τοπικές διηλεκτρικές σταθερές για μια εκπροσώπηση Coulomb των ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων και πρόσθετους όρους για τα δυναμικά δεσμών υδρογόνου και τα υδροφοβικά δυναμικά. 19 Στις εξισώσεις αυτές η επιδιαλύτωση εισάγεται με όρους εμβαδών για μη πολικές και ηλεκτροστατικές συνιστώσες, 20,21 ή με παραμέτρους ατομικής επιδιαλύτωσης Stahl M., Rarey M., Detailed Analysis of Scoring Functions for Virtual Screening, Journal of Medicinal Chemistry, 44 (2001) Shoichet B. K., Virtual screening of chemical libraries, Nature, 432 (2004) Tomioka N, Itai A (1994). GREEN: a program package for docking studies in rational drug design. J. Comput.-Aided Mol. Des. 13: Miller MD, Kearsley SK, Underwood DJ, Sheridan RP (1994). Flog a system to select quasiflexible ligands complementary to a receptor of known 3-dimensional structure. J. Comput.-Aided Mol. Des. 8: Apostolakis J, Pluckthum A, Caflisch A (1998). Docking small ligands in flexible binding sites. J. Comput. Chem. 19: Majeux N, Scarsi M, Apostolakis J, Ehrhardt C, Caflisch A (1999). Exhaustive docking of molecular fragments with electrostatic solvation. Proteins Struct. Funct. Genet. 37:

81 Οι παλινδρομικές συναρτήσεις αποτίμησης 23 (εμπειρικές συναρτήσεις) βασίζονται στην πολλαπλή γραμμική παλινδρόμηση και προκύπτουν από την προσαρμογή των συντελεστών των δομικών όρων πρωτεΐνης-ligand μιας εξίσωσης ενεργειακής αλληλεπίδρασης (δηλαδή, ενέργειας των δεσμών υδρογόνου και ενέργειας των λιποφιλικών επαφών). Οι συντελεστές αυτοί αναπαράγουν τις πειραματικές δεσμικότητες ενός συνόλου γνωστών συμπλόκων πρωτεΐνης-ligand. 24 Μια από τις πιο επιτυχείς εμπειρικές συναρτήσεις αποτίμησης δίνεται στη συνέχεια: 25 G binding G 0 G hbond g 1 r g 2 G metal f r il G lipo f r il G rot H rot (2) il όπου οι διαφορές ΔG προσδιορίζονται μέσω πολλαπλής γραμμικής παλινδρόμησης. Ο όρος των δεσμών υδρογόνου il g 1 g 2 υπολογίζεται για όλους τους δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των ατόμων i του ligand και των πρωτεϊνικών ατόμων l. Δr είναι η απόκλιση από το ιδανικό μήκος του δεσμού υδρογόνου των 1.85 Å και Δα είναι η απόκλιση από την ιδανική γωνία των 180. Ως απλοί όροι επαφής υπολογίζονται οι λιποφιλικοί il f(r il ) και μεταλλικοί αμ f(r αμ ) όροι. Τέλος μια εναλλακτική προσέγγιση είναι οι knowledge-based συναρτήσεις αποτίμησης που βασίζονται στον υπολογισμό ενός στατιστικού δυναμικού αλληλεπιδράσεων από μια μεγάλη βάση δεδομένων συμπλόκων πρωτεΐνης-ligand και στην εκτίμηση της καταλληλότητας της συγκεκριμένης στάσης ανάλογα με το δυναμικό αυτό. 26 Η εξίσωση μιας τέτοιας συνάρτησης που βασίζεται στα δυναμικά μέσης δύναμης (potentials of mean force, PMF), ορίζεται ως το άθροισμα των ελεύθερων ενεργειών αλληλεπίδρασης Α ij (r) σε απόσταση r για όλα τα ζεύγη των ατόμων πρωτεΐνης-ligand: PMF score A ij r (3) kl όπου kl είναι ένα ζεύγος ατόμων ligand-πρωτεΐνης του τύπου ij. Οι όροι A ij (r) υπολογίζονται από τη σχέση: A ij r k B T ln f j r ij r (4) ij 22 Eisenberg D, McLachlan AD (1986). Solvation energy in protein folding and binding. Nature 319: Gohke H., Hendlich M., Klebe G., Knowledge-based scoring functions to predict proteinligand interactions, Journal of Molecular Biology, 295 (2000), Horton N, Lewis M (1992). Calculation of the free energy of association for protein complexes. Protein Sci. 1: Charifson PS, Corkery JJ, Murcko MA, Walters WP (1999). Consensus scoring: a method for obtaining improved hit rates from docking databases of three-dimensional structures into proteins. J. Med. Chem. 42: Gohlke H, Klebe G (2001). Statistical potentials and scoring functions applied to proteinligand binding. Curr. Opin. Struct. Biol. 11:

82 όπου k B είναι ο παράγοντας Boltzmann, T είναι η απόλυτη θερμοκρασία, f j (r) είναι ένας διορθωτικός παράγοντας του όγκου του ligand, 27 ρ ij (r) είναι ο αριθμός πυκνότητας των ζευγών ατόμων του τύπου ij σε ορισμένη απόσταση r και ρ ij είναι ο αριθμός πυκνότητας των ζευγών ατόμων ligand-πρωτεΐνης σε μια σφαίρα αναφοράς με ακτίνα 12 Å. 28 Επιπλέον στις περιπτώσεις προσάραξης, στη συνάρτηση PMF προστίθεται ένας όρος van der Waals για το συνυπολογισμό των αλληλεπιδράσεων μικρής εμβέλειας Αλληλεπιδράσεις Συμπλόκου- Πρωτεΐνης Για να είναι σε θέση το σύμπλοκο να προσδεθεί στη θέση πρόσδεσης στο ενεργό κέντρο της πρωτεΐνης θα πρέπει να διαθέτει την κατάλληλη γεωμετρία ώστε να ταιριάζει στη θέση πρόσδεσης, αλλά και να αναπτύσσει τις απαιτούμενες αλληλεπιδράσεις (χημική συγγένεια) με τα άτομα του υποδοχέα στη θέση πρόσδεσης, ώστε να παραμείνει σταθερά συνδεδεμένο όσο χρειάζεται για να ασκήσει τη δράση του. Οι αλληλεπιδράσεις που ενδέχεται να λάβουν χώρα κατά την πρόσδεση μπορεί να είναι τριών τύπων: ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις, δεσμοί υδρογόνου, αλληλεπιδράσεις van der Waals και υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις. Μελετήθηκε επίσης ο πιθανός σχηματισμός δεσμού συναρμογής μεταξύ του χαλκού και στοιχείων της πρωτεΐνης. Ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις Πρόκειται για αλληλεπιδράσεις μεταξύ ατόμων σαν αποτέλεσμα του φορτίου τους. Η ηλεκτροστατική αλληλεπίδραση μεταξύ ζευγών ατόμων αναπαρίσταται από το δυναμικό Coulomb: όπου D είναι η δραστική διηλεκτρική συνάρτηση που εξαρτάται από το μέσο και r, είναι η απόσταση μεταξύ δύο ατόμων με φορτία q i και q k. Αλληλεπιδράσεις van der Waals Οι δυνάμεις van der Waals είναι από τις πιο σημαντικές στη σταθερότητα των βιολογικών μακρομορίων. Αλληλεπίδραση van der Waals μεταξύ δύο ατόμων προκύπτει από την ισορροπία μεταξύ απωστικών και ελκτικών δυνάμεων. Η ελκτική δύναμη, που αναφέρεται επίσης και ως δύναμη σκέδασης (dispersion force), προέρχεται από διακυμάνσεις στην κατανομή του φορτίου στο ηλεκτρονιακό νέφος. Η διακύμανση στην ηλεκτρονιακή κατανομή ενός ατόμου ή μορίου προκαλεί τη δημιουργία ενός στιγμιαίου δίπολου, το οποίο με τη σειρά μου επάγει ένα νέο δίπολο 27 Muegge I (2001). Effect of ligand volume correction on PMF-scoring. J. Comput. Chem. 22: Muegge I (2000). A knowledge-based scoring function for protein-ligand interactions probing the reference state. Perspect. Drug Discov. Des. 20: Muegge I, Martin YC, Hajduk PJ, Fesik SW (1999). Evaluation of PMF scoring in docking weak ligands to the FK506 binding protein. J. Med. Chem. 42:

83 σε ένα δεύτερο άτομο ή μόριο, προκαλώντας μία ελκτική αλληλεπίδραση. Κάθε μία από τις δύο αυτές αλληλεπιδράσεις είναι μηδέν σε απεριόριστο ατομικό διαχωρισμό, αλλά γίνεται σημαντική καθώς η απόσταση μικραίνει. Η απωστική δύναμη (repulsion force) εμφανίζεται σε κοντινές αποστάσεις όπου η αλληλεπίδραση ηλεκτρονίουηλεκτρονίου είναι πολύ ισχυρή. Δεσμοί Υδρογόνου Πρόκειται για ηλεκτροστατικού τύπου αλληλεπιδράσεις μεταξύ ομάδων οι οποίες δε φέρουν τυπικό ηλεκτρικό φορτίο, αλλά διαθέτουν μία εγγενή πόλωση οι τροχιές γύρω από το μόριο κατανέμονται με τέτοιο τρόπο έτσι ώστε μέρη του μορίου να έχουν προς το μέρος τους λιγότερα ηλεκτρόνια και έτσι να εμφανίζονται θετικά φορτισμένα, ενώ άλλα μέρη να έχουν προς το μέρος τους περίσσεια ηλεκτρονίων, με αποτέλεσμα να εμφανίζονται ως αρνητικά φορτισμένα. Για παράδειγμα όταν ένα ισχυρά ηλεκτραρνητικό στοιχείο όπως π.χ. το F ή το O, συνδέεται με ένα υδρογόνο, έχει την τάση να έλκει ηλεκτρόνια (για να συμπληρώσει τη στοιβάδα σθένους του) με αποτέλεσμα τη δημιουργία πολωμένου μορίου, που είναι σε θέση να σχηματίζει ισχυρές ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις οι οποίες είναι γνωστές ως δεσμοί υδρογόνου. Ένα από τα πιο χαρακτηριστικά μόρια που σχηματίζει δεσμούς υδρογόνου είναι το μόριο του νερού. Το είδος αυτό του δεσμού είναι ισχυρά κατευθυνόμενο, με την έννοια ότι τα εμπλεκόμενα μέρη (δότες και δέκτες) πρέπει να έχουν τον κατάλληλο προσανατολισμό, αλλά όταν αυτό συμβεί η ένταση της αλληλεπίδρασης είναι αρκετά ισχυρότερη του δεσμού van der Waals. Υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις Προκύπτουν από την τάση λιπόφιλων ομάδων να σχηματίζουν-ως μη πολικά σώματα-διαμοριακά συσσωματώματα σε υδατικό μέσο και ανάλογες διαμοριακές αλληλεπιδράσεις. Το φαινόμενο προκύπτει από την προφανή απώθηση μεταξύ του νερού και των ομάδων αυτών. 2.2 Προσάραξη σε Πρωτεΐνες - Αλληλεπιδράσεις με νουκλεοβάσεις και αμινοξέα Πραγματοποιήθηκαν υπολογισμοί με τη διαδικασία της προσάραξης των 30 συμπλόκων σε επτά καρκινικές πρωτεΐνες 30 : τη DNA τοποϊσομεράση Ι, DNA τοποϊσομεράση ΙI, Πρωτεϊνική κινάση (1DSY), Παράγοντας επιμήκυνσης 1-άλφα (1IJE), Τομπουλίνη (1JFF), Πρωτεϊνη c-h-ras-p21 (1CRP) και Φωσφορυλόζυλο τρανσφεράση υποξανθίνης-γουανίνης (1HMP). Από τις συναρτήσεις αποτίμησης συμπεραίνουμε πως κανένα σύμπλοκο δε προσαράζει στις 1DSY, 1IJE, 1JFF, 1CRP και 1HMP, εφόσον για αυτές η αποτίμηση προσάραξης έδωσε θετικό αποτέλεσμα (πίνακας 2.2.1). Αντίθετα παρατηρήσαμε πως η προσάραξη στις DNA τοποϊσομεράση Ι και DNA τοποϊσομεράση ΙI ήταν επιτυχής και περιγράφεται παρακάτω. Να σημειωθεί ότι στη διαδικασία της προσάραξης τόσο τα σύμπλοκα όσο και οι πλευρικές αλυσίδες κάθε πρωτεΐνης επιλέχθηκαν να είναι εύκαμπτα. 30 Οι αρχικές δομές των πρωτεϊνών προήλθαν από την Τράπεζα Πρωτεϊνικών Δεδομένων και στη συνέχεια έγινε ο καθαρισμός τους, δηλαδή απομακρύνθηκαν οι αναστολείς και τα ετεροάτομα, όχι όμως τα μόρια νερού. 83

84 Πίνακας 1: Αποτιμήσεις προσάραξης των συμπλόκων στις πρωτεΐνες Cu(SalNEt 2 )- Y Αποτίμηση προσάραξης (kcal/mol) 1DSY 1IJE 1JFF 1CRP 1HMP 2-ανισοϊκό 15572,30 300,58 215, , ,93 4-ανισοϊκό 18528,3 402,75 221, , ,95 4-τολουϊκό 32575,78 485,65 269, ,6 6584,57 Βεταϊνικό ,3 14,85 146, ,5 3958,5 Πικολινικό 5689,58 5,58 56, , ,84 Διπικολινικό 45891,5 65,84 415, ,8 2584,4 Νικοτινικό 29845,8 584,5 221,5 4555,8 5849,5 Ισονικοτινικό ,5 658,5 185, , ,5 Πιπεριδινικό 29312,3 35,37 215, , ,65 Κιτρικό 18759,25 285,5 5,32 59, ,52 Σαλικυλικό 18312,8 7,32 73,1 9359, ,07 Τρυγικό 19783,7 187,76 288, , ,75 Οξικό 35879, ,6 896, , ,5 Οξαλικό 12698,2 85,29 128, ,3 1859,2 Φουμαρικό 19312,8 77,52 173,1 8596, ,07 Τερεφθαλικό 26783,7 197,76 203, , ,75 Μηλονικό 14852,3 112,25 32, ,5 7598,36 Μηλεϊκό 15809,11 128,65 29, ,9 7859,12 Φαινυλοξικό 21256,8 402,35 221, , ,95 Ισοφθαλικό 21589,7 412,52 325, , ,12 Γαλακτικό 32852,3 258,85 312,5 6358,6 5584,54 Γλυκινικό 18592,56 28,65 7, ,2 2589,4 Πιβαλικό 17859,32 158,6 2890, , ,28 Χλώριο 19845,98 658, , ,8 2589,91 Βενζοϊκό 17899,88 568, , ,1 6285,84 p- Cl-βενζοϊκό 21584,51 785, , ,83 3-Cl-βενζοϊκό 25849, , ,5 4538, ,27 p-νο 2 βενζοϊκό ,8 856, ,2 5694, ,33 p-οη βενζοϊκό ,4 818, ,3 6819,9 7185,6 p-μεθυλαμινοβενζοϊκό ,5 1208,3 9258,4 8459,5 8459,1 84

85 2.2.1 Προσάραξη στη DNA τοποϊσομεράση Ι Παρακάτω παρατίθεται συγκεντρωτικός πίνακας αποτιμήσεων της προσάραξης, απεικονίζονται σχηματικά τα αποτελέσματα των υπολογισμών και σημειώνονται οι αλληλεπιδράσεις με νουκλεοβάσεις και αμινοξέα. Διερευνήθηκαν αλληλεπιδράσεις σε ακτίνα μικρότερη των 3,5 Å, όπως δεσμοί υδρογόνου, πολικές και υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις καθώς και δεσμοί συναρμογής. Επίσης επισημαίνονται οι πιθανές αλλαγές στα μήκη και στις γωνίες της δομής του χρωμοφόρου κάθε συμπλόκου οι οποίες οφείλονται στο γεγονός ότι τόσο το ligand όσο και η πρωτεΐνη προσαρμόζουν τις διαμορφώσεις τους με σκοπό την επίτευξη της άριστης συναρμογής. Το φαινόμενο θα ερμηνευτεί αναλυτικότερα στο κεφάλαιο της μοριακής μοντελοποίησης. Πίνακας 2 : Αποτιμήσεις προσάραξης των συμπλόκων στη DNA τοποϊσομεράση Ι Cu(SalNEt 2 )-Y Αποτίμηση προσάραξης (kcal/mol) Cu(SalNEt 2 )-Y Αποτίμηση προσάραξης (kcal/mol) 2-ανισοϊκό -49,88 Τερεφθαλικό -53,99 4-ανισοϊκό -32,60 Μηλονικό -51,96 4-τολουϊκό -42,65 Μηλεϊκό -53,03 Βεταϊνικό -47,60 Φαινυλοξικό -51,18 Πικολινικό -51,66 Ισοφθαλικό -49,88 Διπικολινικό -57,62 Γαλακτικό -42,54 Νικοτινικό -51,98 Γλυκινικό -45,99 Ισονικοτινικό -46,22 Πιβαλικό -38,33 Πιπεριδινικό -48,81 Χλώριο -41,65 Κιτρικό -72,01 Βενζοϊκό -39,63 Σαλικυλικό -45,08 p-cl-βενζοϊκό -44,90 Τρυγικό -62,87 3- Cl-βενζοϊκό -45,84 Οξικό -39,11 p-νο 2 βενζοϊκό -42,89 Οξαλικό -44,14 p-οη βενζοϊκό -46,62 Φουμαρικό -44,81 p-μεθυλαμινοβενζοϊκό -52,26 85

86 Cu(SalNEt 2 )-2-anisoate Σχήμα 1: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-2-anisoate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ν 7 της Γουανίνης 12 και του Cu 13 του συμπλόκου σε απόσταση 3,06 Å. Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ν 7 της Κυτοσίνης 112 και του Cu 13 του συμπλόκου σε απόσταση 2,99Å. Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του Ο 5 της Κυτοσίνης 112 με το Η 35 του συμπλόκου σε απόσταση 2,90 Å και του Ο 11 της Γουανίνης 12 με το Η 57 του συμπλόκου σε απόσταση 3,01 Å. Cu(SalNEt 2 )-4-anisoate Σχήμα 2: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-4-anisoate στη DNA τοποϊσομεράση Ι 86

87 Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ν 7 της Γουανίνης 12 και του Cu 13 του συμπλόκου σε απόσταση 3,12 Å. Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ν 7 της Αδενίνης 114 και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 3,35 Å. Cu(SalNEt 2 )-4-toluate Σχήμα 3: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-4-tolouate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ν 3 της Θυμίνης 10 και του Cu 13 του συμπλόκου σε απόσταση 3,34 Å. Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ν 7 της Αδενίνης 113 και του Cu 13 του συμπλόκου σε απόσταση 3,61 Å. Υδρόφοβη αλληλεπίδραση μεταξύ του C 5 της Αδενίνης 113 και του C 2 του συμπλόκου σε απόσταση 2,65 Å. Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ν 7 της Αδενίνης 113 και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 3,12 Å. Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ο 8 της Θυμίνης 10 και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 3,02 Å και μεταξύ του Ν 8 της Θυμίνης 10 και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 2,72 Å. Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του Ν 7 της Αδενίνης 113 και του Η 53 του συμπλόκου σε απόσταση 1,9 Å και του Ο 6 της Θυμίνης 10 με το Η 57 του συμπλόκου σε απόσταση 2,3 Å. 87

88 Cu(SalNEt 2 )-betainate Σχήμα 4: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-betainate στη DNA τοποϊσομεράση Ι. Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ν 7 της Γουανίνης 12 και του Cu 13 του συμπλόκου σε απόσταση 2,8 Å. Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του Ο 11 της Γουανίνης 12 με το Η 35 του συμπλόκου σε απόσταση 2,20 Å και του Ν 5 της Γουανίνης 12 με το Η 57 του συμπλόκου σε απόσταση 2,56 Å. Cu(SalNEt 2 )-picolinate Σχήμα 5: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-picolinate στη DNA τοποϊσομεράση Ι. 88

89 Όσον αφορά το πικολινικό παράγωγο δεν παρατηρήθηκαν αλληλεπιδράσεις στο εύρος των 3,5 Å. Κατά τη διαδικασία της προσάραξης παρατηρήθηκαν κάποιες αλλαγές στα δομικά χαρακτηριστικά των συμπλόκων (στο σχήμα δίνεται η αρίθμηση του χρωμοφόρου για την κατανόηση των αλλαγών που αναφέρονται). Συγκεκριμένα, συγκρίνοντας τα μήκη, τις γωνίες και τις δίεδρες γωνίες που προέκυψαν από τη βελτιστοποίηση της γεωμετρίας και παρατίθενται στην παράγραφο του προηγούμενου κεφαλαίου, σημειώνονται : Για το Cu(SalNEt 2 )-2-anisoate, επιβράχυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,02 Å αύξηση 0,22 και μείωση 0,10 των γωνιών O 1 -Cu-O 2 και Ν 1 -Cu-O 1 αντίστοιχα. Για το Cu(SalNEt 2 )-4-anisoate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,04 Å και αύξηση 0,10 της γωνίας O 1 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 )-4-toluate καμία αλλαγή. Για το Cu(SalNEt 2 )-betainate, ελαφρά επιμήκυνση της τάξης των 0,02Å του δεσμού Cu-O 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-picolinate, μείωση κατά 0,03Å του δεσμού Cu-O 1 καθώς και αύξηση 0,05 της γωνίας Ν 1 -Cu-O 1. Σχήμα 6:Αρίθμηση χρωμοφόρου 89

90 Cu(SalNEt 2 )- dipicolinate Σχήμα 7 : Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-dipicolinate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του Ο 11 της Θυμίνης 10 με το Η 35 του συμπλόκου σε απόσταση 3,14 Å, του Ο 11 της Θυμίνης 10 με το Η 57 του συμπλόκου και του Ν 5 της Θυμίνης 10 με το Η 57 του συμπλόκου σε απόσταση 2,56 Å και 2,92 Å αντίστοιχα. Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του Ο 11 της Αδενίνης 113 με το Η 35 του συμπλόκου σε απόσταση 3,14 Å και του Ν 5 της Αδενίνης 113 με το Η 57 του συμπλόκου σε απόσταση 2,56 Å. Cu(SalNEt 2 )- nicotinate Σχήμα 8: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-nicotinate στη DNA τοποϊσομεράση Ι 90

91 Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του Ν 3 της Κυτοσίνης 111 με το Η 35 του συμπλόκου σε απόσταση 2,81 Å και του Ν 3 της Κυτοσίνης 111 με το Η 36 του συμπλόκου σε απόσταση 2,69 Å. Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του Ν 3 της Κυτοσίνης 112 με το Η 36 του συμπλόκου σε απόσταση 2,63 Å και του Ο 4 της Κυτοσίνης 112 με το Η 36 του συμπλόκου σε απόσταση 2,67 Å. Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του Ν 1 της Γουανίνης 12 με το Η 35 του συμπλόκου σε απόσταση 2,25 Å. Πολική αλληλεπίδραση μεταξύ του Ο 4 της Γουανίνης 12 και του Ν 15 του συμπλόκου σε απόσταση 2,75 Å. Υδρόφοβη αλληλεπίδραση μεταξύ του C 2 της Γουανίνης 12 του C 32 του συμπλόκου και του C 28 του συμπλόκου σε απόσταση 3,3 και 2,86 Å αντίστοιχα. Cu(SalNEt 2 )- isonicotinate Σχήμα 9: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-isonicotinate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ν 3 της Κυτοσίνης 112 με το Cu του συμπλόκου σε απόσταση 3,33 Å. Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του Ν 3 της Κυτοσίνης 112 με το Η 35 του συμπλόκου σε απόσταση 2,8 Å. Πολική αλληλεπίδραση μεταξύ του Ν 5 της Κυτοσίνης 112 και του Ν 15 του συμπλόκου σε απόσταση 2,29 Å. 91

92 Cu(SalNEt 2 )- piperidinate Σχήμα 10: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-piperidinate στη DNA τοποϊσομεράση Ι. Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ο 11 της Γουανίνης 12 με το Cu του συμπλόκου σε απόσταση 3,0 Å. Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του Ν 7 της Γουανίνης 12 και του Η 53 του συμπλόκου σε απόσταση 1,9 Å και του Ο 6 της Θυμίνης 10 με το Η 57 του συμπλόκου σε απόσταση 2,8 Å. Cu(SalNEt 2 )- citrate Σχήμα 11: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-citrate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ο 6 της Γουανίνης 12 και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 3,54 Å, του Ο 6 της Γουανίνης 12 και του Ν 15 του 92

93 συμπλόκου σε απόσταση 2,5 Å και μεταξύ του Ν 7 της Γουανίνης 12 και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 3,15 Å. Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ν 7 της Γουανίνης 12 και του Cu 13 του συμπλόκου σε απόσταση 3,52 Å. Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ο 8 της Θυμίνης 10 και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 3,71 Å και μεταξύ του Ν 8 της Θυμίνης 10 και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 2,85 Å. Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ν 7 της Θυμίνης 10 και του Cu 13 του συμπλόκου σε απόσταση 3,45 Å. Πολική αλληλεπίδραση μεταξύ του Ν 6 της Κυτοσίνης 112 και του Ο 11 του συμπλόκου σε απόσταση 3,6 Å. Υδρόφοβη αλληλεπίδραση μεταξύ του C 4 της Κυτοσίνης 112 και του C 2 του συμπλόκου σε απόσταση 2,8 Å. Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ν 7 της Κυτοσίνης 112 και του Cu 13 του συμπλόκου σε απόσταση 3,6 Å. Πολική αλληλεπίδραση μεταξύ του Ν 7 της Ασπαραγίνης 722 και του Ο 23 του συμπλόκου σε απόσταση 3,8 Å. Υδρόφοβη αλληλεπίδραση μεταξύ του C 5 της Ασπαραγίνης 722 και του C 19 του συμπλόκου σε απόσταση 3,2 Å. Δεσμός υδρογόνου μεταξύ του Ν 16 του Γλουταμικού οξέος 332 και του Η 24 του συμπλόκου σε απόσταση 3,1 Å. Οι αλλαγές που εντοπίστηκαν στα δομικά χαρακτηριστικά του χρωμοφόρου κάθε συμπλόκου είναι οι εξής: Για το Cu(SalNEt 2 )-dipicolinate, επιβράχυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,05Å αύξηση 1 και μείωση 0,8 των γωνιών O 1 -Cu-O 2 και Ν 1 -Cu-O 1 αντίστοιχα. Για το Cu(SalNEt 2 )-nicotinate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,02 Å, επιβράχυνση 0,1 Å του δεσμού Cu-Ν 1, μείωση 0,9 της γωνίας O 1 -Cu-O 2 και αύξηση 0,75 της γωνίας Ν 2 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 )-isonicotinate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,01Å, επιβράχυνση 0,8 του δεσμού Cu-Ν 1, μείωση 0,8 της γωνίας O 1 -Cu-O 2 και αύξηση 1 της γωνίας Ν 2 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 )-piperidinate, επιμήκυνση της τάξης των 0,02 Å των δεσμών Cu-O 1 και Cu -Ν 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-citrate, μείωση κατά 0,04 Å και 0,03 Å των δεσμών Cu- O 1 και Cu-O 2 αντίστοιχα, αύξηση κατά 0,04 Å και 0,03 Å των δεσμών Cu -Ν 1 και Cu Ν 2 αντίστοιχα. Επιπλέον, σημειώνεται αύξηση 3 των γωνιών O 1 -Cu- O 2 και Ν 1 -Cu-O 1 και μείωση 2 στις γωνίες Ν 2 -Cu-O 1 και Ν 2 -Cu-Ν 1. 93

94 Cu(SalNEt 2 )- salicylate Σχήμα 12: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-salicylate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Πολική αλληλεπίδραση μεταξύ του Ν 7 της Γουανίνης 12 και του Ο 10 του συμπλόκου σε απόσταση 3,3 Å. Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ο 11 της Γουανίνης 12 και του Cu του συμπλόκου σε απόσταση 3,3 Å. Cu(SalNEt 2 )- tartrate Σχήμα 13: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-tartrate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του Ο 5 της Κυτοσίνης 112 με το Η 35 του συμπλόκου σε απόσταση 3,1 Å και του Ο 11 της Γουανίνης 12 με το Η 54 του συμπλόκου σε απόσταση 2,8 Å. 94

95 Πολική αλληλεπίδραση μεταξύ του Ν 8 της Θυμίνης 10 με το Ο 3 του συμπλόκου σε απόσταση 3,4 Å. Cu(SalNEt 2 )- acetate Σχήμα 14: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-acetate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Δεσμός συναρμογής μεταξύ του οξυγόνου του καρβοξυτελικού άκρου της Λυσίνης 532 και του Cu του συμπλόκου σε απόσταση 2,99 Å. Δεσμός συναρμογής μεταξύ του οξυγόνου του καρβοξυτελικού άκρου της Ασπαραγίνης 533 και του Cu του συμπλόκου σε απόσταση 2,63 Å και του αζώτου του αμινοτελικού άκρου με το Cu στα 2,67 Å. Cu(SalNEt 2 )- oxalate Σχήμα 15: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-oxalate στη DNA τοποϊσομεράση Ι 95

96 Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Δεσμός συναρμογής μεταξύ του οξυγόνου του καρβοξυτελικού άκρου της Ασπαραγίνης 533 και του Cu του συμπλόκου σε απόσταση 3,12 Å. Cu(SalNEt 2 )- fumarate Σχήμα 16: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-fumarate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ο 6 και του Ν 4 της Γουανίνης 12 και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 3,39 Å και 3,25 Å αντίστοιχα. Οι αλλαγές που εντοπίστηκαν στα δομικά χαρακτηριστικά του χρωμοφόρου κάθε συμπλόκου είναι οι εξής: Για το Cu(SalNEt 2 )-salicylate, δεν παρατηρείται κάποια αλλαγή στα δομικά χαρακτηριστικά του χρωμοφόρου. Για το Cu(SalNEt 2 )-tartrate, επιβράχυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,02 Å και μείωση 0,8 της γωνίας O 1 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 )-acetate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,01 Å, επιβράχυνση 0,01 Å του δεσμού Cu-Ν 1, επιμήκυνση 0,01 Å του δεσμού Cu- Ν 2, μείωση 0,2 της γωνίας O 1 -Cu-O 2 και αύξηση 0,5 της γωνίας Ν 2 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 )-oxalate, επιμήκυνση της τάξης των 0,01 Å των δεσμών Cu-O 1 και Cu Ν 2, επιβράχυνση κατά 0,02 Å των δεσμών Cu-O 2 και Cu-Ν 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-fumarate, μείωση κατά 0,01 Å και 0,02 Å των δεσμών Cu-O 1 και Cu-Ν 2 αντίστοιχα, αύξηση κατά 0,04 Å και 0,03 Å των δεσμών Cu -Ν 1 και Cu Ο 2 αντίστοιχα. Επιπλέον, σημειώνεται αύξηση 1 της γωνίας Ν 1 - Cu-O 1 και μείωση 2 στις γωνίες O 1 -Cu-O 2 και Ν 2 -Cu-O 1. 96

97 Cu(SalNEt 2 )- terephthalate Σχήμα 17: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-terephthalate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Δεν παρατηρήθηκαν αλληλεπιδράσεις κατά τη διαδικασία της προσάραξης. Cu(SalNEt 2 )- malonate Σχήμα 18: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-malonate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ο 6 της Γουανίνης 12 και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 3,05 Å, του Ο 6 της Γουανίνης 12 και του Ν 15 του συμπλόκου σε απόσταση 2,99 Å και μεταξύ του Ν 7 της Γουανίνης 12 και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 3,0 Å. Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ν 7 της Γουανίνης 12 και του Cu 13 του συμπλόκου σε απόσταση 3,23 Å. 97

98 Cu(SalNEt 2 )- maleate Σχήμα 19: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-maleate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ν 4 της Aδενίνης 1 και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 2,67 Å. Cu(SalNEt 2 )- phenylacetate Σχήμα 20: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-phenyloxalate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Δεν βρέθηκαν αλληλεπιδράσεις στην ακτίνα των 3,5 Å. Cu(SalNEt 2 )- isophthalate Σχήμα 21: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-isophthalate στη DNA τοποϊσομεράση Ι 98

99 Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ν 4 της Γουανίνης 12 και του Ο 17 του συμπλόκου σε απόσταση 2,80 Å. Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ν 4 της Γουανίνης 12 και του Cu 13 του συμπλόκου σε απόσταση 3,19 Å. Παρακάτω σημειώνονται οι αλλαγές στη δομή του χρωμοφόρου μετά τη διαδικασία προσάραξης: Cu(SalNEt 2 )- lactate Για το Cu(SalNEt 2 )-terephthalate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,01 Å, επιβράχυνση του δεσμού Cu-Ν 1 κατά 0,02 Å, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 2 κατά 0,02 Å, επιβράχυνση του δεσμού Cu-Ν 2 κατά 0,01 Å, μείωση 0,4 της γωνίας O 1 -Cu-O 2 και αύξηση 0,3 της γωνίας Ν 2 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 )-malonate, επιβράχυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,02 Å, μείωση 1 της γωνίας O 1 -Cu-O 2, αύξηση 2 της γωνίας Ν 1 -Cu-O 1 και μείωση 3 στις γωνίες O 1 -Cu-O 2 και Ν 2 -Cu-O 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-maleate, επιβράχυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,01 Å, μείωση 0,9 της γωνίας O 1 -Cu-O 2, αύξηση 1,5 της γωνίας Ν 1 -Cu-O 1 και μείωση 2 στην γωνία O 1 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 )-phenylacetate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,03 Å, επιβράχυνση 0,01 Å του δεσμού Cu-Ν 1 και αύξηση 0,7 της γωνίας Ν 2 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 )-isophthalate, αύξηση κατά 0,02 Å των δεσμών Cu-Ν 1 και Cu-Ο 2 καθώς και μείωση 3 των γωνιών Ν 1 -Cu-O 1 και O 1 -Cu-O 2. Σχήμα 22 : Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-lactate στη DNA τοποϊσομεράση Ι 99

100 Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του Ν 4 της Αδενίνης 112 με το Η 35 του συμπλόκου σε απόσταση 2,65 Å και του Ν 4 της Αδενίνης 112 με το Η 36 του συμπλόκου σε απόσταση 2,72 Å. Πολική αλληλεπίδραση μεταξύ του Ν 4 της Αδενίνης 112 και του Ν 14 του συμπλόκου σε απόσταση 2,81 Å. Cu(SalNEt 2 )- glycinate Σχήμα 23: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-glycinate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ν 4 της Θυμίνης 109 και του Ν 15 του συμπλόκου σε απόσταση 3,25 Å, του Ν 3 της Θυμίνης 109 και του Ν 15 του συμπλόκου σε απόσταση 3,44 Å και του Ο 4 της Θυμίνης 109 με το Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 3,67 Å. Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ν 3 της Θυμίνης 109 και του Cu 13 του συμπλόκου στα 3,53 Å. 100

101 Cu(SalNEt 2 )- pivalate Σχήμα 24: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-pivalate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ν 4 της Γουανίνης 12 και του Ν 14 του συμπλόκου σε απόσταση 3,18 Å, του Ν 7 της Γουανίνης 12 και του Ο 17 του συμπλόκου σε απόσταση 2,73 Å και του Ο 6 της Γουανίνης 12 με το Ν 14 του συμπλόκου στα 3,52 Å. Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ν 7 της Γουανίνης 12 και του Cu 13 του συμπλόκου στα 3,33 Å. Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του Ν 4 της Γουανίνης 12 με το Η 30 του συμπλόκου και με το Η 30 σε απόσταση 2,24 Å και 2,91 Å αντίστοιχα. Cu(SalNEt 2 )- chloro Σχήμα 25: Προσάραξη του Cu(SalNEt 2 )-chloro στη DNA τοποϊσομεράση Ι 101

102 Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Πολική αλληλεπίδραση μεταξύ του Ο 4 της Θυμίνης 10 και του Ο 17 του συμπλόκου σε απόσταση 3,27 Å. Αλληλεπίδραση μεταξύ του Cl και του Ν 4 της Θυμίνης 10 στα 1,99 Å και του Cl με το Ο 4 και Ο 5 σε απόσταση 3,01 και 3,0 Å αντίστοιχα. Cu(SalNEt 2 )- benzoate Σχήμα 26: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-benzoate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Πολική αλληλεπίδραση μεταξύ του Ο 6 της Γουανίνης 12 και του Ν 15 του συμπλόκου σε απόσταση 3,35 Å. Οι αλλαγές που εντοπίστηκαν στα δομικά χαρακτηριστικά του χρωμοφόρου κάθε συμπλόκου είναι οι εξής: Για το Cu(SalNEt 2 )-lactate, επιβράχυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,02 Å, επιμήκυνση του δεσμού Cu-Ν 2 κατά 0,01 Å και αύξηση 1,8 της γωνίας Ν 1 - Cu-O 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-glycinate, επιμήκυνση των δεσμών Cu-O 1 και Cu-Ν 1 κατά 0,01 Å, μείωση 2 της γωνίας O 1 -Cu-O 2 και αύξηση 1 της γωνίας Ν 1 -Cu-O 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-pivalate, επιβράχυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,03 Å και μείωση 2 στις γωνίες O 1 -Cu-O 2 και Ν 1 -Cu-O 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-chloro, δεν παρατηρήθηκαν αλλαγές. Για το Cu(SalNEt 2 )-benzoate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,01 Å, επιβράχυνση του δεσμού Cu-Ν 1 κατά 0,01 Å, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 2 κατά 0,02 Å, επιβράχυνση του δεσμού Cu-Ν 2 κατά 0,01 Å, μείωση 0,8 της γωνίας O 1 -Cu-O 2 και αύξηση 0,3 των γωνιών Ν 2 -Cu-O 2. Και Ν 2 -Cu-Ν

103 Cu(SalNEt 2 )- p-chlorobenzoate Σχήμα 27: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-p-chlorobenzoate στη DNA τοποϊσομεράση Ι. Δεν σημειώνονται αλληλεπιδράσεις. Cu(SalNEt 2 )- 3-chlorobenzoate Σχήμα 28: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-3-chlorobenzoate στη DNA τοποϊσομεράση Ι. Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ν 7 της Γουανίνης 12 και του Ν 14 του συμπλόκου σε απόσταση 3,43 Å καθώς και μεταξύ του Ν 7 της Γουανίνης 12 με το Ο 17 του συμπλόκου σε απόσταση 3,29 Å. 103

104 Cu(SalNEt 2 )- p-νο 2 -benzoate Σχήμα 29:Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-p-no 2 -benzoate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Καμία αλληλεπίδραση δεν παρατηρήθηκε κατά την προσάραξη. Cu(SalNEt 2 )- p-οη-benzoate Σχήμα 30: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-p-oh-benzoate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ν 7 της Γουανίνης 12 και του Ν 15 του συμπλόκου σε απόσταση 3,44 Å και του Ο 6 της Γουανίνης 12 με το Ν 15 του συμπλόκου σε απόσταση 2,57 Å. Δεσμός συναρμογής μεταξύ του Ν 7 της Γουανίνης 12 και του Cu 13 του συμπλόκου στα 2,91 Å. Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του Ο 6 της Γουανίνης 12 με το Η 35 και το Η 36 του συμπλόκου σε απόσταση 3,22 Å και 2,54 Å αντίστοιχα. 104

