Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Гетеродифункционализированные клатрохелаты железа(II), молекулы которых содержат терминальные биорелевантные карбоксильные группы и реакционноспособные тройные CC связи, были получены с использованием двухстадийных синтетических процедур последовательным замещением их дихлороклатрохелатного предшественника под действием пара-карбоксифенилтиолят-аниона и 2-пропаргиламина. Полученные комплексы были охарактеризованы с использованием элементного анализа, HR-APPI и MALDI-TOF масс-спектрометрии, ЭСП, 1H, 13C{1H}, 11B и 19F ЯМР-спектров, а также РСА монокристаллов монохлороклатрохелата железа(II) с терминальной пропаргиламинной группой. Его FeN6-координационный полиэдр имеет искаженную тригонально-призматическую – тригонально-антипризматическую геометрию со средним углом искажения φ, равным приблизительно 26.1°. Расстояния Fe–N в этой монореберно-функционализированной молекуле изменяются в узком диапазоне от 1.883(3) до 1.901(4) Å, а высота h вышеуказанного полиэдра составляет 2.30 Å. С целью изучения биоактивных клатрохелатов железа(II) с терминальными карбоксильными заместителями методом флоресцентной спектроскопии биораспределения на клеточном уровне был осуществлен синтез карбоксилсодержащего клатрохелата железа(II) с терминальной флуоресцентной репортерной группой. В качестве клатрохелатного предшественника использовали макробициклические комплексы содержащие терминальную СС связь, которые легко претерпевают реакцию 1,3-диполярного циклоприсоединения с флуоресцентными репортерными молекулами, содержащими терминальную азидную группу. С использованием многостадийной синтетической процедуры был осуществлен синтез моно-N2- и S2-, а также смешанных N2-,S2-алициклических ди- и тетрахлороклатрохелатов железа(II). Было осуществлено постадийное нуклеофильное замещение реакционноспособных атомов хлора 4-карбоксифенилборатного гексахлороклатрохелата железа(II) под действием анионных производных этилендиамина и 1,2-дитиола как N2- и S2-бис-нуклеофилов позволило получить моно-N2- и S2-, а также смешанный N2,S2-алициклические ди- и тетрахлороклатрохелаты железа(II). Синтезированные клеточные комплексы железа(II) были охарактеризованы данными элементного анализа, HR-APPI, MALDI-TOF масс-спектрометрии, ИК, ЭСП, 1H и 13C{1H}, 11B и 19F ЯМР-спектров, а также методом РСА.

Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Была изучена способность реберно-функционализированных моно-, ди- и гекса-карбоксиалкилсульфидных клатрохелатов железа(II) демонстрировать селективный сигнал кругового дихроизма (КД) при их связывании с глобулярными белками; взаимодействие таких клеточных комплексов с этими белками было также изучено с использованием методов калориметрии, тушения собственной флуоресценции белка, ESI-TOF масс-спектрометрии и компьютерного моделирования. Обнаружена способность глобулярных белков индуцировать сильный оптический отклик в спектрах КД при их супрамолекулярном связывании с вышеупомянутыми функционализированными клатрохелатами железа(II). В частности, изначально оптически-неактивные в спектрах КД клеточные комплексы продемонстрировали селективный КД-отклик на их ассоциацию с человеческим сывороточным альбумином (ЧСА) (моно- и дифункционализированные клатрохелаты), β-лактоглобулином (БЛГ) (дифункционализированный клеточный комплекс) и бычьим сывороточным альбумином (БСА) (гексакарбоксисульфидный клатрохелат железа(II)). Число их карбоксиалкилсульфидных заместителей на макробициклическую молекулу оказывает значительное влияние на интенсивность и селективность соответствующего ИКД-отклика, что связано с образованием супрамолекулярных ансамблей разной геометрии с различным расположением «гостевых» молекул клатрохелатов в них (как это следует из соответствующих спектров ИКД). Образование супрамолекулярных ассоциатов ЧСА с клатрохелатными «гостями» стехиометрии «хозяин – гость» как 1:1, так и 1:2 было подтверждено экспериментально методом ESI-TOF масс-спектрометрии. Результаты проведенного исследования тушения собственной флуоресценции вышеупомянутых альбуминов свидетельствуют о том, что гексакарбоксилсодержащий клатрохелат железа(II) связывается с макромолекулами БСА и ЧСА за счет их сайтов связывания, которые находятся в непосредственной близости от триптофановых остатков этих макромолекул. Эксперименты по флуоресцентному титрованию позволили установить образование