Списки аспирантов и портфолио

92

Мяснянко Иван Николаевич

Дата начала обучения 2017-10-02
Дата окончания обучения 2021-10-01
Руководитель Ямпольский Илья Викторович
Специальность Биоорганическая химия [02.00.10]
Статус Обучается

Отчеты аспиранта

0 год обучения (2018)

На данный момент известно около 40 различных механизмов биолюминесценции. Наиболее распространённой схемой данного процесса, является реакция окисления кислородом низкомолекулярного субстрата (до 500 Da) – люциферина при катализе специфическим  высокомолекулярным ферментом – люциферазой, сопровождающейся испусканием кванта света. Для девяти биолюминисцентных систем установлены структуры природных люциферинов и для некоторых из них полностью расшифрован механизм биолюминесценции [1].

Данная работа посвящена изучению биолюминесценции, которая распространена среди морских многощетинковых червей рода Chaetopterus. Эти полихеты секретируют люминесцентную слизь и испускают свет при механической стимуляции [1].

На первом этапе исследования был произведён анализ литературы по данной тематике. На основе проанализированных данных был сделан вывод о люциферазной природе биолюминесценции Chaetopterus [2]. Ввиду незначительного содержания люциферинов в биомассе червей, было сделано предположение о возможном поступлении данных веществ в организм полихет с пищей. Так, из биомассы водоросли хетоморфа (Chaetomorpha) были выделены три низкомолекулярных соединения, проявляющих биолюминесцентную активность с высокомолекулярным экстрактом Chaetopterus, содержащим люциферазу в неочищенном виде. Данные вещества были проанализированы совокупностью методов 1Н и 13С ЯМР, а так же HRMS. На основе полученных данных, были установлены структуры выделенных соединений. Данные вещества, два из которых, являются гликолипидами, а третье – производным линолевой кислоты, содержат в своей структуре пероксигруппу и относятся к классу гидропероксидов,

В результате произведённого анализа литературных данных можно сделать вывод о том, что вводить гидропероксидную группу следует на финальной стадии синтеза. Возможными вариантами данного превращения являются радикальная реакция с генерируемым in situ синглетным кислородом или ферментативный процесс с использованием липоксигеназы (LOX-1).

Нами были предложены две возможные схемы синтеза неприродных жирных кислот. Первым вариантом является использование реакции Виттига для построения цис-диеновой системы[3]. Вторым вариантом – хорошо изученный метод алкинового кросс-сочетания[4] c последующим восстановлением водородом на катализаторе Линдлара.

В дальнейшем планируется реализовать обе схемы синтеза для подтверждения структур возможных люциферинов, а также, для установления вариативных и консервативных фрагментов этих структур.

Литература

  1. Verdes, A. and D.F. Gruber. Glowing Worms: Biological, Chemical, and Functional Diversity of Bioluminescent Annelids, Integrative and Comparative Biology 2017, 57 (1): 18-32.
  2. "Bioluminescence: Chemical Principles and Methods". World Scientific. Retrieved 2017-11-28.
  3. Three-Carbon Homologating Agent: New Preparation of (3,3-Diisopropoxypropyl)triphenylphosphonium Bromide, Viala, J.; Santelli, M. Synthesis 1988, 395
  4. A Chemoselective Synthesis of Functionalized 1,4-Alkadiynes (Skipped Diacetylenes) Synthesis 1993;1; 65-66

1 год обучения (2018)

На данный момент известно около 40 различных механизмов биолюминесценции. Наиболее распространённой схемой данного процесса, является реакция окисления кислородом низкомолекулярного субстрата (до 500 Da) – люциферина при катализе специфическим  высокомолекулярным ферментом – люциферазой, сопровождающейся испусканием кванта света. Для девяти биолюминисцентных систем установлены структуры природных люциферинов и для некоторых из них полностью расшифрован механизм биолюминесценции [1].

Данная работа посвящена изучению биолюминесценции, которая распространена среди морских многощетинковых червей рода Chaetopterus. Эти полихеты секретируют люминесцентную слизь и испускают свет при механической стимуляции [1].

Ранее был произведён анализ литературы по данной тематике. На основе проанализированных данных был сделан вывод о люциферазной природе биолюминесценции Chaetopterus [2]. Ввиду незначительного содержания люциферинов в биомассе червей, было сделано предположение о возможном поступлении данных веществ в организм полихет с пищей. Так, из биомассы водоросли хетоморфа (Chaetomorpha) были выделены три низкомолекулярных соединения, проявляющих биолюминесцентную активность с высокомолекулярным экстрактом Chaetopterus, содержащим люциферазу в неочищенном виде. Данные вещества были проанализированы совокупностью методов 1Н и 13С ЯМР, а так же HRMS. На основе полученных данных, были установлены структуры выделенных соединений. Данные вещества, два из которых, являются гликолипидами, а третье – производным линолевой кислоты, содержат в своей структуре пероксигруппу и относятся к классу гидропероксидов.