105 Υδρόφοβη αλληλεπίδραση μεταξύ του C 2 της Γουανίνης 12 και του C 29 του συμπλόκου σε απόσταση 2,88 Å. Cu(SalNEt 2 )- p-menh-benzoate Σχήμα 31: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-p-menh-benzoate στη DNA τοποϊσομεράση Ι Ακολούθως επισημαίνονται οι εξής αλλαγές για κάθε παράγωγο μετά τη διαδικασία της προσάραξης: Για το Cu(SalNEt 2 )-p-cl-benzoate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,03 Å, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 2 κατά 0,02 Å και μείωση 0,2 της γωνίας O 1 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 )-3-Cl-benzoate, επιβράχυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,02 Å, αύξηση 2 της γωνίας Ν 1 -Cu-O 1 και μείωση 3 της γωνίας Ν 2 -Cu- O 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-p-no 2 -chlorobenzoate, επιβράχυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,01 Å, επιβράχυνση του δεσμού Cu-Ν 1 κατά 0,02 Å, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 2 κατά 0,02 Å, επιβράχυνση του δεσμού Cu-Ν 2 κατά 0,01 Å, μείωση 0,4 της γωνίας O 1 -Cu-O 2 και αύξηση 0,3 των γωνιών Ν 2 -Cu-O 2 και Ν 1 -Cu-O 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-p-oh-chlorobenzoate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,02 Å, επιβράχυνση 0,02 Å του δεσμού Cu-Ν 1 και αύξηση 0,7 της γωνίας O 1 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 ) p-menh-benzoate, μείωση κατά 0,01Å των δεσμών Cu Ν 2 και Cu Ο 2 καθώς και αύξηση 1 της γωνίας Ν 1 -Cu-O

106 Προσάραξη στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ Παρακάτω παρατίθεται συγκεντρωτικός πίνακας αποτιμήσεων της προσάραξης και απεικονίζονται σχηματικά τα αποτελέσματα των υπολογισμών, καθώς και σημειώνονται οι αλληλεπιδράσεις με νουκλεοβάσεις και αμινοξέα. σε ακτίνα μικρότερη των 3,5 Å. Επίσης επισημαίνονται οι πιθανές αλλαγές στα μήκη και στις γωνίες της δομής του χρωμοφόρου κάθε συμπλόκου οι οποίες οφείλονται στο γεγονός ότι τόσο το ligand όσο και η πρωτεΐνη προσαρμόζουν τις διαμορφώσεις τους με σκοπό την επίτευξη της άριστης συναρμογής. Το φαινόμενο θα ερμηνευτεί αναλυτικότερα στο κεφάλαιο της μοριακής μοντελοποίησης. Πίνακας 3 : Αποτιμήσεις προσάραξης των συμπλόκων στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Cu(SalNEt 2 )-Y Αποτίμηση προσάραξης (kcal/mol) Cu(SalNEt 2 )-Y Αποτίμηση προσάραξης (kcal/mol) 2-ανισοϊκό -55,02 Τερεφθαλικό -55,89 4-ανισοϊκό Μηλονικό -50,14 4-τολουϊκό -48,19 Μηλεϊκό -56,06 Βεταϊνικό -51,72 Φαινυλοξικό -53,17 Πικολινικό -55,61 Ισοφθαλικό -56,88 Διπικολινικό -60,56 Γαλακτικό -46,53 Νικοτινικό -55,36 Γλυκινικό -46,01 Ισονικοτινικό -52,92 Πιβαλικό -41,06 Πιπεριδινικό -47,79 Χλώριο -37,76 Κιτρικό -60,77 Βενζοϊκό -49,09 Σαλικυλικό -54,28 p- Cl-βενζοϊκό -48,81 Τρυγικό -62,97 3- Cl-βενζοϊκό -50,41 Οξικό -43,33 p-νο 2 βενζοϊκό -56,46 Οξαλικό -50,10 p-οη βενζοϊκό -47,44 Φουμαρικό -54,80 p-μεθυλαμινοβενζοϊκό -56,84 106

107 Cu(SalNEt 2 )-2-anisoate Σχήμα 32: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )- 2-anisoate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Παρακάτω δίνονται οι αλληλεπιδράσεις κάθε παραγώγου με στοιχεία της DNA τοποϊσομεράσης ΙΙ, όπως νουκλεοβάσεις και αμινοξέα, οι οποίες παρατηρήθηκαν στο ενεργό κέντρο μετά την προσάραξη. Συγκεκριμένα, για το ανισοϊκό παράγωγο σημειώνται: Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ν του αμινοτελικού άκρου της Τυροσίνης 136 με το Ν 15 του συμπλόκου σε απόσταση 3,12 Å και του Ο 17 του συμπλόκου σε απόσταση 3,57 Å. Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ο του καρβοξυτελικού άκρου του αμινοξέος με το Ν 15 του συμπλόκου σε απόσταση 2,99 Å και του Ο 17 του συμπλόκου σε απόσταση 3,21 Å. Δεσμός συναρμογής από το Ν του αμινοτελικού άκρου της Τυροσίνης 136 και από το Ο του καρβοξυτελικού άκρου του αμινοξέος με το Cu 13 του συμπλόκου στα 3,27 και 2,89 Å αντίστοιχα. Cu(SalNEt 2 )-4-anisoate Σχήμα 33: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )- 4-anisoate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. 107

108 Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ν του αμινοτελικού άκρου της Βαλίνης 128 με το Ν 15 του συμπλόκου σε απόσταση 3,45 Å και του Ο 17 του συμπλόκου σε απόσταση 3,52 Å. Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ο του καρβοξυτελικού άκρου του αμινοξέος με το Ν 15 του συμπλόκου σε απόσταση 3,47 Å και του Ο 17 του συμπλόκου σε απόσταση 3,51 Å. Cu(SalNEt 2 )-4-toluate Σχήμα 34: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )- 4-toluate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ν του αμινοτελικού άκρου της Λυσίνης 131 με το Ο 17 του συμπλόκου σε απόσταση 2,69 Å. Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ο του καρβοξυτελικού άκρου του Γλουταμικού οξέος 129 με το Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 2,54 Å και με το Ν 14 του συμπλόκου σε απόσταση 3,34 Å. Δεσμός συναρμογής από το Ν του αμινοτελικού άκρου της Λυσίνης 131 και από το Ο του καρβοξυτελικού άκρου του Γλουταμικού οξέος με το Cu 13 του συμπλόκου στα 2,67 και 3,02 Å αντίστοιχα. 108

109 Cu(SalNEt 2 )-betainate Σχήμα 35: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-betainate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Δε βρέθηκε καμία αλληλεπίδραση στην ακτίνα των 3,5 Å Cu(SalNEt 2 )-picolinate Σχήμα 36: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )- picolinate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ο του καρβοξυτελικού άκρου του Γλουταμικού οξέος 185 με το Ν 14 του συμπλόκου σε απόσταση 3,46 Å και μεταξύ του Ο του καρβοξυτελικού άκρου της Τυροσίνης 186 με το Ν 15 του συμπλόκου σε απόσταση 2,97 Å. Δεσμός συναρμογής από Ο του καρβοξυτελικού άκρου της Τυροσίνης 186 με το Cu 13 του συμπλόκου στα 3,43 Å. 109

110 Όπως επισημάνθηκε και στην προηγούμενη παράγραφο κατά τη διαδικασία της προσάραξης παρατηρήθηκαν κάποιες αλλαγές στα δομικά χαρακτηριστικά των συμπλόκων. Συγκεκριμένα, συγκρίνοντας τα μήκη, τις γωνίες και τις δίεδρες γωνίες που προέκυψαν από τη βελτιστοποίηση της γεωμετρίας (παράγραφος 1.2.2), παρατηρούνται: Για το Cu(SalNEt 2 )-2-anisoate, επιβράχυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,02 Å αύξηση 0,1 και μείωση 0,10 των γωνιών O 1 -Cu-O 2 και Ν 1 -Cu-O 1 αντίστοιχα. Για το Cu(SalNEt 2 )-4-anisoate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,03 Å. Για το Cu(SalNEt 2 )-4-toluate, καμία αλλαγή. Για το Cu(SalNEt 2 )-betainate, επιμήκυνση της τάξης των 0,01Å του δεσμού Cu-O 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-picolinate, μείωση 0,04 Å του δεσμού Cu-O 1 καθώς και αύξηση 0,09 της γωνίας Ν 1 -Cu-O 1. Cu(SalNEt 2 )-dipicolinate Σχήμα 37: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )- dipicolinate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Πολική αλληλεπίδραση μεταξύ του Ν του αμινοτελικού άκρου της Λυσίνης 131 με το Ο 17 του συμπλόκου σε απόσταση 2,67 Å. Δεσμός συναρμογής από το Ν του αμινοτελικού άκρου της Λυσίνης 131 με το Cu 13 του συμπλόκου στα 2,83 Å. 110

111 Cu(SalNEt 2 )-nicotinate Σχήμα 38: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-nicotinate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Cu(SalNEt 2 )-isonicotinate Σχήμα 39: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-isonicotinate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Δε βρέθηκε καμία αλληλεπίδραση κατά την προσάραξη στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ των δύο παραπάνω παραγώγων. Cu(SalNEt 2 )-piperidinate Σχήμα 40: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-piperidinate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. 111

112 Παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις: Δεσμός υδρογόνου μεταξύ του Ν της Λυσίνης 131 και του Η 51 του συμπλόκου σε απόσταση 2,8 Å. Υδρόφοβη αλληλεπίδραση μεταξύ του C 12 της Λυσίνης 131 και του C 33 του συμπλόκου σε απόσταση 3,2 Å. Cu(SalNEt 2 )-citrate Σχήμα 41: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-citrate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Αλληλεπιδράσεις : Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ν 18 της Λυσίνης 131 και του Ο 17 του συμπλόκου σε απόσταση 3,1 Å και μεταξύ του Ν 9 της Λυσίνης και του Ο 17 του συμπλόκου σε απόσταση 3,5 Å. Υδρόφοβη αλληλεπίδραση μεταξύ του C 12 της Λυσίνης και του C 12 του συμπλόκου σε απόσταση 3,5 Å. Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ο του καρβοξυτελικού άκρου του Γλουταμικού οξέος 185 και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 3,1 Å και μεταξύ του αμινοτελικού του Γλουταμικού οξέος και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 3,3 Å. Πολική αλληλεπίδραση μεταξύ του Ν αμινοτελικού άκρου της Βαλίνης 30 και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 3,1 Å. 112

113 Υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις μεταξύ του C 5 της Βαλίνης 30 και του C 1 του συμπλόκου σε απόσταση 3,0 Å και μεταξύ του C 5 της Βαλίνης και του C 3 του συμπλόκου σε απόσταση 3,3 Å. Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ο της Τυροσίνης 186 και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 3,2 Å και μεταξύ του Ο της Τυροσίνης και του Ο 17 του συμπλόκου σε απόσταση 3,3 Å. Οι αλλαγές που εντοπίστηκαν στα δομικά χαρακτηριστικά του χρωμοφόρου κάθε συμπλόκου είναι οι εξής: Για το Cu(SalNEt 2 )-dipicolinate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,03 Å και αύξηση 1,2 και 1 των γωνιών O 1 -Cu-O 2 και Ν 1 -Cu-O 1 αντίστοιχα. Για το Cu(SalNEt 2 )-nicotinate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,01 Å, μείωση 0,7 της γωνίας O 1 -Cu-O 2 και αύξηση 0,68 της γωνίας Ν 2 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 )-isonicotinate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,01Å, επιβράχυνση 0,78 του δεσμού Cu-Ν 1, μείωση 1,4 της γωνίας O 1 -Cu-O 2 και αύξηση 0,8 της γωνίας Ν 2 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 )-piperidinate, επιμήκυνση της τάξης των 0,01 Å του δεσμού Cu-O 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-citrate, μείωση κατά 0,02 Å και 0,04 Å των δεσμών Cu- O 1 και Cu-O 2 αντίστοιχα, αύξηση κατά 0,03Å και 0,02Å των δεσμών Cu-Ν 1 και Cu-Ν 2 αντίστοιχα. Επιπλέον, σημειώνεται αύξηση 1 στη γωνία O 1 -Cu-O 2 και ίδια μείωση στη γωνία Ν 2 -Cu-O 1. Cu(SalNEt 2 )-salicylate Σχήμα 42: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-salicylate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Αλληλεπιδράσεις : Δεσμός υδρογόνου μεταξύ του Ο 1 της Τυροσίνης 186 με το Η 50 του συμπλόκου σε απόσταση 2,4 Å. 113

114 Cu(SalNEt 2 )-acetate Σχήμα 43: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-acetate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Αλληλεπιδράσεις : Δεσμός συναρμογής από το Ν του αμινοτελικού άκρου της Λυσίνης 131 με το Cu 13 του συμπλόκου στα 3,46 Å. Δεσμός συναρμογής από το Ο του καρβοξυτελικού άκρου της Τυροσίνης 186 με το Cu 13 του συμπλόκου στα 2,30 Å. Cu(SalNEt 2 )-tartrate Σχήμα 44: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-tartrate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. 114

115 Αλληλεπιδράσεις : Δεσμός υδρογόνου μεταξύ του Ο 1 της Tυροσίνης 186 με το Η 50 του συμπλόκου σε απόσταση 2,4 Å. Υδρόφοβη αλληλεπίδραση μεταξύ του C 5 της Λυσίνης 187 με τον C 47 του συμπλόκου σε απόσταση 3,4 Å. Cu(SalNEt 2 )-oxalate Σχήμα 45: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-oxalate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Αλληλεπιδράσεις : Δεσμός συναρμογής από το Ν του αμινοτελικού άκρου της Τυροσίνης 186 με το Cu 13 του συμπλόκου στα 3.39 Å. Δεσμός συναρμογής από το Ο του καρβοξυτελικού άκρου της Τυροσίνης 186 με το Cu 13 του συμπλόκου στα 2,92 Å. Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ο του καρβοξυτελικού άκρου της Τυροσίνης 186 και του Ο 17 του συμπλόκου σε απόσταση 3,35 Å και μεταξύ του Ο της Τυροσίνης και του N 15 του συμπλόκου σε απόσταση 2,93 Å. Πολικές αλληλεπιδράσεις του Ν του αμινοτελικού άκρου της Τυροσίνης 186 με το N 15 του συμπλόκου σε απόσταση 2,23 Å. Υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις μεταξύ του C 3 της Βαλίνης 30 και του C 26 του συμπλόκου σε απόσταση 3,17 Å. Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του Ν του αμινοτελικού άκρου της Τυροσίνης 186 με το Η 35 και το Η 36 του συμπλόκου σε απόσταση 2,23 Å και 2,67 Å αντίστοιχα. 115

116 Cu(SalNEt 2 )-fumarate Σχήμα 46: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-fumarate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Αλληλεπιδράσεις : Δεσμός συναρμογής από το Ο του καρβοξυτελικού άκρου του Γλουταμικού οξέος 129 με το Cu 13 του συμπλόκου σε απόσταση 2,98 Å. Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ο του καρβοξυτελικού άκρου του Γλουταμικού οξέος 129, του Ο 16 και του N 14 του συμπλόκου σε απόσταση 3,35 Å και 1,87 Å αντίστοιχα. Στη συνέχεια επισημαίνονται οι όποιες αλλαγές εντοπίστηκαν στα δομικά χαρακτηριστικά του χρωμοφόρου κάθε συμπλόκου: Για το Cu(SalNEt 2 )-salicylate, δεν παρατηρείται κάποια αλλαγή στα δομικά χαρακτηριστικά του χρωμοφόρου. Για το Cu(SalNEt 2 )-tartrate, επιβράχυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,03 Å και μείωση 0,65 της γωνίας O 1 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 )-acetate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,01 Å, επιβράχυνση 0,01 Å του δεσμού Cu-Ν 1, επιμήκυνση 0,01 Å του δεσμού Cu- Ν 2, μείωση 0,2 της γωνίας O 1 -Cu-O 2 και αύξηση 0,5 της γωνίας Ν 2 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 )-oxalate, επιμήκυνση της τάξης των 0,02 Å των δεσμών Cu-O 1 και Cu Ν 2, επιβράχυνση κατά 0,02 Å των δεσμών Cu-O 2 και Cu-Ν 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-fumarate, μείωση κατά 0,03 Å και 0,01 Å των δεσμών Cu-O 1 και Cu-Ν 2 αντίστοιχα, αύξηση κατά 0,03 Å και 0,02 Å των δεσμών Cu- Ν 1 και Cu-Ο 2 αντίστοιχα. Επιπλέον, σημειώνεται αύξηση 1,4 της γωνίας Ν 1 - Cu-O 1 και μείωση 1,8 στις γωνίες O 1 -Cu-O 2 και Ν 2 -Cu-O

117 Cu(SalNEt 2 )-terepthalate Σχήμα 47: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-terepthalate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Δε σημειώνονται αλληλεπιδράσεις. Cu(SalNEt 2 )-malonate Σχήμα 48: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-malonate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Αλληλεπιδράσεις: Δεσμός συναρμογής από το Ο του καρβοξυτελικού άκρου της Τυροσίνης 186 με το Cu 13 του συμπλόκου στα 3,12 Å. Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ο του καρβοξυτελικού άκρου της Τυροσίνης 186 και του Ο 17 και Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 2,71 Å και 2,83 Å αντίστοιχα. 117

118 Cu(SalNEt 2 )-maleate Σχήμα 49: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-maleate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Αλληλεπιδράσεις: Δεσμός συναρμογής από το Ο 1 της Τυροσίνης 186 με το Cu 13 του συμπλόκου στα 3,34 Å. Δεσμός συναρμογής από το Ν 5 της Λυσίνης 131 με το Cu 13 του συμπλόκου στα 3,51 Å. Πολικές αλληλεπιδράσεις μεταξύ του Ο 1 της Τυροσίνης 186 και του Ο 16 του συμπλόκου σε απόσταση 3,29 Å και μεταξύ του Ν 5 της Λυσίνης 131 και του Ο 17 του συμπλόκου σε απόσταση 3,08 Å. Cu(SalNEt 2 )-phenylacetate Σχήμα 50: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-phenylacetate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. 118

119 Cu(SalNEt 2 )-isopthalate Σχήμα 51: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-isopthalate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Κατά την προσάραξη τόσο του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-phenylacetate όσο και του Cu(SalNEt 2 )-isopthalate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ δε βρέθηκαν αλληλεπιδράσεις στην επιθυμητή απόσταση. Στη συνέχεια, σημειώνονται οι αλλαγές που παρατηρήθηκαν στα δομικά χαρακτηριστικά χρωμοφόρου μετά τη διαδικασία προσάραξης: Για το Cu(SalNEt 2 )-terephthalate, καμία αλλαγή. Για το Cu(SalNEt 2 )-malonate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,01 Å, αύξηση 2 στις γωνίες O 1 -Cu-O 2 και Ν 1 -Cu-O 1 και μείωση 1 στις γωνίες O 1 - Cu-O 2 και Ν 2 -Cu-O 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-maleate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,03 Å, μείωση 0,65 της γωνίας O 1 -Cu-O 2 και 2 στην γωνία O 1 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 )-phenylacetate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,01 Å, επιβράχυνση 0,02 Å του δεσμού Cu-Ν 1, αύξηση 0,65 της γωνίας Ν 2 -Cu- O 2 και μείωση 0,6 της γωνίας Ν 1 -Cu-O 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-isophthalate, αύξηση κατά 0,02 Å των δεσμών Cu-Ν 1 και Cu-Ο 2, μείωση 2,5 των γωνιών Ν 1 -Cu-O 1 και Ν 2 -Cu-O 2 και αύξηση 2 της γωνίας O 1 -Cu-O

120 Cu(SalNEt 2 )-lactate Σχήμα 52: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-lactate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Αλληλεπιδράσεις: Δεσμός συναρμογής από το Ο του καρβοξυτελικού άκρου του Γλουταμικού οξέος 185 με το Cu 13 του συμπλόκου στα 3,12 Å. Δεσμός συναρμογής από το Ν του αμινοτελικού άκρου του Γλουταμικού οξέος 185 με το Cu 13 του συμπλόκου στα 3,37 Å. Cu(SalNEt 2 )-glycinate Σχήμα 53: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-glycinate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Αλληλεπιδράσεις: Δεσμός συναρμογής από το Ο 1 της Τυροσίνης 186 με το Cu 13 του συμπλόκου στα 3,43 Å. 120

121 Cu(SalNEt 2 )-pivalate Σχήμα 54: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-pivalate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Καμία αλληλεπίδραση δε σημειώνεται. Cu(SalNEt 2 )-chloro Σχήμα 55: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-chloro στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Αλληλεπιδράσεις : Δεσμός υδρογόνου μεταξύ του Ο 1 της Τυροσίνης 136 με το Η 51 και το Η 49 του συμπλόκου σε απόσταση 1,87 και 2,31 Å αντίστοιχα. Αλληλεπίδραση του Cl με το Ο 1 της Τυροσίνης 136 στα 2,75 Å. Υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις μεταξύ του C 1 της Τυροσίνης 136 και του C 35 του συμπλόκου σε απόσταση 2,75 Å. 121

122 Cu(SalNEt 2 )-benzoate Σχήμα 56: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-benzoate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Αλληλεπιδράσεις : Πολική αλληλεπίδραση μεταξύ του Ο 1 της Τυροσίνης 136 με το καρβονυλικό οξυγόνο του συμπλόκου σε απόσταση 2,5 Å. Δεσμός συναρμογής από το καρβοξυτελικό άκρο του Γλουταμικού οξέος 129 με το χαλκό στα 3,56 Å. Οι αλλαγές που εντοπίστηκαν στη δομή του χρωμοφόρου είναι: Για το Cu(SalNEt 2 )-lactate, επιμήκυνση των δεσμών Cu-O 1 και Cu-Ν 1 κατά 0,01 Å, μείωση 2 της γωνίας O 1 -Cu-O 2 και αύξηση 1 της γωνίας Ν 1 -Cu-O 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-glycinate, δεν υπήρξαν αλλαγές. Για το Cu(SalNEt 2 )-pivalate, επιβράχυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,03 Å και μείωση 2 στις γωνίες O 1 -Cu-O 2 και Ν 1 -Cu-O 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-chloro, δεν παρατηρήθηκαν αλλαγές. Για το Cu(SalNEt 2 )-benzoate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,01 Å, επιβράχυνση του δεσμού Cu-Ν 1 κατά 0,01 Å, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 2 κατά 0,02 Å και του δεσμού Cu-Ν 2 κατά 0,01 Å, μείωση 0,75 της γωνίας O 1 - Cu-O 2 και αύξηση 0,2 της γωνίας Ν 2 -Cu-Ν

123 Cu(SalNEt 2 )-p-chlorobenzoate Σχήμα 57: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-p-chlorobenzoate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Μοναδική παρατηρήσιμη αλληλεπίδραση εντός των ορίων βρέθηκε να είναι αυτή του χλωρίου με το καρβοξυτελικό οξυγόνο του Γλουταμικού 129 σε απόσταση 3,43 Å. Cu(SalNEt 2 )-3-chlorobenzoate Σχήμα 58: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-3-chlorobenzoate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. 123

124 Cu(SalNEt 2 )-p-no 2 benzoate Σχήμα 59: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-p-no 2 benzoate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Cu(SalNEt 2 )-p-ohbenzoate Σχήμα 60: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )- p-ohbenzoate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Για κανένα από τα τρία παραπάνω παράγωγα δε βρέθηκαν αλληλεπιδράσεις. 124

125 Cu(SalNEt 2 )-p-menhbenzoate Σχήμα 61: Προσάραξη του συμπλόκου Cu(SalNEt 2 )-p-menhbenzoate στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Οι μοναδικές αλληλεπιδράσεις είναι αυτές του αζώτου της αμινομάδας του συμπλόκου με το άζωτο του αμινοτελικού άκρου του αμινοξέος της Λυσίνης 131, σε απόσταση 3,44 Å καθώς και δεσμοί υδρογόνου μεταξύ του αμινοτελικού άκρου με τα υδρογόνα της αμινομάδας του συμπλόκου στα 3,02 και 3,13 Å. Τέλος, επισημαίνονται οι εξής αλλαγές για κάθε παράγωγο μετά τη διαδικασία της προσάραξης: Για το Cu(SalNEt 2 )-p-cl-benzoate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,02 Å, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 2 κατά 0,01 Å, επιβράχυνση των δεσμών Cu- Ν 2 και Cu-Ν 1 κατά 0,01 Å και μείωση 0,2 της γωνίας O 1 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 )-3-Cl-benzoate, καμία αλλαγή. Για το Cu(SalNEt 2 )-p-no 2 -chlorobenzoate, επιβράχυνση των δεσμών Cu-O 1, Cu-Ν 1 και Cu-Ν 2 κατά 0,01 Å, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 2 κατά 0,02 Å, μείωση 0,3 της γωνίας O 1 -Cu-O 2 και αύξηση 0,3 των γωνιών Ν 2 -Cu-O 2 και Ν 1 -Cu-O 1. Για το Cu(SalNEt 2 )-p-oh-chlorobenzoate, επιμήκυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,02 Å, επιβράχυνση 0,02 Å του δεσμού Cu-Ν 1 και αύξηση 0,7 της γωνίας O 1 -Cu-O 2. Για το Cu(SalNEt 2 ) p-menh-benzoate επιβράχυνση του δεσμού Cu-O 1 κατά 0,02 Å, αύξηση 2 της γωνίας Ν 1 -Cu-O 1 και μείωση 3 της γωνίας Ν 2 -Cu- O

126 Συμπερασματικά αξίζει να σημειωθεί πως στο ενεργό κέντρο της DNA τοποϊσομεράσης Ι βρέθηκαν ως επί το πλείστον αλληλεπιδράσεις με νουκλεοβάσεις όπως η γουανίνη, η θυμίνη, η κυτοσίνη και η αδενίνη ενώ στο ενεργό κέντρο της DNA τοποϊσομεράσης ΙΙ οι παρατηρούμενες αλληλεπιδράσεις ήταν κυρίως με τα αμινοξέα της λυσίνης, της τυροσίνης και του γλουταμικού οξέος, γεγονός που σχετίζεται με τη σύσταση της δομής της κάθε πρωτεΐνης Προσάραξη φυσικών αναστολέων Επιπλέον, η παραπάνω παρατήρηση ενισχύεται και από τις αλληλεπιδράσεις που λαμβάνουν χώρα κατά την προσάραξη των φυσικών αναστολέων των πρωτεϊνών στο ενεργό κέντρο, οι οποίες όπως φαίνεται και στα σχήματα που ακολουθούν περιλαμβάνουν τις ίδιες ακριβώς νουκλεοβάσεις και αμινοξέα. Στα ακόλουθα σχήματα απεικονίζονται οι αλληλεπιδράσεις που βρέθηκαν μετά την προσάραξη των φυσικών αναστολέων σε κάθε πρωτεΐνη και στη συνέχεια δίνονται οι αποτιμήσεις των προσαράξεων σε πίνακα. Οι φυσικοί αναστολείς της καρκινικής πρωτεΐνης DNA τοποϊσομεράσης Ι είναι η καμπτοθεκίνη, η τοποτεκάνη και ιρινοτεκάνη ενώ της DNA τοποϊσομεράσης ΙΙ, η ετοποσίδη, τενιποσίδη και αμσακρίνη. Πίνακας 4 : Αποτιμήσεις προσάραξης των φυσικών αναστολέων στις πρωτεΐνες. Φυσικοί αναστολείς Αποτίμηση προσάραξης (kcal/mol) Τοποτεκάνη -59,53 Ιρινοτεκάνη -74,44 Καμπτοθεκίνη -55,72 Φυσικοί αναστολείς Αποτίμηση προσάραξης (kcal/mol) Ετοποσίδη -76,95 Τενιποσίδη -79,54 Αμσακρίνη -36,62 Σχήμα 62: Προσάραξη του φυσικού αναστολέα-τοποτεκάνη στη DNA τοποϊσομεράση Ι. 126

127 Σχήμα 63: Προσάραξη του φυσικού αναστολέα-ιρινοτεκάνη στη DNA τοποϊσομεράση Ι. Σχήμα 64: Προσάραξη του φυσικού αναστολέα-καμπτοθεκίνη στη DNA τοποϊσομεράση Ι. 127

128 Σχήμα 65: Προσάραξη του φυσικού αναστολέα-ετοποσίδη στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. Σχήμα 66: Προσάραξη του φυσικού αναστολέα-τενιποσίδη στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. 128

129 Σχήμα 67: Προσάραξη του φυσικού αναστολέα-αμσακρίνη στη DNA τοποϊσομεράση ΙΙ. 129

130 3. Μνξηαθή Μνληεινπνίεζε 3.1 Θεωξεηηθά Γεδνκέλα Ο όξνο κνξηαθή κνληεινπνίεζε (molecular modeling) αλαθέξεηαη ζε ζεσξεηηθέο κεζόδνπο θαη ππνινγηζηηθέο ηερληθέο πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη γηα λα αλαπαξαζηήζνπλ ή λα κηκεζνύλ ηε ζπκπεξηθνξά ησλ κνξίσλ. Οη ηερληθέο απηέο εθαξκόδνληαη ζηα πεδία ηεο ππνινγηζηηθήο ρεκείαο, ηεο ππνινγηζηηθήο βηνινγίαο θαη ηεο επηζηήκεο ησλ πιηθψλ γηα ηε κειέηε κνξηαθώλ ζπζηεκάησλ πνπ εθηείλνληαη από κηθξά ρεκηθά ζπζηήκαηα έσο κεγάια βηνινγηθά κόξηα θαη ζπζηήκαηα πνιπκεξώλ. Τν θνηλό ραξαθηεξηζηηθό ησλ κεζόδσλ κνξηαθήο κνληεινπνίεζεο είλαη όηη ε πεξηγξαθή ησλ κνξηαθώλ ζπζηεκάησλ πεξηνξίδεηαη ζε αηνκηθό επίπεδν ζε αληηδηαζηνιή κε ηελ θβαληηθή ρεκεία ε νπνία πεξηιακβάλεη ππνινγηζκνύο ειεθηξνληθήο δνκήο. Η κνξηαθή κεραληθή (molecular mechanics) είλαη κηα όςε ηεο απεηθόληζεο θαζώο αλαθέξεηαη ζηε ρξήζε ηεο θιαζηθήο ή Νεπηώλεηαο κεραληθήο γηα λα πεξηγξάςεη ηε θπζηθή βάζε θάζε κνξηαθνύ κνληέινπ. Τππηθά ηα κνξηαθά κνληέια αλαπαξηζηνύλ ηα άηνκα ζαλ ζεκεηαθά θνξηία ζπγθεθξηκέλεο κάδαο, ελώ νη ρεκηθνί ηνπο δεζκνί παξνκνηάδνληαη κε ειαηήξηα θαη νη αιιειεπηδξάζεηο ησλ αδεζκηθώλ γεηηνληθώλ αηόκσλ πεξηγξάθνληαη από δπλάκεηο van der Waals. Γηα ηελ πεξηγξαθή ησλ δπλάκεσλ απηώλ ρξεζηκνπνηείηαη ζπλήζσο ην δπλακηθό Lennard- Jones, ελώ νη ειεθηξνζηαηηθέο αιιειεπηδξάζεηο ππνινγίδνληαη κε βάζε ην λόκν ηνπ Coulomb. Σηα άηνκα εθρσξνύληαη ζπληεηαγκέλεο ηνπ Καξηεζηαλνύ ρώξνπ ή εζσηεξηθέο ζπληεηαγκέλεο θαη κπνξνύλ επίζεο ζε δπλακηθέο πξνζνκνηώζεηο λα ηνπο απνδνζνύλ ηαρύηεηεο. 1 Οη αηνκηθέο απηέο ηαρύηεηεο εμαξηώληαη από κηα καθξνζθνπηθή πνζόηεηα, ηε ζεξκνθξαζία ηνπ ζπζηήκαηνο. Η γεληθή καζεκαηηθή έθθξαζε είλαη γλσζηή σο ζπλάξηεζε δπλακηθνχ (potential function) θαη ζρεηίδεηαη κε ηελ εζώηεξε ελέξγεηα ηνπ ζπζηήκαηνο U, κηα ζεξκνδπλακηθή πνζόηεηα ίζε κε ην άζξνηζκα ηεο δπλακηθήο θαη θηλεηηθήο ελέξγεηαο. Οη κέζνδνη πνπ ειαρηζηνπνηνύλ ηε δπλακηθή ελέξγεηα είλαη γλσζηέο σο ηερληθέο ειαρηζηνπνίεζεο ηεο ελέξγεηαο (π.ρ. ηεο απφηνκεο πηψζεο θαη ηεο ζπδπγνχο θιίζεο), ελώ νη κέζνδνη πνπ αλαπαξηζηνύλ ηε ζπκπεξηθνξά ηνπ ζπζηήκαηνο κε ηελ πάξνδν ηνπ ρξόλνπ είλαη γλσζηέο σο κνξηαθή δπλακηθή (molecular dynamics). Όπσο εηπώζεθε παξαπάλσ, ε ζπλάξηεζε δπλακηθνύ ππνινγίδεη ηε κνξηαθή δπλακηθή ελέξγεηα σο άζξνηζκα ησλ ελεξγεηαθώλ όξσλ πνπ πεξηγξάθνπλ ηελ απόθιηζε ησλ κεθώλ δεζκνύ, ησλ γσληώλ δεζκνύ θαη ησλ γσληώλ ζηξέςεο από ηηο ηηκέο ηζνξξνπίαο θαη πεξηιακβάλεη όξνπο γηα ηα αδεζκηθά δεύγε αηόκσλ, νη νπνίνη πεξηγξάθνπλ ειεθηξνζηαηηθέο αιιειεπηδξάζεηο θαη αιιειεπηδξάζεηο van der Waals, δειαδή: E E bond E angle E dihedral E non bonded (1) E non bonded E electrostatic E van der Waals (2) Τν ζύλνιν ησλ παξακέηξσλ πνπ αλαθέξνληαη ζηηο ηηκέο ηζνξξνπίαο ησλ κεθώλ δεζκνύ, ησλ γσληώλ δεζκνύ, ησλ κεξηθώλ θνξηίσλ, ησλ ζηαζεξώλ δύλακεο θαη ησλ παξακέηξσλ van der Waals ζπληζηνύλ ην ιεγόκελν πεδίν δχλακεο (force field). Γηάθνξεο εθαξκνγέο ηεο κνξηαθήο κεραληθήο ρξεζηκνπνηνύλ ειαθξώο δηαθνξεηηθέο καζεκαηηθέο εθθξάζεηο θη επνκέλσο δηαθνξεηηθέο ζηαζεξέο γηα ηε ζπλάξηεζε δπλακηθνύ. Τα ζπλεζέζηεξα πεδία δύλακεο έρνπλ 1 Frenkel D., Smit B., Understanding molecular simulation: from algorithms to applications,

131 αλαπηπρζεί κε ηε ρξήζε θβαληνρεκηθώλ ππνινγηζκώλ πςεινύ επηπέδνπ ή/θαη κε ηελ πξνζαξκνγή ζε πεηξακαηηθά δεδνκέλα. Η ηερληθή ηεο ειαρηζηνπνίεζεο ηεο ελέξγεηαο ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ εμεύξεζε ησλ ζέζεσλ κεδεληθήο θιίζεο όισλ ησλ αηόκσλ, ή αιιηώο γηα ηελ εύξεζε ελόο ηνπηθνύ ελεξγεηαθνύ ειάρηζηνπ. Οη θαηαζηάζεηο κηθξόηεξεο ελέξγεηαο είλαη νη ζηαζεξόηεξεο θη έρνπλ ηδηαίηεξε ζεκαζία ζηηο ρεκηθέο θαη βηνινγηθέο δηαδηθαζίεο. Από ηελ άιιε κεξηά, ε πξνζνκνίσζε κνξηαθήο δπλακηθήο ππνινγίδεη ηε ζπκπεξηθνξά ελόο ζπζηήκαηνο ζε ζπλάξηεζε κε ην ρξόλν. 2 Σπλεπάγεηαη ηελ επίιπζε ησλ λόκσλ ηεο θίλεζεο ηνπ Newton θαη εηδηθόηεξα ηνπ δεύηεξνπ λόκνπ: F = ma. Η νινθιήξσζε ησλ λόκσλ απηώλ, ρξεζηκνπνηώληαο δηαθνξεηηθνύο αιγόξηζκνπο νινθιήξσζεο, νδεγεί ζε αηνκηθέο ηξνρηέο ζην ρώξν θαη ρξόλν. Η δύλακε επί θάζε αηόκνπ νξίδεηαη σο ε αξλεηηθή θιίζε ηεο ζπλάξηεζεο δπλακηθήο ελέξγεηαο. Με ηελ ειαρηζηνπνίεζε ηεο ελέξγεηαο επηηπγράλεηαη κηα ζηαηηθή απεηθόληζε ελόο κνξίνπ θη έηζη γίλεηαη εθηθηή ε ζύγθξηζε κεηαμύ θαηαζηάζεσλ παξόκνησλ ζπζηεκάησλ, ελώ κε ηε κνξηαθή δπλακηθή παξέρνληαη πιεξνθνξίεο σο πξνο ηηο δπλακηθέο δηαδηθαζίεο κε ην ζπλππνινγηζκό ησλ επηδξάζεσλ ηεο ζεξκνθξαζίαο. Η κνληεινπνίεζε ησλ κνξίσλ κπνξεί λα γίλεη ζε θελό ή κε ηελ παξνπζία δηαιύηε όπσο ην λεξό. 3 Οη πξνζνκνηώζεηο ησλ ζπζηεκάησλ ζε θελό αλαθέξνληαη σο πξνζνκνηώζεηο αέξηαο θάζεο, ελώ εθείλεο πνπ πεξηιακβάλνπλ ηελ παξνπζία κνξίσλ δηαιύηε αλαθέξνληαη ζαθώο σο πξνζνκνηώζεηο ζε δηαιύηε. Σε νξηζκέλεο πεξηπηώζεηο ε επίδξαζε ηνπ δηαιύηε ππνινγίδεηαη από εκπεηξηθέο καζεκαηηθέο εθθξάζεηο, νπόηε έρνπκε ηηο ιεγόκελεο πξνζνκνηώζεηο επηδηαιύησζεο Τερληθέο Μνξηαθήο Μνληεινπνίεζεο ζην Σρεδηαζκό Φαξκάθωλ Ο ζρεδηαζκόο θαξκάθσλ είλαη κηα δηαδηθαζία πνπ αξρίδεη κε ηελ ηαπηνπνίεζε κηαο ρεκηθήο έλσζεο κε βηνινγηθό ελδηαθέξνλ θαη ηεξκαηίδεηαη κε ηε βειηηζηνπνίεζε ηόζν ηεο ρεκηθήο ζύλζεζεο όζν θαη ηεο βηνδξαζηηθόηεηαο. Τα ηειεπηαία δέθα ρξόληα νη επηζηήκνλεο ρξεζηκνπνηνύλ ππνινγηζηηθά κνληέια ησλ λέσλ ελώζεσλ πξνθεηκέλνπ λα πξνζδηνξίζνπλ ηε γεσκεηξία θαη ηε βηνδξαζηηθόηεηά ηνπο. Έλα από ηα βαζηθά δόγκαηα ηεο θαξκαθεπηηθήο ρεκείαο είλαη όηη ε βηνινγηθή δξαζηηθόηεηα κηαο έλσζεο εμαξηάηαη από ηελ ηδηαίηεξε ζέζε ηεο θαξκαθνθόξνπ νκάδαο ζηελ ηξηζδηάζηαηε δνκή ηεο. Τα ηειεπηαία ρξόληα ε αλάπηπμε λέσλ καζεκαηηθώλ κνληέισλ πνπ πεξηγξάθνπλ ηα ρεκηθά θαηλόκελα ζε ζπλδπαζκό κε ηελ ηερλνινγηθή εμέιημε ησλ ππνινγηζηώλ πξόζθεξαλ ζηνπο πεηξακαηηθνύο ρεκηθνύο λέα ηζρπξά ππνινγηζηηθά εξγαιεία. Τα εξγαιεία απηά ρξεζηκνπνηνύληαη κε επηηπρία ζηελ εμέηαζε ησλ δνκηθώλ ηδηνηήησλ γλσζηώλ ελώζεσλ θαη ζηελ αλάπηπμε ππνζέζεσλ πνπ ζπζρεηίδνπλ απηέο ηηο ηδηόηεηεο κε ηηο αληίζηνηρεο βηνδξαζηηθόηεηεο. Τέηνηεο ζρέζεηο δνκήο-δξαζηηθφηεηαο (structure-activity relationships, SAR) επηηξέπνπλ ηελ πξόβιεςε ηεο ζπκπεξηθνξάο λέσλ ρεκηθώλ νληνηήησλ. Η αλάπηπμε αλάινγσλ πξνγξακκάησλ κνξηαθήο κνληεινπνίεζεο θαη ε εθαξκνγή ηνπο ζηε ρεκηθή ή θαξκαθεπηηθή έξεπλα δεκηνύξγεζε έλα λέν εξεπλεηηθό πεδίν, γλσζηό σο ππνινγηζηηθφο κνξηαθφο ζρεδηαζκφο (computerassisted molecular design, CAMD). 2 Rapaport D.C., The art of molecular dynamics simulation, Sadus R.J., Molecular simulation of fluids: theory, algorithms and object orientation,

