Zależność struktura – aktywność antyoksydacyjna oligomerów, glukozydów oraz siarczanów(VI) TR

Deskryptory antyoksydacyjne (BDE i AIP) równowagowych geometrii oligomerów TR (trans-δ-winiferyny, cis-ε-winiferyny, trans-δ-winiferyny-A, trans-δ-winiferyny-B, pallidolu,

gnetiny H oraz α-winiferyny), dimeru 4,4`-DHS, glukozydów (izomery geometryczne piceidu oraz trans-astringina) oraz 3-O-glukuronianu (Rys. 1.1.2. i 1.1.3.) TR obliczono na poziomie

B3LYP/6-311G(d,p) w próżni oraz medium wodnym korzystając z medelu C-PCM [188]. Wyniki obliczeń (Tabele 4.17.1.) pokazują, że wszystkie oligomery, glukozydy oraz 3-O-glukuronian charakteryzują się mniejszą wartością AIP niż TR [188] i, tym samym, mają one większe zdolności elektronodonorowe niż TR. α-Winiferyna oraz 3-O-glukuronian są

najbardziej podatne na transfer elektronu podczas reakcji z wolnymi rodnikami. Obecność w centralnej części cząsteczki α-winiferyny szkieletu cyklooktanowgo oraz trzech fragmentów dihydrofuranowych jest głównym czynnikiem strukturalnym, który determinuje dużą aktyw-ność antyoksydacyjną. Wyniki dowodzą, że cis-stereoizomery ε-winiferyny oraz piceidu są

mniej podatne na transfer elektronu niż ich stereoizomery trans [188]. Silnie zgięty szkielet

stilbenowy w izomerach cis oraz ich kationorodnikach powoduje wzrost wartości AIP i

jed-nocześnie zmniejsza aktywność antyoksydacyjną. 4`-β-O-D-glukopiranozyd TR jest mniej podatny na oddawanie elektronu, niż trans-piceid. Dlatego zdolności elektronodonorowe są

silnie uzależnione od lokalizacji podstawnika glukopiranozowego w szkielecie

trans-stilbenowym. Pallidol, w porównaniu z innymi oligomerami charakteryzuje się małą podatno-ścią na oddawanie elektronu. Najprawdopodobniej jest to spowodowane brakiem w tym oli-gomerze szkieletu trans-stilbenowego. AIP przyjmuje w medium wodnym wartości

zdecy-dowanie mniejsze niż w próżni (Tabela 4.17.1.) [188]. Silne oddziaływanie polarnego me-dium z dodatnio naładowanymi kationorodnikami przyczynia się do tak dużych różnic w war-tościach AIP. Wynik ten dowodzi, że machanizm zmiatania wolnych rodników oparty na transferze elektronu z antyoksydanta na rodnik będzie badziej preferowany w medium wod-nym niż w niepolarwod-nym. Obliczone wartości AIP w wodzie dowodzą, że α-winiferyna oraz 3-O-glukuronian są najbardziej podatne na jonizację.

Wiązanie 4O-H w szkielecie trans-stilbenowym stereoizomerów ε-winiferyny, dimeru trans-4,4`-DHS, gnetiny H oraz wiązanie 3O-H w stereoizomerach trans-δ-winiferyny jest

najbardziej podatne na rozpad homolityczny (Tabela 4.17.2.) [188]. Dlatego grupa 4-OH głównie determinuje aktywność antyoksydacyjną. Wartości BDE dla trans-δ-winiferyny-A są

zdecydowanie mniejsze, niż dla trans-δ-winiferyny-B. W rezultacie trans-δ-winiferyna-A ma

większą zdolność do transferu wodoru, niż trans-δ-winiferyna-B. Analiza geometrii tych

ste-reoizomerów sugeruje, że występowanie w nich pierścieni c i d w konfiguracji trans ma duży

wpływ na zwiększenie trwałości wiązań O-H w trans-δ-winiferynie-B. Ponadto, w

trans-ε-winiferynie oraz trans-piceidzie wiązanie 4`O-H jest słabsze niż w stereoizomerach cis. Stąd

wnioskujemy, że stereoizomery trans posiadają większe zdolności do oddawania wodoru, niż

stereoizomery cis i dzięki temu mechanizm HAT jest dla nich bardziej preferowany. W

