ВИКОРИСТАННЯ КВАНТОВО-ХІМІЧНИХ МЕТОДІВ ДЛЯ ОЦІНКИ КАНЦЕРОГЕННИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ МЕТАБОЛІТІВ БЕНЗОПІРЕНУ
DOI:
https://doi.org/10.32782/naturaljournal.10.2024.4Ключові слова:
квантово-хімічні розрахунки, метаболіти, канцерогенна активність, заселеність молекулярних орбіталейАнотація
Бензо[а]пірен є поширеним забруднювачем навколишнього середовища та потужним канцерогеном, який може накопичуватися в різних органах і тканинах, зумовлюючі пошкодження ДНК шляхом утворення аддуктів, що сприяє розвитку новоутворень різної локалізації. Канцерогенна активність цієї сполуки д обре вивчена і доведено, що вона пов’язана з природою та електронної конфігурацією біологічно активних метаболітів. Оскі льки не всі метаболіти бензо[а]пірену виявляють канцерогенну д ію, в даній роботі зроблено спробу теоретично дослідити їх спектральні властивості та використати отримані дані у встановленні кореляції з спостережуваною канцерогенною дією. З метою дослідження спектроскопічних властивостей бензо[а]пірену, який залежно від шляхів метаболізму може утворювати продукти з різною канцерогенною активністю, виконано розрахунок енергій нижчих електронно-збуджених станів молекул метаболітів за д опомогою напівемпіричного методу PM3 (Hyper Chem 7.5). Для встановлення особливостей розпод ілу електронної густини при збудженні молекул використовували значення заселеності найвищої зай нятої молекулярної орбіталі і найнижчої вакантної молекулярної орбіталі, які беруть участь в одноелектронних переходах. Результати розрахунку положення спектру поглинання бензо[а] пірену задовільно корелюють з наведеними в літературі експериментальними даними, що є підтвердженням достовірності отриманих даних щодо спектральних характеристик його метаболітів. Виконані розрахунки дозволили визначити положення довгохвильових смуг поглинання деяких метаболітів, для яких на теперішній час експериментальні д ані не встановлені. Показано, що довгохвильові смуги в спектрах поглинання канцерогенних метаболітів бензо[а]пірену в ряді: ВР →BP 7,8-epoxide → BP 7,8-dihydrodiol → BP 7,8-dihydrodiol- 9,10-epoxide рівноінтенсивні і послідовно зміщені в короткохвильову область відносно спектру поглинання бензо[а]пірену.
Посилання
Bukowska B., Mokra K., Michałowicz J. Benzo[a]pyrene-Environmental Occurrence, Human Exposure, and Mechanisms of Toxicity. International Journal of Molecular Sciences. 2022. Vol. 23. № 11. P. 6348. https://doi.org/10.3390/ijms23116348.
Christensen A.S., Kubař T., Cui Q., Elstner M. Semiempirical Quantum Mechanical Methods for Noncovalent Interactions for Chemical and Biochemical Applications. Chemical Reviews. 2016. Vol. 116. № 9. P. 5301–5337. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00584.
Ewa B., Danuta M.Š. Polycyclic aromatic hydrocarbons and PAH-related DNA adducts. Journal of Applied Genetics. 2017. Vol. 58. № 3. P. 321–330. https://doi.org/10.1007/s13353-016-0380-3.
Fan Z., et al. Rapid fluorescence immunoassay of benzo[a]pyrene in mainstream cigarette smoke based on a dual-functional antibody-DNA conjugate. RSC Advances. 2018. Vol. 8. № 52. P. 29562–29569. https://doi.org/10.1039/c8ra04915g.
Fischer J.M.F., et al. PARP1 protects from benzo[a]pyrene diol epoxide-induced replication stress and mutagenicity. Archives of Toxicology. 2018. Vol. 92. № 3. P. 1323–1340. https://doi.org/10.1007/s00204-017-2115-6.
Garcia A.L.C, et al. Metabolic Activation of Benzo[a]pyrene by Human Tissue Organoid Cultures. International Journal of Molecular Sciences. 2023. Vol. 24. № 1. P. 606. https://doi.org/10.3390/ijms24010606.
Hecht S.S., Hochalter J.B. Quantitation of enantiomers of r-7,t-8,9,c-10-tetrahydroxy-7,8,9,10-tetrahydrobenzo[a]-pyrene in human urine: evidence supporting metabolic activation of benzo[a]pyrene via the bay region diol epoxide. Mutagenesis. 2014. Vol. 29. № 5. P. 351–356. https://doi.org/10.1093/mutage/geu024.