132 Σρήκα 1: Εθαξκνγή ηνπ ππνινγηζηηθνχ κνξηαθνχ ζρεδηαζκνχ ζε ζχκπινθα ηνπ ζηδήξνπ κε S-δνηηθά άηνκα ζηε θεξξνδνμίλε. Έηζη ε ππνινγηζηηθή ρεκεία καδί κε ηε κνξηαθή απεηθόληζε είλαη ε επηζηήκε ηεο αλαπαξάζηαζεο ησλ κνξηαθώλ δνκώλ θαη ηεο πξνζνκνίσζεο ηεο ζπκπεξηθνξάο ηνπο κε ηηο εμηζώζεηο ηεο θβαληηθήο θαη ηεο θιαζηθήο θπζηθήο. Τα πξνγξάκκαηα ηεο ππνινγηζηηθήο ρεκείαο επηηξέπνπλ ζηνπο επηζηήκνλεο λα απνθηνύλ θαη λα παξνπζηάδνπλ κνξηαθά δεδνκέλα όπσο γεσκεηξίεο (κήθε δεζκώλ, γσλίεο δεζκώλ, γσλίεο ζηξέςεο), ελέξγεηεο (ζεξκόηεηα ζρεκαηηζκνύ, ελέξγεηα ελεξγνπνίεζεο θ.ά.), ειεθηξνληθέο ηδηόηεηεο (δηπνιηθέο ξνπέο, θνξηία, δπλακηθά ηνληζκνύ, ειεθηξνζπγγέλεηεο), θαζκαηνζθνπηθέο ηδηόηεηεο (ηξόπνη δόλεζεο, ρεκηθέο κεηαηνπίζεηο) θαη καθξνζθνπηθέο ηδηόηεηεο (όγθνη, εκβαδά, δηάρπζε, ημώδεο θ.ιπ.). Ωζηόζν, όπσο κε όια ηα κνληέια, είλαη απαξαίηεηε ε νμπδέξθεηα θαη ε εθπαίδεπζε ηνπ ρεκηθνύ γηα ηελ νξζή εξκελεία ησλ απνηειεζκάησλ. Δπίζεο είλαη αλαγθαία ε ζύγθξηζε κε ηα πεηξακαηηθά δεδνκέλα γηα ηελ θαζνδήγεζε ηόζν ηεο εξγαζηεξηαθήο όζν θαη ηεο ππνινγηζηηθήο εξγαζίαο. Σε όια ηα πξνγξάκκαηα κνξηαθνύ ζρεδηαζκνύ (CAMD) ηα θύξηα δεδνκέλα εηζόδνπ είλαη νη ιεγόκελνη πίλαθεο ζχλδεζεο (connection tables) ζηνπο νπνίνπο απνζεθεύνληαη ειεθηξνληθά νη ηύπνη ησλ αηόκσλ ηνπ κνξίνπ, ν πβξηδηζκόο ηνπο θαη ν ηξόπνο πνπ ζπλδένληαη κεηαμύ ηνπο. Γηα παξάδεηγκα, ζην Σρήκα 1 δίλεηαη έλαο ηέηνηνο πίλαθαο ζηνλ νπνίν νξίδεηαη όηη ην δηνμείδην ηνπ άλζξαθα απνηειείηαη από έλα sp 2 άηνκν νμπγόλνπ (αξηζκόο αηόκνπ 1) πνπ ζπλδέεηαη κε δηπιό δεζκό κ έλα sp άηνκν άλζξαθα (αξηζκόο αηόκνπ 2) ην νπνίν κε ηε ζεηξά ηνπ ζπλδέεηαη κε δηπιό δεζκό κ έλα δεύηεξν sp 2 άηνκν νμπγόλνπ. Βέβαηα γηα ηε κειέηε ησλ ρεκηθώλ ηδηνηήησλ πξέπεη νη πίλαθεο απηνί λα κεηαζρεκαηηζζνύλ ζε ηξηζδηάζηαηεο εθπξνζσπήζεηο ησλ ρεκηθώλ δνκώλ κε ηε ρξήζε ησλ καζεκαηηθώλ πεξηγξαθώλ ησλ θαλόλσλ ηεο θβαληνκεραληθήο θαη ηεο κνξηαθήο κεραληθήο. 132

133 # Αηόκνπ Όλνκα Αηόκνπ Τύπνο Αηόκνπ Γεζκνί κε Άηνκα 1 O C 2 1, 3 3 O 5 2 Σρήκα 2: Πίλαθαο ζχλδεζεο γηα ην δηνμείδην ηνπ άλζξαθα. Όπσο εηπώζεθε παξαπάλσ, νη ππνινγηζηηθέο κέζνδνη ρξεζηκνπνηνύληαη γηα ηε βειηηζηνπνίεζε ηεο κνξηαθήο γεσκεηξίαο θαη ηνλ ππνινγηζκό ησλ θπζηθώλ θαη ειεθηξνληθώλ ηδηνηήησλ. Όκσο κηα εμίζνπ ζεκαληηθή όςε ησλ πξνγξακκάησλ CAMD είλαη ε δπλαηόηεηά ηνπο λα απεηθνλίδνπλ ηηο ηδηόηεηεο απηέο θαηά έλαλ ηξόπν πνπ λα απμάλεη ηελ ηθαλόηεηα ηνπ ρεκηθνύ λα εξκελεύεη ηα πεηξακαηηθά επξήκαηα θαη λα ζπζρεηίδεη ηα επξήκαηα απηά κε δνκηθά ραξαθηεξηζηηθά. 4 Οη εθαξκνγέο ησλ ηερληθώλ ηεο κνξηαθήο κνληεινπνίεζεο ζην ζρεδηαζκό θαη ηε κειέηε θαξκάθσλ είλαη πνιπάξηζκεο. Δλδεηθηηθά αλαθέξνπκε ηε ρξήζε ab initio ππνινγηζκώλ ζηελ αλάιπζε ησλ ειεθηξνληθώλ θαη ηαπηνκεξώλ παξακέηξσλ ησλ ακηδηλώλ, 5 θαζώο θαη εκηεκπεηξηθώλ ππνινγηζκώλ γηα ηε κειέηε ηεο ελέξγεηαο δηακόξθσζεο θαη ησλ ειεθηξνζηαηηθώλ δπλακηθώλ ησλ ηζηακηλώλ. 6 Κβαληνρεκηθνί ππνινγηζκνί ηύπνπ DFT ρξεζηκνπνηήζεθαλ επίζεο γηα ηε κειέηε ησλ δπλάκεσλ πνπ θαζνξίδνπλ ηε ζηαζεξόηεηα ησλ πξσηετλώλ θαη ησλ πεπηηδίσλ, 7,8 θαζώο θαη γηα ηνλ νξηζκό έμη λέσλ δηακνξθώζεσλ νξηζκέλσλ πεπηηδίσλ, νη νπνίεο ζηε ζπλέρεηα επηβεβαηώζεθαλ κε θξπζηαιινγξαθία αθηίλσλ-χ. 9 Δμίζνπ πνιπάξηζκεο είλαη θαη νη εθαξκνγέο ηεο κνξηαθήο δπλακηθήο ζε πξνβιήκαηα κνξηαθήο απεηθόληζεο θαη ζρεδηαζκνύ λέσλ θαξκάθσλ. Έηζη έρεη εξκελεπζεί ν κεραληζκόο νμείδσζεο ηεο ζεηνθακθνξάο όηαλ είλαη δεζκεπκέλε ζην θπηόρξσκα P450, 10 ελώ άιιεο κειέηεο έδεημαλ όηη απαηηνύληαη αιιαγέο ζηε δηακόξθσζε ηεο αηκνγινβίλεο πξνθεηκέλνπ λα επηηξαπεί ε δίνδνο ηνπ νμπγόλνπ. 11 Τν ελδηαθέξνλ ηεο κειέηεο απηήο βξίζθεηαη ζην γεγνλόο όηη ζηαηηθά κνληέια ηεο αηκνγινβίλεο, κεξηθά από ηα νπνία βαζίδνληαη ζε δεδνκέλα αθηίλσλ-χ, δείρλνπλ όηη δελ 4 Krieger J. Molecular modeling: altering how chemistry is done. Chem. Eng. News, 23, Sabio M, Topiol S. The computational design of amidines as H2-receptor agonists of histamine. J. Mol. Struct., 279, 15-27, Enriz RD, Estrada MR, Jauregui EA, Ponce CA, Tomas-Vert F. Theoretical study of selective H3 receptor agonists of histamine. J. Mol. Struct., 280, 5-15, Robinson CR, Sligar SG. Electrostatic stabilization in four-helix bundle proteins. Protein Science 2, , Ripoll DR, Faerman CH, Axelsen PH, Silman I, Sussman JL. An electrostatic mechanism for substrate guidance down the aromatic gorge of acetylcholinesterase. Proc. Nat. Acad. Science, 90, , Perczel A, McAllister MA, Csarzar P, Csizmadia IG. Peptide models 6. New b-turn conformations from ab initio calculations confirmed by X-ray data of proteins. J. Amer. Chem. Soc., 115, , Paulsen MD, Ornstein RL. Substrate mobility in the thiocamphor-bound cytochrome P450: an explanation of the conflict between the observed product profile and the X-ray structure. Protein Eng., 6, , Gelin BR, Karplus M, PNAS, 74, ,

134 ππάξρεη επαξθήο ρώξνο γηα ηελ είζνδν θαη ηε δηάρπζε ησλ κνξίσλ νμπγόλνπ πξνο ηελ ελεξγό πεξηνρή ηεο έλσζεο Υπνινγηζηηθέο Μεζνδνινγίεο Η θβαληνκεραληθή απνηειεί κηα από ηηο πξώηεο καζεκαηηθέο κεζνδνινγίεο ηεο ζεσξεηηθήο ρεκείαο. Σηελ θαζαξή κνξθή ηεο ε θβαληηθή ζεσξία ρξεζηκνπνηεί γλσζηέο θπζηθέο ζηαζεξέο όπσο ε ηαρύηεηα ηνπ θσηόο, νη κάδεο θαη ηα θνξηία ησλ ππξεληθώλ ζσκαηηδίσλ θαζώο θαη δηαθνξηθέο εμηζώζεηο γηα λα ππνινγίζεη ηηο κνξηαθέο ηδηόηεηεο θαη γεσκεηξίεο. Η κεζνδνινγία απηή αλαθέξεηαη σο ab initio (απφ ηηο πξψηεο αξρέο) θβαληνκεραληθή. 12 Η εμίζσζε από ηελ νπνία κπνξνύλ λα εμαρζνύλ νη κνξηαθέο ηδηόηεηεο είλαη ε εμίζσζε Schrödinger, H E (3) όπνπ Ε είλαη ε ελέξγεηα ηνπ ζπζηήκαηνο, Ψ είλαη ε θπκαηνζπλάξηεζε πνπ νξίδεη ηηο Καξηεζηαλέο θαη ζπληεηαγκέλεο spin ησλ αηνκηθώλ ζσκαηηδίσλ θαη Η είλαη ν ηειεζηήο Hamilton ν νπνίνο πεξηιακβάλεη όξνπο γηα ηε δπλακηθή θαη θηλεηηθή ελέξγεηα ηνπ ζπζηήκαηνο. Ωζηόζν ε εμίζσζε Schrödinger κπνξεί λα επηιπζεί κόλν γηα πνιύ κηθξά κόξηα όπσο ην πδξνγόλν θαη ην ήιην θαη γηαπηό πξέπεη λα εηζαρζνύλ πξνζεγγίζεηο γηα λα επεθηαζεί ε ρξεζηκόηεηα ηεο κεζόδνπ ζε πνιπαηνκηθά ζπζηήκαηα. Η πξώηε πξνζέγγηζε επηρεηξεί λα δηαρσξίζεη ηνλ ππξήλα απ ηα ειεθηξόληα. Γέρεηαη όηη νη ππξήλεο είλαη πνιύ βαξύηεξνη από ηα ειεθηξόληα θαη θηλνύληαη πνιύ πην αξγά απ απηά θη επνκέλσο ηα κνξηαθά ζπζηήκαηα κπνξνύλ λα πεξηγξαθνύλ σο ειεθηξόληα πνπ θηλνύληαη κέζα ζην πεδίν ζηαζεξώλ ππξήλσλ (πξνζέγγηζε Born-Oppenheimer). Με ηελ πξνζέγγηζε απηή νη ιύζεηο ηεο εμίζσζεο Schrödinger νδεγνύλ ζε ηηκέο απνηειεζκαηηθήο ειεθηξνληθήο ελέξγεηαο νη νπνίεο εμαξηώληαη από ηηο ζρεηηθέο ζπληεηαγκέλεο ηνπ ππξήλα. Καζώο νη ππξήλεο θηλνύληαη ζε λέεο ζπληεηαγκέλεο θαη επαλππνινγίδνληαη νη κνξηαθέο ελέξγεηεο, πξνθύπηεη κηα πνζνηηθή πεξηγξαθή ηεο κνξηαθήο ελέξγεηαο. Η πεξηγξαθή απηή ε νπνία ζρεηίδεη ηελ ελέξγεηα κε ηε γεσκεηξία, αλαθέξεηαη σο επηθάλεηα δπλακηθήο ελέξγεηαο ηνπ κνξίνπ. Τν θαηώηεξν ζεκείν σο πξνο ηελ ελέξγεηα ηεο επηθάλεηαο απηήο απνηειεί ηελ ελέξγεηα βαζηθήο θαηάζηαζεο (θαη ηεο ζπλαθόινπζεο γεσκεηξίαο ηεο) ηνπ κνξίνπ. Η δεύηεξε πξνζέγγηζε επηηξέπεη ζηελ θπκαηνζπλάξηεζε Ψ λα εθπξνζσπεζεί σο γηλόκελν ηξνρηαθώλ ελόο ειεθηξνλίνπ (ή spin). Οη ζπλαξηήζεηο πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη γηα λα πεξηγξάςνπλ απηά ηα ηξνρηαθά αλαθέξνληαη σο ζπλαξηήζεηο βάζεο. Η κεζνδνινγία απηή αλαθέξεηαη σο γξακκηθφο ζπλδπαζκφο αηνκηθψλ ηξνρηαθψλ (linear combination of atomic orbitals, LCAO). Αθνύ πξνθύςνπλ ηα ηξνρηαθά, ππνινγίδνληαη νη ζπληειεζηέο ηνπο νη νπνίνη πξνζδηνξίδνπλ ηελ ελέξγεηα ηνπ ζπζηήκαηνο. Απηό επηηπγράλεηαη κε ηε ζεσξία Hartree-Fock. Η ζεσξία απηή δέρεηαη όηη ε ελέξγεηα ελόο ζπλόινπ κνξηαθώλ ηξνρηαθώλ κπνξεί λα πξνθύςεη από ηηο ζπλαξηήζεηο βάζεο πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη γηα λα νξίζνπλ ηα ηξνρηαθά θαη από έλα ζύλνιν ζπληειεζηώλ πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη γηα λα ειαρηζηνπνηήζνπλ ηελ ελέξγεηα ηνπ ζπζηήκαηνο. Ο 12 Hehre WJ, Radom L, Schleyer PR, Pople JA, Ab initio molecular orbital theory, John Wiley & Sons, New York,

135 ππνινγηζκόο ηεο ελέξγεηαο πξνθύπηεη από ηελ επίιπζε Ν Ν πηλάθσλ γηα ηελ εύξεζε ηδαληθώλ ηηκώλ ησλ ζπληειεζηώλ ησλ ηξνρηαθώλ. Η επίιπζε απηή απαηηεί αξρηθέο ηηκέο γηα ηνπο ζπληειεζηέο θαη γηαπηό πηνζεηείηαη κηα επαλαιεπηηθή δηαδηθαζία ζηελ νπνία νη ζπληειεζηέο βειηηζηνπνηνύληαη πξννδεπηηθά κέρξη ηελ επίηεπμε απηνζπλέπεηαο. Η κέζνδνο απηή αλαθέξεηαη σο ζεσξία ηνπ απηνζπλεπνχο πεδίνπ (self-consistent-field theory, SCF). Η θβαληηθή κεραληθή ρξεζηκνπνηεί έλα ζύλνιν καζεκαηηθώλ πεξηγξαθώλ γηα ηνλ νξηζκό ελόο ζεσξεηηθνύ κνληέινπ ζπκπεξηθνξάο ησλ κνξίσλ. Η αμηνπηζηία ησλ κνληέισλ απηώλ ειέγρεηαη από ηε ζύγθξηζε ησλ πξνηεηλόκελσλ δνκώλ θαη ηδηνηήησλ κε ηα αληίζηνηρα πεηξακαηηθά απνηειέζκαηα. Σε γεληθέο γξακκέο νη ab initio κέζνδνη κπνξνύλ λ αλαπαξάγνπλ εξγαζηεξηαθέο κεηξήζεηο γηα ηδηόηεηεο όπσο ε ζεξκόηεηα ζρεκαηηζκνύ, ην δπλακηθό ηνληζκνύ, ηα ειεθηξνληθά θάζκαηα θαη ε κνξηαθή γεσκεηξία. Δθόζνλ νη θβαληηθέο κέζνδνη ρξεζηκνπνηνύλ ηηο αξρέο ηεο ζσκαηηδηαθήο θπζηθήο γηα λα κειεηήζνπλ ηε δνκή σο ζπλάξηεζε ηεο ειεθηξνληθήο θαηαλνκήο, ε ρξήζε ηνπο κπνξεί λα επεθηαζεί ζηελ αλάιπζε κνξίσλ πνπ δελ έρνπλ ζπληεζεί θαη ρεκηθώλ ζπζηεκάησλ πνπ είλαη δύζθνιν ή αδύλαην λα απνκνλσζνύλ. Δπηπιένλ νη γεσκεηξίεο θαη νη ηδηόηεηεο ησλ κεηαβαηηθώλ θαη ησλ δηεγεξκέλσλ θαηαζηάζεσλ κπνξνύλ λα κειεηεζνύλ κόλν κε ηε ρξήζε θβαληνρεκηθώλ κεζόδσλ. Οη ab initio θβαληνρεκηθέο κέζνδνη ππνινγίδνπλ έλαλ αξηζκό ιύζεσλ γηα έλα κεγάιν αξηζκό εμηζώζεσλ. Παξόηη έρνπλ αλαθεξζεί ππνινγηζκνί ζε κεγάια κόξηα, 13 νη κέζνδνη απηέο πεξηνξίδνληαη γεληθά ζε ελώζεηο πνπ πεξηέρνπλ από δέθα έσο είθνζη άηνκα ιόγσ ηνπ απαηηνύκελνπ ππεξβνιηθά κεγάινπ ππνινγηζηηθνύ ρξόλνπ θαη ηεο αλάγθεο γηα κεγάιεο απνζεθεπηηθέο ρσξεηηθόηεηεο. Ωζηόζν νη ζεσξεηηθνί ρεκηθνί έρνπλ αλαπηύμεη ελαιιαθηηθέο πξνζεγγίζεηο γηα ηνλ ππνινγηζκό δνκώλ θαη ηδηνηήησλ, απινπνηώληαο ηκήκαηα ησλ ππνινγηζκώλ. Οη κέζνδνη απηέο αλαθέξνληαη γεληθά σο εκηεκπεηξηθέο θβαληηθέο κέζνδνη (semiempirical quantum methods). 14 Οη εκηεκπεηξηθέο κέζνδνη ρξεζηκνπνηνύλ ηερληθέο παξόκνηεο ησλ ab initio κεζόδσλ, αιιά κε ηελ εηζαγσγή δηαθόξσλ πξνζεγγίζεσλ γηα ηελ απινπνίεζε ησλ ππνινγηζκώλ. Έηζη αληί λα εθηειείηαη κηα πιήξεο αλάιπζε όισλ ησλ ειεθηξνλίσλ ηνπ κνξίνπ, νξηζκέλεο ειεθηξνληθέο αιιειεπηδξάζεηο αγλννύληαη. Οη κέζνδνη απηέο πεξηιακβάλνπλ ηελ πξνζέγγηζε Hückel γηα αξσκαηηθέο ελώζεηο (ζηελ νπνία ππνινγίδνληαη ηα εμσηεξηθά ειεθηξόληα ησλ ζπδπγώλ ζπζηεκάησλ αιιά αγλννύληαη ηα εζσηεξηθά ειεθηξόληα) θαη ηνπο θνξκαιηζκνύο ηεο αγλφεζεο ηεο δηαθνξηθήο αιιειεπηθάιπςεο πνπ απαληνύλ ζηε CNDO (Complete Neglect of Differential Overlap) θαη ηελ INDO (Intermediate Neglect of Differential Overlap). Άιιεο εκηεκπεηξηθέο πξνζεγγίζεηο, όπσο ε AM1 (Austin Model 1) θαη ε PM3 (Parametric Model 3), αληηθαζηζηνύλ ηκήκαηα ησλ ππνινγηζκώλ κε παξακέηξνπο πνπ πξνθύπηνπλ από πεηξακαηηθά δεδνκέλα. Δλώ νη εκηεκπεηξηθέο κέζνδνη απαηηνύλ κηθξόηεξνπο ππνινγηζηηθνύο ρξόλνπο από ηηο ab initio κεζόδνπο, εμαθνινπζνύλ λα είλαη ππνινγηζηηθά ρξνλνβόξεο. Γηαπηό νη ππνινγηζκνί ξνπηίλαο εθηεινύληαη ζπλήζσο ζε ελώζεηο πνπ πεξηέρνπλ έσο εθαηό άηνκα. Όκσο ην θύξην κεηνλέθηεκα ησλ κεζόδσλ απηώλ είλαη όηη ε εθαξκνγή ηνπο πεξηνξίδεηαη ζε ζπζηήκαηα γηα ηα νπνία έρνπλ αλαπηπρζεί νη θαηάιιειεο παξάκεηξνη. Δπηπιένλ νη θβαληνρεκηθέο πξνζεγγίζεηο, 13 Cioslowski J. Ab initio calculations on large molecules: methodology and applications. In: Lipkowitz KB, Boyd DB, eds. Reviews in Computational Chemistry Vol. 4, VCH Publishers, 1993: Stewart JJP. Semiempirical molecular orbital methods. In: Lipkowitz KB, Boyd DB, eds. Reviews in Computational Chemistry Vol. 1, VCH Publishers, 1990:

136 ιόγσ ησλ ππνινγηζηηθώλ απαηηήζεσλ, είλαη πξαθηηθά άρξεζηεο γηα ελώζεηο πνπ πεξηέρνπλ κεξηθέο εθαηνληάδεο ή ρηιηάδεο άηνκα (πξσηεΐλεο, λνπθιετθά νμέα, πδαηάλζξαθεο, πνιπκεξή θ.ά.). Έηζη γηα ηνλ ππνινγηζκό ηεο κνξηαθήο γεσκεηξίαο θαη ησλ ζπλαθόινπζσλ ηδηνηήησλ ηέηνησλ ελώζεσλ απαηηείηαη κηα πεξαηηέξσ απινπνίεζε. Η πξνζέγγηζε απηή είλαη ε κνξηαθή κεραληθή (molecular mechanics) ή ε κέζνδνο ηνπ πεδίνπ δχλακεο (force field method). 15 Η κνξηαθή κεραληθή είλαη έλαο καζεκαηηθόο θνξκαιηζκόο πνπ επηρεηξεί λα αλαπαξάγεη ηηο κνξηαθέο γεσκεηξίεο, ηηο ελέξγεηεο θαη άιια ραξαθηεξηζηηθά κε ηελ πξνζαξκνγή ησλ κεθώλ δεζκνύ, ησλ γσληώλ δεζκνύ θαη ησλ γσληώλ ζηξέςεο ζηηο ηηκέο ηζνξξνπίαο πνπ εμαξηώληαη από ηνλ πβξηδηζκό ησλ αηόκσλ θαη ην είδνο ηνπ δεζκνύ ηνπο. Αληί λα ρξεζηκνπνηεί ηελ θβαληηθή θπζηθή, ε κέζνδνο βαζίδεηαη ζηνπο λόκνπο ηεο θιαζηθήο Νεπηώλεηαο θπζηθήο θαη ζε πεηξακαηηθέο παξακέηξνπο γηα ηνλ ππνινγηζκό ηεο γεσκεηξίαο σο ζπλάξηεζεο ηεο ζηεξενρεκηθήο ελέξγεηαο. Η γεληθή κνξθή ηεο εμίζσζεο ηνπ πεδίνπ δύλακεο είλαη: E pot E bnd E ang E tor E oop E nb E el (4) E pot είλαη ε νιηθή ζηεξενρεκηθή ελέξγεηα ε νπνία νξίδεηαη σο ε δηαθνξά ελέξγεηαο κεηαμύ ηνπ πξαγκαηηθνύ κνξίνπ θη ελόο ηδαληθνύ κνξίνπ. E bnd είλαη ε ελέξγεηα πνπ πξνθύπηεη θαηά ηελ απόθιηζε ηνπ κήθνπο δεζκνύ από ηε θπζηθή ηνπ ηηκή θαη ππνινγίδεηαη από ηελ εμίζσζε ηνπ Hooke γηα ηελ παξακόξθσζε ελόο ειαηεξίνπ: E 1 2 k b b b 0 2 (5) όπνπ k b είλαη ε ζηαζεξά δύλακεο ηνπ δεζκνύ, b 0 είλαη ην κήθνο ηζνξξνπίαο ηνπ δεζκνύ θαη b είλαη ην ηξέρνλ κήθνο δεζκνύ. E ang είλαη ε ελέξγεηα πνπ πξνθύπηεη θαηά ηελ παξακόξθσζε ηεο γσλίαο δεζκνύ από ηε θπζηθή ηεο ηηκή θαη ππνινγίδεηαη επίζεο από ην λόκν ηνπ Hooke. E tor είλαη ε ελέξγεηα πνπ πξνθύπηεη από ηελ παξακόξθσζε κηαο γσλίαο ζηξέςεο ή δίεδξεο γσλίαο, E oop είλαη ε ζπληζηώζα ηεο ζηεξενρεκηθήο ελέξγεηαο από ηηο εθηόο επηπέδνπ θάκςεηο, E nb είλαη ε ελέξγεηα ησλ αδεζκηθώλ αιιειεπηδξάζεσλ θαη E el είλαη ε ελέξγεηα πνπ πξνθύπηεη από δπλάκεηο Coulomb. Με ηελ αλάιπζε ησλ όξσλ ηεο γεληθήο κνξθήο ηνπ πεδίνπ δύλακεο ιακβάλεηαη ε εμίζσζε: E pot 1 2 k b b b k k 0 2 A r 12 B r k 1 cosn 2 qq r Ο ηξόπνο κε ηνλ νπνίν ρξεζηκνπνηνύληαη νη παξαπάλσ όξνη γηα ηε δόκεζε ελόο κνξηαθνύ κνληέινπ αλαθέξεηαη σο ε ζπλαξηεζηαθή κνξθή ηνπ πεδίνπ δύλακεο. Οη ζηαζεξέο δύλακεο k b, k ζ, k θ θαη θ ρ θαζώο θαη νη ηηκέο ηζνξξνπίαο b 0, ζ 0, θ θαη ρ 0 είλαη αηνκηθέο παξάκεηξνη πνπ έρνπλ πξνθύςεη πεηξακαηηθά από κεηξήζεηο κε αθηίλεο-χ, NMR, IR, κηθξνθύκαηα, θαζκαηνζθνπία Raman θαη ab initio ππνινγηζκνύο ζε κηα ζπγθεθξηκέλε ηάμε κνξίσλ (αιθάληα, αιθνόιεο θ.ιπ.). (6) 15 Allinger NL, Burkert U. Molecular mechanics. ACS Monograph 177, Washington DC, American Chemical Society,

137 Η ελέξγεηα ησλ αηόκσλ ζε έλα κόξην ππνινγίδεηαη θαη ειαρηζηνπνηείηαη ρξεζηκνπνηώληαο κηα πνηθηιία ηερληθώλ παξαγώγηζεο, όπσο πξναλαθέξζεθε. Σε αληίζεζε κε ηηο ab initio κεζόδνπο ε κνξηαθή κεραληθή ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηνλ ππνινγηζκό κνξηαθώλ ηδηνηήησλ νη νπνίεο δελ εμαξηώληαη από ηηο ειεθηξνληθέο επηδξάζεηο. Απηέο πεξηιακβάλνπλ ηε γεσκεηξία, ηα θξάγκαηα πεξηζηξνθήο, ηα θάζκαηα δόλεζεο, ηηο ζεξκόηεηεο ζρεκαηηζκνύ θαη ηε ζρεηηθή ζηαζεξόηεηα ησλ δηακνξθσκεξώλ. Γεδνκέλνπ όηη νη ππνινγηζκνί είλαη ηαρείο θαη ηθαλνπνηεηηθνί, ε κνξηαθή κεραληθή ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηε κειέηε ζπζηεκάησλ πνπ πεξηέρνπλ ρηιηάδεο άηνκα. Ωζηόζν, ζε αληίζεζε κε ηηο ab initio κεζόδνπο, ε κέζνδνο απηή εμαξηάηαη από πεηξακαηηθέο παξακέηξνπο, νπόηε νη ππνινγηζκνί ζε λέεο κνξηαθέο δνκέο κπνξεί λα είλαη παξαπιαλεηηθνί. Καζεκία από ηηο κεζόδνπο πνπ πεξηγξάθεθαλ παξαπάλσ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηνλ ππνινγηζκό ηεο ελέξγεηαο κηαο έλσζεο ζ έλα ζπγθεθξηκέλν ηξηζδηάζηαην πξνζαλαηνιηζκό θαη γηα ηε βειηηζηνπνίεζε ηεο γεσκεηξίαο σο ζπλάξηεζεο ηεο ελέξγεηαο (δειαδή, ηεο πξνζαξκνγήο ησλ ζπληεηαγκέλσλ θάζε αηόκνπ θαη ηνπ επαλππνινγηζκνύ ηεο ελέξγεηαο ηνπ κνξίνπ σζόηνπ επηηεπρζεί ειαρηζηνπνίεζή ηεο). Σε ζπλδπαζκό επίζεο κε άιιεο αξηζκεηηθέο ηερληθέο κπνξνύλ λα ρξεζηκνπνηεζνύλ γηα ηελ πξνζνκνίσζε ηεο εμαξηώκελεο από ην ρξόλν ζπκπεξηθνξάο ησλ κνξίσλ (κνξηαθή δπλακηθή) θαη ηελ έξεπλα ησλ δηακνξθσκεξώλ ηνπο. Η κνξηαθή δπλακηθή (molecular dynamics) ζπλδπάδεη ηνπο ελεξγεηαθνύο ππνινγηζκνύο από ηε κεζνδνινγία ηνπ πεδίνπ δύλακεο κε ηνπο λόκνπο ηεο Νεπηώλεηαο κεραληθήο. Σηελ θπξηνιεμία ζπληζηά κηα ηερληθή πξνζνκνίσζεο ηεο ρξνληθήο εμέιημεο ελόο ζπλόινπ αηόκσλ ηα νπνία αιιειεπηδξνύλ κεηαμύ ηνπο ππαθνύνληαο ζηηο εμηζώζεηο θίλεζήο ηνπο. Η πξνζνκνίσζε επηηπγράλεηαη κε ηελ αξηζκεηηθή νινθιήξσζε ησλ εμηζώζεσλ ηεο θίλεζεο γηα κηθξά ρξνληθά δηαζηήκαηα (ζπλήζσο sec ή 1 fsec). Η πξνζνκνίσζε εγθαηληάδεηαη κε ηελ εηζαγσγή ηεο ζέζεο θάζε αηόκνπ ζην κόξην θαη ηελ εθαξκνγή ελόο αλύζκαηνο δύλακεο ζ απηό. Σηε ζπλέρεηα ππνινγίδεηαη ε επηηάρπλζε θάζε αηόκνπ από ηελ εμίζσζε: a όπνπ m είλαη ε κάδα ηνπ αηόκνπ θαη F ε αξλεηηθή θιίζε ηεο ζπλάξηεζεο δπλακηθήο ελέξγεηαο (ηεο καζεκαηηθήο πεξηγξαθήο ηεο επηθάλεηαο δπλακηθήο ελέξγεηαο). Ο αιγφξηζκνο ηνπ Verlet ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα ππνινγηζζνύλ νη ηαρύηεηεο ησλ αηόκσλ από ηηο δπλάκεηο θαη ηηο αηνκηθέο ζέζεηο. Μεηά ηνλ ππνινγηζκό ησλ ηαρπηήησλ, ππνινγίδνληαη νη λέεο ζέζεηο ησλ αηόκσλ θαζώο θαη ε ζεξκνθξαζία ηνπ ζπζηήκαηνο. Με βάζε ηηο ηηκέο απηέο κπνξνύλ λα ππνινγηζζνύλ νη ηξνρηέο ή νη εμαξηώκελεο από ην ρξόλν ζέζεηο ηνπ θάζε αηόκνπ. Ωζηόζν ηα θπζηθά κεγέζε παξηζηάλνληαη κε κέζεο ηηκέο σο πξνο δηακνξθώζεηο πνπ θαηαλέκνληαη ζύκθσλα κε νξηζκέλα ζηαηηζηηθά ζύλνια. Έηζη κηα ηξνρηά πνπ πξνθύπηεη από ππνινγηζκνύο κνξηαθήο δπλακηθήο παξέρεη έλα ηέηνην ζύλνιν δηακνξθώζεσλ θη επνκέλσο νη κεηξήζεηο ελόο θπζηθνύ κεγέζνπο κε βάζε ηελ πξνζνκνίσζε πξνθύπηνπλ απιά σο αξηζκεηηθνί κέζνη όξνη ησλ δηαθόξσλ ζηηγκηαίσλ ηηκώλ πνπ παίξλεη ην θπζηθό απηό κέγεζνο θαηά ηνπο ππνινγηζκνύο κνξηαθήο δπλακηθήο. Δπηπιένλ ε ζηαηηζηηθή θπζηθή ζπλδέεη ηε κηθξνζθνπηθή ζπκπεξηθνξά κε ηε ζεξκνδπλακηθή. Σην όξην ησλ πνιύ κεγάισλ ρξόλσλ πξνζνκνίσζεο αλακέλεηαη ε πιήξεο δεηγκαηνιεςία ηνπ ρώξνπ θάζεο θαη ζ απηό ην όξην ε δηεξγαζία ιήςεο ησλ κέζσλ όξσλ ζα δίλεη ηηο ζεξκνδπλακηθέο ηδηόηεηεο. Σηελ πξάμε όκσο νη ππνινγηζκνί είλαη πεξηνξηζκέλνπ κήθνπο, νπόηε πξέπεη λα δίλεηαη ηδηαίηεξε πξνζνρή ζην θαηά πόζν ε 137 F m (7)

138 δεηγκαηνιεςία είλαη επαξθήο ή όρη. Μ απηό ηνλ ηξόπν νη πξνζνκνηώζεηο κνξηαθήο δπλακηθήο κπνξνύλ λα ρξεζηκνπνηεζνύλ γηα ηε κέηξεζε ησλ ζεξκνδπλακηθώλ ηδηνηήησλ θαη θαηά ζπλέπεηα λα εθηηκεζεί, γηα παξάδεηγκα, ην δηάγξακκα θάζεο θάπνηνπ πιηθνύ. Πέξα από ηελ παξαδνζηαθή απηή εθαξκνγή νη πξνζνκνηώζεηο κνξηαθήο δπλακηθήο ρξεζηκνπνηνύληαη ζε κηα πιεζώξα πξνβιεκάησλ, όπσο είλαη ε κειέηε δηεξγαζηώλ πνπ δε βξίζθνληαη ζε ηζνξξνπία ή ε βειηηζηνπνίεζε ηεο γεσκεηξηθήο δνκήο δηαθόξσλ κνξηαθώλ ζπζηεκάησλ, παξαβιέπνληαο ηα ηνπηθά ειάρηζηα. Πξνζθέξεη επίζεο ηε δπλαηόηεηα λα κειεηεζεί ε δπλακηθή ησλ cluster θαη ησλ κεγάισλ καθξνκνξίσλ, ζπκπεξηιακβαλνκέλσλ ησλ βηνινγηθώλ ζπζηεκάησλ όπσο είλαη νη πξσηεΐλεο, ηα λνπθιετθά νμέα θαη νη κεκβξάλεο, δεδνκέλνπ όηη δπλακηθά γεγνλόηα κπνξεί λα παίδνπλ ζεκαληηθό ξόιν ζηνλ έιεγρν δηεξγαζηώλ πνπ επεξεάδνπλ ιεηηνπξγηθέο ηδηόηεηεο ησλ βηνκνξίσλ. 16 Έηζη ε ηερληθή απηή ζε ζπλδπαζκό κε κειέηεο NMR ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηελ πξόβιεςε ηεο ηξηζδηάζηαηεο δνκήο πεπηηδίσλ θαη κηθξώλ πξσηετλώλ όηαλ δελ είλαη εθηθηή ε θξπζηαιινγξαθία αθηίλσλ-χ. Δπηπιένλ ηα δνκηθά, δπλακηθά θαη ζεξκνδπλακηθά δεδνκέλα από κειέηεο κνξηαθήο δπλακηθήο επηηξέπνπλ ηελ πξόβιεςε ηεο δεζκηθόηεηαο, ηεο θηλεηηθόηεηαο θαη ηεο ζηαζεξόηεηαο ησλ πξσηετλώλ, ησλ λνπθιετθώλ νμέσλ θαη άιισλ καθξνκνξίσλ, ηδηνηήησλ πνπ ζπρλά δελ κπνξνύλ λα εθηηκεζνύλ από ζηαηηθά κνληέια. Δπίζεο ε κνξηαθή δπλακηθή απνηειεί κηα εμαηξεηηθή πξνζέγγηζε γηα ηε ζάξσζε ηνπ ρώξνπ ησλ ελεξγώλ δηακνξθώζεσλ κηαο βηνδξαζηηθήο έλσζεο. Γεδνκέλνπ όηη ε ελεξγόο δηακόξθσζε ελόο βηνινγηθνύ δέθηε κπνξεί λα κε ζπκπίπηεη κε ηε δηακόξθσζε ειάρηζηεο ελέξγεηαο (ε νπνία νξίδεηαη σο ε ηξηζδηάζηαηε δνκή ηνπ κνξίνπ ε νπνία εληνπίδεηαη ζην ρακειόηεξν ζεκείν ηεο ππεξεπηθάλεηαο δπλακηθήο ελέξγεηαο), είλαη ζεκαληηθό λα εμεηάδνληαη όιεο νη δπλακηθά πξνζβάζηκεο δηακνξθώζεηο. Γηα κηθξά κόξηα κε πεξηνξηζκέλν αξηζκό ειεύζεξα πεξηζηξεθόκελσλ δεζκώλ, απηό κπνξεί λα επηηεπρζεί κε ηε ζηαδηαθή κεηαβνιή ησλ γσληώλ ζηξέςεο από 0 έσο 360, όπσο θαίλεηαη ζην Σρήκα 3 ζην νπνίν δίλεηαη ε εμάξηεζε ηεο ελέξγεηαο ηνπ βνπηαλίνπ από ηηο δηάθνξεο δηακνξθώζεηο ηνπ. Όκσο ν αξηζκόο ησλ δηακνξθώζεσλ ελόο κνξίνπ νη νπνίεο νξίδνληαη σο «νη κε ηαπηόζεκεο δηεπζεηήζεηο ησλ αηόκσλ ελόο κνξίνπ, νη νπνίεο ιακβάλνληαη θαηά ηελ πεξηζηξνθή ελόο ή πεξηζζόηεξσλ απιώλ δεζκώλ» 17 απμάλεηαη εθζεηηθά κε ηνλ αξηζκό ησλ πεξηζηξεθόκελσλ δεζκώλ. Ο ζεσξεηηθόο αξηζκόο ησλ δηακνξθώζεσλ απηώλ κπνξεί λα ππνινγηζζεί από ηνλ ηύπν: # δηακνξθψζεσλ = (360/κεηαβνιή γσλίαο) (# πεξηζηξεθφκελσλ δεζκψλ) (8) Έηζη έλα κόξην κε ηέζζεξηο πεξηζηξεθόκελνπο δεζκνύο νη νπνίνη ζηξέθνληαη ζε βήκαηα 60 ζα δώζεη (360/60) 4 ή δηαθξηηέο δηακνξθώζεηο. Αλ ε ελέξγεηα ηεο θάζε δνκήο κπνξεί λα ππνινγηζζεί ζε έλα δεπηεξόιεπην, ηόηε ε εθηίκεζε ηνπ ζπλόινπ ησλ δηακνξθώζεσλ ζα απαηηήζεη πεξίπνπ 22 ιεπηά. Χξόλνο απηήο ηεο ηάμεο είλαη απνδεθηόο γηα κηθξά θαη κεηξίνπ κεγέζνπο κόξηα, όκσο είλαη θαλεξό πσο ε πξνζέγγηζε απηή δελ κπνξεί λα εθαξκνζζεί ζε πξσηεΐλεο θαη πεπηίδηα πνπ πεξηέρνπλ εθαηνληάδεο ή ρηιηάδεο πεξηζηξεθόκελσλ δεζκώλ. Γηα ηα 16 Lybrand TP. Computer simulation of biomolecular systems using molecular dynamics and free energy perturbation methods. In: Lipkowitz KB, Boyd DB, eds. Reviews in Computational Chemistry, Vol. 1. VCH Publishers 1990: Eliel E. Conformational analysis. Wiley Interscience,