α-winiferynie wiązania 2`O-H oraz 2O-H są najsłabsze, gdyż dla nich BDE przyjmuje najmniej-sze wartości. BDE dla pallidolu przyjmuje podobne wartości, co jest spowodowane syme-tryczną geometrią tego dimeru. Takie podobieństwo aktywności antyoksydacyjnej grup O-H sugeruje, że pallidol może być efektywnym zmiataczem wolnych rodników, w którym

wszystkie te grupy będą uczestniczyły w reakcji z wolnymi rodnikami [188]. Symetryczna budowa α-winiferyny sprawia, że w tym związku również wszystkie wiązania O-H cechuje podobna stabilność. Należy jednakże podkreślić, że spośród wszystkich wiązań O-H w α-winiferynie, wiązania 2-O-H oraz 2`-O-H są najbardziej podatne na rozpad. Porównując obli-czone wartości BDE oraz AIP dla badanych związków widzimy, że AIP przyjmuje dużo większe wartości niż BDE w próżni oraz w medium wodnym [188]. Oznacza to, że oligomery TR, glukozydy TR oraz 3-O-glukuronian TR zmiatają wolne rodniki zgodnie z mechanizmem HAT.

Wartości BDE (Tabela 4.17.2.) dla wiązania 4`O-H w TR, trans-piceidzie,

3-O-glukuronianie są nieznacznie mniejsze niż dla wiązania 5O-H [188]. W związku z tym wnio-skujemy, że antyoksydanty te charakteryzują się podobną zdolnością do oddawania wodoru w reakcji z rodnikami oraz, że grupa 4`-OH jest szczególnie aktywna w reakcji z wolnym rodni-kiem. Spośród wszystkich badanych substancji trans-astringina charakteryzuje się

najmniej-szą wartością BDE wiązania 4`O-H. Prawdopodobnie obecność reszty glukopiranozowej prowadzi do zmniejszenia trwałości wiązania 4`O-H [188]. Obliczenia przewidują również, że 3-O-glukuronian może być potencjalnym przeciwutleniaczem. Wynik ten dowodzi, że na poziomie komórkowym stres antyoksydacyjny może być zmniejszany zarówno przez TR, jak i glukuronian, który jest łatwo rozpuszczalny w wodzie. Obliczone wartości BDE wiązań 3O-H oraz 5O-3O-H w 4`-O-β-D-glukopiranozydzie TR pokazują, że glukozyd ten ma mniejszą zdolność do transferu wodoru niż TR [188]. Podstawienie atomu wodoru w grupie 4`-OH resztą glukopiranozową prowadzi do zmniejszenia aktywności przeciwutleniającej. Wynik ten dowodzi, że zdolność glukozydów do oddawania wodoru jest skorelowana z lokalizacją resz-ty β-O-glukopiranozowej w szkielecie trans-stilbenowym. Wynik ten potwierdza rezultat

uzyskany przez Kim i wsp. [163] – glukozyd ten jest słabszym przeciwutleniaczem niż TR w procesie inhibicji peroksydacji lipidów.

Najmniejszy przyczynek do całkowitej wartości gęstości spinowej pochodzi od atomów tlenu występujących w szkielecie trans- i cis- stilbenowym stereoizomerów δ-winiferyny,

ε-winiferyny oraz gnetiny H. Stosunkowo małe wartości tego parametru potwierdzają dużą ak-tywność antyoksydacyjną tych substancji i trwałość energetyczną rodników fenoksylowych [188]. Rodnik 4-O dimeru 4,4`-DHS charakteryzuje się najmniejszą wartością tego parametru (Tabela 4.17.3.). Zatem, w dimerze tym wiązanie 4O-H jest bardzo podatne na rozpad homo-lityczny. Ponadto, wkład do całkowitej gęstości spinowej od atomu 4`-O TR, trans-piceidu, trans-astringiny oraz 3-O-glukuronianu jest mniejszy niż od pozostałych atomów tlenu.

Większa wartość gęstości spinowej na 4`-O atomie tlenu w 4`-O-rodnikach cis izomerów

ε-winiferyny oraz piceidu dowodzi, że 4`O-rodniki w stereoizomerach trans są stabilniejsze

energetycznie niż cis.

Analiza trójwymiarowego rozkładu konturu orbitalu HOMO w badanych oligomerach i glukozydach TR ujawniła, że jest on głównie zlokalizowany na atomach szkieletu

trans-stilbenowego (Rys. 4.17.1.) [188] oraz wzdłuż wiązania winylowego, a także na atomach tle-nu grup OH znajdujących się w tym szkielecie. Należy pokreślić, że w pallidolu kontur orbi-talu HOMO jest zdelokalizowany wzdłuż całej cząsteczki z powodu symetrycznej budowy tego związku. W konsekwencji, w pallidolu wszystkie grupy OH charakteryzują się podobną aktywnością biologiczną, co znajduje swoje potwierdzenie w obliczonych wartościach BDE dla tego dimeru.