Han Y., et al. Excited State Kinetics of Benzo[a]pyrene Is Affected by Oxygen and DNA. Molecules. 2023. Vol. 28. № 13. P. 5269. https://doi.org/10.3390/molecules28135269.
Jiang H., et al. Metabolism of benzo[a]pyrene in human bronchoalveolar H358 cells using liquid chromatography-mass spectrometry. Chemical Research in Toxicology. 2007. Vol. 20. № 9. P. 1331–1341. https://doi.org/10.1021/tx700107z.
Kim M., Jee S.-C., Sung J.-S. Hepatoprotective Effects of Flavonoids against Benzo[a]Pyrene-Induced Oxidative Liver Damage along Its Metabolic Pathways. Antioxidants. 2024. Vol. 13. № 2. P. 180. https://doi.org/10.3390/antiox13020180.
Louro H., et al. The Use of Human Biomonitoring to Assess Occupational Exposure to PAHs in Europe: A Comprehensive Review. Toxics. 2022. Vol. 10. № 8. P. 480. https://doi.org/10.3390/toxics10080480.
Madeen E., et al. Toxicokinetics of benzo[a]pyrene in humans: Extensive metabolism as determined by UPLC-accelerator mass spectrometry following oral micro-dosing. Toxicology and Applied Pharmacology. 2019. Vol. 364. P. 97–105. https://doi.org/10.1016/j.taap.2018.12.010.
Mokrzyński K., Szewczyk G., Sarna T. Benzo[a]Pyrene and Benzo[e]Pyrene: Photoreactivity and Phototoxicity toward Human Keratinocytes. Photochemistry and Photobiology. 2023. Vol. 99. № 3. P. 983–992. https://doi.org/10.1111/php.13721.
Rubin H. Synergistic mechanisms in carcinogenesis by polycyclic aromatic hydrocarbons and by tobacco smoke: a bio-historical perspective with updates. Carcinogenesis. 2021. Vol. 22. № 12. P. 1903–1930. https://doi.org/10.1093/carcin/22.12.1903.
Styszko K., Pamuła J., Pac A., Sochacka-Tatara E. Biomarkers for polycyclic aromatic hydrocarbons in human excreta: recent advances in analytical techniques-a review. Environmental Geochemistry and Health. 2023. Vol. 45. № 10. P. 7099–7113. https://doi.org/10.1007/s10653-023-01699-1.
Sakhno T.V., Korotkova I.V., Pustovit S.V., Borisenko A.Yu. Effect of temperature on the Fluorescence of O- and N-containing Heterocycles: XXth European Colloquium on Heterocyclic Chemistry, Stockholm, Sweden, 2002, August 18–21. P. 61.
Silveira A.L., Barbeira P.J.S. Synchronous fluorescence spectroscopy and multivariate classification for the discrimination of cachaças and rums. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2022. Vol. 270. P. 120821. https://doi.org/10.1016/j.saa.2021.120821.
Thiel W. Semiempirical quantum-chemical methods. WIREs Computational Molecular Science. 2014. Vol. 4. № 2. P. 145–157. https://doi.org/10.1002/wcms.1161.
Yemele O.M., et al. A systematic review of polycyclic aromatic hydrocarbon pollution: A combined bibliometric and mechanistic analysis of research trend toward an environmentally friendly solution. Science of The Total Environment. 2024. Vol. 926. P. 171577. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171577.
Young D. Computational Chemistry: A Practical Guide for Applying Techniques to Real-World Problems. New York: Wiley-Interscience, 2001. 382 p.
Zhang X., Fales A., Vo-Dinh T. Time-Resolved Synchronous Fluorescence for Biomedical Diagnosis. Sensors. 2015. Vol. 15. № 9. P. 21746–21759. https://doi.org/10.3390/s150921746.
Короткова І.В., Сахно Т.В., Барашков М.М. Теоретичне дослідження процесів безвипромінбвальної дезактивації похідних ряду кумарину. Теоретична та експериментальна хімія. 1997. Т. 33. № 2. С. 105–110.
Сахно Т.В., Короткова І.В. Теоретичне дослідження впливу середовища на електронну будову похідних кумарину та хіноліну. Вісник Харківського університету. 1999. № 434. Біофізичний вісник, Вип. 3(1). С. 46–50.