139 ζπζηήκαηα απηά ρξεζηκνπνηνύληαη ηερληθέο ηπραίαο ζάξσζεο όπσο ε κνξηαθή δπλακηθή θαη ε κέζνδνο Monte Carlo. 18 Σρήκα 3: Δηακνξθσκεξή ηνπ βνπηαλίνπ. Γεληθά, αλ ην κέγεζνο ηνπ κνξίνπ πεξηνξίδεη ηε δπλαηόηεηα ηνπ άκεζνπ εληνπηζκνύ ησλ δηακνξθώζεσλ, ηόηε νη εξεπλεηέο είλαη ππνρξεσκέλνη είηε λα ηξνπνπνηήζνπλ ηνλ αιγόξηζκν ζάξσζεο είηε λα κειεηήζνπλ κόλν έλα ππνζύλνιν ηεο δνκήο είηε ηέινο λα εηζάγνπλ ινγηθνύο ηειεζηέο πνπ πεξηνξίδνπλ ηνλ αξηζκό ησλ παξαγόκελσλ δηακνξθώζεσλ. Σηελ ηειεπηαία απηή πεξίπησζε εμεηάδεηαη αλ ε ζηεξενρεκηθή ελέξγεηα ηνπ δηακνξθσκεξνύο βξίζθεηαη κέζα ζε πξνθαζνξηζκέλα πιαίζηα θαη αλ νη απνζηάζεηο θάπνησλ αηόκσλ ηεο θαξκαθνθόξνπ νκάδαο θπκαίλνληαη κέζα ζε ζπγθεθξηκέλα όξηα. 19,20 Ωζηόζν ην θνηλό δεηνύκελν ησλ κεζόδσλ απηώλ είλαη ε αλάγθε πξνζδηνξηζκνύ ηνπ ρώξνπ ζηνλ νπνίν ηα κόξηα κπνξνύλ λα πξνζαλαηνιηζζνύλ θαηάιιεια ζε κηα ζπγθεθξηκέλε ελεξγό πεξηνρή. Σπλεπώο νη αιγόξηζκνη πνπ ρξεζηκνπνηνύληαη γηα ηελ ειαρηζηνπνίεζε ηεο ελέξγεηαο, ηελ αλαδήηεζε δηακνξθσκεξώλ θαη ηελ ηαπηνπνίεζε θαξκαθνθόξσλ νκάδσλ επηρεηξνύλ λα βξνπλ βέιηηζηεο ιύζεηο ζε πξνβιήκαηα πνπ επηδέρνληαη δηάθνξεο δπλεηηθέο ιύζεηο. Τέηνηα είλαη ηα πξνβιήκαηα ησλ πνιιαπιώλ ειαρίζησλ ζηηο βειηηζηνπνηήζεηο ηεο κνξηαθήο κεραληθήο θαη ηα πξνβιήκαηα ζπλδπαζηηθήο ζηελ αλαδήηεζε δηακνξθσκεξώλ. Μηα πξνζέγγηζε πνπ παξαθάκπηεη απηά ηα πξνβιήκαηα είλαη εθείλε ησλ γελεηηθψλ αιγνξίζκσλ. Οη γελεηηθνί αιγόξηζκνη (genetic algorithms) επηρεηξνύλ λα ρξεζηκνπνηήζνπλ ηνπο θαλόλεο ηεο θπζηθήο επηινγήο πξνθεηκέλνπ λα νξίζνπλ ππνζύλνια ησλ ππνινγηζηηθώλ δηαδηθαζηώλ. 21 Έηζη αληί λα ρεηξηζζνύλ ην πξόβιεκα ζαλ γξακκηθή πξόνδν ή λα εληάμνπλ δπλεηηθέο ιύζεηο ζε 18 Cioslowski J (1991). A survey of methods for searching the conformational space of small and medium-sized molecules. In: Lipkowitz KB, Boyd DB, eds. Reviews in Computational Chemistry, Vol. 2, VCH Publishers, Marshall GR, Barry CD, Bosshard HE, Dammkoehler RA, Dunn DA. Computer assisted drug design. In: Olson EC, Christofferson RE, eds. ACS Symposium Series 112, American Chemical Society, Washington DC, Dammkoehler RA, Karasek SF, Shands EFB, Marshall GR. Constrained search of conformational hypersurface. J. Comput.-Aided Mol. Design, 3, 3, Forrest S. Genetic algorithms: principles of natural selection applied to computation. Science, 261, ,

140 δελδξνεηδείο δνκέο, νη ζπγθεθξηκέλνη αιγόξηζκνη δνκνύλ ηπραία ζύλνια ιύζεσλ πνπ δηέπνληαη από κηα δηαδηθαζία θπζηθήο επηινγήο. Δηδηθόηεξα ζε εθαξκνγέο ρεκείαο νη αιγόξηζκνη απηνί επελεξγνύλ ζε νκάδεο (strings) δπαδηθώλ αξηζκώλ νη νπνίεο εθπξνζσπνύλ ηε κνξηαθή ζύζηαζε, ηε ζέζε ή/θαη ηε δηακόξθσζε θαη νη νπνίεο νλνκάδνληαη άηνκα (individuals). Όηαλ ζηα άηνκα απηά επηδξάζνπλ νη γελεηηθνί ηειεζηέο, όπσο ε δηαζηαύξσζε, ε κεηάιιαμε ή ε επηινγή, αλαδύνληαη κε ηελ πάξνδν ηνπ ρξόλνπ νηθνγέλεηεο αηόκσλ νη νπνίεο κπνξνύλ λ απνθηήζνπλ πξνηεξαηόηεηα από πεξηνξηζκνύο πνπ νξίδνπλ ηηο βέιηηζηεο ιύζεηο ηνπ πξνβιήκαηνο. Οη γελεηηθνί αιγόξηζκνη έρνπλ εθαξκνζζεί ζε κηα πνηθηιία ρεκηθώλ πξνβιεκάησλ, όπσο νη κειέηεο NMR ζε πξσηεΐλεο θαη πεπηίδηα, ε ζπζηεκαηηθή έξεπλα ηνπ ρώξνπ ησλ δηακνξθσκεξώλ κεγάισλ κνξίσλ θαη ε βειηηζηνπνίεζε ηεο ππέξζεζεο θνηλώλ θαξκαθνθόξσλ νκάδσλ ζε ζπζηήκαηα κε δηαθνξεηηθέο δνκέο. 22 Σε όιεο απηέο ηηο πεξηπηώζεηο νη ζπγθεθξηκέλνη αιγόξηζκνη δηεύξπλαλ ζεκαληηθά ηηο πξννπηηθέο ηνπ πξνβιήκαηνο ή αύμεζαλ ηελ ηαρύηεηα θαη ηελ απνηειεζκαηηθόηεηα ηεο δηαδηθαζίαο ζε ζρέζε κε ηνπο παξαδνζηαθνύο αιγόξηζκνπο. 3.2 Υπνινγηζηηθά Γεδνκέλα Σηε ζπλέρεηα παξνπζηάδνληαη ηα απνηειέζκαηα ησλ ππνινγηζκώλ κνληεινπνίεζεο γηα ηηο αιιειεπηδξάζεηο πνπ πεξηγξάθνληαη ζην πξνεγνύκελν θεθάιαην ηεο κνξηαθήο πξνζάξαμεο. Γίλνληαη νη ελέξγεηεο, νη βειηηζηνπνηεκέλεο δνκέο, ηα δνκηθά ραξαθηεξηζηηθά θαζώο θαη νη δεζκηθέο ηδηόηεηεο ησλ adduct πνπ πξνθύπηνπλ από ηελ αιιειεπίδξαζε ησλ ζπκπιόθσλ κε ηελ εθάζηνηε λνπθιενβάζε ή ακηλνμύ Γεζκηθέο Ιδηόηεηεο Ννπθιενβάζεωλ Ακηλνμέωλ Οη λνπθιενβάζεηο πνπ βξέζεθαλ λα κεηέρνπλ ζηηο αιιειεπηδξάζεηο είλαη ε θπηνζίλε, ε γνπαλίλε, ε ζπκίλε θαη ε αδελίλε θαη ηα ακηλνμέα ηεο αζπαξαγίλεο, ηεο ηπξνζίλεο, ηεο ιπζίλεο θαη ηνπ γινπηακηθνύ νμένο. Σηε παξνύζα παξάγξαθν απεηθνλίδνληαη ζρεκαηηθά ην HOMO ηξνρηαθό θαη ην ειεθηξνζηαηηθό δπλακηθό ηνπο, παξέρνληαο κηα έλδεημε γηα ηνλ πηζαλό ηξόπν αιιειεπίδξαζεο, δειαδή ηεο πεξηνρήο ή ηνπ αηόκνπ ηνπ κνξίνπ πνπ αιιειεπηδξά κε ην ζύκπινθν. 22 Payne AWR, Glen RC. Molecular recognition using a binary genetic search algorithm. J. Molec. Graphics, 11, 74-91,

141 Σρήκα 4: HOMO ηξνρηαθφ θαη ηζνυςείο θακπχιεο ει. δπλακηθνχ ηεο Κπηνζίλεο. Σρήκα 5: HOMO ηξνρηαθφ θαη ηζνυςείο θακπχιεο ει. δπλακηθνχ ηεο Γνπαλίλεο. Σρήκα 6: HOMO ηξνρηαθφ θαη ηζνυςείο θακπχιεο ει. δπλακηθνχ ηεο Θπκίλεο. 141

142 Σρήκα 7: HOMO ηξνρηαθφ θαη ηζνυςείο θακπχιεο ει. δπλακηθνχ ηεο Αδελίλεο. Σρήκα 8: HOMO ηξνρηαθφ θαη ηζνυςείο θακπχιεο ει. δπλακηθνχ ηεο Αζπαξαγίλεο. 142

143 Σρήκα 9: HOMO ηξνρηαθφ θαη ηζνυςείο θακπχιεο ει. δπλακηθνχ ηεο Τπξνζίλεο. Σρήκα 10: HOMO ηξνρηαθφ θαη ηζνυςείο θακπχιεο ει. δπλακηθνχ ηεο Λπζίλεο. Σρήκα 11: HOMO ηξνρηαθφ θαη ηζνυςείο θακπχιεο ει. δπλακηθνχ ηνπ Γινπηακηθνχ Ομένο. 143

144 Ννπθιενβάζε Δλέξγεηα (a.u) Κπηνζίλε Γνπαλίλε Θπκίλε Αδελίλε Ακηλνμύ Δλέξγεηα (a.u) Αζπαξαγίλε Τπξνζίλε Λπζίλε Γινπηακηθό νμύ Πίλαθαο 1: Ελέξγεηεο βειηηζηνπνηεκέλσλ δνκψλ (DFT, B3LYP/6-31G*) Μνληεινπνίεζε Αιιειεπηδξάζεωλ Αθνινύζσο παξνπζηάδνληαη ηα απνηειέζκαηα ηεο κνληεινπνίεζεο ησλ αιιειεπηδξάζεσλ πνπ πξνέθπςαλ από ηα πεηξάκαηα κνξηαθήο πξνζάξαμεο ησλ ζπκπιόθσλ ζηηο θαξθηληθέο πξσηεΐλεο. Δηδηθόηεξα, κειεηώληαη ηα adduct: Cu(SalNEt 2 )-Y Ννπθιενβάζε-Ακηλνμύ (αξηζκόο ζρήκαηνο) C112 (1) Σπλαξκνγή από N 3 Δλέξγεηα (a.u) -3261,52 2-αληζνϊθό TYR 186 (2) Aκηλνηειηθό άθξν -3420,25 TYR 186 (3) Καξβνμπηειηθό άθξν -3420,26 4-αληζνϊθό G12 (4) N ,18 T10 (5) N ,88 4-ηνινπϊθό A113(6) LYS 131(7) N 7 Aκηλνηειηθό άθξν -3258, ,50 GLU 129(8) Καξβνμπηειηθό άθξν -3342,99 Βεηαϊληθό G12 (9) N ,83 Ιζνληθνηηληθό C112 (10) N3-3163,04 Πηπεξηδηληθό G12 (11) N ,30 G12 (12) N ,85 Κηηξηθό T10(13) N ,77 C112 (14) N ,23 Σαιηθπιηθό G12 (15) N ,73 144

145 ASP 533(16) Aκηλνηειηθό άθξν -2976,67 Ομηθό ASP 533(17) Καξβνμπηειηθό άθξν -2996,63 TYR 186 (18) Καξβνμπηειηθό άθξν -3190,38 ASP 533(19) Καξβνμπηειηθό άθξν -3221,92 Ομαιηθό TYR 186(20) Aκηλνηειηθό άθξν -3338,84 TYR 186(21) Καξβνμπηειηθό άθξν -3339,60 Μεινληθό G12 (22) TYR 186(23) N 7 Καξβνμπηειηθό άθξν -3291, ,25 Ιζνθζαιηθό G12 (24) N ,21 Γιπθηληθό T109 (25) TYR 186(26) N 3 Oμπγόλν δαθηπιίνπ -3069, ,79 Πηβαιηθό G12 (27) N ,85 p-oh βελδνϊθό G12 (28) N ,88 Πηθνιηληθό TYR 186(29) Καξβνμπηειηθό άθξν -3398,12 Γηπηθνιηληθό LYS131 (30) Aκηλνηειηθό άθξν -3377,82 Φνπκαξηθό GLU129 (31) Καξβνμπηειηθό άθξν -3336,48 Mειεϊθό TYR 186(32) LYS131 (33) Oμπγόλν δαθηπιίνπ Aκηλνηειηθό άθξν -3391, ,36 Γαιαθηηθό GLU 185 (34) GLU 185 (35) Καξβνμπηειηθό άθξν Aκηλνηειηθό άθξν -3139, ,49 Bελδνϊθό GLU 129 (36) Καξβνμπηειηθό άθξν -3303,78 Παξαηεξώληαο ηηο ελέξγεηεο ησλ ζρεκαηηδόκελσλ adduct θαη ζπγθξίλνληαο απηέο κε ην άζξνηζκα ελεξγεηώλ θάζε παξαγώγνπ κε ηε λνπθιενβάζε ή ην ακηλνμύ αλάινγα, θαηαιήγνπκε ζηα εμήο: Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-2-αληζντθό-C είλαη ζηαζεξό θαηά 0,91 a.u, ελώ ηα adduct Cu(SalNEt 2 )-2-αληζντθό-Τyr, είηε από ην ακηλνηειηθό είηε από ην θαξβνμπηειηθό άθξν, είλαη θαηά 75,38 θαη 75,37 a.u αληίζηνηρα, αζηαζέζηεξα. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-4-αληζντθό-G είλαη θαηά 0,45 a.u ζηαζεξόηεξν. 145

146 Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-4-ηνινπτθό-Τ είλαη θαηά 0,4 a.u αζηαζέζηεξν, ην adduct Cu(SalNEt 2 )-4-ηνινπτθό-Α είλαη θαηά 0,28 a.u ζηαζεξόηεξν, ην adduct κε ηε ιπζίλε θαηά 75,52 a.u αζηαζέζηεξν θαη ην adduct κε ην γινπηακηθό νμύ θαηά 0,31 a.u ζηαζεξόηεξν. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-βεηατληθό-g είλαη θαηά 0,82 a.u ζηαζεξόηεξν. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-ηζνληθνηηληθό- C είλαη θαηά 1,92 a.u ζηαζεξόηεξν. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-πηπεξηδηληθό-g είλαη θαηά 0,01 a.u ζηαζεξόηεξν. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-θηηξηθό-g θαη Cu(SalNEt 2 )-θηηξηθό- C είλαη θαηά 0,09 θαη 0,07 a.u αληίζηνηρα ζηαζεξόηεξα, ελώ ην adduct Cu(SalNEt 2 )-θηηξηθό-τ είλαη αζηαζέζηεξν θαηά 0,61 a.u. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-ζαιηθπιηθό-g είλαη θαηά 0,11 a.u αζηαζέζηεξν. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-νμηθό-asp, είηε από ην ακηλνηειηθό είηε από ην θαξβνμπηειηθό άθξν είλαη θαηά 76,09 θαη 56,13 a.u αζηαζέζηεξν. Αληίζεηα ην adduct κε ηελ ηπξνζίλε είλαη θαηά 0,06 ζηαζεξόηεξν. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-νμαιηθό-asp είλαη θαηά 21,39 a.u ζηαζεξόηεξν, όπσο επίζεο θαη ηα adduct κε ηελ ηπξνζίλε, ηόζν από ην ακηλνηειηθό όζν θαη από ην θαξβνμπηειηθό άθξν (θαηά 0,75 θαη 1,51 a.u, αληίζηνηρα). Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-κεινληθό-g είλαη ζηαζεξόηεξν θαηά 0,09 a.u ελώ ην αληίζηνηρν κε ηελ ηπξνζίλε είλαη θαηά 0,51 a.u αζηαζέζηεξν. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-ηζνθζαιηθό-g είλαη θαηά 0,41 a.u ζηαζεξόηεξν. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-γιπθηληθό-τ είλαη θαηά 1,28 a.u ζηαζεξόηεξν, αληίζεηα κε ην adduct Cu(SalNEt 2 )-γιπθηληθό-τyr θαηά 75,88 a.u αζηαζέζηεξν. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-πηβαιηθό-g είλαη θαηά 0,29 a.u ζηαζεξόηεξν. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-p-ohβελδντθό-g είλαη θαηά 0,02 a.u ζηαζεξόηεξν. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-πηθνιηληθό-τyr είλαη θαηά 0,03 a.u ζηαζεξόηεξν. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-δηπηθνιηληθό-lys είλαη θαηά 75,33 a.u αζηαζέζηεξν. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-θνπκαξηθό- Glu είλαη θαηά 2,1 a.u αζηαζέζηεξν. Τα adduct Cu(SalNEt 2 )-κειετθό-lys θαη Cu(SalNEt 2 )-κειετθό- Τyr είλαη θαηά 25,52 θαη θαηά 0,2 a.u αληίζηνηρα, αζηαζέζηεξα. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-γαιαθηηθό-glu από ην ακηλνηειηθό άθξν είλαη θαηά 86,41 a.u αζηαζέζηεξν ελώ από ην θαξβνμπηειηθό άθξν είλαη θαηά 0,33 a.u ζηαζεξόηεξν. Τν adduct Cu(SalNEt 2 )-βελδντθό-glu είλαη θαηά 0,23 a.u ζηαζεξόηεξν. Σηνλ πίλαθα νη αζηαζείο δνκέο είλαη ρξσκαηηζκέλεο κε θόθθηλν. Σηε ζπλέρεηα δίλνληαη νη βειηηζηνπνηεκέλεο δνκέο όισλ ησλ adduct νη νπνίεο έρνπλ γεσκεηξία παξακνξθσκέλεο ηεηξαγσληθήο ππξακίδαο (ε αξίζκεζε είλαη αληίζηνηρε ηνπ παξαπάλσ πίλαθα). 146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156 3.2.3 Γνκηθά ραξαθηεξηζηηθά Φξάγκαηα πεξηζηξνθήο Σηε ζπλέρεηα δίλνληαη νη 20 ζηαζεξέο βειηηζηνπνηεκέλεο δνκέο ησλ adduct, νη πίλαθεο ησλ γεσκεηξηθώλ ραξαθηεξηζηηθώλ ηνπο θαη επηζεκαίλνληαη νη δηαθνξέο πνπ παξαηεξήζεθαλ όζνλ αθνξά ηε γεσκεηξία ηνπο.tέινο, παξαηίζεληαη ηα ελεξγεηαθά θξάγκαηα πεξηζηξνθήο πνπ ζπζρεηίδνπλ ηελ ελέξγεηα κε γεσκεηξηθέο παξακέηξνπο. Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- 2-αληζνϊθό 2-αληζνϊθό-C Cu-O1 2,775 1,999 Cu-O2 2,016 1,985 Cu-N1 1,962 1,997 Cu-N2 2,231 2,490 Cu-N C 2,242 N2-Cu-O1 115,51 123,82 O1-Cu-O2 68,61 89,21 O2-Cu-N1 92,22 94,18 N1-Cu -N2 83,64 79,17 N2-Cu-O2 175,86 169,45 N1-Cu-O1 160,73 130,12 Σρήκα 12: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ 2-αληζντθνχ παξαγψγνπ κε ηελ θπηνζίλε. Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- 4-αληζνϊθό 4-αληζνϊθό-G Cu-O1 2,775 2,020 Cu-O2 2,017 1,933 Cu-N1 1,962 2,015 Cu-N2 2,231 2,502 Cu-N G 1,951 N2-Cu-O1 115,54 87,99 O1-Cu-O2 68,61 91,58 O2-Cu-N1 92,17 99,99 N1-Cu -N2 83,68 78,22 N2-Cu-O2 175,84 112,32 N1-Cu-O1 160,68 177,16 Σρήκα 13: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ 4-αληζντθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. 156

157 Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- 4-ηνινπϊθό 4-ηνινπϊθό-Α Cu-O1 2,775 2,008 Cu-O2 2,016 1,971 Cu-N1 1,962 2,023 Cu-N2 2,231 2,542 Cu-N A 2,133 N2-Cu-O1 115,52 88,30 O1-Cu-O2 68,61 93,42 O2-Cu-N1 92,22 96,51 N1-Cu -N2 83,64 77,34 N2-Cu-O2 175,86 113,58 N1-Cu-O1 160,74 172,21 Σρήκα 14: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ 4-ηνινπτθνχ παξαγψγνπ κε ηελ αδελίλε. Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- 4-ηνινπϊθό 4-ηνινπϊθό-Glu Cu-O1 2,775 1,957 Cu-O2 2,016 1,948 Cu-N1 1,962 2,035 Cu-N2 2,231 2,525 Cu- O glu 1,950 N2-Cu-O1 115,52 89,15 O1-Cu-O2 68,61 90,47 O2-Cu-N1 92,22 96,51 N1-Cu -N2 83,64 78,08 N2-Cu-O2 175,86 173,66 N1-Cu-O1 160,74 117,38 Σρήκα 15: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ 4-ηνινπτθνχ παξαγψγνπ κε ην γινπηακηθφ νμχ. 157

158 Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- βεηαϊληθό βεηαϊληθό G Cu-O1 2,841 1,972 Cu-O2 2,186 1,957 Cu-N1 1,963 1,985 Cu-N2 2,062 2,453 Cu- N G 1,906 N2- Cu-O1 119,05 88,23 O1-Cu-O2 65,41 94,08 O2-Cu-N1 88,27 94,65 N1-Cu -N2 87,25 77,96 N2-Cu-O2 176,26 170,09 N1-Cu-O1 175,52 114,56 Σρήκα 16: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ βεηατληθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- πηθνιηληθό πηθνιηληθό Τyr Cu-O1 1,958 1,942 Cu-O2 1,971 1,955 Cu-N1 1,943 1,983 Cu-N2 2,201 2,529 Cu- O tyr 1,934 N2- Cu-O1 91,41 87,29 O1-Cu-O2 92,47 93,52 O2-Cu-N1 92,61 95,83 N1-Cu -N2 83,80 78,57 N2-Cu-O2 168,94 173,91 N1-Cu-O1 176,32 119,86 Σρήκα 17: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ πηθνιηληθνχ παξαγψγνπ κε ηελ ηπξνζίλε. 158

159 Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- ηζνληθνηηληθό ηζνληθνηηληθό C Cu-O1 1,974 2,104 Cu-O2 1,984 1,999 Cu-N1 1,950 2,092 Cu-N2 2,201 2,421 Cu- N C 2,432 N2- Cu-O1 89,28 96,85 O1-Cu-O2 94,63 91,22 O2-Cu-N1 91,86 92,42 N1-Cu -N2 83,77 78,02 N2-Cu-O2 172,06 169,29 N1-Cu-O1 172,44 165,20 Σρήκα 18: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ ηζνληθνηηληθνχ παξαγψγνπ κε ηελ θπηνζίλε. Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- πηπεξηδηληθό πηπεξηδηληθό G Cu-O1 1,958 1,985 Cu-O2 1,990 1,974 Cu-N1 1,947 2,054 Cu-N2 2,231 2,517 Cu- N G 1,955 N2- Cu-O1 91,10 90,17 O1-Cu-O2 93,13 96,36 O2-Cu-N1 92,52 93,17 N1-Cu -N2 83,34 77,47 N2-Cu-O2 166,37 133,72 N1-Cu-O1 175,77 170,17 Σρήκα 19: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ πηπεξηδηληθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. 159

160 Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- θηηξηθό θηηξηθό C Cu-O1 1,676 1,996 Cu-O2 2,007 2,033 Cu-N1 1,560 2,029 Cu-N2 2,446 2,400 Cu- N C 2,308 N2-Cu-O1 90,53 93,88 O1-Cu-O2 98,30 91,83 O2-Cu-N1 86,63 92,90 N1-Cu -N2 84,75 80,29 N2-Cu-O2 176,15 168,03 N1-Cu-O1 173,22 171,28 Σρήκα 20: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ θηηξηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ θπηνζίλε. Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- θηηξηθό θηηξηθό G Cu-O1 1,676 2,056 Cu-O2 2,007 2,000 Cu-N1 1,560 2,008 Cu-N2 2,446 2,428 Cu- N G 1,997 N2- Cu-O1 90,53 88,36 O1-Cu-O2 98,30 89,76 O2-Cu-N1 86,63 90,93 N1-Cu -N ,07 N2-Cu-O2 176,15 93,93 N1-Cu-O1 173,22 170,0 Σρήκα 21: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ θηηξηθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. 160

161 Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- νμηθό oμηθό-tyr Cu-O1 1,969 2,049 Cu-O2 1,986 2,115 Cu-N1 1,956 1,207 Cu-N2 2,206 2,377 Cu- O tyr 2,055 N2-Cu-O1 96,83 95,94 O1-Cu-O2 90,95 94,84 O2-Cu-N1 82,31 98,09 N1-Cu -N2 93,06 73,34 N2-Cu-O2 162,06 165,60 N1-Cu-O1 167,95 112,01 Σρήκα 22: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ νμηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ ηπξνζίλε. Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- νμαιηθό νμαιηθό-asp Cu-O1 1,767 1,927 Cu-O2 1,996 1,938 Cu-N1 1,968 2,046 Cu-N2 2,268 2,514 Cu- O asp 1,954 N2-Cu-O1 89,95 88,09 O1-Cu-O2 95,33 95,33 O2-Cu-N1 83,28 94,46 N1-Cu -N2 92,32 75,85 N2-Cu-O2 165,40 170,26 N1-Cu-O1 173,73 117,28 Σρήκα 23: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ νμαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ αζπαξαγίλε. 161

162 Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- νμαιηθό oμαιηθό-tyr Cu-O1 1,767 1,972 Cu-O2 1,996 1,934 Cu-N1 1,968 1,933 Cu-N2 2,268 2,508 Cu- Ν tyr 2,342 N2-Cu-O1 89,95 124,52 O1-Cu-O2 95,33 93,92 O2-Cu-N1 83,28 177,00 N1-Cu -N2 92,32 78,75 N2-Cu-O2 165,40 101,48 N1-Cu-O1 173,73 88,37 Σρήκα 24: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ νμαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ ηπξνζίλε (ακηλνηειηθφ άθξν). Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- νμαιηθό oμαιηθό-tyr Cu-O1 1,767 1,989 Cu-O2 1,996 1,967 Cu-N1 1,968 2,001 Cu-N2 2,268 2,508 Cu- O tyr 1,986 N2-Cu-O1 89,95 91,37 O1-Cu-O2 95,33 94,85 O2-Cu-N1 83,28 95,01 N1-Cu -N2 92,32 78,44 N2-Cu-O2 165,40 172,55 N1-Cu-O1 173,73 117,85 Σρήκα 25: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ νμαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ ηπξνζίλε (θαξβνμπηειηθφ άθξν). 162

163 Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- κεινληθό κεινληθό-g Cu-O1 1,989 2,056 Cu-O2 1,993 2,029 Cu-N1 1,949 2,332 Cu-N2 2,203 2,462 Cu- Ν G 2,026 N2-Cu-O1 97,18 77,23 O1-Cu-O2 91,03 103,83 O2-Cu-N1 83,64 92,61 N1-Cu -N2 92,75 77,13 N2-Cu-O2 168,87 116,17 N1-Cu-O1 155,70 168,78 Σρήκα 26: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ κεινληθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- ηζνθζαιηθό ηζνθζαιηθό-g Cu-O1 2,275 1,971 Cu-O2 2,016 1,975 Cu-N1 1,962 2,516 Cu-N2 2,232 2,059 Cu- Ν G 1,948 N2-Cu-O1 115,51 90,60 O1-Cu-O2 68,60 95,91 O2-Cu-N1 83,67 92,89 N1-Cu -N2 92,21 77,46 N2-Cu-O2 160,72 169,89 N1-Cu-O1 175,88 112,15 Σρήκα 27: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ ηζνθζαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. 163

164 Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- γιπθηληθό γιπθηληθό-τ Cu-O1 1,990 2,038 Cu-O2 1,992 2,027 Cu-N1 1,949 2,235 Cu-N2 2,203 2,429 Cu- Ν Τ 2,196 N2-Cu-O1 97,18 79,58 O1-Cu-O2 91,04 103,84 O2-Cu-N1 83,66 92,78 N1-Cu -N2 92,75 77,51 N2-Cu-O2 168,82 111,31 N1-Cu-O1 155,23 170,27 Σρήκα 28: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ γιπθηληθνχ παξαγψγνπ κε ηε ζπκίλε. Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- πηβαιηθό πηβαιηθό-g Cu-O1 2,275 1,984 Cu-O2 2,017 1,975 Cu-N1 1,962 2,061 Cu-N2 2,231 2,447 Cu- Ν G 1,967 N2-Cu-O1 115,52 88,40 O1-Cu-O2 68,61 94,16 O2-Cu-N1 83,68 93,16 N1-Cu -N2 92,18 74,51 N2-Cu-O2 160,70 115,19 N1-Cu-O1 175,86 140,44 Σρήκα 29: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ πηβαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. 164

165 Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- p-οη βελδνϊθό p-οη βελδνϊθό Cu-O1 1,975 2,008 Cu-O2 1,988 1,953 Cu-N1 1,948 2,038 Cu-N2 2,215 2,516 Cu- Ν G 1,954 N2-Cu-O1 91,68 86,80 O1-Cu-O2 92,87 91,44 O2-Cu-N1 83,46 96,53 N1-Cu -N2 92,43 78,34 N2-Cu-O2 166,12 173,13 N1-Cu-O1 175,23 116,12 Σρήκα 30: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ παξα-πδξφμπβελδντθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- βελδνϊθό βελδνϊθό-glu Cu-O1 1,767 1,922 Cu-O2 1,996 1,964 Cu-N1 1,968 1,967 Cu-N2 2,268 2,529 Cu- O Glu 1,956 N2-Cu-O1 89,95 89,96 O1-Cu-O2 95,33 93,90 O2-Cu-N1 83,28 95,25 N1-Cu -N2 92,32 78,35 N2-Cu-O2 165,40 173,59 N1-Cu-O1 173,73 128,57 Σρήκα 31: Πίλαθαο δνκηθψλ ραξαθηεξηζηηθψλ βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ηνπ adduct ηνπ βελδντθνχ παξαγψγνπ κε ην γινπηακηθφ νμχ. 165

166 Δμεηάδνληαο ηα γεσκεηξηθά ραξαθηεξηζηηθά παξαηεξεί θαλείο αιιαγέο ζηα κήθε θαη ηηο γσλίεο δεζκώλ εθόζνλ ε γεσκεηξία από επίπεδε ηεηξαγσληθή γίλεηαη ππξακηδηθή. Οη αιιαγέο νθείινληαη ζην θαηλόκελν Jahn-Teller 23 : «Σε έλα κε γξακκηθό κόξην πνπ είλαη ζε ειεθηξνληαθά εθθπιηζκέλε θαηάζηαζε, ζα πξέπεη λα ζπκβεί παξακόξθσζε ώζηε λα κεησζεί ε ζπκκεηξία, λα αξζεί ν εθθπιηζκόο θαη λα κεησζεί ε ελέξγεηα». Τν θαηλόκελν Jahn-Teller ζπλήζσο απαληάηαη ζε ζύκπινθεο ελώζεηο πνπ έρνπλ νθηαεδξηθή γεσκεηξία θαη θελέο ζέζεηο ζηα d ηξνρηαθά. Οη πην ζπλεζηζκέλεο πεξηπηώζεηο είλαη απηέο ησλ d 9 ζπκπιόθσλ, ηδηαίηεξα απηέο ησλ ζπκπιόθσλ ηνπ Cu 2+ (d 9 ζύζηεκα) πνπ ζπλαληάκε ζηε ζπλέρεηα ηνπ θεθαιαίνπ. Αμηνζεκείσην είλαη ην γεγνλόο όηη ζηηο δνκέο ησλ adduct θηηξηθό κε γνπαλίλε, νμαιηθό κε ηπξνζίλε (ακηλνηειηθό άθξν), ηζνθζαιηθό κε γνπαλίλε, πηβαιηθό κε γνπαλίλε θαη νμηθό κε ηπξνζίλε (θαξβνμπηειηθό άθξν), παξαηεξείηαη ελαιιαγή ζηε ζέζε ησλ ππνθαηαζηαηώλ, γεγνλόο πνπ κπνξεί λα εμεγεί κε βάζε ηελ παξαδνρή όηη ην άδσην όληαο ηζρπξόο δόηεο πξνηηκά ηηο θνληηλέο, κεζεκβξηλέο ζέζεηο. Σπγθεθξηκέλα, ηα ακηλνμέα θαη νη λνπθιενβάζεηο ζρεδηάζηεθαλ κε αμνληθό πξνζαλαηνιηζκό σο πξνο ην ραιθό, δειαδή λα απνηεινύλ ηελ θνξπθή ηεο ππξακίδαο. Όκσο έπεηηα από ηνπο θβαληνρεκηθνύο ππνινγηζκνύο, ε δνκή ζηαζεξνπνηείηαη κε ηνλ ππνθαηαζηάηε νμύ ζηελ θνξπθή ηεο ππξακίδαο θαη ηα ακηλνμέα ή ηηο λνπθιενβάζεηο λα παίξλνπλ ηε ζέζε ηνπ, όπσο θαίλεηαη θαη ζηα ζρήκαηα πνπ αθνινπζνύλ. Σρήκα 32: Σρήκαηα βειηηζηνπνηεκέλεο δνκήο ησλ adduct ηνπ πηβαιηθνχ παξαγψγνπ κε γνπαλίλε θαη ηνπ νμηθνχ κε ηπξνζίλε, αληίζηνηρα. 23 Γ. Κεζίζνγινπ, Π. Αθξίβνο, Βηνζπλαξκνζηηθή Χεκεία, Εθδ. Ζήηε Σει. 206 (2006) 166

167 Σπλερίδνληαο, ππνινγίζηεθαλ ηα ελεξγεηαθά θξάγκαηα πεξηζηξνθήο ηνπ δεζκνύ Cu- N ή Ο λνπθιενβάζεσλ ή ακηλνμέσλ αλάινγα. Δθηειέζηεθαλ θβαληνρεκηθνί ππνινγηζκνί ελεξγεηαθνύ πξνθίι γηα ηε κειέηε ηεο πεξηζηξνθήο ηνπ δεζκνύ Cu- N ή Ο θαηά ηε ζπλαξκνγή λνπθιενβάζεσλ θαη ακηλνμέσλ. Η πεξηζηξνθή πξνθαιεί αιιαγέο ζηηο γσλίεο κε απνηέιεζκα ην ζρεκαηηζκό δηακνξθσκεξώλ. Δάλ ην ελεξγεηαθό θξάγκα πεξηζηξνθήο (energy barrier) ηνπ δεζκνύ Cu-N7 είλαη πςειό (δύζθνιε πεξηζηξνθή), ηόηε είλαη πηζαλόλ λα απνβεί δπζρεξήο ε πξνζέγγηζε κηαο δεύηεξεο λνπθιενβάζεο ή ακηλνμένο, αθνύ ζα είλαη δπζθνιόηεξνο ν εληνπηζκόο από έλαλ ππξελόθηιν αληηδξαζηήξην ηνπ ειεθηξνληόθηινπ θέληξνπ ηνπ ζπκπιόθνπ θαη ε αιιειεπίδξαζή ηνπ κε απηό. Σηα δηαγξάκκαηα πνπ αθνινπζνύλ θαίλεηαη ε εμάξηεζε ηεο ελέξγεηαο από ην κήθνο δεζκνύ, ηε γσλία θαη ηε δίεδξε γσλία. Σρήκα 33: Δηάγξακκα ελεξγεηαθνχ θξάγκαηνο - κήθνπο δεζκνχ ηνπ adduct ηνπ 4- ηνινπτθνχ παξαγψγνπ κε ην γινπηακηθφ νμχ. 167

168 Σρήκα 34: Δηάγξακκα ελεξγεηαθνχ θξάγκαηνο - κήθνπο δεζκνχ ηνπ adduct ηνπ ηζνληθνηηληθνχ παξαγψγνπ κε ηελ θπηνζίλε. Σρήκα 35: Δηάγξακκα ελεξγεηαθνχ θξάγκαηνο - κήθνπο δεζκνχ ηνπ adduct ηνπ θηηξηθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. 168

169 Σρήκα 36: Δηάγξακκα ελεξγεηαθνχ θξάγκαηνο - κήθνπο δεζκνχ ηνπ adduct ηνπ νμηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ ηπξνζίλε. Σρήκα 37: Δηάγξακκα ελεξγεηαθνχ θξάγκαηνο - κήθνπο δεζκνχ ηνπ adduct ηνπ νμαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ αζπαξαγίλε. 169

