Вы когда-нибудь задумывались, как мы - создания, состоящие из органических молекул - можем существовать в атмосфере, на 21% по объему состоящей из сильного окислителя, молекулярного кислорода? Почему процессы окисления не идут быстро и самопроизвольно?
Если упрощать, то дело в том, что молекулы, из которых состоят наши тела, находятся в синглетном электронном состоянии, в то время как для молекулярного кислорода наиболее энергетически выгодным является триплетное состояние. Непосредственная реакция между веществами с разной мультиплетностью маловероятна. Однако если перевести органический субстрат в триплетное состояние или кислород - в синглетное, процесс пойдет быстро. Примером первого случая является самопроизвольное быстрое окисление дианиона аскорбиновой кислоты в присутствии кислорода: диссоциация двух протонов в витамине С приводит к образованию триплетной заряженной частицы. Второй случай много интереснее и находит применение в медицине.
Некоторые природные соединения, такие как хлорофилл при возбуждении светом способны эффективно образовывать триплетное возбужденное состояние. Оно, в свою очередь, может передавать избыточную энергию кислороду, находящемуся в основном состоянии (триплет). Поглотивший квант от хлорофилла кислород переходит в более высокоэнергетическое синглетное состояние и становится очень реакционноспособен по отношению к биологическим молекулам. Если позволить, скажем, опухолевым клеткам или колонии болезнетворных бактерий накопить большое количество хлорофилла или его производных, а затем облучить светом с подходящей длиной волны, то макроцикл сможет конвертировать кислород в этом месте в агрессивную синглетную форму, и тогда вредным клеткам несдобровать. То что нужно!
Эта замечательная идея положена в основу фотодинамической терапии, и в нашем университете давно ведутся работы по синтезу и исследованию свойств новых органических молекул, обладающих способностью переводить кислород в синглетное состояние - т.н. фотосенсибилизаторов.
В недавней работе сотрудники кафедры органической химии ИГХТУ доц. О.В. Шухто и проф. Д.Б. Березин, сотрудники Института химии растворов им. Г.А. Крестова А.В. Кустов, Н.Л. Смирнова вместе с Д.В. Белых из Института химии Коми НЦ УрО РА, а также Е.С. Белых, Ю.И. Пылиной (Институт биологии Коми - ФИЦ Коми НЦ УрО РАН) и О.М. Старцевой (СГУ им. Питирима Сорокина) синтезировали ряд хлоринов - макрогетероциклических соединений, аналогичных природному хлорофиллу, и исследовали их накопление в нескольких линиях опухолевых клеток, генерацию ими активных форм кислорода при возбуждении светом, и то, как раковые клетки выживают при воздействии данных хлоринов в темноте и при облучении.
Выяснилось, что макрогетероциклы нетоксичны сами по себе, но в присутствии источника света с нужной длиной волны эффективно приводят к смерти клеток. Таким образом, синтезированные хлорины показали себя как многообещающие кандидаты для фотодинамической терапии рака в будущем.
Студенческое научное общество (СНО) Ивановского государственного химико-технологического университета