a b

c d

g h

i j

k l

Rys. 4.17.1. Rozkład konturu orbitalu HOMO w: a) trans-ε-winiferynie, b) cis-ε-winiferynie,

c) trans-δ-winiferynie-A, d) trans-δ-winiferynie-B, e) pallidolu, f) gnetinie H, g) dimerze trans-4,4`-DHS, h) trans-astringinie, i) trans-piceidzie, j) cis-piceidzie, k) 3-O-glukuronianie

TR oraz l) 4`-O-β-D-glukopiranozydzie TR

Otrzymane wyniki przyczyniają się do teoretycznego wyjaśnienia „paradoksu francu-skiego”. Do tej pory uważano, że lecznicze właściwości czerwonego wina są głównie

zdeter-minowane przez obecność w nim TR. Niestety, ilość zawartego w winie TR jest mała, co su-geruje, że polifenol ten nie jest główną substancją decydującą o aktywności biologicznej wi-na. Przeprowadzone obliczenia pokazały, że występujące w czerwonym winie oligomery oraz glukozydy są silniejszymi antyoksydantami niż TR. Biorąc pod uwagę fakt, że stężenia tych związków w winie są większe niż TR, należy przypuszczać, że duża antyoksydacyjna aktyw-ność czerwonych win wynika z obecności w nich bioaktywnego kompleksu, składającego się z oligomerów i glukozydów TR. Kolejnym etapem badań będzie wykazanie aktywności anty-oksydacyjnej dla antocyjanidów (palarginidyny oraz delfinidyny), które występują w stosun-kowo dużych ilościach w czerwonych winach i są silnymi przeciwutleniaczami. Porównanie aktywności antyoksydacyjnej tych substancji, TR oraz oligomerów i glukozydów TR będzie

stanowiło kolejny krok w kierunku teoretycznego wyjaśnienienia leczniczych i protekcyjnych właściwości wina.

Parametry antyoksydacyjne dla siarczanów(VI) TR (Rys. 4.6.3.) wyznaczono przy za-stosowaniu B3LYP/6-311++G(3df,2p), ponieważ obecność atomu siarki sprawia, że użycie tej bazy funkcyjnej jest konieczne do prawidłowego opisu struktury elektronowej tych sub-stancji. Obliczenia w medium wodnym wykonano, stosując model solwatacyjny C-PCM. Ba-dane siarczany(VI) charakteryzują się znacznie większą wartością AIP, niż TR w badanych środowiskach (Tabela 4.17.4.). Stąd wnioskujemy, że siarczany(VI) są słabszymi donorami elektronu niż TR. Podobnie, jak we wcześniej analizowanych układach obserwujemy, że w medium wodnym parametr ten przyjmuje znacznie mniejsze wartości, niż w próżni. W związku z tym siarczany są bardziej efektywnymi zmiataczami wolnych rodników w medium polarnym niż w niepolarnym. Spośród wszystkich badanych związków najmniejszą wartością AIP charakteryzuje się 3-O-siarczan(VI). Wynik ten dowodzi, że wraz ze zmniejszeniem ilo-ści reszt siarczanowych zwiększa się zdolność do oddawnia elektronu, a tym samym podat-ność na jonizację.

Obliczone wartości BDE dla wiązań 4`O-H oraz 3O-H w siarczanach(VI) (Tabela

4.17.4.) są mniejsze niż w TR. Wynik ten dowodzi, że siarczany(VI) efektywniej będą

zmia-tały wolne rodniki, niż TR, w wyniku przeniesienia wodoru z obojętnej cząsteczki antyoksy-danta na rodnik. Najprawdopodobniej obecność silnie elektronoakceptorowych grup siarcza-nowych sprzyja zmniejszaniu trwałości tych wiązań. Obliczone wartości BDE dla TR przy zastosowaniu metody B3LYP/6-311++G(3df,2p) pozostają w zgodności z wartościami otrzymanymi przez Leopoldini i wsp. [160]. Nieznaczne różnice mogą wynikać z zastosowa-nia różnych modeli solwatacyjnych. W siarczanach(VI) wiązanie 4`O-H charakteryzuje się najmniejszą trwałością spośród wszystkich grup OH dołączonych bezpośrednio do pierścieni fenylowych. Porównując otrzymane wartości BDE dla siarczanów i TR wnioskujemy, że wszystkie siarczany(VI) są silniejszymi antyoksydantami, niż TR. Duża polarność tych związków i, co za tym idzie, ich wysoka biodostępność będzie zapewniać efektywne zmiata-nie wolnych rodników na poziomie komórkowym. TR w hepatocytach ulega biotransformacji do siarczanów(VI). Ten fakt oraz wyniki obliczeń wskazują, że siarczany(VI) wraz z TR w komórkach będę synergistycznie zmniejszały stres antyoksydacyjny.

4.18. Zależność struktura – aktywność antyoksydacyjna polifenoli z orzecha ziemnego