170 Σρήκα 38: Δηάγξακκα ελεξγεηαθνχ θξάγκαηνο - κήθνπο δεζκνχ ηνπ adduct ηνπ νμαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ ηπξνζίλε(ο). Σρήκα 39: Δηάγξακκα ελεξγεηαθνχ θξάγκαηνο - κήθνπο δεζκνχ ηνπ adduct ηνπ κεινληθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. 170

171 Σρήκα 40: Δηάγξακκα ελεξγεηαθνχ θξάγκαηνο - κήθνπο δεζκνχ ηνπ adduct ηνπ παξα-πδξφμπ-βελδντθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. Σρήκα 41: Δηάγξακκα ελεξγεηαθνχ θξάγκαηνο - κήθνπο δεζκνχ ηνπ adduct ηνπ βελδντθνχ παξαγψγνπ κε ην γινπηακηθφ νμχ. 171

172 Σε όια ηα παξαπάλσ δηαγξάκκαηα θαίλεηαη ε κείσζε ηεο ελέξγεηαο ώζπνπ λα πξνζεγγίζνπκε ην ηδαληθό κήθνο δεζκνύ θαη λα θαηαιήμνπκε ζηε βέιηηζηε δνκή ειάρηζηεο ελέξγεηαο. Αθνινύζσο δίλνληαη νξηζκέλα ελεξγεηαθά θξάγκαηα ζε ζρέζε κε ηε γσλία πνπ ζρεκαηίδεη ν άλζξαθαο, ην άδσην ή ην νμπγόλν ηεο λνπθιενβάζεο ή ηνπ ακηλνμένο κε ην ραιθό ηνπ ζπκπιόθνπ. Σρήκα 42: Δηάγξακκα ελεξγεηαθνχ θξάγκαηνο - γσλίαο δεζκνχ C - Ο - Cu ηνπ adduct ηνπ πηθνιηληθνχ παξαγψγνπ κε ηελ ηπξνζίλε. Σην ζρήκα θαίλεηαη ε ύπαξμε ελεξγεηαθνύ θξάγκαηνο (energy barrier) όηαλ ε γσλία πεξηζηξνθήο κεηαβάιιεηαη από ηηο 117 έσο ηηο 134. Η ελέξγεηα ειαρηζηνπνηείηαη όηαλ ε γσλία πεξηζηξνθήο ιακβάλεη ηελ ηηκή 138,3. 172

173 Σρήκα 43: Δηάγξακκα ελεξγεηαθνχ θξάγκαηνο - γσλίαο δεζκνχ C Ο - Cu ηνπ adduct ηνπ νμαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ αζπαξαγίλε. Σην ζρήκα θαίλεηαη ε ύπαξμε ελεξγεηαθνύ θξάγκαηνο (energy barrier) όηαλ ε γσλία πεξηζηξνθήο κεηαβάιιεηαη από ηηο 120 έσο ηηο 130 θαη ε ελέξγεηα ειαρηζηνπνηείηαη όηαλ ε γσλία πεξηζηξνθήο γίλεηαη 134,5. 173

174 Σρήκα 44: Δηάγξακκα ελεξγεηαθνχ θξάγκαηνο δίεδξεο γσλίαο δεζκνχ C- Ο- Cu- Ν C ηνπ adduct ηνπ πηπεξηδηληθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. Παξαηεξώληαο ηε κεηαβνιή ηεο δίεδξεο γσλίαο ε ελέξγεηα ειαρηζηνπνηείηαη όηαλ ε γσλία παίξλεη ηελ ηηκή ησλ 158. Δλεξγεηαθό θξάγκα παξαηεξείηαη κεηαμύ 110 θαη

175 3.2.4 Γεζκηθέο ηδηόηεηεο adduct Σηε ζπγθεθξηκέλε παξάγξαθν δίλνληαη ηα LUMO κνξηαθά ηξνρηαθά θαζώο θαη ηα ειεθηξνζηαηηθά δπλακηθά ησλ adduct, κε ζθνπό ηε δηεξεύλεζε πηζαλήο επόκελεο πξνζβνιήο από ππξελόθηιν κόξην πξνο ζρεκαηηζκό νθηαέδξνπ. Σρήκα 45: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ 2- αληζντθνχ παξαγψγνπ κε ηελ θπηνζίλε. Σρήκα 46: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ 2- αληζντθνχ παξαγψγνπ κε ηελ θπηνζίλε. 175

176 Σρήκα 47: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ 4- αληζντθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. Σρήκα 48: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ 4- αληζντθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. 176

177 Σρήκα 49: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ 4- ηνινπτθνχ παξαγψγνπ κε ηελ αδελίλε. Σρήκα 50: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ 4- ηνινπτθνχ παξαγψγνπ κε ηελ αδελίλε. 177

178 Σρήκα 51: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ 4- ηνινπτθνχ παξαγψγνπ κε ην γινπηακηθφ νμχ. Σρήκα 52: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ 4- ηνινπτθνχ παξαγψγνπ κε ην γινπηακηθφ νμχ. 178

179 Σρήκα 53: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ βεηατληθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. Σρήκα 54: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ βεηατληθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. 179

180 Σρήκα 55: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ πηθνιηληθνχ παξαγψγνπ κε ηελ ηπξνζίλε. Σρήκα 56: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ πηθνιηληθνχ παξαγψγνπ κε ηελ ηπξνζίλε. 180

181 Σρήκα 57: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ ηζνληθνηηληθνχ παξαγψγνπ κε ηελ θπηνζίλε. Σρήκα 58: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ ηζνληθνηηληθνχ παξαγψγνπ κε ηελ θπηνζίλε. 181

182 Σρήκα 59: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ πηπεξηδηληθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. Σρήκα 60: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ πηπεξηδηληθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. 182

183 Σρήκα 61: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ θηηξηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ θπηνζίλε. Σρήκα 62: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ θηηξηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ θπηνζίλε. 183

184 Σρήκα 63: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ θηηξηθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. Σρήκα 64: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ θηηξηθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. 184

185 Σρήκα 65: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ νμηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ ηπξνζίλε. Σρήκα 66: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ νμηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ ηπξνζίλε. 185

186 Σρήκα 67: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ νμαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ αζπαξαγίλε. Σρήκα 68: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ νμαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ αζπαξαγίλε 186

187 Σρήκα 69: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ νμαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ ηπξνζίλε (ακηλνηειηθφ άθξν). Σρήκα 70: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ νμαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ ηπξνζίλε (ακηλνηειηθφ άθξν). 187

188 Σρήκα 71: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ νμαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ ηπξνζίλε (θαξβνμπηειηθφ άθξν). Σρήκα 72: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ νμαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηελ ηπξνζίλε (θαξβνμπηειηθφ άθξν). 188

189 Σρήκα 73: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ κεινληθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. Σρήκα 74: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ κεινληθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. 189

190 Σρήκα 75: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ ηζνθζαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. Σρήκα 76: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ ηζνθζαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. 190

191 Σρήκα 77: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ γιπθηληθνχ παξαγψγνπ κε ηε ζπκίλε. Σρήκα 78: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ γιπθηληθνχ παξαγψγνπ κε ηε ζπκίλε. 191

192 Σρήκα 79: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ πηβαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. Σρήκα 80: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ πηβαιηθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. 192

193 Σρήκα 81: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ παξα-πδξφμπ-βελδντθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. Σρήκα 82: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ παξαπδξφμπ-βελδντθνχ παξαγψγνπ κε ηε γνπαλίλε. 193

194 Σρήκα 83: LUMO ηξνρηαθφ ηνπ adduct ηνπ βελδντθνχ παξαγψγνπ κε ην γινπηακηθφ νμχ. Σρήκα 84: Θζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηελ επηθάλεηα ηνπ adduct ηνπ βελδντθνχ παξαγψγνπ κε ην γινπηακηθφ νμχ. 194

195 3.2.5 Μνξηαθή Μνληεινπνίεζε - Σρεκαηηζκόο νθηαέδξωλ Σηε ζπλέρεηα ηνπ θεθαιαίνπ επηρεηξήζεθε πεξαηηέξσ κνληεινπνίεζε ησλ αιιειεπηδξάζεσλ κε ζθνπό ην ζρεκαηηζκό νθηαεδξηθώλ δνκώλ. Τα απνηειέζκαηα έδσζαλ 8 ζηαζεξέο δνκέο adduct ησλ νπνίσλ ηα ζρήκαηα, νη ελέξγεηεο θαη ηα γεσκεηξηθά ραξαθηεξηζηηθά ησλ βειηηζηνπνηεκέλσλ δνκώλ δίλνληαη παξαθάησ. Οη ζηαζεξέο δνκέο πνπ πξνέθπςαλ είλαη νη εμήο: adduct νμαιηθνύ παξαγώγνπ κε δηπιή ζπλαξκνγή από ην νμπγόλν ηνπ θαξβνμπηειηθνύ άθξνπ ησλ ακηλνμέσλ ηεο αζπαξαγίλεο, adduct ηζνθζαιηθνύ παξαγώγνπ κε δηπιή ζπλαξκνγή από ην άδσην 7 ησλ λνπθιενβάζεσλ ηεο γνπαλίλεο, adduct θηηξηθνύ παξαγώγνπ κε δηπιή ζπλαξκνγή από ην άδσην 7 ησλ λνπθιενβάζεσλ ηεο γνπαλίλεο, adduct πηβαιηθνύ παξαγώγνπ κε δηπιή ζπλαξκνγή από ην άδσην 7 ησλ λνπθιενβάζεσλ ηεο γνπαλίλεο, adduct βεηατληθνύ παξαγώγνπ κε δηπιή ζπλαξκνγή από ην άδσην 7 ησλ λνπθιενβάζεσλ ηεο γνπαλίλεο, adduct νμηθνύ παξαγώγνπ κε δηπιή ζπλαξκνγή από ην νμπγόλν ηνπ θαξβνμπηειηθνύ άθξνπ ησλ ακηλνμέσλ ηεο ηπξνζίλεο, adduct βελδντθνύ παξαγώγνπ κε δηπιή ζπλαξκνγή από ην νμπγόλν ηνπ θαξβνμπηειηθνύ άθξνπ ησλ ακηλνμέσλ ηνπ γινπηακηθνύ νμένο, adduct 4-ηνινπτθνύ παξαγώγνπ κε δηπιή ζπλαξκνγή από ην νμπγόλν ηνπ θαξβνμπηειηθνύ άθξνπ ησλ ακηλνμέσλ ηνπ γινπηακηθνύ νμένο. Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- νμαιηθό-2asp Cu-O1 2,115 Cu-O2 1,988 Cu-N1 2,065 Cu-N2 2,442 Cu- O asp 1 Cu- O asp 2 2,108 2,178 N2-Cu-O1 93,35 O1-Cu-O2 91,58 O2-Cu-N1 94,20 N1-Cu -N2 80,92 N2-Cu-O2 174,71 N1-Cu-O1 174,03 O asp 1-Cu-Oasp 2 177,88 Σρήκα 85: Cu(SalNEt 2 )-oxalate-asp νθηάεδξν, Ε= a.u 195

196 Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- Cu-O1 2,108 Cu-O2 2,008 Cu-N1 2,116 Cu-N2 2,514 Cu- N g 1 Cu- N g 2 2,527 2,295 N2-Cu-O1 94,79 O1-Cu-O2 94,81 O2-Cu-N1 96,91 N1-Cu -N2 75,37 N2-Cu-O2 169,34 N1-Cu-O1 159,29 N g1-cu-n g2 154,58 ηζνθζαιηθό-2g Σρήκα 86: Cu(SalNEt 2 )-isophthalate-gua νθηάεδξν, Ε= a.u Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- θηηξηθό-2g Cu-O1 2,132 Cu-O2 2,034 Cu-N1 1,986 Cu-N2 2,414 Cu- N g 1 Cu- N g 2 2,115 2,063 N2-Cu-O1 89,00 O1-Cu-O2 89,52 O2-Cu-N1 92,63 N1-Cu -N2 76,92 N2-Cu-O2 169,48 N1-Cu-O1 88,21 N g1-cu-n g2 94,25 Σρήκα 87: Cu(SalNEt 2 )-citrate-gua νθηάεδξν, Ε= a.u 196

197 Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- πηβαιηθό-2g Cu-O1 2,292 Cu-O2 2,129 Cu-N1 2,309 Cu-N2 2,368 Cu- N g 1 Cu- N g 2 2,069 2,309 N2-Cu-O1 74,52 O1-Cu-O2 140,08 O2-Cu-N1 80,01 N1-Cu -N2 72,54 N2-Cu-O2 144,71 N1-Cu-O1 135,01 N g1-cu-n g2 130,54 Σρήκα 88: Cu(SalNEt 2 )-pivalate-gua νθηάεδξν, Ε= a.u Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- βεηαϊληθό-2g Cu-O1 2,070 Cu-O2 2,014 Cu-N1 1,984 Cu-N2 2,396 Cu- N g 1 Cu- N g 2 2,351 2,077 N2-Cu-O1 88,21 O1-Cu-O2 91,13 O2-Cu-N1 95,15 N1-Cu -N2 79,48 N2-Cu-O2 173,90 N1-Cu-O1 85,85 N g1-cu-n g2 91,72 Σρήκα 89: Cu(SalNEt 2 )-betainate-gua νθηάεδξν, Ε= a.u 197

198 Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- νμηθό-2tyr Cu-O1 2,270 Cu-O2 2,083 Cu-N1 2,219 Cu-N2 2,401 Cu- O tyr 1 Cu- O tyr 2 2,247 2,175 N2-Cu-O1 96,45 O1-Cu-O2 106,96 O2-Cu-N1 91,26 N1-Cu -N2 70,29 N2-Cu-O2 152,47 N1-Cu-O1 99,67 O tyr1-cu-o tyr2 73,37 Σρήκα 90: Cu(SalNEt 2 )-acetate-tyr νθηάεδξν, Ε= a.u Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- βελδνϊθό-2glu Cu-O1 2,073 Cu-O2 1,998 Cu-N1 2,478 Cu-N2 2,149 Cu- O glu 1 Cu- O glu 2 2,163 2,133 N2-Cu-O1 89,03 O1-Cu-O2 97,03 O2-Cu-N1 96,10 N1-Cu -N2 77,42 N2-Cu-O2 172,69 N1-Cu-O1 165,20 O glu1-cu-o glu2 172,81 Σρήκα 91: Cu(SalNEt 2 )-benzoate-glu νθηάεδξν, Ε= a.u 198

199 Μ Η Κ Η (Å) Γ Ω Ν Ι ( ) Δ Σ Cu(SalNEt 2 )- Cu-O1 2,321 Cu-O2 2,032 Cu-N1 2,310 Cu-N2 2,454 Cu- O glu 1 Cu- O glu 2 2,407 2,494 N2-Cu-O1 87,09 O1-Cu-O2 105,67 O2-Cu-N1 88,71 N1-Cu -N2 74,40 N2-Cu-O2 155,74 N1-Cu-O1 159,25 O glu1-cu-o glu2 147,21 4-ηνινπϊθό-2glu Σρήκα 92: Cu(SalNEt 2 )-4-toluate-glu νθηάεδξν, Ε= a.u Από ηε κειέηε ησλ δνκηθώλ ραξαθηεξηζηηθώλ ησλ παξαπάλσ νθηαέδξσλ παξαηεξνύληαη αιιαγέο εμαηηίαο ηνπ θαηλνκέλνπ Jahn Teller θαη ζπγθεθξηκέλα : επηκεθύλζεηο δεζκώλ Cu-O 1, Cu-O 2, Cu-N 1 ζε όια ηα ζύκπινθα, επηκήθπλζε δεζκνύ Cu- O ή Cu- Ν ζε όια ηα ζύκπινθα ζε ζρέζε κε ηελ ππξακηδηθή δνκή, επηβξάρπλζε δεζκνύ Cu-N 2, αύμεζε γσληώλ γύξσ από ην ρξσκνθόξν, κείσζε ηεο γσλίαο N 1 -Cu -N 2, αλάθηεζε επηπεδόηεηαο, ελαιιαγή ζέζεο ηνπ ππνθαηαζηάηε ηνπ νμένο κε ηε λνπθιενβάζε ή ην ακηλνμύ αλάινγα ζηα adduct ηνπ θηηξηθνύ, πηβαιηθνύ, βεηατληθνύ θαη νμηθνύ παξαγώγνπ. 199

200 Σρήκα 93: Cu(SalNEt 2 )-citrate-gua νθηάεδξν, o ππνθαηαζηάηεο ζηε ζέζε 1 έπξεπε λα είλαη ζηε ζέζε 2, ψζηε ζα ζρεκαηίδνληαλ δνκή κε θνξπθέο ηηο λνπθιενβάζεηο γνπαλίλεο. 200

201 4. Βηνινγηθή δξάζε ηωλ ζπκπιόθωλ Cu (II) ζε ζπλδπαζκό κε γλωζηέο ρεκεηνζεξαπεπηηθέο νπζίεο. 4.1 Θεωξεηηθά δεδνκέλα Πνιχ ζπρλά παξαηεξείηαη ην θαηλφκελν ηεο κεηαβνιήο ηεο ρεκηθήο δνκήο, ησλ θαξκαθνθηλεηηθψλ ηδηνηήησλ ή ηεο θαξκαθνδπλακηθήο ελέξγεηαο ελφο θαξκάθνπ, ιφγσ ηεο χπαξμεο ελφο άιινπ θαξκάθνπ. Οη αιιειεπηδξάζεηο ησλ θαξκάθσλ 1,2 κπνξνχλ λα ηαμηλνκεζνχλ γεληθά ζε 3 θαηεγνξίεο: 1. Φαξκαθεπηηθέο αιιειεπηδξάζεηο: πξφθεηηαη γηα ηηο αιιειεπηδξάζεηο εθείλεο θαηά ηηο νπνίεο πξνθαιείηαη είηε ρεκηθή αδξαλνπνίεζε ηνπ θαξκάθνπ είηε κεηαβνιή ησλ θπζηθνρεκηθψλ ηνπ ηδηνηήησλ ιφγσ ηεο παξνπζίαο ελφο άιινπ θαξκάθνπ, εθδφρνπ ή ηξνθήο. Σηελ πξάμε ην θάξκαθν αδξαλνπνηείηαη πιήξσο ή θαηαζηξέθεηαη. 2. Φαξκαθνθηλεηηθέο αιιειεπηδξάζεηο: πξφθεηηαη γηα ηηο αιιειεπηδξάζεηο εθείλεο πνπ ην απνηέιεζκά ηνπο είλαη ε κεηαβνιή ηεο ζπγθέληξσζεο (ζην αίκα) ηνπ θαξκάθνπ πνπ πθίζηαηαη ηελ αιιειεπίδξαζε. Αλάινγα κε ηελ πνξεία ηνπ θαξκάθνπ ζηνλ νξγαληζκφ, νη αιιειεπηδξάζεηο απηέο κπνξεί λα ζπκβνχλ θαηά ηελ απνξξφθεζε ησλ θαξκάθσλ απφ ην γαζηξεληεξηθφ ζσιήλα, θαηά ηελ θαηαλνκή ησλ θαξκάθσλ ζηνπο ηζηνχο, θαηά ηε θάζε κεηαβνιηζκνχ θαη ηέινο, θαηά ηε θάζε απέθθξηζεο ησλ θαξκάθσλ. 3. Φαξκαθνδπλακηθέο αιιειεπηδξάζεηο: πξφθεηηαη γηα ηηο αιιειεπηδξάζεηο εθείλεο θαηά ηηο νπνίεο ε ελέξγεηα ελφο θαξκάθνπ επεξεάδεηαη απφ ηελ ελέξγεηα ηνπ άιινπ θαξκάθνπ, επεηδή απηφ είηε ζπλδέεηαη κε ηνλ ίδην ππνδνρέα είηε δξα ζην ίδην ιεηηνπξγηθφ ζχζηεκα. Τν απνηέιεζκα ησλ θαξκαθνδπλακηθψλ αιιειεπηδξάζεσλ είλαη ε εκθάληζε είηε ζπλέξγεηαο είηε αληαγσληζκνχ αλάκεζα ζηα αιιειεπηδξψληα θάξκαθα Αληαγωληζκόο Σπλέξγεηα Όηαλ δχν ή πεξηζζφηεξα θάξκαθα ρνξεγνχληαη ηαπηφρξνλα, κπνξεί λα πξνθχςεη αληαγωληζκόο ή ζπλέξγεηα 3 δειαδή κείσζε ή επίηαζε ηνπ ηειηθνχ απνηειέζκαηνο αληίζηνηρα. Ο αληαγσληζκφο ραξαθηεξίδεηαη σο: 1 David E. Golan, Armen H. Tashjian, Ehrin J. Armstrong, April W. Armstrong, Principles of Pharmacology: The Pathophysiologic Basis of Drug Therapy, Lippincott Williams third edition, Μαξζέιινο, Σπλνπηηθή Φαξκαθνινγία ηφκνο 1, Ronald J. Tallarida, Drug Synergism: Its Detection and Applications, JPET September 1, 2001 vol. 298 no

202 1. Φαξκαθνινγηθόο (ή βηνινγηθφο), φηαλ εθδειψλεηαη ζε επίπεδν ππνδνρέσλ, δειαδή φηαλ ην έλα θάξκαθν έρεη ηδηφηεηεο αγσληζηή θαη ην άιιν αληαγσληζηή. Οξηζκέλα θάξκαθα αληαγσλίδνληαη κεξηθά άιια σο πξνο ην πνην ζα ζπλδεζεί κε ηνλ (ίδην) ππνδνρέα. Ο αληαγσληζκφο απηφο κπνξεί λα είλαη ζπλαγσληζηηθφο ή κε-ζπλαγσληζηηθφο. 2. Φεκηθόο, φηαλ έλα θάξκαθν αληηδξά ρεκηθψο κε έλα άιιν ζην ζεκείν εθαξκνγήο ή απνξξφθεζεο, κε απνηέιεζκα λα παξεκπνδίδεηαη ε βηνδηαζεζηκφηεηα ηνπ ελφο ή θαη ησλ δχν. 3. Φπζηνινγηθόο, φηαλ ε θαξκαθνινγηθή ελέξγεηα ηνπ ελφο αλαηξεί ηελ ελέξγεηα ηνπ άιινπ, φπσο ζπκβαίλεη π.ρ., κε ηελ λνξαδξελαιίλε (αγγεηνζχζπαζε) θαη ηελ ηζηακίλε (αγγεηνδηαζηνιή). Σπλήζσο, πξφθεηηαη γηα θάξκαθα πνπ επελεξγνχλ κέζσ ππνδνρέσλ, φκσο νη ππνδνρείο απηνί είλαη εληειψο δηαθνξεηηθνί κεηαμχ ηνπο. 4. Βηνρεκηθόο (ή έκκεζνο), φηαλ ε παξνπζία ελφο θαξκάθνπ ζηνλ νξγαληζκφ ηξνπνπνηεί ηηο ζπλζήθεο νκνηνζηαζίαο, έηζη ψζηε λα επλνείηαη ε απνκάθξπλζε ελφο άιινπ θαξκάθνπ. Γηα παξάδεηγκα, νη επαγσγείο ησλ επαηηθψλ ελδχκσλ επηηαρχλνπλ ην κεηαβνιηζκφ νξηζκέλσλ θαξκάθσλ. Αληίζεηε κε ηνλ αληαγσληζκφ είλαη ε ζπλέξγεηα, θαηά ηελ νπνία ε ζπλχπαξμε δχν ή πεξηζζνηέξσλ θαξκάθσλ πξνθαιεί αχμεζε ηεο δξάζεο ηνπ ελφο ή θαη ησλ δχν. Η ζπλέξγεηα δηαθξίλεηαη ζε: 1. Αζξνηζηηθή, φηαλ ε ηειηθή ελέξγεηα ησλ θαξκάθσλ είλαη ίζε κε ην αιγεβξηθφ άζξνηζκα ησλ ελεξγεηψλ ηνπ θαζελφο μερσξηζηά. ΔΑΒ = ΔΑ + ΔΒ 1+1=2 Tν θαηλφκελν απηφ παξαηεξείηαη κε θάξκαθα πνπ έρνπλ ίδηεο ή παξαπιήζηεο ελέξγεηεο, φπσο π.ρ., ηα ππλσηηθά. 2. πλακηθή, φηαλ ε ηειηθή ελέξγεηα ησλ θαξκάθσλ έρεη κεγαιχηεξε έληαζε απφ ην απιφ άζξνηζκα ησλ ελεξγεηψλ ησλ επί κέξνπο θαξκάθσλ. ΔΑΒ > ΔΑ + ΔΒ 1+1>2 Σπλέξγεηα απηνχ ηνπ ηχπνπ δίλνπλ ηα θάξκαθα πνπ επηδξνχλ κε δηαθνξεηηθνχο κεραληζκνχο ζην ίδην βηνινγηθφ ζχζηεκα, φπσο ν ζπλδπαζκφο ζνπιθακεζνμαδφιεο θαη ηξηκεζνπξίκεο, πνπ αζθεί ηζρπξή αληηκηθξνβηαθή δξάζε, παξεκβαίλνληαο ζε δχν δηαδνρηθά ζηάδηα ηνπ κεηαβνιηζκνχ ηνπ θπιιηθνχ νμένο ζηα κηθξφβηα. Μεκνλσκέλε ρξήζε απηψλ ησλ θαξκάθσλ έρεη πεληρξά απνηειέζκαηα. 3. Δληζρπηηθή, φηαλ κία θαηλνκεληθά αδξαλήο νπζία επηηείλεη ηε δξάζε ελφο θαξκάθνπ, φπσο ε πξνβελεζίδε πνπ αλ θαη αδξαλήο επηηείλεη ηε δξάζε ηεο πεληθηιιίλεο παξαηείλνληαο ηελ παξακνλή ηεο ζηνλ νξγαληζκφ (επηβξαδχλεη ηε λεθξηθή ηεο απέθθξηζε). ΔΑΒ > ΔΑ + ΔΒ 0+1>1 Η ζπλέξγεηα κπνξεί λα αμηνπνηεζεί ζηε ζεξαπεπηηθή, κε ζθνπφ ηε κέγηζηε δπλαηή απνηειεζκαηηθφηεηα κε ηελ ειάρηζηε δπλαηή ηνμηθφηεηα, επεηδή ηα ζπλδπαδφκελα θάξκαθα ρνξεγνχληαη ζε δφζεηο κηθξφηεξεο ησλ ζπλήζσλ. 202

203 Σηελ παξνχζα δηαηξηβή κειεηήζεθε ε ζπλδπαζηηθή δξάζε ησλ 30 ζπκπιφθσλ κε ηα γλσζηά ρεκεηνζεξαπεπηηθά θάξκαθα: ζηζπιαηίλε, επηξνπβηθίλε, κηηνκπθίλε C, κπιενκπθίλε, θαξκπνπιαηίλε, 5-θζνξηννπξαθίιε, παθιηηαμέιε θαη θπθινθσζθακίδε, κε ζθνπφ λα δηεθξηληζηεί είηε ε αληαγσληζηηθή είηε ε ζπλεξγεηαθή ηνπο δξάζε Φεκεηνζεξαπεπηηθέο νπζίεο Σηε ζπλέρεηα δίλνληαη γεληθά ζηνηρεία γηα ηηο θαξκαθεπηηθέο νπζίεο 4,5 πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ. Σπγθεθξηκέλα, ε ζηζπιαηίλε, θαξκπνπιαηίλε, νμαιηπιαηίλε θαη ε θπθινθσζθακίδε αλήθνπλ ζηνπο αιθπιησηηθνχο παξάγνληεο. Απηνχ ηνπ ηχπνπ νη ελψζεηο πξνθαινχλ βιάβε ζηε ιεηηνπξγία ηνπ θπηηάξνπ, κεηαθέξνληαο νκάδεο αιθπιίσλ ζε ακηλνκάδεο, θαξβνμπινκάδεο, ζνπιθπδξπιηθέο ή θσζθνξηθέο νκάδεο βηνινγηθά ζεκαληηθψλ κνξίσλ φπσο είλαη ηα λνπθιεïληθά νμέα θαη νη πξσηεΐλεο. Έηζη, δεκηνπξγνχληαη ξσγκέο θαζψο θαη δηαζηαπξνχκελε ζχλδεζε κεηαμχ ησλ αιχζεσλ ησλ λνπθιεïληθψλ νμέσλ κε απνηέιεζκα λα γίλνληαη ιάζε ζηηο αιιεινπρίεο ησλ λνπθιενηηδίσλ πνπ θσδηθνπνηνχλ ην DNA θαη ην RNA θαη σο εθ ηνχηνπ ηελ παξαγσγή παζνινγηθψλ πξσηεïλψλ. Πξφθεηηαη γηα θάξκαθα πνπ δξνπλ θαηά ηε δηάξθεηα ηνπ θπηηαξηθνχ θχθινπ θαη φρη ζε κηα ζπγθεθξηκέλε θάζε ηνπ. Δηδηθφηεξα, ε ζηζπιαηίλε είλαη ζχκπινθν βαξέσο κεηάιινπ πνπ πεξηιακβάλεη έλα θεληξηθφ άηνκν ιεπθφρξπζνπ πεξηβαιιφκελν απφ 2 άηνκα ρισξίνπ θαη 2 κφξηα ακκσλίαο. Στήμα 4.1:Σηζπιαηίλε Πηζηεχεηαη φηη ε ζηζπιαηίλε πδξνιχεηαη ζε δχν ζηάδηα θαη κεηά εηζρσξεί ζε πξνζηηέο ζέζεηο ηνπ θπηηαξηθνχ DNA (ππάξρεη θαη ην κηηνρνλδξηαθφ DNA) θαη θπξίσο ζε ζέζεηο πινχζηεο ζηηο βάζεηο γνπαλίλε (G) θαη αδελίλε (A), φπνπ πξαγκαηνπνηεί ππξελφθηιεο ππνθαηαζηάζεηο. Οη δηάθνξεο κειέηεο έδεημαλ φηη ε θπηηαξνζηαηηθή δξάζε ηεο ζηζπιαηίλεο νθείιεηαη ζηε δνκή ηεο, γηαηί ε trans-κνξθή ηνπ ζπκπιφθνπ δελ παξνπζηάδεη αληηθαξθηληθέο ηδηφηεηεο. Ωο ειεθηξηθψο νπδέηεξε νπζία ε ζηζπιαηίλε εηζέξρεηαη ζην θχηηαξν είηε κε παζεηηθή δηάρπζε (passive diffusion) κέζσ ηεο θπηηαξηθήο κεκβξάλεο (δει. κεηαθνξά ιφγσ δηαθνξάο ζπγθέληξσζεο), είηε κε ελεξγεηηθή πξφζιεςε ή δηαπέξαζε (active uptake) (δει. κεηαθνξά κεηά απφ ζχλδεζε κε έλα κφξην-κεηαθνξέα, ζπλήζσο κηα πξσηεΐλε). 4 Neidle, Molecular Aspects of Anticancer Drug DNA Interaction, August 16, 1993 by CRC Press. 5 BC Cancer Agency Cancer Drug Manual, Revision October

204 Μεηά ηελ είζνδν ζην θχηηαξν ε ζηζπιαηίλε θνξηηζκέλε ζεηηθά πξνζεγγίδεη δηάθνξνπο ζηφρνπο, φπσο ηα βηνκφξηα DNA, RNA, έλδπκα πνπ πεξηέρνπλ ζείν, φπσο κεηαιινζεηνλίλεο ή ηε γινπηαζεηφλε θαη ηα κηηνρφλδξηα. H ζηζπιαηίλε ζπκπιέθεηαη κε ην DNA κέζσ ησλ αηφκσλ αδψηνπ (Ν) ησλ βάζεσλ κε πνπξηληθή δνκή (αδελίλε θαη γνπαλίλε), ηα νπνία αληηθαζηζηνχλ ηα δχν κφξηα χδαηνο ηνπ ζπκπιφθνπ [Pt(NH 3 ) 2 (H 2 O) 2 ] 2+. Δηδηθά, ην άηνκν Ν7 ηεο αδελίλεο θαη ηεο γνπαλίλεο είλαη ειεχζεξν λα ελσζεί κε ηε ζηζπιαηίλε, αθνχ απηφ ην άηνκν αδψηνπ δε ζπκκεηέρεη ζηνπο δεζκνχο πδξνγφλνπ πνπ ζπλδένπλ ηηο βάζεηο αλά δεχγε θαη επηπιένλ ραξαθηεξίδεηαη απφ κεγάιε ειεθηξνληαθή ππθλφηεηα. Τα αδηαηάξαθηα δεχγε ζπκίλεο-αδελίλεο (ΤΑ) θαη θπηνζίλεο-γνπαλίλεο (CG) δείρλνληαη ζην επφκελν ζρήκα, φπνπ ζεκεηψλεηαη (ζε θφθθηλν θχθιν) θαη ην άηνκν N7. Σρήκα 4.2: Σρεκαηηζκόο δίθιωλνπ κνξίνπ DNA κέζω ζύλδεζεο κε δεζκνύο πδξνγόλνπ ηωλ βάζεωλ ζπκίλεο-αδελίλεο (δεύγνο ΤΑ) θαη θπηνζίλεο-γνπαλίλεο (δεύγνο CG). Με θόθθηλν ρξώκα θαη ζε θόθθηλν θύθιν δείρλνληαη ηα άηνκα αδώηνπ N7 ηεο αδελίλεο θαη ηεο γνπαλίλεο, ηα νπνία ζπλδένληαη κε ην ιεπθόρξπζν αληηθαζηζηώληαο ηα κόξηα ύδαηνο ζην ζύκπινθν [Pt(NH 3 ) 2 (H 2 O) 2 ] 2+. Τν DNA ζρεκαηίδεη δηάθνξεο ελψζεηο πξνζζήθεο (adducts) κε ηε ζηζπιαηίλε. Απφ απηέο ηηο ελψζεηο πξνζζήθεο ζηαζεξφηεξεο είλαη εθείλεο φπνπ ηα δχν ριψξηα ππνθαζίζηαληαη απφ ηα άηνκα αδψηνπ Ν7 πνπ βξίζθνληαη ζε γεηηνληθέο γνπαλίλεο (- G-G-) ζηνλ ίδην θιψλν ηνπ DNA. Οη γεηηνληθέο γνπαλίλεο παξέρνπλ ηα ζηαζεξφηεξα ζχκπινθα, σζηφζν έρνπλ δηαπηζησζεί θαη ζχκπινθα κε γεηηνληθέο αδελίλεο θαη γνπαλίλεο (-A-G-). Τα ζχκπινθα απηά θαινχληαη 1,2-ελδνθισληθέο ελψζεηο πξνζζήθεο (1,2-intrastrand adducts) θαη απνηεινχλ ην 90% ησλ δπλαηψλ ελψζεσλ πξνζζήθεο. Δπηπιένλ πθίζηαληαη θαη 1,3-ελδνθισληθέο, φπσο θαη δηαθισληθέο ελψζεηο πξνζζήθεο (interstrand adducts). Απφ ηηο 1,2-ελδνθισληθέο ελψζεηο πξνζζήθεο ην 65% αθνξά γεηηνληθέο γνπαλίλεο (-G-G-) θαη ην 25% γεηηνληθέο αδελίλεο-γνπαλίλεο (-A-G-). Άκεζν απνηέιεζκα ηεο δεκηνπξγίαο απηψλ ησλ ελψζεσλ πξνζζήθεο είλαη ε απνδηνξγάλσζε ζηελ πεξηνρή ηνπο ηεο θαλνληθήο ζηνίβαμεο ησλ βάζεσλ, γεγνλφο ην νπνίν πξνθαιεί κηα ηνπηθή ζηξέβισζε (kink) ζηε δνκή ηνπ κνξίνπ DNA. Η παξακφξθσζε απηή θαίλεηαη φηη θαζηζηά ην κφξην ηνπ DNA κε ιεηηνπξγηθφ, γεγνλφο πνπ νδεγεί ζην ζάλαην ηνπ θπηηάξνπ. Η θαξκπνπιαηίλε αλήθεη ζηελ ίδηα θαηεγνξία κε ηε ζηζπιαηίλε, έρεη αλάινγε θπζηνινγηθή δξάζε θαη κεραληζκφ αιιά δηαθνξεηηθφ πξνθίι ηνμηθφηεηαο. Σπλδέεηαη κε νκνηνπνιηθνχο δεζκνχο κε ην DNA θαη πξνθαιεί δηαζηαπξνχκελε ζχλδεζε κεηαμχ ησλ αιπζίδσλ, δξάζε αλεμάξηεηε ηνπ θπηηαξηθνχ θχθινπ. Παξνπζηάδεη επίζεο ζεκαληηθνχ βαζκνχ δηαζηαπξνχκελε αληίζηαζε κε ηελ πιαηίλα. 204

205 Στήμα 4.3: Καξκπνπιαηίλε Έλα αθφκε παξάγσγν ηεο πιαηίλαο, ε νμαιηπιαηίλα πξνθαιεί θαη απηή δηαζηαπξνχκελε ζχλδεζε κεηαμχ ησλ ειίθσλ θαη ησλ απιψλ αιχζεσλ ηνπ DNA, αλαζηέιινληαο ηε κεηαγξαθή θαη ηνλ αλαδηπιαζηαζκφ ηνπ. Στήμα 4.4: Ομαιηπιαηίλε Η θπθινθσζθακίδε είλαη επίζεο αιθπιησηηθφ θπηηαξνζηαηηθφ θάξκαθν ηεο θαηεγνξίαο ησλ αδσζππεξηηψλ θαη δξα θπξίσο ζηε ζχλζεζε ηνπ DNA. Η θπηηαξνζηαηηθή δξάζε ηεο βαζίδεηαη ζηελ επίδξαζή ηεο επί ησλ θάζεσλ G2 ή S ηνπ θπηηαξηθνχ θχθινπ. Οη αιθπινκάδεο πξνζδέλνληαη νκνηνπνιθά ζηηο βάζεηο (Ν 7 γνπαλίλεο), πξνθαιψληαο έηζη βιάβε ζηε ιεηηνπξγία ηνπ DNA. Στήμα 4.5: Κπθινθωζθακίδε 205

206 Η επηξνπβηθίλε, θαηαηάζζεηαη ζηελ θαηεγνξία ησλ αλζξαθπθιηληθψλ αληηβηνηηθψλ θαη είλαη παξάγσγν ηεο δνμνξνπβηθίλεο. Η επηξνπβηθίλε κπνξεί θαη ζρεκαηίδεη ζχκπινθν κε ην DNA κε παξεκβνιή ησλ επίπεδσλ δαθηπιίσλ ηεο αλάκεζα ζηα δεχγε βάζεσλ λνπθιενηηδίσλ, κε επαθφινπζε αλαζηνιή ηεο ζχλζεζεο ησλ λνπθιετληθψλ νμέσλ (DNA, RNA) θαη ησλ πξσηετλψλ. Δπηπιένλ ε παξεκβνιή απηή κπνξεί λα πξνθαιέζεη δηαρσξηζκφ ηνπ DNA απφ ηελ ηνπντζνκεξάζε ΙΙ, πξνθαιψληαο ζνβαξέο δηαηαξαρέο ζηελ ηξηηνηαγή δνκή ηνπ DNA. Στήμα 4.6: Επηξνπβηθίλε Τφζν ε κπηνκπθίλε C φζν θαη ε κπιενκπθίλε αλήθνπλ ζηελ θαηεγνξία ησλ θπηηαξνηνμηθψλ αληηβηνηηθψλ. Η κηηνκπθίλε C παξάγεηαη απφ ην κχθεηα Streptomyces Caespitosus θαη ππάγεηαη ζηελ θαηεγνξία ησλ αιθπιηνχλησλ αληηβηνηηθψλ. Έρεη ηελ ηδηφηεηα λα ζπλδέεηαη κε ην DNA ησλ θαξθηλνγφλσλ θπηηάξσλ, λα αιθπιηψλεη ην Ο 6 ηεο γνπαλίλεο θαη λα αλαζηέιιεη ηελ δηαίξεζή ηνπ κε ην ζρεκαηηζκφ ζπκπιφθνπ κε απηφ, αζθψληαο έηζη αληηθαξθηληθή δξάζε. Στήμα 4.7:Μηηνκπθίλε C Η κπιενκπθίλε αλήθεη ζηελ θαηεγνξία ησλ αληηβηνηηθψλ πεπηηδίσλ πνπ έρνπλ αληηλενπιαζκαηηθή δξάζε θαη αλαζηέιιεη ηε ζχλζεζε ηνπ DNA, ελψ ιηγφηεξν αλαζηέιιεη ηελ ζχλζεζε ηνπ RNA. Αιιειεπηδξψληαο κε ηα ηφληα κεηάιισλ, παξάγεηαη έλα ςεπδνέλδπκν πνπ κε ηελ ζεηξά ηνπ αληηδξά κε ην νμπγφλν, 206