соответствующих ассоциатов «клатрохелат – белок» стехиометрии 1:1 и определить величину константы связывания. Напротив, в случае макромолекулы БСА как «хозяина», данные такого флуоресцентного титрования свидетельствуют об образовании супрамолекулярных ассоциатов этого типа, включающих большее число «гостевых» клатрохелатных молекул. Методом ИТК определена константа устойчивости ассоциата 1:1 вышеупомянутого клатрохелатного «гостя» с макромолекулой БСА. Эта ассоциация является энтальпийно-управляемым процессом. По данным расчетов методом молекулярного докинга, как в случае БСА, так и в случае ЧСА, гексакарбоксилсодержащий клатрохелатный «гость» супрамолекулярно связывается с сайтом I и с «дополнительным сайтом» макромолекул этих альбуминов как «хозяев», что энергетически более выгодно, чем его связывание с их сайтом II. Методом КД было проведено изучение супрамолекулярного связывания трех конституционных изомеров (орто-, мета- и пара-замещенных) монометинмонокарбоксифенилсульфидного клатрохелата железа, изначально неактивного в спектрах КД, с глобулярными белками (БСА и ЧСА, лизоцим (ЛИЗ) и БЛГ). Обнаружено, что этот тип изомерии сильно влияет на индуцированную КД-активность клатрохелатов при их связывании с этими белками. Для установления влияния дополнительной реберной функционализации на КД-сенсорные свойства клеточных комплексов железа(II), были изучены ИКД-отклики клатрохелатных аналогов с биорелевантной морфолиновой группой. Установлено, что такая функционализация существенно влияет на их репортерные свойства по отношению к глобулярным белкам. Расчеты методом молекулярного докинга были выполнены для структурного моделирования ассоциатов типа «БСА – клатрохелат» и оценки энергии этих супрамолекулярных процессов. Флуоресцеинсодержащий клеточный комплекс железа(II) с терминальной флуорофорной группой был получен используя двухстадийную синтетическую процедуру, включающую 1,3-диполярное присоединение ацилированного флуоресцеинсодержащего азидного компонента к пропаргиламинсодержащему клатрохелатному предшественнику и последующий ферментативный гидролиз образовавшегося промежуточного ацилированного клатрохелата. Изученный методом РСА монокристалл вышеупомянутого пропаргиламинного макробициклического предшественника с реакционноспособной терминальной связью CC содержит клатрохелатные молекулы двух типов A и B. Инкапсулированный ион железа(II) всех этих макробициклических молекулах находится в центре своего FeN6-координационного полиэдра, геометрия которого промежуточной между тригональной призмой (ТП) и тригональной антипризмой (ТАП). Расстояния Fe – N в них изменяются от 1.8754(6) до 1.9286(4) Å, а высоты h их искаженных TП – TAП полиэдров близки между собой (2.30 и 2.31 Å); величины φ равны 25.3 и 26.6°, соответственно. В этом кристалле молекулы типов A и B образуют Н-связанные клатрохелатные тетрамеры за счет карбоксильных и амидных групп, соответственно. Измеренные ЭСП и спектры флуоресценции исходного флуоресцеин-содержащего азида и его клатрохелатного производного в 0.05 М водном буфере Трис – HCl с рН 7.9 и в метаноле позволили установить, что их молекулы обладают разными спектральными характеристиками в растворителях разной полярности и с различной H-донорной способностью. Их рассчитанные квантовые выходы составляют 0.8 и 0.07, соответственно, что свидетельствует об уменьшении квантового выхода флуоресценции в 11 раз при переходе от исходного флуоресцеин-содержащего красителя к его клатрохелатному производному. Этот эффект объяснен переносом энергии от терминальной флуоресцентной группы клатрохелатной молекулы к ее квазиароматическому π-сопряженному макробициклическому остову. Изучение кинетики гидролиза ацетильных групп исходного флуоресцеин-содержащего азида и его клатрохелатного производного в присутствии одного эквивалента БСА свидетельствует о переходе закрытой формы их флуоресцеинсодержащего фрагмента в его открытую таутомерную форму, что приводит к увеличению интенсивности его поглощения. Проведенные исследования анизотропии флуоресцентного излучения также свидетельствуют о супрамолекулярном связывании флуоресцеинсодержащего клатрохелата железа(II) с макромолекулой БСА, что приводит к значительному увеличению анизотропии такого типа. Полученные флуоресцентные клеточные комплексы представляются перспективными молекулярными метками для изучения субклеточной локализации клатрохелатов этого типа.