На данный момент была предпринята попытка синтеза гидропероксидов природных жирных кислот. К сожалению, ограниченный набор синтетических методов  не позволил синтезировать индивидуальный изомер гидропероксидов жирных кислот, но набор биохимических методов позволил решить данную задачу. Использование коммерчески доступного препарата липооксигеназы сои GmLOX1 привело к получению искомого индивидуального изомера гидропероксида.

Нами были реализованы две возможные схемы синтеза неприродных жирных кислот. Первым вариантом является использование реакции Виттига для построения цис-диеновой системы[3]. Вторым вариантом – хорошо изученный метод алкинового кросс-сочетания[4] c последующим восстановлением водородом на катализаторе Линдлара.

В дальнейшем планируется реализовать обе схемы синтеза для подтверждения структур возможных люциферинов, а также, для установления вариативных и консервативных фрагментов этих структур.

 

Литература

  1. Verdes, A. and D.F. Gruber. Glowing Worms: Biological, Chemical, and Functional Diversity of Bioluminescent Annelids, Integrative and Comparative Biology 2017, 57 (1): 18-32.
  2. "Bioluminescence: Chemical Principles and Methods". World Scientific. Retrieved 2017-11-28.
  3. Three-Carbon Homologating Agent: New Preparation of (3,3-Diisopropoxypropyl)triphenylphosphonium Bromide, Viala, J.; Santelli, M. Synthesis 1988, 395
  4. A Chemoselective Synthesis of Functionalized 1,4-Alkadiynes (Skipped Diacetylenes) Synthesis 1993;1; 65-66

2 год обучения (2019)

На данный момент известно около 40 различных механизмов биолюминесценции. Наиболее распространённой схемой данного процесса, является реакция окисления кислородом низкомолекулярного субстрата (до 500 Da) – люциферина при катализе специфическим  высокомолекулярным ферментом – люциферазой, сопровождающейся испусканием кванта света. Для девяти биолюминисцентных систем установлены структуры природных люциферинов и для некоторых из них полностью расшифрован механизм биолюминесценции [1].

Данная работа посвящена изучению биолюминесценции, которая распространена среди морских многощетинковых червей рода Chaetopterus. Эти полихеты секретируют люминесцентную слизь и испускают свет при механической стимуляции [1].

Ранее был произведён анализ литературы по данной тематике. На основе проанализированных данных был сделан вывод о люциферазной природе биолюминесценции Chaetopterus [2]. Ввиду незначительного содержания люциферинов в биомассе червей, было сделано предположение о возможном поступлении данных веществ в организм полихет с пищей. Так, из биомассы водоросли хетоморфа (Chaetomorpha) были выделены три низкомолекулярных соединения, проявляющих биолюминесцентную активность с высокомолекулярным экстрактом Chaetopterus, содержащим люциферазу в неочищенном виде. Данные вещества были проанализированы совокупностью методов 1Н и 13С ЯМР, а так же HRMS. На основе полученных данных, были установлены структуры выделенных соединений. Данные вещества, два из которых, являются гликолипидами, а третье – производным линолевой кислоты, содержат в своей структуре пероксигруппу и относятся к классу гидропероксидов.

В течение 3 семестра были синтезированы и охарактеризованы гидропероксиды природных жирных кислот: линолевой и линоленовой с использованием коммерчески доступного препарата липооксигеназы сои GmLOX1. Также были проведены предварительные тесты по изучению биолюминесцентной реакции с использованием гpyбooчищeнного препарата люциферазы. Полученные данные позволили сделать вывод о люциферин-люциферазной природе данного явления.

Используя метод алкинового кросс-сочетания[4] c последующим восстановлением водородом на катализаторе Линдлара нами была синтезирована непредельная  жирная кислота, которая содержится в природных образцах люциферинов, а также подтверждена её структура.

В дальнейшем планируется синтезировать гликолипид, который был выделен из природных субстратов, а также получить набор гомологов полученной непредельной жирной кислоты для изучения вариативных и консервативных фрагментов этих структур.

Литература

  1. Verdes, A. and D.F. Gruber. Glowing Worms: Biological, Chemical, and Functional Diversity of Bioluminescent Annelids, Integrative and Comparative Biology 2017, 57 (1): 18-32.
  2. "Bioluminescence: Chemical Principles and Methods". World Scientific. Retrieved 2017-11-28.
  3. A Chemoselective Synthesis of Functionalized 1,4-Alkadiynes (Skipped Diacetylenes) Synthesis 1993;1; 65-66