207 παξάγνληαο ειεχζεξεο ξίδεο ππεξνμεηδίνπ θαη πδξνμεηδίνπ πνπ νδεγνχλ ζηε δηάζπαζε ηνπ DNA. Στήμα 4.8: Μπιενκπθίλε Μία άιιε θαηεγνξία θαξκάθσλ απνηεινχλ νη αληηκεηαβνιίηεο. Οη αληηκεηαβνιίηεο είλαη θάξκαθα κε δνκή φκνηα κε θπζηθέο νπζίεο πνπ απαηηνχληαη γηα ηελ νκαιή ιεηηνπξγία ηνπ θπηηάξνπ. Η δνκηθή απηή νκνηφηεηα επηηξέπεη ζε πνιινχο απφ ηνπο αληηκεηαβνιίηεο λα ρξεζηκεχνπλ ζαλ ππφζηξσκα ζεκαληηθψλ θπηηαξηθψλ ελδχκσλ. Πνιινί αληηκεηαβνιίηεο αλαζηέιινπλ ηελ θπηηαξηθή δηαίξεζε, κεηά απφ κεηαηξνπή ηνπο ζε ηνμηθφηεξεο νπζίεο απφ κία ζεηξά ελδπκηθψλ αληηδξάζεσλ. Κάζε έλδπκν πνπ εκπιέθεηαη ζε απηή ηελ δηαδηθαζία απνηειεί δπλεηηθή ζέζε δξάζεο ελφο αληηκεηαβνιίηε, αιιά παξάιιεια θαη δπλεηηθή ζέζε αλάπηπμεο θπηηαξηθήο αληίζηαζεο ζηνλ αληίζηνηρν αληηκεηαβνιίηε. Όινη νη αληηκεηαβνιίηεο ηειηθά αλαζηέιινπλ ηελ αληηγξαθή ή ηελ επηδηφξζσζε ηνπ DNA. Η βιάβε ηνπ DNA επηηπγράλεηαη ή κε ηελ απ επζείαο αλαζηνιή ησλ απαξαίηεησλ ελδχκσλ γηα ηελ αληηγξαθή ή ηελ επηδηφξζσζε ή κε ηελ ελζσκάησζε ηνπ αληηκεηαβνιίηε ή πξντφληνο ηνπ ζην DNA. Αλάινγα κε ηνλ ηξφπν δξάζεο ηνπο ηαμηλνκνχληαη ζε: aληαγωληζηέο ηνπ θνιηθνύ νμένο, αληαγωληζηέο ηεο ππξηκηδίλεο θαη αληαγωληζηέο ηωλ πνπξηλώλ. Σηελ παξνχζα εξγαζία κειεηήζεθαλ ε θζνξηννπξαθίιε θαη ε γεκζηηαβίλε. Η θζνξηννπξαθίιε είλαη αλάινγν ηεο ππξηκηδηληθήο νπξαθίιεο θαη δξα επνκέλσο ζαλ αληαγσληζηήο ηεο ππξηκηδίλεο. Υπάξρνπλ 3 δπλαηνί κεραληζκνί δξάζεο. Σχκθσλα κε ηνλ πξψην κεραληζκφ δξάζεο, ν κεηαβνιίηεο ηεο θζνξηννπξαθίιεο, κνλνθσζθνξηθή θζνξηνδενμπνπξηδίλε (fluorodeoxyuridine monophosphate FdUMP) αληηδξά κε ηελ νπξαθίιε θαη δεζκεχεηαη απφ ηελ thymidilate synthase (TS) κε απνηέιεζκα ηε κείσζε ηεο παξαγσγήο ηεο ζπκηδίλεο θαη επνκέλσο κείσζε ηεο ζχλζεζεο θαη ηεο επηδηφξζσζεο ηνπ DNA κε ηειηθφ απνηέιεζκα κείσζε ηνπ θπηηαξηθνχ πνιιαπιαζηαζκνχ. Σχκθσλα κε ην δεχηεξν κεραληζκφ δξάζεο ν κεηαβνιίηεο ηεο θζνξηννπξαθίιεο, FdUMP, ελζσκαηψλεηαη ζην DNA θαη ππεηζέξρεηαη έηζη ζηελ αληηγξαθή ηνπ. Τέινο ν κεηαβνιίηεο ηεο, FdUMP, ελζσκαηψλεηαη ζην RNA, ζηε ζέζε ηνπ uridine triphosphate (UTP), κε απνηέιεζκα ηελ παξαγσγή ειαηησκαηηθνχ RNA, ην νπνίν εκπνδίδεη ηελ νκαιή ιεηηνπξγία ηνπ RNA θαη ηεο πξσηετληθήο ζχλζεζεο. 207

208 Στήμα 4.9: Φζνξηννπξαθίιε Η γεκζηηαβίλε είλαη αληηκεηαβνιίηεο ηεο ππξηκηδίλεο θαη κεηαβνιίδεηαη ελδνθπηηαξηθά απφ λνπθιενηηδηθέο θηλάζεο ζε ελεξγά δηθσζθνξηθά (dfdcdp) θαη ηξηθσζθνξηθά (dfdctp) λνπθιενηίδηα. Η θπηηαξνηνμηθή δξάζε ηεο γεκζηηαβίλεο νθείιεηαη ζηελ αλαζηνιή ηεο ζχλζεζεο ηνπ DNA κέζσ δχν κεραληζκψλ δξάζεο ησλ dfdcdp θαη dfdctp. Στήμα 4.10: Γεκζηηαβίλε Η παθιηηαμέιε (ηαμφιε) αλήθεη ζηηο ηαμάλεο θαη είλαη παξάγνληαο πνπ δξα ζηνπο κηθξνζσιελίζθνπο, κέζσ ηεο πξνψζεζεο ηεο ζπλαξκνιφγεζεο θαη ζηαζεξνπνίεζήο ηνπο απφ ηα δηκεξή ηεο ηνπκπνπιίλεο, κε απνηέιεζκα ηελ αλαζηνιή ηεο θαζπζηεξεκέλεο θάζεο G2 ηεο κίησζεο θαη ηε δηαθνπή ηεο θπηηαξηθήο δηαίξεζεο, θαζψο θαη ηε βιάβε ησλ ρξσκνζσκάησλ. Στήμα 4.11: Παθιηηαμέιε 208

209 4.2 Υπνινγηζηηθά δεδνκέλα Σην ππνινγηζηηθφ κέξνο απηνχ ηνπ θεθαιαίνπ εμεηάζηεθε ε ζπλδπαζηηθή δξάζε δηαθφξσλ ζπκπιφθσλ ηνπ ραιθνχ κε γλσζηά αληηθαξθηληθά θάξκαθα αιιά θαη κε ηνπο αλαζηνιείο ησλ ηνπντζνκεξαζψλ, ρξεζηκνπνηψληαο ηε κέζνδν ηεο κνξηαθήο πξνζάξαμεο. Τέινο, εμεηάζηεθε ε πηζαλή ζπλέξγεηα ή ν αληαγσληζκφο απφ ηελ ηαπηφρξνλε ρνξήγεζε ησλ θαξκάθσλ Μνξηαθή Πξνζάξαμε Σηε ζπγθεθξηκέλε παξάγξαθν δίλνληαη ηα απνηειέζκαηα ηεο κνξηαθήο πξνζάξαμεο ζε ζρήκαηα θαη πίλαθεο. Αξρηθά έγηλαλ ππνινγηζκνί πξνζάξαμεο ησλ γλσζηψλ ρεκεηνζεξαπεπηηθψλ θαξκάθσλ ζηηο θαξθηληθέο πξσηεΐλεο. Έπεηηα, έγηλε πξνζάξαμε πξψηα ηνπ θαξκάθνπ θαη κεηά ηνπ ζπκπιφθνπ ζηελ πξσηεΐλε θαη αληίζηξνθα. Δθηηκήζεθαλ βάζεη ησλ ζπλαξηήζεσλ απνηίκεζεο ηα απνηειέζκαηα ψζηε λα ραξαθηεξηζηεί ε ζπλέξγεηα ή ν αληαγσληζκφο Μνξηαθή Πξνζάξαμε γλωζηώλ αληηθαξθηληθώλ θαξκάθωλ Σηζπιαηίλε Σρήκα 1: Πξνζάξαμε ηεο ζηζπιαηίλεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε Ι. Σρήκα 2: Πξνζάξαμε ηεο ζηζπιαηίλεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε ΙΙ. 209

210 Καξκπνπιαηίλε Σρήκα 3: Πξνζάξαμε ηεο θαξκπνπιαηίλεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε Ι. Σρήκα 4: Πξνζάξαμε ηεο θαξκπνπιαηίλεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε ΙΙ. 210

211 Ομαιηπιαηίλε Σρήκα 5: Πξνζάξαμε ηεο νμαιηπιαηίλεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε Ι. Σρήκα 6: Πξνζάξαμε ηεο νμαιηπιαηίλεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε ΙΙ. 211

212 Κπθινθωζθακίδε Σρήκα 7: Πξνζάξαμε ηεο θπθινθωζθακίδεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε Ι. Σρήκα 8: Πξνζάξαμε ηεο θπθινθωζθακίδεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε ΙΙ. 212

213 Δπηξνπβηθίλε Σρήκα 9: Πξνζάξαμε ηεο επηξνπβηθίλεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε Ι. Σρήκα 10: Πξνζάξαμε ηεο επηξνπβηθίλεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε ΙΙ. 213

214 Μηηνκπθίλε C Σρήκα 11: Πξνζάξαμε ηεο κπηνκπθίλεο C ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε Ι. Σρήκα 12: Πξνζάξαμε ηεο κπηνκπθίλεο C ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε ΙΙ. 214

215 Μπιενκπθίλε Σρήκα 13: Πξνζάξαμε ηεο κπιενκπθίλεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε Ι. Σρήκα 14: Πξνζάξαμε ηεο κπιενκπθίλεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε ΙΙ. Όπσο γίλεηαη αληηιεπηφ απφ ηα ζρήκαηα, αιιά θαη επηβεβαηψλεηαη απφ ηηο απνηηκήζεηο πξνζάξαμεο (πίλαθαο 1), ε πξνζάξαμε είλαη αλεπηηπρήο. 215

216 5-Φζνξηννπξαθίιε Σρήκα 15: Πξνζάξαμε ηεο 5-θζνξηννπξαθίιεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε Ι. Σρήκα 16: Πξνζάξαμε ηεο 5-θζνξηννπξαθίιεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε ΙΙ. 216

217 Γεκζηηαβίλε Σρήκα 17: Πξνζάξαμε ηεο γεκζηηαβίλεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε Ι. Σρήκα 18: Πξνζάξαμε ηεο γεκζηηαβίλεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε ΙΙ. 217

218 Παθιηηαμέιε Σρήκα 19: Πξνζάξαμε ηεο παθιηηαμέιεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε Ι. Σρήκα 20: Πξνζάξαμε ηεο παθιηηαμέιεο ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε ΙΙ. Η παθιηηαμέιε (ηαμφιε) δελ πξνζαξάδεη ζε θακία απφ ηηο ηνπντζνκεξάζεο. 218

219 Πίλαθαο 1: Απνηηκήζεηο πξνζάξαμεο ηωλ γλωζηώλ αληηθαξθηληθώλ ζηηο πξωηεΐλεο. Αληηθαξθηληθά θάξκαθα Πξνζάξαμε ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε Ι (kcal/mol) Πξνζάξαμε ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε ΙΙ (kcal/mol) Σηζπιαηίλε -24,83-16,50 Καξκπνπιαηίλε -42,43-40,80 Ομαιηπιαηίλε -47,62-51,92 Κπθινθωζθακίδε -51,12-42,95 Δπηξνπβηθίλε -51,00-83,94 Μηηνκπθίλε C -51,28-71,41 Μπιενκπθίλε ,55 5-θζνξηννπξαθίιε -44,41-39,62 Γεκζηηαβίλε -67,62-63,51 Παθιηηαμέιε Σπλδπαζηηθή Γξάζε ηωλ γλωζηώλ αληηθαξθηληθώλ θαξκάθωλ κε ηα ζύκπινθα ηνπ Cu(ΙΙ) Σηε ζπλέρεηα δίλνληαη νη απεηθνλίζεηο ηεο πξνζάξαμεο ησλ θαξκάθσλ ζην ελεξγφ θέληξν ησλ ηνπντζνκεξαζψλ φπνπ ππάξρεη ήδε ην ζχκπινθν απφ πξνεγνχκελε δνθηκή θαη αληίζηξνθα, ηνπ ζπκπιφθσλ ζην ελεξγφ θέληξν φπνπ ππάξρεη ήδε ην θάξκαθν. Τα απνηειέζκαηα ησλ δνθηκψλ δίλνληαη ζε ζπγθεληξσηηθφ πίλαθα. Σηζπιαηίλε Βεηαϊληθό παξάγωγν Σρήκα 21: Πξνζάξαμε ηεο ζηζπιαηίλεο θαη ηνπ βεηαϊληθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι. 219

220 Βεηαϊληθό παξάγωγν - Σηζπιαηίλε Σρήκα 22: Πξνζάξαμε ηνπ βεηαϊληθνύ παξαγώγνπ θαη ηεο ζηζπιαηίλεο ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι. Καξκπνπιαηίλε Πηπεξηδηληθό παξάγωγν Σρήκα 23: Πξνζάξαμε ηεο θαξκπνπιαηίλεο θαη ηνπ πηπεξηδηληθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι. 220

221 Πηπεξηδηληθό παξάγωγν Καξκπνπιαηίλε Σρήκα 24: Πξνζάξαμε ηνπ πηπεξηδηληθνύ παξαγώγνπ θαη ηεο θαξκπνπιαηίλεο ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι. Ομαιηπιαηίλε Ομηθό παξάγωγν Σρήκα 25: Πξνζάξαμε ηεο νμαιηπιαηίλεο θαη ηνπ νμηθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι. 221

222 Ομηθό παξάγωγν Ομαιηπιαηίλε Σρήκα 26: Πξνζάξαμε ηνπ νμηθνύ παξαγώγνπ θαη ηεο νμαιηπιαηίλεο ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι. Κπθινθωζθακίδε Σαιηθπιηθό παξάγωγν Σρήκα 27: Πξνζάξαμε ηεο θπθινθωζθακίδεο θαη ηνπ ζαιηθπιηθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι. 222

223 Σαιηθπιηθό παξάγωγν Κπθινθωζθακίδε Σρήκα 28: Πξνζάξαμε ηνπ ζαιηθπιηθνύ παξαγώγνπ θαη ηεο θπθινθωζθακίδεο ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι. Δπηξνπβηθίλε Πηβαιηθό παξάγωγν Σρήκα 29: Πξνζάξαμε ηεο επηξνπβηθίλεο θαη ηνπ πηβαιηθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι. 223

224 Πηβαιηθό παξάγωγν Δπηξνπβηθίλε Σρήκα 30: Πξνζάξαμε ηνπ πηβαιηθνύ παξαγώγνπ θαη ηεο επηξνπβηθίλεο ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι. Μηηνκπθίλε C- Γηπηθνιηληθό παξάγωγν Σρήκα 31: Πξνζάξαμε ηεο κηηνκπθίλεο C θαη ηνπ δηπηθνιηληθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι. 224

225 Γηπηθνιηληθό παξάγωγν - Μηηνκπθίλε C Σρήκα 32: Πξνζάξαμε ηνπ δηπηθνιηληθνύ παξαγώγνπ θαη ηεο κηηνκπθίλεο C ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι. 5-Φζνξηννπξαθίιε- 4- Τνινπϊθό παξάγωγν Σρήκα 33: Πξνζάξαμε ηεο 5-θζνξηννπξαθίιεο θαη ηνπ 4-ηνινπϊθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι. 225

226 4- Τνινπϊθό παξάγωγν - 5-Φζνξηννπξαθίιε Σρήκα 34: Πξνζάξαμε ηνπ 4-ηνινπϊθνύ παξαγώγνπ θαη ηεο 5-θζνξηννπξαθίιεο ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι. Γεκζηηαβίλε Γαιαθηηθό παξάγωγν Σρήκα 35: Πξνζάξαμε ηεο γεκζηηαβίλεο θαη ηνπ γαιαθηηθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι. 226

227 Γαιαθηηθό παξάγωγν Γεκζηηαβίλε Σρήκα 36: Πξνζάξαμε ηνπ γαιαθηηθνύ παξαγώγνπ θαη ηεο γεκζηηαβίλεο ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι. Πίλαθαο 2: Σπλδπαζηηθή δξάζε θαξκάθωλ- ζπκπιόθωλ, ζπκπιόθωλ-θαξκάθωλ ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε Ι. Φάξκαθν Σύκπινθν Φάξκαθν Σύκπινθν Σηζπιαηίλε Βεηατληθφ Σηζπιαηίλε- Βεηατληθφ Καξκπνπιαηίλε Πηπεξηδηληθφ Καξκπνπιαηίλε- Πηπεξηδηληθφ Ομαιηπιαηίλε Ομηθφ Ομαιηπιαηίλε- Ομηθφ Κπθινθσζθακίδε Σαιηθπιηθφ Κπθινθσζθακίδε- Σαιηθπιηθφ Δπηξνπβηθίλε Πηβαιηθφ Δπηξνπβηθίλε Πηβαιηθφ Μηηνκπθίλε C Γηπηθνιηληθφ Μηηνκπθίλε C- Γηπηθνιηληθφ Φζνξηννπξαθίιε 4-ηνινπτθφ Φζνξηννπξαθίιε 4-ηνινπτθφ Γεκζηηαβίλε Γαιαθηηθφ Γεκζηηαβίλε Γαιαθηηθφ Σύκπινθν- Φάξκαθν Βεηατληθφ- Σηζπιαηίλε Πηπεξηδηληθφ - Καξκπνπιαηίλε Ομηθφ- Ομαιηπιαηίλε Σαιηθπιηθφ- Κπθινθσζθακίδε Πηβαιηθφ- Δπηξνπβηθίλε Γηπηθνιηληθφ- Μηηνκπθίλε C 4-ηνινπτθφ- Φζνξηννπξαθίιε Γαιαθηηθφ- Γεκζηηαβίλε Απνηίκεζε -24,83-47,60-23,57-39,40-42,43-48,81-43,05-37,80-47,62-39,11-46,71-43,47-51, ,15-38, ,21-59, ,69-45, ,81-47,68 227

228 Απφ ηελ επεμεξγαζία ησλ απνηηκήζεσλ ηεο πξνζάξαμεο πνπ αλαθέξνληαη ζηνλ παξαπάλσ πίλαθα, δηαπηζηψλνπκε ηα εμήο: 1. Καηά ηελ πξνζάξαμε ηεο ζηζπιαηίλεο ζην ελεξγφ θέληξν φπνπ πξνυπάξρεη ην βεηατληθφ παξάγσγν εληζρχεηαη ε δξάζε ηνπ ζπκπιφθνπ, ελψ ζηελ αληίζεηε πεξίπησζε εληζρχεηαη ε δξάζε ηεο ζηζπιαηίλεο. 2. Σηελ πεξίπησζε ηεο θαξκπνπιαηίλεο έρνπκε ελίζρπζε ηεο δξάζεο ηνπ θαξκάθνπ φηαλ πξνζαξάδεη ην θάξκαθν αιιά αληαγσληζκφ φηαλ πξνζαξάδεη ην πηπεξηδηληθφ παξάγσγν ελψ ππάξρεη ήδε ην θάξκαθν. 3. Καηά ηελ πξνζάξαμε πξψηα, είηε ηεο νμαιηπιαηίλεο είηε ηνπ νμηθνχ, παξαηεξήζεθε ελίζρπζε ηεο δξάζεο ηνπ νμηθνχ παξαγψγνπ. 4. Καηά ηελ πξνζάξαμε πξψηα, ηνπ ζαιηθπιηθνχ παξαγψγνπ θαη κεηά ηεο θπθινθσζθακίδεο παξαηεξνχκε πσο δξνχλ ζπλεξγηζηηθά (δπλακηθή ζπλέξγεηα). Σηελ αληίζεηε πεξίπησζε έρνπκε κείσζε ηνπ απνηειέζκαηνο θαη γηα ηα δχν κφξηα, άξα αληαγσληζκφ. 5. Καηά ηε ζπλδπαζηηθή ρνξήγεζε πξψηα ηνπ πηβαιηθνχ θαη θαηφπηλ ηνπ θαξκάθνπ, ε δξάζε είλαη αληαγσληζηηθή. Αληηζέησο, θαηά ηε ρνξήγεζε πξψηα ηεο επηξνπβηθίλεο θαη ζηε ζπλέρεηα ηνπ πηβαιηθνχ παξαγψγνπ, έρνπκε δπλακηθή ζπλέξγεηα. 6. Τν ίδην θαηλφκελν παξαηεξείηαη θαη ζην ζπλδπαζκφ κηηνκπθίλεοδηπηθνιηληθνχ, φπνπ έρνπκε αληαγσληζηηθή δξάζε φηαλ πξψηα πξνζαξάδεη ην ζχκπινθν θαη έπεηηα ην θάξκαθν θαη ζπλέξγεηα φηαλ πξνζαξάδεη πξψηα ε κηηνκπθίλε θαη θαηφπηλ ην ζχκπινθν. 7. Σηελ πεξίπησζε ηεο πξνζάξαμεο ηνπ 4-ηνινπτθνχ παξαγψγνπ θαη έπεηηα ηεο θζνξηννπξαθίιεο έρνπκε ελίζρπζε ηεο δξάζεο ηνπ θαξκάθνπ θαη ζηελ αληίζεηε δνθηκή παξαηεξνχκε ελίζρπζε ηεο δξάζεο θαη ησλ δχν. 8. Τέινο, ζηελ πεξίπησζε ηεο ζπλδπαζηηθήο ρνξήγεζεο γεκζηηαβίλεογαιαθηηθνχ παξαγψγνπ έρνπκε ελίζρπζε ηεο δξάζεο ηνπ ζπκπιφθνπ ζε θάζε πξνζάξαμε. 228

229 Σπλερίδνληαο παξαζέηνπκε αλάινγα ζρήκαηα θαη πίλαθα γηα ηηο δνθηκέο ζπλδπαζηηθήο δξάζεο ζηελ DNA ηνπντζνκεξάζε ΙΙ. Σηζπιαηίλε Κηηξηθό παξάγωγν Σρήκα 37: Πξνζάξαμε ηεο ζηζπιαηίλεο θαη ηνπ θηηξηθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ. Κηηξηθό παξάγωγν - Σηζπιαηίλε Σρήκα 38: Πξνζάξαμε ηνπ θηηξηθνύ παξαγώγνπ θαη ηεο ζηζπιαηίλεο θαη ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ. 229

230 Καξκπνπιαηίλε Τξπγηθό παξάγωγν Σρήκα 39: Πξνζάξαμε ηεο θαξκπνπιαηίλεο θαη ηνπ ηξπγηθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ. Τξπγηθό παξάγωγν - Καξκπνπιαηίλε Σρήκα 40: Πξνζάξαμε ηνπ ηξπγηθνύ παξαγώγνπ θαη ηεο θαξκπνπιαηίλεο ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ. 230

231 Ομαιηπιαηίλε Βελδνϊθό παξάγωγν Σρήκα 41: Πξνζάξαμε ηεο νμαιηπιαηίλεο θαη ηνπ βελδνϊθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ. Βελδνϊθό παξάγωγν Ομαιηπιαηίλε Σρήκα 42: Πξνζάξαμε ηνπ βελδνϊθνύ παξαγώγνπ θαη ηεο νμαιηπιαηίλεο ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ. 231

232 Κπθινθωζθακίδε Μειεϊθό παξάγωγν Σρήκα 43: Πξνζάξαμε ηεο θπθινθωζθακίδεο θαη ηνπ κειεϊθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ. Μειεϊθό παξάγωγν Κπθινθωζθακίδε Σρήκα 44: Πξνζάξαμε ηνπ κειεϊθνύ παξαγώγνπ θαη ηεο θπθινθωζθακίδεο ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ. 232

233 Δπηξνπβηθίλε - 2-Αληζνϊθό παξάγωγν Σρήκα 45: Πξνζάξαμε ηεο επηξνπβηθίλεο θαη ηνπ 2-αληζνϊθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ. 2-Αληζνϊθό παξάγωγν - Δπηξνπβηθίλε Σρήκα 46: Πξνζάξαμε ηνπ 2-αληζνϊθνύ παξαγώγνπ θαη ηεο επηξνπβηθίλεο ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ. 233

234 Μηηνκπθίλε C Φνπκαξηθό παξάγωγν Σρήκα 47: Πξνζάξαμε ηεο κηηνκπθίλεο θαη ηνπ θνπκαξηθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ. Φνπκαξηθό παξάγωγν Μηηνκπθίλε C Σρήκα 48: Πξνζάξαμε ηνπ θνπκαξηθνύ παξαγώγνπ θαη ηεο κηηνκπθίλεο ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ. 234

235 5-Φζνξηννπξαθίιε-3-Φιωξνβελδνϊθό παξάγωγν Σρήκα 49: Πξνζάξαμε ηεο 5-Φζνξηννπξαθίιεο θαη ηνπ 3-Χιωξνβελδνϊθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ. 3-Φιωξνβελδνϊθό παξάγωγν - 5-Φζνξηννπξαθίιε Σρήκα 50: Πξνζάξαμε ηνπ 3-Χιωξνβελδνϊθνύ παξαγώγνπ θαη ηεο 5-Φζνξηννπξαθίιεο ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ. 235

236 Γεκζηηαβίλε - Νηθνηηληθό παξάγωγν Σρήκα 51: Πξνζάξαμε ηεο γεκζηηαβίλεο θαη ηνπ ληθνηηληθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ. Νηθνηηληθό παξάγωγν - Γεκζηηαβίλε Σρήκα 52: Πξνζάξαμε ηνπ ληθνηηληθνύ παξαγώγνπ θαη ηεο γεκζηηαβίλεο ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ. 236

237 Πίλαθαο 3: Σπλδπαζηηθή δξάζε θαξκάθωλ- ζπκπιόθωλ, ζπκπιόθωλ-θαξκάθωλ ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε ΙΙ. Φάξκαθν Σύκπινθν Φάξκαθν Σύκπινθν Σηζπιαηίλε Κηηξηθφ Σηζπιαηίλε- Κηηξηθφ Καξκπνπιαηίλε Τξπγηθφ Καξκπνπιαηίλε- Τξπγηθφ Ομαιηπιαηίλε Βελδντθφ Ομαιηπιαηίλε- Βελδντθφ Κπθινθσζθακίδε Μειετθφ Κπθινθσζθακίδε- Μειετθφ Δπηξνπβηθίλε 2-αληζντθφ Δπηξνπβηθίλε 2-αληζντθφ Μηηνκπθίλε C Φνπκαξηθφ Μηηνκπθίλε C- Φνπκαξηθφ Φζνξηννπξαθίιε 3-Cl Φζνξηννπξαθίιε βελδντθφ 3-Cl Βελδντθφ Γεκζηηαβίλε Νηθνηηληθφ Γεκζηηαβίλε Νηθνηηληθφ Σύκπινθν- Φάξκαθν Κηηξηθφ - Σηζπιαηίλε Τξπγηθφ - Καξκπνπιαηίλε Βελδντθφ - Ομαιηπιαηίλε Μειετθφ - Κπθινθσζθακίδε 2-αληζντθφ - Δπηξνπβηθίλε Φνπκαξηθφ - Μηηνκπθίλε C 3-Cl Βελδντθφ - Φζνξηννπξαθίιε Νηθνηηληθφ - Γεκζηηαβίλε Απνηίκεζε -16,50-60,70-15,27-67,33-40,80-62,97-40,33-60,12-51,92-49,09-41,11-57,73-42,95-56,06-54,12-63,95-83,94-55,02-70,12-61,86-71,41-54,80-71,34-59,30-36,92-50,41-35,90-58,28-63,51-55,36-62,33-64,10 Απφ ηελ επεμεξγαζία ησλ απνηηκήζεσλ ηεο πξνζάξαμεο πνπ αλαθέξνληαη ζηνλ παξαπάλσ πίλαθα, δηαπηζηψλνπκε ηα εμήο: 1. Καηά ηελ πξνζάξαμε ηεο ζηζπιαηίλεο ζην ελεξγφ θέληξν φπνπ πξνυπάξρεη ην θηηξηθφ παξάγσγν παξαηεξείηαη αληαγσληζηηθή δξάζε, ελψ ζηελ αληίζεηε πεξίπησζε ην απνηέιεζκα είλαη ζπλεξγηζηηθφ. 2. Σηελ πεξίπησζε ηεο θαξκπνπιαηίλεο έρνπκε αληαγσληζκφ φηαλ πξνζαξάδεη ην θάξκαθν αιιά ζηελ πεξίπησζε ηεο πξνζάξαμεο ηνπ ηξπγηθνχ παξαγψγνπ θαη έπεηηα ηνπ θαξκάθνπ, παξαηεξείηαη ελίζρπζε ηεο δξάζεο ηνπ θαξκάθνπ. 3. Καηά ηελ πξνζάξαμε πξψηα ηνπ βελδντθνχ θαη έπεηηα ηεο νμαιηπιαηίλεο έρνπκε αληαγσληζκφ, ελψ ζηελ αληίζεηε πεξίπησζε, ζπλέξγεηα. 4. Καηά ηελ πξνζάξαμε πξψηα ηνπ κειετθνχ παξαγψγνπ θαη κεηά ηεο θπθινθσζθακίδεο, εληζρχεηαη ε δξάζε κφλν ηνπ θαξκάθνπ. Σηελ αληίζεηε πεξίπησζε έρνπκε επίηαζε ηνπ απνηειέζκαηνο θαη γηα ηα δχν κφξηα. 5. Καηά ηε ζπλδπαζηηθή ρνξήγεζε επηξνπβηθίλεο-2-αληζντθνχ παξαγψγνπ αλεμαξηήησο ζεηξάο παξαηεξείηαη ελίζρπζε ηεο δξάζεο ηνπ ζπκπιφθνπ. 6. Τν ίδην θαηλφκελν παξαηεξείηαη θαη ζην ζπλδπαζκφ κηηνκπθίλεοθνπκαξηθνχ, ελίζρπζε δειαδή ηνπ θνπκαξηθνχ παξαγψγνπ. 7. Σηελ πεξίπησζε ηεο πξνζάξαμεο ηνπ 3-Cl-βελδντθνχ ζην ελεξγφ θέληξν πνπ έρεη ήδε πξνζαξάμεη ε θζνξηννπξαθίιε έρνπκε κείσζε ηεο δξάζεο θαη ζπλεπψο αληαγσληζκφ αλ θαη ζηελ αληίζεηε πεξίπησζε παξαηεξείηαη ην θαηλφκελν ηεο ζπλέξγεηαο (δπλακηθή). 8. Τέινο, ζηελ πεξίπησζε ηεο ζπλδπαζηηθήο ρνξήγεζεο γεκζηηαβίλεοληθνηηληθνχ παξαγψγνπ έρνπκε ελίζρπζε ηεο δξάζεο ηνπ ζπκπιφθνπ φηαλ πξνζαξάδεη πξψηα ην ζχκπινθν θαη ζπλέξγεηα (δπλακηθή) φηαλ πξνζαξάδεη πξψηα ε γεκζηηαβίλε. 237

238 Μνξηαθή Πξνζάξαμε ζπκπιόθνπ - αλαζηνιέα Σηε ζπλέρεηα πξαγκαηνπνηήζεθαλ δνθηκέο πξνζάξαμεο ησλ ζπκπιφθσλ ζην ελεξγφ θέληξν θάζε πξσηεΐλεο ρσξίο λα έρεη αθαηξεζεί ν θπζηθφο αλαζηνιέαο. Έηζη, παξνπζηάδνληαη ηα ζρήκαηα (κε κπιε ρξψκα απεηθνλίδεηαη ην ζχκπινθν) θαη νη πίλαθεο ησλ απνηηκήζεσλ ηεο πξνζάξαμεο γηα θάζε πξσηεΐλε θαη αλαζηνιέα. Όπσο πξναλαθέξζεθε, νη αλαζηνιείο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ είλαη ε ηνπνηεθάλε, ε ηξηλνηεθάλε θαη ε θακπηνζεθίλε γηα ηελ DNA ηνπντζνκεξάζε Ι θαη ε ακζαθξίλε, εηνπνζίδε θαη ηεληπνζίδε γηα ηελ DNA ηνπντζνκεξάζε ΙΙ αληίζηνηρα. Ομηθό παξάγωγν- Τνπνηεθάλε Σρήκα 53: Πξνζάξαμε ηνπ νμηθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι- θσζικός αναζηολέας ηοποηεκάνη. Βεηαϊληθό παξάγωγν- Ιξηλνηεθάλε Σρήκα 54: Πξνζάξαμε ηνπ βεηαϊληθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι- θσζικός αναζηολέας ιρινοηεκάνη. 238

239 Σαιηθπιηθό παξάγωγν- Κακπηνζεθίλε Σρήκα 55: Πξνζάξαμε ηνπ ζαιηθπιηθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο Ι- θσζικός αναζηολέας καμπηοθεκίνη. Πίλαθαο 4: Σπλδπαζηηθή δξάζε ζπκπιόθνπ- αλαζηνιέα ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε Ι. Αλαζηνιέαο Σύκπινθν- Αλαζηνιέαο Απνηίκεζε πξνζάξαμεο (kcal/mνl) Τνπνηεθάλε Ομηθό Τνπνηεθάλε -59,53-56,99 Ιξηλνηεθάλε Βεηαϊληθό - Ιξηλνηεθάλε -74,44-75,67 Κακπηνζεθίλε Σαιηθπιηθό - Κακπηνζεθίλε -55,72-53,19 Απφ ηελ απνηίκεζε ηεο πξνζάξαμεο ζπκπεξαίλνπκε πσο ην νμηθφ παξάγσγν θαηά ηελ πξνζάξαμή ηνπ κεηψλεη ηε δξάζε ηεο ηνπνηεθάλεο. Αληίζεηα, ην βεηατληθφ παξάγσγν εληζρχεη ηε δξάζε ηεο ηξηλνηεθάλεο θαη ηέινο, ην ζαιηθπιηθφ παξάγσγν πξνθαιεί κείσζε ηεο δξάζεο ηεο θακπηνζεθίλεο. 239

240 Κηηξηθό παξάγωγν- Ακζαθξίλε Σρήκα 56: Πξνζάξαμε ηνπ θηηξηθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ- θσζικός αναζηολέας αμζακρίνη. Πηπεξηδηληθό παξάγωγν- Δηνπνζίδε Σρήκα 57: Πξνζάξαμε ηνπ πηπεξηδηληθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ- θσζικός αναζηολέας εηοποζίδη. 240

241 Βελδνηθό παξάγωγν- Τεληπνζίδε Σρήκα 58: Πξνζάξαμε ηνπ βελδνϊθνύ παξαγώγνπ ζην ελεξγό θέληξν ηεο DNA ηνπνϊζνκεξάζεο ΙΙ- θσζικός αναζηολέας ηενιποζίδη. Πίλαθαο 5: Σπλδπαζηηθή δξάζε ζπκπιόθνπ- αλαζηνιέα ζηε DNA ηνπνϊζνκεξάζε ΙΙ. Αλαζηνιέαο Σύκπινθν- Αλαζηνιέαο Απνηίκεζε πξνζάξαμεο (kcal/mνl) Ακζαθξίλε Κηηξηθό Ακζαθξίλε -36,62-70,76 Δηνπνζίδε Πηπεξηδηληθό - Δηνπνζίδε -79,95-88,10 Τεληπνζίδε Βελδνϊθό - Τεληπνζίδε -79,54-80,54 Σπκπεξαζκαηηθά, παξαηεξψληαο ηα απνηειέζκαηα ηνπ παξαπάλσ πίλαθα, ην θηηξηθφ, πηπεξηδηληθφ θαη βελδντθφ παξάγσγν εληζρχνπλ ηε δξάζε ησλ αλαζηνιέσλ ακζαθξίλε, εηνπνζίδε θαη ηεληπνζίδε αληίζηνηρα. 241

242 5. Δηδηθέο Δθαξκνγέο ηεο Μνξηαθήο Πξνζάξαμεο ζε Σπζηήκαηα Μεηαθνξάο Αληηθαξθηληθώλ Φαξκάθωλ θαη ζηε Βειηίωζε ηεο Μεζόδνπ Πξνζδηνξηζκνύ Κπηηαξνηνμηθόηεηαο Δηζαγωγή Σα ηειεπηαία ρξφληα είλαη ρηιηάδεο νη αλαθνξέο ζηε δηεζλή βηβιηνγξαθία πνπ αθνξνχλ ηηο εθαξκνγέο ηεο πξνζάξαμεο. Πέξα απφ ηελ θχξηα ηερληθή ζην ρψξν ηνπ ζρεδηαζκνχ θαξκάθσλ θαη ηελ πξφβιεςε λέσλ ηδηνηήησλ, ηφζν ε κνξηαθή πξνζάξαμε φζν θαη ε κνξηαθή κνληεινπνίεζε απνηεινχλ ρξήζηκα εξγαιεία ζε πιεζψξα άιισλ εθαξκνγψλ φπσο ζηε βηναπνθαηάζηαζε, ζην virtual screening, ζηε βειηηζηνπνίεζε δηαθφξσλ κεζφδσλ πξνζδηνξηζκνχ θ.ά. ην ζπγθεθξηκέλν θεθάιαην παξνπζηάδνληαη θάπνηεο εθαξκνγέο ηεο κνξηαθήο πξνζάξαμεο κε ηηο νπνίεο αζρνιεζήθακε θαη ζρεηίδνληαη κε ηελ πξφιεςε θαη ζεξαπεία ηνπ θαξθίλνπ. Σν θεθάιαην ρσξίδεηαη ζε δχν κέξε. ην πξψην κέξνο παξνπζηάδεηαη ε ζεσξεηηθή κειέηε πάλσ ζε ζπζηήκαηα κεηαθνξάο αληηθαξθηληθψλ θαξκάθσλ, ηα νπνία απνηεινχλ κηα ζχγρξνλε κνξθή αληηθαξθηληθήο ζεξαπείαο. θνπφο ηεο κειέηεο είλαη ε δπλαηφηεηα αλάπηπμεο ηέηνησλ ζπζηεκάησλ ρξεζηκνπνηψληαο σο θνξείο αληηθαξθηληθψλ νπζηψλ, νξπθηέο χιεο. ην δεχηεξν κέξνο επηρεηξήζεθε ε βειηίσζε ηεο κεζφδνπ πξνζδηνξηζκνχ ηεο θπηηαξνηνμηθφηεηαο θαη θπηηαξηθνχ ζαλάηνπ, ε νπνία βαζίδεηαη ζηε ρξσζηηθή ζνπιθνξνδακίλε. θνπφο απηήο είλαη ε αλεχξεζε λέαο ρξσζηηθήο ή ε ηξνπνπνίεζε ηεο ζνπιθνξνδακίλεο ψζηε λα βειηησζεί ν ιφγνο ζήκαηνο πξνο ζφξπβν, ε αλάιπζε θαη επαηζζεζία ηεο κεζφδνπ θαζψο θαη ε ηθαλφηεηα ζχλδεζεο κε ηα βαζηθά ακηλνμέα. Σπζηήκαηα Μεηαθνξάο Αληηθαξθηληθώλ Φαξκάθωλ 5.1 Θεωξεηηθό Μέξνο Σα θάξκαθα πνπ ρνξεγνχληαη κε ηηο ζπκβαηηθέο κεζφδνπο (ζηνκαηηθή, ξηληθή, πξσθηηθή, δηαδεξκηθή ή ελέζηκε) δηαζπείξνληαη ζε φιν ην αλζξψπηλν ζψκα θαη φρη απνθιεηζηηθά ζην κέινο πνπ λνζεί επηβαξχλνληαο ην ζχλνιν ηνπ νξγαληζκνχ. Δπηπιένλ, πνιιέο αζζέλεηεο φπσο ν θαξθίλνο, νη ζξνκβψζεηο, ε νζηενκπειίηηδα θαη δηάθνξεο ηνπηθέο ινηκψμεηο, είλαη δχζθνιν λα ζεξαπεπηνχλ κε ζπζηεκαηηθή αγσγή ιφγσ ηεο πνιππινθφηεηαο θαη ησλ ζνβαξψλ ζπλεπεηψλ ηνπο. Σα ηειεπηαία ρξφληα ε έξεπλα επηθεληξψζεθε ζην ζρεδηαζκφ θαη ηε δεκηνπξγία λέσλ ζπζηεκάησλ ηνπηθήο κεηαθνξάο θαη ειεγρφκελεο απνδέζκεπζεο ησλ θαξκάθσλ (drug delivery system, DDS). Σα DDS δηαθέξνπλ απφ ηηο ζπκβαηηθέο κεζφδνπο ζεξαπείαο δηφηη παξακέλνπλ ζηελ πεξηνρή ηνπ ζψκαηνο γηα κία παξαηεηακέλε πεξίνδν θαη απειεπζεξψλνπλ ην θάξκαθν κε ζπλερή, θπκαηλφκελν, ζπλερψο κεηνχκελν ή αθφκα θαη πεξηνδηθά παικηθφ ηξφπν 1. 1 Jain et al.,drug delivery systems-an Overview,V 437, Springer,

243 5.1.1 Σπζηήκα ηνπηθήο κεηαθνξάο θαη απνδέζκεπζεο θαξκάθνπ Ο φξνο αλαθέξεηαη ηφζν ζην ζρεδηαζκφ ηνπ θαξκάθνπ φζν θαη ζηνλ ηξφπν ρνξήγεζήο ηνπ. Πξφθεηηαη γηα ζρεκαηηζκνχο ή δηαηάμεηο πνπ κεηαθέξνπλ ζεξαπεπηηθέο νπζίεο ζε επηιεγκέλεο πεξηνρέο ηνπ ζψκαηνο παξέρνληαο, παξάιιεια, ηελ έγθαηξε θαη ηε βέιηηζηε απειεπζέξσζή ηνπο. Πξέπεη λα ζεκεησζεί φηη ην ζχζηεκα δε ιεηηνπξγεί ζεξαπεπηηθά, αιιά βειηηψλεη ηελ απνηειεζκαηηθφηεηα θαη ηελ αζθάιεηα ησλ ζεξαπεπηηθψλ νπζηψλ πνπ κεηαθέξεη. Μηα εθδνρή γηα ηε κεηαθνξά ησλ θαξκαθνινγηθά ελεξγψλ ζπζηαηηθψλ είλαη ε ειεγρφκελε απειεπζέξσζή ηνπο απφ θαηάιιεια DDS ηα νπνία εκθπηεχνληαη θνληά ζην φξγαλν πνπ λνζεί θαη εκθαλίδνπλ πιεζψξα πιενλεθηεκάησλ 2,3 φπσο: Τςειέο ηνπηθέο ζπγθεληξψζεηο ησλ ζεξαπεπηηθψλ νπζηψλ κε παξαηεηακέλε δηάξθεηα. Οξηζκέλα ζπζηήκαηα έρνπλ ηε δπλαηφηεηα λα εγθαζίζηαληαη θαη λα δηαηεξνχλ ηελ ηνπηθή θαξκαθεπηηθή δξάζε είηε απνηξέπνληαο ηελ έθρπζε ηνπ θαξκάθνπ απφ ηα ηνηρψκαηα ησλ αξηεξηψλ είηε ρξεζηκνπνηψληαο θνξείο πνπ παξαηείλνπλ ηε δηάξθεηα ηεο απειεπζέξσζεο. Βειηίσζε ηεο απνηειεζκαηηθφηεηαο ηνπ θαξκάθνπ θαζψο παξαηείλεηαη ε δξάζε ηνπ θαη ειέγρεηαη ε απνδέζκεπζή ηνπ ζηνλ νξγαληζκφ. Διαρηζηνπνίεζε ησλ αλεπηζχκεησλ παξελεξγεηψλ. Βειηηζηνπνίεζε ηεο δνζνινγίαο, θαζψο απαηηνχληαη κηθξφηεξεο θαη ιηγφηεξεο ζε πιήζνο δφζεηο. Πεξηνξηζκφο ηεο πξνιεπηηθήο θαξκαθεπηηθήο αγσγήο γηα θάξκαθα πνπ ρνξεγνχληαη ζπζηεκαηηθά. Απινχζηεπζε θαη αξηζηνπνίεζε ηεο ζεξαπεπηηθήο αγσγήο. Σνπηθή κεηαθνξά ζεξαπεπηηθψλ νπζηψλ κε ζρεηηθά κηθξφ ρξφλν εκηδσήο, φπσο πξσηεΐλεο, ιηπίδηα θαη λνπθιετθά νμέα, κε ειάρηζηεο απψιεηεο ζηε ζεξαπεπηηθή ηνπο δξάζε. Γηεπθφιπλζε ηεο κεηαθνξάο καθξνκνξίσλ θαη ζπζηαηηθψλ ρακειήο δηαιπηφηεηαο. ηελ πεξίπησζε ησλ αληηθαξθηληθψλ θαξκάθσλ, ε ελδνκνξηαθή κεηαθνξά δελ πεξηνξίδεηαη απφ αλεπαξθή ξνή αίκαηνο πνπ πξνθαιείηαη απφ ζεξαπεία κε αθηηλνβνιία ή κε ρεηξνπξγηθή επέκβαζε. Πξνζηαζία ηνπ θαξκάθνπ απφ ηελ νμείδσζε, ιφγσ θσηφο θαη αηκνζθαηξηθνχ νμπγφλνπ. Μείσζε ηεο ηνμηθφηεηαο θαη πηεηηθφηεηαο ησλ νπζηψλ. Μείσζε ησλ πγξνζθνπηθψλ ηδηνηήησλ ησλ πιηθψλ. Αχμεζε ηεο ζηαζεξφηεηαο δηαθφξσλ νπζηψλ. Αληηκεηψπηζε πξνβιεκάησλ αζπκβαηφηεηαο κεηαμχ ελεξγψλ ζπζηαηηθψλ θαη δηαρσξηζκφο νπζηψλ κε αζχκβαηεο ηδηφηεηεο. 2 Cukierman E, The benefits and challenges associated with the use of drug delivery systems in cancer therapy, Biochem Pharmacol., 80(5):762-70, L Brannon-Peppas - International Journal of Pharmaceutics, Elsevier,

244 5.1.2 Φνξείο Φαξκαθεπηηθώλ Οπζηώλ Υδξνμπαπαηίηεο Ο πδξνμπαπαηίηεο (hydroxyapatite, HAP) είλαη κία θπζηθή κνξθή ηνπ αζβεζηνχρνπ απαηίηε κε κνξηαθφ ηχπν Ca 5 OH(PO 4 ) 3, πνπ ζπλήζσο γξάθεηαη σο Ca 10 (OH) 2 (PO 4 ) 6 ππνδειψληαο φηη ε κνλαδηαία θπςειίδα ηνπ θξπζηάιινπ πεξηιακβάλεη δχν κφξηα. Πξφθεηηαη γηα ην πην ζηαζεξφ ζεξκνδπλακηθά άιαο θσζθνξηθνχ αζβεζηίνπ πνπ απνηειεί θχξην δνκηθφ ζπζηαηηθφ ησλ νζηψλ θαη ησλ δνληηψλ, κε απνηέιεζκα λα ρξεζηκνπνηείηαη ζηελ πξνεηνηκαζία βηνελεξγψλ πιηθψλ. Δπίζεο, είλαη κία έλσζε κε εθαξκνγέο ζηελ θαηάιπζε, ζηε βηνκεραλία ιηπαζκάησλ, ζηε ρξσκαηνγξαθία ησλ πξσηετλψλ θαη παξνπζηάδεη ηδηαίηεξν ελδηαθέξνλ φζνλ αθνξά ηε βηνινγηθή ηνπ δξάζε. πλήζσο σο ΖΑΡ αλαθέξνληαη θαη νη βηνινγηθνί απαηίηεο, πνπ απνηεινχλ ηελ αλφξγαλε θάζε αζβεζηνχρσλ ηζηψλ (αδακαληίλε, νδνληίλε, νζηφ) θαη κεξηθψλ παζνινγηθψλ αζβεζηνπνηήζεσλ. ηελ πξαγκαηηθφηεηα, νη βηνινγηθνί απαηίηεο δηαθέξνπλ απφ ην ζπλζεηηθφ ΖΑΡ σο πξνο ηε ζηνηρεηνκεηξία, ηε ζχζηαζε, ηελ θξπζηαιιηθφηεηα θαη άιιεο θπζηθνκεραληθέο ηδηφηεηεο 4. Μνξθνινγηθά, ν πνξψδεο HAP έρεη βξεζεί φηη κηκείηαη ηελ πνξψδε θχζε ησλ νζηψλ θαη έρεη ρξεζηκνπνηεζεί επξέσο σο πιηθφ αληηθαηάζηαζήο ηνπο. Λφγσ ηνπ κηθξνχ ηνπ βάξνπο θαη ηεο θαηάιιειεο ρσξεηηθφηεηαο πνπ παξέρεηαη απφ ην δίθηπν ησλ πφξσλ ηνπ κπνξεί λα αλαπηπρζεί νζηίηεο ηζηφο θαη λα επηηαρπλζεί ε αληηθαηάζηαζε ηνπ πιηθνχ απφ απηφλ. Σν κεηνλέθηεκα ηνπ HAP είλαη φηη νη κεραληθέο ηνπ ηδηφηεηεο, εηδηθά ε ειαζηηθφηεηα, πζηεξεί ζε ζχγθξηζε κε ηνλ νζηίηε ηζηφ θαη γη απηφ ην ιφγν δε ρξεζηκνπνηείηαη ζηελ νξζνπεδηθή. ρήκα 1: Απεηθόληζε ηεο κνλαδηαίαο θπςειίδαο ελόο θξπζηάιινπ ΗΑΡ Σα ηειεπηαία ρξφληα, ην επηζηεκνληθφ ελδηαθέξνλ έρεη ζηξαθεί ζηε ρξήζε ηνπ HAP σο κέζνπ κεηαθνξάο θαξκάθσλ γηα ηελ ηνπηθή θαη ειεγρφκελε απνδέζκεπζή ηνπο, εθκεηαιιεπφκελνη ηηο ρεκηθέο, θπζηθέο θαη βηνινγηθέο ηνπ ηδηφηεηεο, ηε βηνζπκβαηφηεηα θαη ηελ ηθαλφηεηα πςειήο αιιειεπίδξαζεο ηεο επηθάλεηάο ηνπ. Δηδηθφηεξα, ηφζν ν ζρεκαηηζκφο ησλ θξπζηάιισλ ηνπ φζν θαη ηα θπζηθνρεκηθά ραξαθηεξηζηηθά ηνπ, φπσο ρεκηθή ζχζηαζε θαη δνκή, πνξψδεο, κέγεζνο - επηθάλεηα πφξνπ θαη ηνληηθή ζχζηαζε ζηελ θαηάζηαζε ηζνξξνπίαο, παίδνπλ θαζνξηζηηθφ ξφιν ζηε ζχλδεζε θαη ζηε κεηαθνξά ησλ ρεκηθψλ ζπζηαηηθψλ ππφ ζπλζήθεο φπνπ δηαηεξνχληαη νη θπζηθνρεκηθέο ηνπ ηδηφηεηεο. Πνιιέο κειέηεο έρνπλ απνδείμεη ηελ ηθαλφηεηα 4 Cao &Hench, Mechanical properties, Corrosion behavior and bioactivity, Ceram Int 22:

245 ηνπ HAP λα ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηε κεηαθνξά δηαθφξσλ ηχπσλ θαξκαθεπηηθψλ νπζηψλ φπσο πξσηετλψλ 5,6, νξκνλψλ 7 θαη αληηθαξθηληθψλ 8,9. πγθεθξηκέλα, ζε πεηξάκαηα 10 φπνπ πεξηγξάθεηαη ε in vitro ζχλδεζε θαη απειεπζέξσζε ηνπ αληηθαξθηληθνχ θαξκάθνπ cisplatin απφ θξπζηάιινπο ζπλζεηηθνχ HAP ζε δηάθνξα πδαηηθά δηαιχκαηα, δηαπηζηψζεθε φηη ηφζν ε πξνζξφθεζε φζν θαη ε εθξφθεζε εμαξηψληαη ζεκαληηθά απφ ηελ ηνληθή ζχζηαζε ησλ πδαηηθψλ κέζσλ. ε ζηαζεξφ ph=7,4 κεγαιχηεξε πξνζξφθεζε παξαηεξείηαη ζε ξπζκηζηηθά δηαιχκαηα άλεπ ρισξηδίσλ ελψ ε εθξνθνχκελε πνζφηεηα απμάλεηαη πξννδεπηηθά κε ηελ αχμεζε ηεο ζπγθέληξσζεο ησλ ρισξηδίσλ. Απηφ ππνδεηθλχεη φηη ηα έλπδξα παξάγσγα ηεο cisplatin επηδξνχλ ζηελ πξνζξφθεζή ηεο απφ θξπζηάιινπο HAP. Ο ξπζκφο εθξφθεζεο παξακέλεη ρακειφο αθφκε θαη ζην δηάιπκα κε ηε κέγηζηε ζπγθέληξσζε ρισξηδίσλ θαζψο ην 33% ηεο cisplatin εθξνθάηαη ζε 4,25 εκέξεο. Σα απνηειέζκαηα απηά δεηθλχνπλ φηη ε ζχλδεζε ηεο cisplatin ζε ΖΑΡ κπνξεί λα είλαη ρξήζηκε ζηελ ηνπηθή ζεξαπεία θαθνήζσλ φγθσλ Φωηδεζίηεο Ο θσηδεζίηεο (faujasite, FAU) είλαη έλα εθαηζηεηνγελέο νξπθηφ πνπ αλήθεη ζηελ νηθνγέλεηα ησλ ΕΔΟ κε ρεκηθφ ηχπν: (Ca,Mg,Na 2 ) H 2 O (Al 58 Si 134 O 384 ). Οη δεφιηζνη έρνπλ κία άθακπηε, ηξηζδηάζηαηε, θπςεινεηδή θξπζηαιιηθή δνκή απνηεινχκελε απφ έλα δίθηπν εζσηεξηθά ζπλδεδεκέλσλ θαλαιηψλ θαη θειηψλ. Απνηεινχληαη απφ (Si,Al)O 4 ηεηξάεδξα πνπ κνηξάδνληαη ηα νμπγφλα ηνπο θαη ραξαθηεξίδνληαη απφ ην γεληθφ ρεκηθφ ηχπν [(Si,Al)(O 0,5 ) 4 ]n=[(si,al)o 2 ]n. Κάζε ΕΔΟ, θπζηθφο ή ζπλζεηηθφο, έρεη κία ηξηζδηάζηαηε δνκή ζπλδεδεκέλσλ θνηινηήησλ πνπ ηνπ πξνζδίδεη ζεκαληηθέο πξνζξνθεηηθέο, θαηαιπηηθέο θαη ηνληναληαιιαθηηθέο ηδηφηεηεο. 5 Wang Bo et al., Protein adsorption onto nanosized hydroxyapatite particles for controlled drug release Chemical Research in Chinese Universities, V 23, Issue 3, p , Elsevier, Tomoda et al., Hydroxyapatite particles as drug carriers for proteins, Colloids and Surfaces, Biointerfaces, V 76, Issue 1, p , Elsevier, Guicheux et al. Calcium phosphate biomaterials as bone drug delivery systems: a review, Drug Discovery Today, V 15, p , Elsevier, Burgos et al., Controlled release of rhodium (II) carboxylates and their association complexes with cyclodextrins from hydroxyapatite matrix, Biomaterials, V23, p , Elsevier, Santos et al., Adsorption Mechanism of 5-Flourouracil on Different Hydroxyapatite Particles, Materials Science Forum, V 514, p , scientific.net, Barroug A., Glimcher M.J., Hydroxyapatite crystals as a local drug delivery system for cisplatin: adsorption and release of cisplatin in vitro, Appl. Journal of orthopaedic research, vol. 20, ,

246 ρήκα 2: Απεηθόληζε ηνπ ζρεκαηηζκνύ ηνπ ζθειεηνύ ηνπ ZEO Ο θσηδεζίηεο είλαη έλπδξν αξγηιηνππξηηηθφ νξπθηφ κε θπςεινεηδή δνκή απνηεινχκελε απφ δχν αλεμάξηεηα, κνινλφηη αιιεινζπλδένληαη, ηξηζδηάζηαηα πιέγκαηα θνηινηήησλ. Σν έλα ζπλίζηαηαη απφ έλα ηεηξαεδξηθφ, ηχπνπ δηακαληηνχ πιέγκα πνπ ζρεκαηίδεηαη απφ δαθηπιίνπο 12 ηεηξαέδξσλ, γεγνλφο πνπ πξνθαιεί κεγάιεο θνηιφηεηεο, ηα νπνία θαινχληαη ππεξθισβνί. Σν άιιν πιέγκα δεκηνπξγείηαη απφ ηε ζπλαξκφλεζε κηθξφηεξσλ θισβψλ, πνπ θαινχληαη ζνδαιηηηθνί θισβνί, ζε έλα ηεηξαεδξηθφ, ηχπνπ δηακαληηνχ πιέγκα ζπλελσκέλσλ δαθηπιίσλ 6 ηεηξαέδξσλ. Ωζηφζν, κεηαμχ ησλ ζνδαιηηηθψλ θισβψλ ζρεκαηίδνληαη θαη δεπηεξεχνπζεο θνηιφηεηεο πνπ είλαη εμαγσληθά πξίζκαηα (ζρήκα 3). ρήκα 3: Πιεγκαηηθή δνκή ελόο FAU. Σφζν ν θπζηθφο φζν θαη νη ζπλζεηηθνί FAU εκθαλίδνπλ ηδηφηεηεο πνπ επηηξέπνπλ ηε ρξήζε ηνπο σο θνξείο θαξκάθσλ. Ζ πςειή πξνζξνθεηηθή θαη ηνληναληαιιαθηηθή ηθαλφηεηα, ε κε ηνμηθφηεηα θαη ε βηνζπκβαηφηεηα είλαη νη βαζηθέο ηδηφηεηεο πνπ εθκεηαιιεχνληαη νη εξεπλεηέο ζηηο κειέηεο ηνπο γηα ην ζρεδηαζκφ θαη ηελ παξαζθεπή DDS αληηθαξθηληθψλ, αληηθιεγκνλσδψλ, αληηκηθξνβηαθψλ θαξκάθσλ 11,12, Auerbach S.M., Carrado K.A., Dutta P.K., Handbook of Zeolite science and technology, Markel Dekker, Rimoli M.G., Rabaioli M.R., Melisi D., Curcio A., Mondello S., Mirabelli R., Abignente E., Synthetic zeolites as a new tool for drug delivery, Journal of Biomedical Materials Research part A, vol. 87, ,

247 Υαξαθηεξηζηηθφ παξάδεηγκα απνηειεί ε κειέηε γηα ηελ αλάπηπμε ελφο λένπ DDS πνπ θέξεη εγθισβηζκέλν ην αληηθαξθηληθφ θάξκαθν a-cyano-4-hydroxycinnamic acid, ρξεζηκνπνηψληαο ην νξπθηφ NaY ZEO σο θνξέα. Γηαπηζηψζεθε φηη ην κφξην ηνπ θαξκάθνπ εγθισβίδεηαη επηηπρψο ζηνπο ππεξθισβνχο ηνπ NaY ZEO ρσξίο δηαθνξνπνίεζε ή απψιεηα ηεο θξπζηαιιηθφηεηαο ηνπ ζθειεηνχ ηνπ ΕΔΟ, ελψ ην θάξκαθν δηαηεξεί ηε κνξηαθή ηνπ αθεξαηφηεηα. Δπηπιένλ, ε απνηειεζκαηηθφηεηα ηνπ θαξκάθνπ απμάλεη φηαλ ρνξεγείηαη εγθισβηζκέλν ζην NaY ZEO. Σα απνηειέζκαηα απηά ππνδεηθλχνπλ ηε δπλαηφηεηα ησλ ΕΔΟ λα κεηαθέξνπλ θάξκαθα ζηα θαξθηληθά θχηηαξα Μνληκνξηιινλίηεο Ο κνληκνξηιινλίηεο (montmorillonite, MMT) είλαη έλα αξγηινππξηηηθφ, θπιιφκνξθν νξπθηφ πνπ αλήθεη ζηελ επξχηεξε νηθνγέλεηα ησλ ζκεθηηηψλ. Ο γεληθφο ρεκηθφο ηνπο ηχπνο είλαη (Al 2 ymgy)(si 4 xalx)o 10 (OH) 2 Ex+y nh 2 O, φπνπ Δ: Na +, Ca 2+, Mg 2+ θ.ά. Όηαλ y>x ν ζκεθηίηεο θαιείηαη ΜΜΣ 14. Σα αξγηινππξηηηθά νξπθηά ησλ ζκεθηηηηθψλ νκάδσλ, ζηα νπνία εληάζζεηαη θαη ν ΜΜΣ, απαληψληαη ζηε κνξθή πνιχ κηθξψλ θξπζηάιισλ κε ζπρλά αηειή δνκή. Θεσξίεο ζρεηηθά κε ηε θχζε ηεο δνκήο ηνπο πξνθχπηνπλ απφ ηελ ππφζεζε φηη απνηειείηαη απφ 2:1 επίπεδα κεηαμχ ησλ νπνίσλ ππάξρνπλ αληαιιάμηκα έλπδξα ηφληα. H πνιπζηξσκαηηθή απηή θξπζηαιιηθή δνκή επαλαιακβάλεηαη νκνηφκνξθα ζε φια ηα ηκήκαηα ησλ θξπζηάιισλ ηνπο (ζρήκα 4). ρήκα 4: Κξπζηαιιηθή δνκή MMT. Πην αλαιπηηθά, πεξηέρνπλ έλα ζπλερέο νθηαεδξηθφ επίπεδν νμεηδίσλ αξγηιίνπ (Al 2 O 3 ) ή καγλεζίνπ (MgO) πνπ είλαη ζπλδεδεκέλν θαη απφ ηηο δπν πιεπξέο κε έλα ζπλερέο επίπεδν νμεηδίσλ ππξηηίνπ (SiO 4 ) (ζρήκα 5). Σν επίπεδν νμεηδίσλ ππξηηίνπ ζπλζέηεηαη απφ ηεηξάεδξα κε 13 Dyer A, Morgan S, Welles P, Williams C., The use of zeolites as slow release anthelmintic carriers. J.Helminthol, 74: , Viani et al., The nature of disorder in montmorillonite by simulation of X-ray powder patterns American Mineralogist v. 87 no. 7 p ,

248 3 κνηξαζκέλα νμπγφλα, δεκηνπξγψληαο δηαζπλδεδεκέλα δαρηπιίδηα κε εμαγσληθά αλνίγκαηα. Όηαλ ηα επηθξαηέζηεξα νθηαεδξηθά θαηηφληα είλαη Al 3+, φπσο ζηνλ αξγηιινππξηηηθφ ΜΜΣ, ε εμηζνξξφπεζε ηνπ θνξηίνπ κέζα ζην πιέγκα απαηηεί κφλν 2 απφ θάζε 3 νθηαεδξηθέο ζέζεηο λα είλαη πιεξσκέλεο θαη ην νξπθηφ ηεο αξγίινπ πεξηγξάθεηαη σο δηνθηαεδξηθφ. Αλ ην Mg 2+ επηθξαηεί, φπσο ζην καγλεζηνππξηηηθφ ζαπνλίηε θαη εθηνξίηε, φιεο νη νθηαεδξηθέο ζέζεηο πξέπεη λα είλαη πιεξσκέλεο θαη ην νξπθηφ ηεο αξγίινπ θαιείηαη ηξηνθηαεδξηθφ. Απηή ε δηθηπσηή δνκή κπνξεί ειαθξψο λα δηνγθσζεί θαη λα ζπλδέζεη κφξηα εμσηεξηθά θαη εζσηεξηθά. ρήκα 5:Κξπζηαιιηθή δνκή δηνθηαεδξηθνύ ζκεθηίηε Ο ΜΜΣ, σο ζκεθηίηεο, ραξαθηεξίδεηαη απφ αληηθαηαζηάζεηο κεηαιιηθψλ ηφλησλ κέζα ζην πιέγκα ηεο δνκήο ηνπ, κε απνηέιεζκα λα είλαη ειεθηξηθά αζηαζήο. πρλά ελζσκαηψλεη Mg 2+, Fe 2+ θαη Fe 3+ ζηε ζέζε ηνπ Al 3+ ζηα νθηαεδξηθά επίπεδα θαη Al 3+ ζηε ζέζε ηνπ Si 4+ ζηα ηεηξαεδξηθά επίπεδα. Απηή ε αληηθαηάζηαζε απφ ηφληα παξφκνηνπ κεγέζνπο πνπ θέξνπλ δηαθνξεηηθφ ειεθηξηθφ θνξηίν θαη κάιηζηα κηθξφηεξν, ζε ζπλδπαζκφ κε ην φηη ν αξηζκφο ησλ αξλεηηθψλ αηφκσλ νμπγφλνπ ζην πιέγκα είλαη ζηαζεξφο, νδεγεί ζε ειεθηξνληθή αληζνξξνπία πνπ κεηαθέξεηαη ζαλ αξλεηηθφ ειεθηξηθφ θνξηίν ζηνλ ελδνζηξσκαηηθφ ρψξν ηνπ ΜΜΣ. Ζ έλσζε θαηηφλησλ, φπσο Ca 2+, Mg 2+, K +, Na +, κε ην αξγηινππξηηηθφ πιέγκα εμνπδεηεξψλεη απηά ηα αξλεηηθά θνξηία θαζψο ηα κεηαιιηθά ηφληα ζπλδένληαη ειεθηξνζηαηηθά ζηνλ ελδνζηξσκαηηθφ ρψξν κεηαμχ ησλ επηπέδσλ ηεο αξγηινππξηηηθήο δνκήο. Σα αξγηινππξηηηθά νξπθηά είλαη ρξήζηκα ζηε θαξκαθεπηηθή εμαηηίαο ηεο πςειήο πξνζξνθεηηθήο θαη θαηηνλναληαιιαθηηθήο ηθαλφηεηαο, ηεο εζσηεξηθήο επηθάλεηαο, ησλ ελδνζηξσκαηηθψλ αληηδξάζεσλ, ηεο ρεκηθήο αδξάλεηαο, ησλ ξενινγηθψλ ηδηνηήησλ, ηεο βηναδξάλεηαο θαη ηεο ρακειήο ή κεδεληθήο ηνμηθφηεηαο. Οη ζκεθηίηεο, κάιηζηα, έρνπλ επξέσο ρξεζηκνπνηεζεί εμίζνπ σο ελεξγά θαη αδξαλή ζπζηαηηθά ζε θαξκαθεπηηθά ζθεπάζκαηα 15. Ζ ρξήζε ηνπο σο ζπζηαηηθά ησλ DDS έρεη απμαλφκελν ελδηαθέξνλ θαζψο απνηεινχλ θπζηθά 15 Backles R., Biomaterials for drug delivery systems, Journal of biomedical materials research, vol. 17, ,

249 έθδνρα παξέρνληαο έλα κνλαδηθφ ζπλδπαζκφ θπζηθνρεκηθψλ ηδηνηήησλ ζπκπεξηιακβαλνκέλσλ ηεο αληαιιαγήο θαηηφλησλ (ζηηο έδξεο) θαη αληφλησλ (ζηηο αθκέο), δεζκνχο πδξνγφλνπ (ζηηο αθκέο), παξεκβνιή κεηαμχ ησλ επηπέδσλ, κεγάιε πξνζξνθεηηθή επηθάλεηα, πδξνθνβηθέο αιιειεπηδξάζεηο van der Waals. Ο κεραληζκφο πνπ επηθξαηεί θάζε θνξά εμαξηάηαη απφ ην αξγηινππξηηηθφ νξπθηφ θαη ηηο θπζηθνρεκηθέο ηδηφηεηεο ηνπ θαξκάθνπ 16. Ο ΜΜΣ είλαη έλαο ζκεθηίηεο ηδηαίηεξα ππνζρφκελνο σο θνξέαο θαξκάθσλ θαη γη απηφ πνιινί εξεπλεηέο έρνπλ ζηξέςεη ην ελδηαθέξνλ ηνπο θαη κειεηνχλ ηηο δπλαηφηεηεο θαη ηνπο ηξφπνπο αιιειεπίδξαζήο ηνπ κε δηάθνξα νξγαληθά, θαξκαθεπηηθά κφξηα, φπσο βηηακίλεο 17, ακηλνμέα, πξσηεΐλεο 18, αληηθιεγκνλψδε θαη αληηθαξθηληθά 19 θάξκαθα. Υαξαθηεξηζηηθφ παξάδεηγκα απνηειεί ε κειέηε ηεο πξνζξφθεζεο ηνπ ρεκεηνζεξαπεπηηθνχ θαξκάθνπ 5-fluorouracil (5-FU) πάλσ ζε ΜΜΣ κε FT-IR θαζκαηνζθνπία απφ φπνπ βξέζεθε φηη ην θάξκαθν ζπλδέεηαη ζηα θαηά Lewis φμηλα θέληξα άκεζα ή έκκεζα κέζσ γεθπξψλ λεξνχ Φαξκαθεπηηθέο Οπζίεο Οη θαξκαθεπηηθέο νπζίεο πνπ ρξεζηκνπνηήζεθαλ είλαη επξέσο ρξεζηκνπνηνχκελα θάξκαθα γηα ηελ θαηαπνιέκεζε δηαθφξσλ ηχπσλ θαξθίλνπ. Όπσο θάζε θάξκαθν, έρνπλ πνιιέο παξελέξγεηεο νη νπνίεο ζα κπνξνχζαλ λα πεξηνξηζηνχλ αλ ε ρνξήγεζή ηνπο επηηεπρζεί κέζσ ζπζηεκάησλ κεηαθνξάο Υδξνριωξηθή Γεκζηηαβίλε Ζ πδξνρισξηθή γεκζηηαβίλε (gemcitabine hydrochloride, dfdu.hcl) είλαη ε δξαζηηθή νπζία ηνπ ρεκεηνζεξαπεπηηθνχ θαξκάθνπ κε ηελ εκπνξηθή νλνκαζία Gemzar, πνπ αλήθεη ζηελ νκάδα ησλ αληηκεηαβνιηηψλ θαη ρξεζηκνπνηείηαη ζηε ζεξαπεία δηαθφξσλ ηχπσλ θαξθίλνπ φπσο πλεχκνλα, σνζεθψλ, ζηήζνπο θαη παγθξέαηνο. Ζ dfdu.hcl κε ρεκηθή νλνκαζία 2 -δενμπ- 2,2 -δηθζνξηνθπηηδηληθφ κνλνυδξνρισξίδην (β-ηζνκεξέο) θαη εκπεηξηθφ ηχπν C 9 H 11 F 2 N 3 O 4.HCl (ζρήκα 6), αλήθεη ζηελ νηθνγέλεηα ησλ αλαιφγσλ ηεο δενμπθπηηδίλεο κε δίδπκα άηνκα θζνξίνπ σο ππνθαηαζηάηεο ζηε 2 -ζέζε ηνπ δενμπξηβνθνπξαλνδηιηθνχ δαθηπιίνπ. 16 Choy et al., Clay minerals and layered double hydroxides for novel biological applications, Applied Clay Science, V36, Issues 1 3, p , Elsevier, Kevadiya et al., Montmorillonite as a drug delivery system: Intercalation and in vitro release of timolol maleate, International Journal of Pharmaceutics, V 374, Issues 1 2, p 53 57, Elsevier, Wang et al., Akalin et al., Adsorption and interaction of 5-fluorouracil with montmorillonite and saponite by FT-IR spectroscopy, Journal of Molecular Structure, V , p , Elsevier,

250 ρήκα 6: Γνκή πδξνρισξηθήο γεκζηηαβίλεο Όπσο αλαθέξεηαη ζε πξνεγνχκελν θεθάιαην, παξνπζηάδεη ζεκαληηθή θπηηαξνηνμηθή δξάζε σο πξνο έλα επξχ θάζκα θαξθηληθψλ θπηηαξηθψλ θαιιηεξγεηψλ. Δκθαλίδεη εθιεθηηθφηεηα σο πξνο ην ζηάδην ηνπ θπηηαξηθνχ θχθινπ, θαηαζηξέθνληαο θπξίσο ηα θχηηαξα πνπ βξίζθνληαη ζε θάζε ζχλζεζεο ηνπ DNA θαη εκπνδίδνληαο, ππφ νξηζκέλεο ζπλζήθεο, ηε κεηάβαζε ησλ θπηηάξσλ απφ ηε θάζε G1 ζηε θάζε S ηνπ θπηηαξηθνχ θχθινπ. Ζ θπηηαξνηνμηθή ηεο δξάζε εμαξηάηαη, in vitro, απφ ηε ζπγθέληξσζε θαη ην ρξφλν. Ζ dfdu κεηαβνιίδεηαη ελδνθπηηαξηθά κε θσζθνξηιίσζε απφ λνπθιενηηδηθέο θηλάζεο ζε ελεξγά δηθσζθνξηθά (dfdcdp) θαη ηξηθσζθνξηθά (dfdcσp) λνπθιενηίδηα. Ζ θπηηαξνηνμηθή ηεο δξάζε θαίλεηαη λα νθείιεηαη ζηελ αλαζηνιή ηεο ζχλζεζεο DNA 20 κέζσ δχν δξάζεσλ ησλ dfdcdp θαη dfdcσp. Αξρηθά, ε dfdcdp αλαζηέιιεη ηελ αλαγσγάζε ησλ ξηβνλνπθιενηηδίσλ, ην βαζηθφ έλδπκν θαηάιπζεο ησλ αληηδξάζεσλ ηεο ζχλζεζεο ησλ ηξηθσζθνξηθψλ δεζνμπλνπθιενηηδίσλ (dntps), ηα νπνία ζηε ζπλέρεηα ρξεζηκνπνηνχληαη ζηε ζχλζεζε ηνπ DNA. Ζ αλαζηνιή απηή επηθέξεη ηε γεληθή ειάηησζε ησλ ζπγθεληξψζεσλ φισλ ησλ δεζνλνπθιενηηδίσλ θαη εηδηθφηεξα ηνπ dcσp. Καηά ηε δεχηεξε δξάζε ε dfdcσp αληαγσλίδεηαη ην dcσp γηα ελζσκάησζε ζην λενζπληηζέκελν DNA. Οκνίσο, κία κηθξή πνζφηεηα dfdu κπνξεί επίζεο λα ελζσκαησζεί ζην RNA. Ζ κείσζε ζηελ ελδνθπηηαξηθή ζπγθέληξσζε ηνπ dcσp θαζηζηά δπλαηή ηελ ελζσκάησζε ηεο dfdcσp ζην DNA. Ζ DNA πνιπκεξάζε δελ κπνξεί λα αθαηξέζεη ηε dfdu θαη λα επηδηνξζψζεη ηνπο αληηγξαθφκελνπο θιψλνπο ηνπ DNA. Μεηά ηελ ελζσκάησζε ηεο dfdu ζην DNA πξνζηίζεηαη έλα επηπιένλ λνπθιενηίδην ζηνπο αλαπηπζζφκελνπο θιψλνπο ηνπ DNA κε απνηέιεζκα ηελ πιήξε αλαζηνιή ηεο πεξαηηέξσ ζχλζεζεο ηνπ DNA, γεγνλφο πνπ πξνάγεη ηε δηαδηθαζία θπηηαξηθνχ ζαλάηνπ, γλσζηή σο απφπησζε. 20 Pearce H.L., Miller M.A., The evolution of cancer research and drug discovery at Lilly Research Laboratories, Advances in enzyme regulation,, vol.45, ,

251 ρήκα 7: Δλζσκάησζε ηεο dfdu ζην DNA Ομαιηπιαηίλε Ζ νμαιηπιαηίλε (oxaliplatin, DACH-Pt) είλαη έλα ρεκεηνζεξαπεπηηθφ, αληηλενπιαζκαηηθφ θάξκαθν πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηε ζεξαπεία δηάθνξσλ ηχπσλ θαξθίλνπ κε ηελ εκπνξηθή νλνκαζία Eloxatin. Υνξεγείηαη κφλε ηεο ή ζε ζπλδπαζκφ κε άιια θάξκαθα (ζπλήζσο 5-θζνξηννπξαθίιε θαη ιεπθνβνξίλε θαη είλαη ηδηαίηεξα γλσζηή γηα ηε ζεξαπεία ηνπ θαξθίλνπ ηνπ παρένο εληέξνπ 21. H DACH-Pt είλαη έλα νξγαλνπιαηηληθφ ζχκπινθν πνπ αλήθεη ζηελ ίδηα νηθνγέλεηα θαξκάθσλ κε ηε ζηζπιαηίλε. Έρεη κνξηαθφ ηχπν C 8 H 14 N 2 O 4 Pt κε ηελ νλνκαζία cis-[(1r,2r)-1,2 θπθινεμαλνδηακίλε-n,n ] [φμπιν(2-)-o,o ] πιαηίλα, φπνπ ην άηνκν πιαηίλαο ελψλεηαη κε ην 1,2 δηακηλνθπθινεμάλην θαη κε ην νμαιηθφ ηφλ ζρεκαηίδνληαο ζχκπινθν. Όπσο θαη ε ζηζπιαηίλε, δξα σο έλαο αιθπιησκέλνο θπηηαξνηνμηθφο παξάγνληαο πνπ εκπνδίδεη απνηειεζκαηηθά ηε ζχλζεζε θαη επηδηφξζσζε ηνπ DNA. Ζ DACH-Pt ελεξγνπνηείηαη ηαρέσο θαη κε ελδπκηθά κέζσ κηαο ζεηξάο αληηδξάζεσλ πνπ νδεγνχλ ζηε κεηαηφπηζε ηνπ νμαιηθνχ δαθηπιίνπ απφ δχν ριψξηα θαη κεηέπεηηα ζηε δεκηνπξγία κηαο πνηθηιίαο απφ έλπδξα είδε πνπ αληηδξνχλ κε καθξνκφξηα κέζα ζην θχηηαξν (ζρήκα 8). 21 Eloxatin, Summary of product characteristics. Sanofi Winthrop Ltd,

252 ρήκα 8: Παξεκβνιή ηεο DACH-Pt ζηηο δηεξγαζίεο ηνπ DNA πγθεθξηκέλα, ν δηέλπδξνο δηακηλνθπθινεμάλην ιεπθφρξπζνο είλαη έλαο αιθπιησηηθφο παξάγνληαο ηθαλφο λα αληηδξά κε δχν ζπλερφκελεο γνπαλίλεο ή γνπαλίλε θαη αδελίλε παξέρνληαο είηε ελδνθισληθέο είηε δηαθισληθέο ζπδεχμεηο (ζρήκα 9) πνπ παξεκπνδίδνπλ ην δηαρσξηζκφ ηνπ θιψλνπ πνπ απαηηείηαη γηα ηηο δηεξγαζίεο ηνπ DNA φπσο ε αλαπαξαγσγή θαη ε επηδηφξζσζε. Θεσξείηαη φηη ην νγθψδεο ππφινηπν απφ ηα παξάγσγα ηνπ δηακηλνθπθινεμαλίνπ εκπνδίδεη ή θαζπζηεξεί ζεκαληηθά ην κεραληζκφ επηδηφξζσζεο ηνπ DNA ν νπνίνο δηαθνξεηηθά απνκαθξχλεη ηέηνηεο απνθιίλνπζεο δνκέο. Ωζηφζν, απηά ηα DACH-Pt παξάγσγα εκθαλίδνληαη πεξηζζφηεξν απνηειεζκαηηθά θαη θπηηαξνηνμηθά απφ ηα παξάγσγα ηεο ζηζπιαηίλεο φζνλ αθνξά ηελ παξεκπφδηζε ηεο ζχλζεζεο ηνπ DNA εμαηηίαο ησλ δηαθνξψλ ηνπο ζηνπο ζηφρνπο θαη ηνπο κεραληζκνχο δξάζεο. ρήκα 9: Σα DNA παξάγσγα πξνζζήθεο πνπ δεκηνπξγήζεθαλ από ηελ DACH-Pt. Σέινο, in vivo κειέηεο απέδεημαλ ηελ αληηθαξθηληθή δξάζε ηεο DACH-Pt θαηά ηνπ θαξθίλνπ ηνπ εληέξνπ. ε ζπλδπαζκφ κε ηε 5-FU εκθαλίδεη in vitro θαη in vivo αληηπνιιαπιαζηαζηηθή δξαζηεξηφηεηα κεγαιχηεξε απφ νπνηνδήπνηε ζπζηαηηθφ ζε δηαθφξσλ ηχπσλ κνληέια, ΖΣ29 (έληεξν), GR (καζηφο) θαη L1210 (ιεπραηκία). 252

253 5.2 Υπνινγηζηηθό Μέξνο ηε ζπγθεθξηκέλε παξάγξαθν επηρεηξήζεθε κηα ζεσξεηηθή πξνζέγγηζε 22,23,24 ηεο πξνζξφθεζεο θαη εθξφθεζεο ησλ δχν αληηθαξθηληθψλ θαξκάθσλ απφ ηα ηξία νξπθηά ψζηε λα δηαπηζησζεί ε ηθαλφηεηά ηνπο λα δξνπλ σο θνξείο θαξκαθεπηηθψλ νπζηψλ Βειηηζηνπνίεζε γεωκεηξίαο Ηιεθηξνζηαηηθό δπλακηθό αληηθαξθηληθώλ θαξκάθωλ Αξρηθά, πξαγκαηνπνηήζεθαλ DFT ππνινγηζκνί ζην επίπεδν PW91 κε ζχλνιν βάζεο DZVP γηα ηε βειηηζηνπνίεζε ηεο γεσκεηξίαο ηεο πδξνρισξηθήο γεκζηηαβίλεο θαη ζην επίπεδν B3LYP κε ζχλνιν βάζεο LANl2DZ γηα ηε βειηηζηνπνίεζε ηεο γεσκεηξίαο ηεο νμαιηπιαηίλεο. Οη ελέξγεηεο ησλ βειηηζηνπνηεκέλσλ δνκψλ (ζρήκαηα 10, 11) είλαη θαη Hartrees γηα ηελ γεκζηηαβίλε θαη νμαιηπιαηίλε, αληίζηνηρα. ρήκα 10:Βειηηζηνπνηεκέλε δνκή ηεο Τδξνρισξηθήο Γεκζηηαβίλεο. 22 Betsiou M., Bantsis G., Zoi I., Sikalidis C.(2012) Adsorption and release of gemcitabine hydrochloride and oxaliplatin by hydroxyapatite, Ceramic International, 38 (4), Betsiou M., Bantsis G., Zoi I., Sikalidis C. (2011) Anticancer drugs loading into and in vitro release from faujasite, Clay Minerals, 46 (4), Betsiou M., Bantsis G., Zoi I., Bourliva A., Sikalidis C. (2013) Loading and delivery of anticancer drugs using montmorillonite, Int. J. Appl. Ceram.Technology, 1-8, 253

254 ρήκα 11:Βειηηζηνπνηεκέλε δνκή ηεο Ομαιηπιαηίλεο. ηε ζπλέρεηα, ππνινγίζηεθε ην ειεθηξνζηαηηθφ δπλακηθφ πάλσ ζην επίπεδν θάζε κνξίνπ κε ηηκέο ειάρηζηνπ δπλακηθνχ, kcal/mol γηα ηελ γεκζηηαβίλε θαη kcal/mol γηα ηελ νμαιηπιαηίλε. Ζ απεηθφληζε γίλεηαη κε ηζνυςείο θακπχιεο ειεθηξνζηαηηθνχ δπλακηθνχ πάλσ ζηε κνξηαθή επηθάλεηα ησλ δχν θαξκαθεπηηθψλ νπζηψλ (ζρήκαηα 12, 13) θαη ζεκεηψλνληαη κε θφθθηλν νη πεξηνρέο ειάρηζηνπ δπλακηθνχ (Vmin) πνπ αληηζηνηρνχλ ζηα πην ειεθηξαξλεηηθά άηνκα. πγθεθξηκέλα, ε ειάρηζηε ηηκή δπλακηθνχ ζηελ γεκζηηαβίλε βξίζθεηαη θνληά ζην θαξβνλπιηθφ νμπγφλν θαη άδσην, ελψ ζηελ νμαιηπιαηίλε εληνπίδεηαη ζηα νμαιηθά νμπγφλα. Απηέο νη ηηκέο ππνδεηθλχνπλ ηηο πηζαλφηεξεο ζέζεηο πξνζβνιήο ελφο ειεθηξνληφθηινπ. ρήκα 12: Ιζνϋςήο θακπύιε ειεθηξνζηαηηθνύ δπλακηθνύ πάλσ ζην επίπεδν ηεο Γεκζηηαβίλεο. 254

255 ρήκα 13: Ιζνϋςήο θακπύιε ειεθηξνζηαηηθνύ δπλακηθνύ πάλσ ζην επίπεδν ηεο Ομαιηπιαηίλεο. Γίλνληαη επίζεο, νη δνκέο ηνπ πδξνμπαπαηίηε, κνληκνξηιινλίηε θαη θσηδεζίηε (ζρήκαηα 14, 15, 16) θαη ζηε ζπλέρεηα νη κνξηαθέο αιιειεπηδξάζεηο απηψλ κε ηε γεκζηηαβίλε θαη νμαιηπιαηίλε φπσο πξνέθπςαλ απφ ηελ ηερληθή ηεο κνξηαθήο πξνζάξαμεο. ρήκα 14: Γνκή πδξνμπαπαηίηε. 255

256 ρήκα 15: Γνκή κνληκνξηιινλίηε. ρήκα 16: Γνκή θσηδεζίηε Μνξηαθέο αιιειεπηδξάζεηο θαξκάθωλ νξπθηώλ Πξαγκαηνπνηήζεθαλ θβαληνρεκηθνί ππνινγηζκνί κε ηελ ηερληθή ηεο κνξηαθήο πξνζάξαμεο, ψζηε λα δηεθξηληζηεί ν ηξφπνο κε ηνλ νπνίν νη θαξκαθεπηηθέο νπζίεο αιιειεπηδξνχλ κε ηνπο νξπθηνχο κεηαθνξείο. Σα απνηειέζκαηα ησλ απνηηκήζεσλ πξνζάξαμεο επηβεβαηψλνπλ ηελ κνξηαθή αλαγλψξηζε ησλ αληηθαξθηληθψλ νπζηψλ απφ ηηο νξπθηέο χιεο θαη νη απεηθνλίζεηο πνπ αθνινπζνχλ επεμεγνχλ ηα πξνθίι πξνζξφθεζεο θαη εθξφθεζεο θάζε νπζίαο απφ ην εθάζηνηε νξπθηφ. Αμίδεη λα ζεκεησζεί πσο ηα απνηειέζκαηα ηεο ζεσξεηηθήο κειέηεο ηαπηίδνληαη κε ηα πεηξακαηηθά δεδνκέλα. 256

257 Αλληλεπιδράζεις dfdu. HCl και DACH-Pt με ηον HAP ην ζρήκα παξαηεξείηαη φηη ην ειεθηξαξλεηηθφηεξν κέξνο ησλ αληηθαξθηληθψλ νπζηψλ γεκζηηαβίλεο θαη νμαιηπιαηίλεο, πξνζαξάδεη επηθαλεηαθά ζηελ ειεθηξνζεηηθή πιεπξά (Ca 2+ ) ηνπ πδξνμπαπαπαηίηε. Δθφζνλ ε νμαιηπιαηίλε παξνπζηάδεη αξλεηηθφηεξν δπλακηθφ απφ ηελ γεκζηηαβίλε, αιιειεπηδξά ηζρπξφηεξα κε ην νξπθηφ θαη είλαη ινγηθφ ην πξνθίι εθξφθεζεο λα είλαη νκαιφηεξν. ρήκα 17: Αιιειεπηδξάζεηο ηνπ HAP κε α) dfdu. HCl θαη β) DACH-Pt. Αλληλεπιδράζεις dfdu. HCl και DACH-Pt με ηον MMT Οη αληηθαξθηληθέο νπζίεο θαίλεηαη λα πξνζαξάδνπλ ζηελ επηθάλεηα ηνπ κνληκνξηιινλίηε κε ην ειεθηξαξλεηηθφηεξφ ηνπο ηκήκα λα πξνζεγγίδεη ηελ ειεθηξνζεηηθή πιεπξά ηνπ νξπθηνχ. Όπσο θαη ζηελ πεξίπησζε ηνπ πδξνμπαπαηίηε ην πξνθίι εθξφθεζεο ηεο νμαιηπιαηίλεο ζε ζρέζε κε απηφ ηεο γεκζηηαβίλεο είλαη νκαιφηεξν εθφζνλ ε νμαιηπιαηίλε αιιειεπηδξά ηζρπξφηεξα κε ην νξπθηφ. 257

258 ρήκα 18: Αιιειεπηδξάζεηο ηνπ ΜΜΣ κε α) dfdu. HCl θαη β) DACH-Pt Αλληλεπιδράζεις dfdu. HCl και DACH-Pt με ηον FAU ηε ζπλέρεηα απεηθνλίδεηαη ε πξνζάξαμε ηεο γεκζηηαβίλεο θαη ηεο νμαιηπιαηίλεο ζηνλ θσηδεζίηε. Ζ ειεθηξαξλεηηθφηεξε πεξηνρή ηεο γεκζηηαβίλεο πξνζεγγίδεη ηελ επηθάλεηα ηνπ νξπθηνχ ζε αληίζεζε κε ηελ νμαιηπιαηίλε ε νπνία πξνζαξάδεη ζηηο εζσηεξηθέο θνηιφηεηεο ηνπ θσηδεζίηε. Σν πξνθίι εθξφθεζεο πνπ απνξξέεη απφ ηα πεηξακαηηθά δεδνκέλα (ειεγρφκελε θαη νκαιή απνδέζκεπζε) ηεο νμαιηπιαηίλεο, δηθαηνινγείηαη πιήξσο απφ ηελ ηθαλφηεηά ηεο λα δηεηζδχεη ζηηο θνηιφηεηεο ηνπ νξπθηνχ. ρήκα 19: Αιιειεπηδξάζεηο ηνπ FAU κε α) dfdu. HCl θαη β) DACH-Pt. 258

259 Βειηίωζε ηεο Μεζόδνπ Πξνζδηνξηζκνύ Κπηηαξνηνμηθόηεηαο Θεωξεηηθό Μέξνο Ζ παξνχζα κειέηε 26 έγηλε κε ζθνπφ ηε βειηίσζε ηεο κεζφδνπ πξνζδηνξηζκνχ ηεο θπηηαξνηνμηθφηεηαο θαη θπηηαξηθνχ ζαλάηνπ ε νπνία είλαη βαζηζκέλε ζηε ρξσζηηθή sulforhodamine B (SRB), κε ηε βνήζεηα ηερληθψλ ππνινγηζηηθήο ρεκείαο θαη κνξηαθήο πξνζνκνίσζεο. Ζ κέζνδνο SRB ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηνλ πξνζδηνξηζκφ ηεο θπηηαξηθήο ππθλφηεηαο, βαζηζκέλε ζηε κέηξεζε ηνπ πεξηερνκέλνπ ησλ θπηηαξηθψλ πξσηετλψλ. Ζ κέζνδνο έρεη βειηηζηνπνηεζεί γηα ειέγρνπο θπηηαξνηνμηθφηεηαο ελψζεσλ. Ζ αξρή βαζίδεηαη ζηελ ηθαλφηεηα ηεο ρξσζηηθήο πξσηετλψλ SRB λα ζπλδέεηαη ζε βαζηθά ακηλνμέα. Με εθαξκνγή ηεο ππνινγηζηηθήο ρεκείαο θαη κνξηαθήο πξνζνκνίσζεο ζε βηβιηνζήθε νξγαληθψλ ελψζεσλ, δεηείηαη λα βξεζνχλ ελψζεηο πνπ ζα ηθαλνπνηνχλ θαη βειηηψλνπλ ηελ αξρή ζηελ νπνία ζηεξίδεηαη ε κέζνδνο SRB, επεξεάδνληαο παξακέηξνπο θξίζηκεο γηα ηελ απνηειεζκαηηθφηεηά ηεο. Μηα δεχηεξε πξνζέγγηζε είλαη ε ηξνπνπνίεζε ηεο δνκήο ηεο SRB κε ζηφρν ηα ίδηα απνηειέζκαηα. πγθεθξηκέλα, ε κειέηε ζηνρεχεη ζηελ αλεχξεζε λέαο ρξσζηηθήο ή ζηελ ηξνπνπνίεζε ηεο SRB θαη αλακέλεηαη λα βειηηψζεη: 1) ιφγν ζήκαηνο πξνο ζφξπβν, 2) αλάιπζε θαη επαηζζεζία, 3) ηθαλφηεηα ζχλδεζεο κε ηα βαζηθά ακηλνμέα ψζηε κεηά ην ζηάδην ηεο έθινπζεο κε 1% νμηθνχ νμένο λα κελ απνζπάηαη θαζφινπ ρξσζηηθή απφ ηα θχηηαξα, 4) δηαιπηνπνίεζε ηεο ρξσζηηθήο κε Tris-base, 5) γξακκηθφηεηα ζρεηηθά κε ηνλ εκθπηεχζηκν αξηζκφ θπηηάξσλ ζηα θξεάηηα ησλ κηθξνπιαθψλ. Ζ κέζνδνο πξνζδηνξηζκνχ θπηηαξνηνμηθφηεηαο SRB, ραξαθηεξίδεηαη απφ απιφηεηα, αθξίβεηα θαη επαλαιεςηκφηεηα θαη βαζίδεηαη ζηελ πνζνηηθνπνηεκέλε ρξψζε κε ηε ρξσζηηθή surforhodamine B (SRB), ησλ θπηηαξηθψλ πξσηετλψλ κνληκνπνηεκέλσλ κε ηξηρισξνμηθφ νμχ (TCA) θπηηάξσλ. Ζ SRB είλαη κηα αληνληθή ρξσζηηθή ακηλνμαλζάλεο ε νπνία ζρεκαηίδεη ειεθηξνζηαηηθφ ζχκπινθν κε ηα βαζηθά ππνιείκκαηα ακηλνμέσλ ησλ πξσηετλψλ θάησ απφ κέηξηα φμηλεο ζπλζήθεο. Γχν είλαη ηα βαζηθά ζεκεία ηεο κεζφδνπ SRB πξνζδηνξηζκνχ θπηηαξηθνχ ζαλάηνπ κε ηελ έκκεζε κέηξεζε ηεο ζπλνιηθήο πξσηετληθήο κάδαο. ηε ζχλδεζε ηεο ρξσζηηθήο SRB κε ηα βαζηθά ακηλνμέα ησλ θπηηαξηθψλ πξσηετλψλ θαη ζηε ζχλδεζή ηεο κε ην αληηδξαζηήξην πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα ηε δηαιπηνπνίεζε ηεο ήδε ζπλδεδεκέλεο ζηηο κνληκνπνηεκέλεο πξσηεΐλεο ρξσζηηθήο, tris(hydroxymethyl)aminomethane (tris-base). Ήζζνλνο ζεκαζίαο ζηελ απνηειεζκαηηθφηεηα ηεο κεζφδνπ, αιιά ην νπνίν ρξήδεη θαη απηνβειηίσζεο, είλαη θαη ην ζηάδην ηεο έθινπζεο κε 1% νμηθνχ νμένο γηα ηελ απνκάθξπλζε ηεο 25 ΔΠΑ Γ.Α. Καηζνχινο, Θεσξεηηθή κειέηε γηα ηε βειηηζηνπνίεζε ηεο κεζόδνπ πξνζδηνξηζκνύ ηεο θπηηαξνηνμηθόηεηαο SRB. 26 Γ.Γ. Γεξνκηραιφο, Η.Ν. Εψε, Α.Ξ. Λπγεξφο, Γ.Α. Καηζνχινο, Θεσξεηηθή κειέηε γηα ηε βειηηζηνπνίεζε ηεο κεζόδνπ πξνζδηνξηζκνύ ηεο θπηηαξνηνμηθόηεηαο SRB, 21 0 Παλει. πλέδξην Υεκείαο, Γεθέκβξηνο

260 πεξίζζεηαο ηεο ρξσζηηθήο, ησλ ήδε ρξσζκέλσλ κε ηελ SRB κνληκνπνηεκέλσλ θπηηάξσλ ψζηε λα κελ απνζπάηαη ρξσζηηθή ε νπνία έρεη πξνζδεζεί ζηα θχηηαξα. Σν ηεζη ηεο sulforhodamine B (SRB) γηα ηνλ πξνζδηνξηζκφ ηνπ θπηηαξηθνχ ζαλάηνπ γηα πξψηε θνξά πεξηγξάθεθε απφ ηνλ Skehan 27 θαη ηνπο ζπλεξγάηεο ηνπ θαη αλαπηχρζεθε γηα ρξήζε ζην κεγάιεο θιίκαθαο (large-scale) πξφγξακκα έξεπλαο θαη ζρεδηαζκνχ λέσλ αληηθαξθηληθψλ θαξκάθσλ ηνπ Δζληθνχ Ηλζηηηνχηνπ Καξθίλνπ. Δηδηθφηεξα, ε κέζνδνο SRB απνηειεί κηα θαηάιιειε θαη επαίζζεηε κέζνδν κέηξεζεο ηεο επαγφκελεο απφ θάξκαθα θπηηαξνηνμηθφηεηαο. Ζ κέζνδνο ειέγρνπ ηεο θπηηαξνηνμηθφηεηαο SRB βαζίδεηαη ζηελ ηθαλφηεηα ηεο ρξσζηηθήο SRB λα ζπλδέεηαη ειεθηξνζηαηηθά θαη εμαξηψκελα απφ ην ph, ζε πξσηετληθά βαζηθά ακηλνμέα 28. Κάησ απφ ήπηα φμηλεο ζπλζήθεο, ε SRB ζπλδέεηαη ζηα ππνιείκκαηα βαζηθψλ ακηλνμέσλ ησλ κνληκνπνηεκέλσλ κε ηξηρισξνμηθφ νμχ (TCA) θπηηάξσλ. Δλ ζπλερεία, κπνξεί λα εθρπιηζηεί απφ ηα θχηηαξα θαη λα δηαιπηνπνηεζεί κε αζζελείο βάζεηο φπσο ε tris base (ηξηο-πδξνμπκέζπιν ακηλνκεζάλην) θαη λα κεηξεζεί ε νπηηθή ηεο απνξξφθεζε. Ζ νπηηθή απνξξφθεζε (OD), ε νπνία κεηξάηαη ζε πιάθεο κηθξνθαιιηέξγεηαο ησλ 96 ζέζεσλ, είλαη επζέσο αλάινγε κε ηνλ αξηζκφ ησλ θπηηάξσλ θαη ηε ζπλνιηθή πξσηετληθή κάδα ζε ππθλφηεηεο θπηηάξσλ απφ 1 έσο 200 % (θαζψο ε ζχλδεζε ηεο SRB είλαη ζηνηρεηνκεηξηθή, ην πνζφ ηεο ρξσζηηθήο πνπ εθρπιίδεηαη απφ ηα θχηηαξα βξίζθεηαη ζε γξακκηθή ζπζρέηηζε κε ηε ζπλνιηθή θπηηαξηθή κάδα). Ζ κέζνδνο είλαη ρξσκαηνκεηξηθή θαη ην ρξψκα ηειηθνχ ζεκείνπ δε δηαζπάηαη θαη είλαη κνλίκσο ζηαζεξφ, κε θαηαιιειφηεξν κήθνο θχκαηνο κέηξεζεο ηεο απνξξφθεζεο ηνπ ρξψκαηνο ηα 564 nm. Μπνξεί βέβαηα λα γίλεη ε κέηξεζε ηνπ ρξψκαηνο θαη ζε ρακειφηεξν κήθνο θχκαηνο ( nm) εηδηθά φηαλ παξάγεηαη κεγάιε πνζφηεηα ηεο ρξσζηηθήο πνπ νδεγεί ζε κε γξακκηθή ζπζρέηηζε ηεο νπηηθήο απνξξφθεζεο κε ηνλ αξηζκφ ησλ θπηηάξσλ. Ζ ρξσζηηθή SRB είλαη κηα πδαηνδηαιπηή, αληνληθή ρξσζηηθή πξσηετλψλ θσηεηλνχ ξνδκσβ ρξψκαηνο κε δχν ζνπιθσληθέο νκάδεο. Ο κνξηαθφο ηεο ηχπνο είλαη C 27 H 30 N 2 O 7 S 2 θαη ην κνξηαθφ βάξνο Skehan P et al. Evaluation of colorimetric protein and biomass stains for assaying drug effects upon human tumor cell lines. Proc Amer Assoc Cancer Res, 1989, 30: Methods in Molecular Medicine. Chemosensitivity. Vol. 1. In vitro assays. Edited by Rosalyn D Blumenthal, 2005, Humana Press Inc., p

261 ρήκα 20: Γνκή ηεο ζνπιθνξνδακίλεο Β Ζ εξεπλεηηθή εξγαζία ρσξίδεηαη ζε δχν κέξε θαη παξαθάησ πεξηγξάθεηαη ζε ζηάδηα ε κεζνδνινγία γηα θάζε έλα απφ απηά. Μέξνο 1 ηάδην 1: Αξρηθά έγηλε έλα virtual screening ηεο έλσζεο surforhodamine B (SRB) κε ρξήζε ηερληθψλ κνξηαθήο πξνζάξαμεο (molecular docking) ζε κηα βηβιηνζήθε άλσ ησλ 1000 θπηηαξηθψλ πξσηετλψλ ψζηε λα αλαγλσξηζηνχλ νη πξσηεΐλεο κε ηηο νπνίεο έρεη κεγαιχηεξε ηθαλφηεηα ζχλδεζεο ε SRB. ηάδην 2: Γηα ηηο πξσηεΐλεο γηα ηηο νπνίεο ε SRB εκθαλίδεη ηε ρακειφηεξε ελέξγεηα ζχλδεζεο (κηθξφηεξε αξλεηηθή ηηκή), πξαγκαηνπνηήζεθαλ θβαληνρεκηθνί ππνινγηζκνί κνξηαθήο κνληεινπνίεζεο (molecular modeling) κε ζθνπφ ηε δηαινγή εθείλσλ ησλ πξσηετλψλ ζηηο νπνίεο ε SRB ζπλδέεηαη ζηελ θνηιφηεηα ζχλδεζεο κε ηηο πξσηεΐλεο κε ην κεγαιχηεξν αξηζκφ βαζηθψλ ακηλνμέσλ, αιιά ζπγρξφλσο θαη ηνπο πην ηζρπξνχο δεζκνχο ζχλδεζεο. Απηφ γίλεηαη, δηφηη ε SRB ζπλδέεηαη ζηηο θπηηαξηθέο πξσηεΐλεο κέζσ δεζκψλ κε ηα βαζηθά ακηλνμέα απηψλ. ηάδην 3: Αθνχ κέζσ ηνπ πξνεγνχκελνπ ζηαδίνπ θαηαιήμακε ζε έλα κηθξφ αξηζκφ πξσηετλψλ, επαλαιάβακε λέν virtual screening απηή ηε θνξά φκσο ησλ ζπγθεθξηκέλσλ πξσηετλψλ ζηηο νπνίεο θαηαιήμακε ζε κηα βηβιηνζήθε ε νπνία πεξηιακβάλεη άλσ ησλ 4.5 εθαηνκκπξίσλ ρεκηθψλ ελψζεσλ, κε ηε ρξήζε ηερληθψλ πξνζάξαμεο. Ο ζθνπφο ήηαλ λα βξεζνχλ ελψζεηο νη νπνίεο λα πξνζδέλνληαη ζηηο ζπγθεθξηκέλεο πιένλ πξσηεΐλεο κε ηνλ ίδην ή παξφκνην ηξφπν κε απηφ πνπ ζπλδέεηαη ε SRB. ηάδην 4: ηε ζπλέρεηα έγηλαλ ππνινγηζκνί κνξηαθνχ modeling ησλ ελψζεσλ ζηηο νπνίεο θαηαιήμακε, κε ηα βαζηθά ακηλνμέα ησλ πξσηετλψλ ζχλδεζεο ψζηε λα επηιερζνχλ εθείλεο κε ηα θαιχηεξα ραξαθηεξηζηηθά ζχλδεζεο. ηάδην 5: ην ηειεπηαίν ζηάδην έγηλαλ θβαληνρεκηθνί ππνινγηζκνί κνξηαθνχ modeling ησλ ελψζεσλ νη νπνίεο πξνέθπςαλ απφ ην πξνεγνχκελν ζηάδην κε ζθνπφ ηε δηεξεχλεζε ηεο ηθαλφηεηαο ζχλδεζεο ησλ ελψζεσλ κε ηελ έλσζε tris(hydroxymethyl)aminomethane (tris-base) ε νπνία ρξεζηκνπνηείηαη ζην ηειηθφ ζηάδην ηεο κεζφδνπ πξνζδηνξηζκνχ ηνπ θπηηαξηθνχ 261

262 ζαλάηνπ, θαηά ην νπνίν ε δεζκεπκέλε ζηηο πξσηεΐλεο ησλ κνληκνπνηεκέλσλ θπηηαξηθψλ δνκψλ SRB δηαιπηνπνηείηαη γηα ηε κέηξεζε ηεο νπηηθήο απνξξφθεζεο ζηα 510 nm. Να ζεκεησζεί φηη ζηα ζηάδηα 4 & 5 έγηλε παξάιιεια ζχγθξηζε ησλ ελψζεσλ νη νπνίεο πξνέθπςαλ απφ ηα πεηξάκαηα κνξηαθήο πξνζάξαμεο θαη κνληεινπνίεζεο κε ηελ SRB, ψζηε λα δηαπηζησζεί εάλ πξφθεηηαη γηα ελψζεηο νη νπνίεο βειηηψλνπλ ηε ζπγθεθξηκέλε κέζνδν. Μέξνο 2 ε απηφ ην θνκκάηη ηεο εξγαζίαο επηρεηξήζεθε ε βειηίσζε ηεο δνκήο ηεο SRB ψζηε λα επηηπγράλεηαη θαιχηεξε ζχλδεζε κε ηα βαζηθά ακηλνμέα ησλ θπηηαξηθψλ πξσηετλψλ θαζψο θαη θαιχηεξε δηαιπηνπνίεζή ηεο ζην tris-base. Γηα λα δηεξεπλεζεί απηή ε δπλαηφηεηα, έγηλαλ κειέηεο ζχλδεζεο παξαγψγσλ ηεο SRB ζηελ θνηιφηεηα ζχλδεζεο ησλ πξσηετλψλ νη νπνίεο πξνέθπςαλ απφ ην 2ν ζηάδην ηνπ 1νπ κέξνπο. Δπηπιένλ, εμεηάζηεθε, ιακβάλνληαο ππφςε ηε ζέζε ηνπ κνξίνπ ζηελ θνηιφηεηα ζχλδεζεο, πνηεο νκάδεο ζα κπνξνχζαλ, ζπλδεφκελεο ζην κφξην ηεο SRB, λα βειηηψζνπλ ηε ζχλδεζε κε ηα αλαγλσξηζκέλα 6 βαζηθά ακηλνμέα πνπ παίδνπλ ξφιν ζηε ζχλδεζε αιιά θαη κε ην κφξην δηαιπηνπνίεζεο tris-base. 5.4 Υπνινγηζηηθό Μέξνο ηε ζπλέρεηα ηνπ θεθαιαίνπ πεξηγξάθνληαη ζπλνπηηθά ηα απνηειέζκαηα θαζψο θαη ην ηειηθφ ζπκπέξαζκα ηεο κειέηεο. πγθεθξηκέλα, κειεηήζεθαλ ζπλνιηθά 33 ελψζεηο, κε δνκή παξφκνηα κε απηή ηεο ζνπιθνξνδακίλεο Β (SRB). Ο ζηφρνο ήηαλ λα βξεζεί ε έλσζε ε νπνία ζα ζπλδέεηαη πην ηζρπξά απ φιεο κε ηα βαζηθά ακηλνμέα ησλ πξσηετλψλ θαη ζε κήθνο θχκαηνο ηεο πεξηνρήο ηνπ νξαηνχ θάζκαηνο. Γηα λα δηεξεπλεζεί απηή ε δπλαηφηεηα πξαγκαηνπνηήζεθαλ κειέηεο ζχλδεζεο παξαγψγσλ ηεο SRB ζηελ θνηιφηεηα ζχλδεζεο δηαθφξσλ πξσηετλψλ. Αμηνινγήζεθαλ επίζεο νη ελέξγεηεο ζρεκαηηζκνχ ησλ ελψζεσλ, ηα ειεθηξνληθά ηνπο ραξαθηεξηζηηθά, φπσο ελέξγεηεο ησλ κεησπηθψλ ηξνρηαθψλ HOMO θαη LUMO θαζψο θαη ν εληνπηζκφο ηνπο ζηα κφξηα θαη ην ειεθηξνζηαηηθφ δπλακηθφ αιιά θαη ησλ adduct πνπ ζρεκαηίδνληαη θαηά ηε ζχλδεζή ηνπο κε ηα βαζηθά ακηλνμέα Lys, Arg θαη His. Παξάιιεια, ζπγθξίζεθαλ ηα θάζκαηα UV-Vis ησλ ελψζεσλ θαη ηέινο, κε ηε ρξήζε ηερληθψλ κνξηαθήο πξνζάξαμεο (molecular docking), εμεηάζηεθε ε ηθαλφηεηα ησλ ελψζεσλ λα ζπλδένληαη κε ηηο πξσηεΐλεο. Γίλνληαη φιεο νη πηζαλέο ζέζεηο ζχλδεζεο θαη ζπγθξίλνληαη κεηαμχ ηνπο. Βξέζεθε φηη ζρεδφλ φιεο νη ελψζεηο, ζε κεγαιχηεξν ή κηθξφηεξν βαζκφ, αιιειεπηδξνχλ κε ηελ θνηιφηεηα ή ζήθε ζχλδεζεο θαη κάιηζηα ζηηο πεξηζζφηεξεο ησλ πεξηπηψζεσλ ζηηο ήδε θαζνξηζκέλεο απφ ηε ζχλδεζε πνιιψλ άιισλ κνξίσλ-θαξκάθσλ ζηηο ζπγθεθξηκέλεο πξσηεΐλεο. πγθξίζεθαλ νη ελέξγεηεο ζρεκαηηζκνχ ησλ adduct φισλ ησλ ελψζεσλ κε ηα ακηλνμέα Lys, Arg θαη His θαη θαηαηάρηεθαλ νη ελψζεηο ζε κηα ζεηξά απμαλφκελεο ελέξγεηαο ζρεκαηηζκνχ. Οη ελψζεηο (adduct) πνπ εκθάληζαλ ηηο ρακειφηεξεο ελέξγεηεο ζρεκαηηζκνχ ζα είλαη θαη νη πην ζηαζεξέο. Δπίζεο εμεηάζηεθε ε ελεξγεηαθή δηαθνξά ή ελεξγεηαθφ ράζκα (energy gap) κεηαμχ ησλ κεησπηθψλ ηξνρηαθψλ ΖΟΜΟ θαη LUMO. Όζν κηθξφηεξε είλαη απηή ε ελεξγεηαθή δηαθνξά, ηφζν πην εχθνιν είλαη λα ζπκβεί ε κεηαμχ ηνπο αιιειεπίδξαζε. Απφ ηνπο θβαληνρεκηθνχο ππνινγηζκνχο (ζε επίπεδν ΑΜ1) πξνέθπςε ε ζεηξά αχμεζεο ηεο ελέξγεηαο ηνπ ΖΟΜΟ ηξνρηαθνχ γηα ηα βαζηθά ακηλνμέα θαη βξέζεθε απηφ πνπ κπνξεί λα αιιειεπηδξάζεη κε κεγαιχηεξε επθνιία κε ηα παξάγσγα ηεο SRB (έρεη κεγαιχηεξε πηζαλφηεηα ζπλαξκνγήο κε ηηο ελψζεηο. Απφ ηηο ηηκέο ηνπ LUMO ηξνρηαθνχ ησλ παξαγψγσλ ηεο SRB πξνθχπηεη επίζεο θαη ε 262

263 θαηάηαμε ησλ ελψζεσλ αλαθνξηθά κε ηελ πηζαλφηεηα ππξελφθηιεο πξνζβνιήο απφ ηα ακηλνμέα. Δηδηθφηεξα, ηα ππφ κειέηε κφξηα ζρεδηάζηεθαλ κε ηηο ηξηζδηάζηαηεο ζπληεηαγκέλεο ηνπο θαη νη πην ζηαζεξέο δνκέο ππνινγίζηεθαλ έπεηηα απφ βειηηζηνπνίεζε ηεο γεσκεηξίαο, ρξεζηκνπνηψληαο ηερληθέο κνξηαθήο κεραληθήο (molecular mechanics) θαη ην πεδίν δχλακεο MMFF94 θαη αθνινχζσο ηα κφξηα κειεηήζεθαλ κε ηε ρξήζε θβαληνρεκηθψλ ππνινγηζκψλ φπσο ε ΑΜ1 εκηεκπεηξηθή κέζνδνο θαη ε DFT ζην επίπεδν B3LYP κε ζχλνιν βάζεο 6-31G*(d). Έπεηηα αθνινχζεζαλ κειέηεο κνξηαθήο κνληεινπνίεζεο ησλ adduct πνπ πξνθχπηνπλ απφ ηε ζχλδεζε ησλ ελψζεσλ κε ηα βαζηθά ακηλνμέα Lys, Arg θαη His, κε δηάθνξνπο ηξφπνπο ζχλδεζεο. Δλ ζπλερεία, έγηλε επηινγή ησλ adduct πνπ επλννχληαη ελεξγεηαθά. Μεηαμχ ησλ θβαληνρεκηθψλ παξακέηξσλ νη νπνίεο πξνζδηνξίζηεθαλ ζπγθαηαιέγνληαη ε ζπλνιηθή ελέξγεηα ησλ κνξίσλ, ηα θνξηία ησλ αηφκσλ (πιεζπζκηαθή αλάιπζε θαηά Mulliken) θαη νη κεηαμχ ηνπο δεζκνί, νη ειεθηξνληθέο ππθλφηεηεο (electron density), νη ελέξγεηεο ησλ κεησπηθψλ κνξηαθψλ ηξνρηαθψλ HOMO θαη LUMO, ηα θάζκαηα UV/Vis ησλ κνξίσλ θαζψο θαη ην ειεθηξνζηαηηθφ δπλακηθφ (electrostatic potential). Οη ππνινγηζκνί κνξηαθήο πξνζάξαμεο έγηλαλ κε ηε ρξήζε ηεο θξπζηαιινγξαθηθήο δνκήο ηεο πξσηεΐλεο factor xa complex (1G2M). Οη κειέηεο πξνζνκνίσζεο πξφζδεζεο έγηλαλ κε ζθνπφ λα αληρλεπζεί ε ηθαλφηεηα ησλ ηξνπνπνηεκέλσλ κνξίσλ λα αιιειεπηδξνχλ κε ηα ππνιείκκαηα ακηλνμέσλ ηεο ζέζεο ζχλδεζεο ηεο πξσηεΐλεο. Παξαθάησ δίλνληαη νη δνκέο ησλ 33 ελψζεσλ παξάγσγα ηεο ζνπιθνξνδακίλεο αλά θαηεγνξία, ελδεηθηηθά ειεθηξνληθά θάζκαηα θαζψο θαη επηιεγκέλα βάζεη ζηαζεξφηεηαο adduct. 263

264 ρήκα 21:Αλάινγα SRB θαη.1 264

265 ρήκα 22:Αλάινγα SRB θαη.2 265

266 ρήκα 23:Αλάινγα SRB θαη.3 266

267 ρήκα 24:Αλάινγα SRB θαη.4 267

268 ρήκα 25:Αλάινγα SRB θαη.5 268

269 ρήκα 26:Αλάινγα SRB θαη.6 ρήκα 27:Βειηηζηνπνηεκέλε δνκή θαη ειεθηξνληθό θάζκα ηνπ αλαιόγνπ AC 1N4E05(θαη.1) 269

270 ρήκα 28:Βειηηζηνπνηεκέλε δνκή θαη ειεθηξνληθό θάζκα ηνπ αλαιόγνπ AC1Q3VOY (θαη.2) ρήκα 29:Βειηηζηνπνηεκέλε δνκή θαη ειεθηξνληθό θάζκα ηνπ αλαιόγνπ CID (θαη.3) ρήκα 30:Βειηηζηνπνηεκέλε δνκή θαη ειεθηξνληθό θάζκα ηνπ αλαιόγνπ CID (θαη.4) ρήκα 31:Βειηηζηνπνηεκέλε δνκή θαη ειεθηξνληθό θάζκα ηνπ αλαιόγνπ CID (θαη.5) 270

271 ρήκα 32:Βειηηζηνπνηεκέλε δνκή θαη ειεθηξνληθό θάζκα ηνπ αλαιόγνπ CID (θαη.6) ρήκα 33: Ιζνϋςείο θακπύιεο ει.δπλακηθνύ πάλασ ζην επίπεδν ησλ adduct, a)ac1n4e05-arg, b)ac1q3voy-his, c)cid lys, d)cid lys, e)cid his, f)cid arg. Μεηά απφ κειέηε ησλ ελεξγεηψλ ζρεκαηηζκνχ ησλ παξαγψγσλ ηεο SRB αιιά θαη φισλ ησλ adduct, θαζψο θαη ηε κειέηε ησλ θαζκάησλ UV-Vis θαη ησλ ζπλδέζεσλ ησλ κνξίσλ ζηηο θνηιφηεηεο ζχλδεζεο ηεο πξσηεΐλεο, ζπκπεξαίλνπκε φηη ε θαιχηεξε έλσζε γηα ζχλδεζε κε ηα βαζηθά ακηλνμέα ηεο πξσηεΐλεο είλαη ε εμεηαδφκελε έλσζε AC1 N947Q. Σν θάζκα ηεο έλσζεο, ε ελέξγεηα ζρεκαηηζκνχ, νη δεζκηθέο θαη ειεθηξνληθέο ηδηφηεηεο, ηα απνηειέζκαηα ηεο κνληεινπνίεζεο κε ηα βαζηθά ακηλνμέα αιιά θαη ηα απνηειέζκαηα ηεο κνξηαθήο πξνζάξαμεο απεηθνλίδνληαη ζηε ζπλέρεηα, ζε ζρήκαηα θαη πίλαθεο. 271