Химики из МГУ лучше поняли геометрию гистамина

Группа ученых из МГУ имени М.В.Ломоносова впервые изучила молекулы гистамина в газовой фазе с помощью пучка электронов. Проведенное исследование включало в себя как уникальный эксперимент, так и проведение теоретических расчетов методами квантовой химии. Результаты исследования опубликованы в имеющем импакт-фактор 4,493 журнале Physical Chemistry Chemical Physics, издаваемом Royal Society of Chemistry (Королевское Химическое Общество, Великобритания).

Авторы статьи — это группа сотрудников кафедры физической химии химического факультета МГУ, специализирующихся, в частности, на исследовании биологически активных соединений и лекарственных препаратов.

Гистамин — биологически активное вещество, участвующее в регуляции многих функций организма. Он ответственен за развитие некоторых патологических состояний, в частности, аллергических реакций организма.

Аллергическое действие гистамина проявляется, главным образом, в том, что он воздействует на несколько рецепторов, находящихся на поверхности клетки. В этом смысле гистамин часто сравнивают с ключом, а рецепторы — с замками, которые этот ключ открывает, и, соответственно, запускает ряд физиологических процессов, проявляющихся самым разным образом — от головных болей, кожных высыпаний и диареи вплоть до анафилактического шока. Современные лекарства против аллергии — противогистаминные препараты — конкурируют с гистамином за рецепторы, не давая «ключу» подобраться к «замку». Многочисленные экспериментальные и теоретические исследования, к сожалению, до сих пор не давали полного представления о том, какова геометрия гистамина, а ведь это — та самая «печка», от которой можно плясать, оценивая свойства и возможности этого вещества.

«Получить данные о геометрической структуре гистамина очень сложно, — пояснил один из соавторов статьи, доктор химических наук Леонид Хайкин, ведущий научный сотрудник лаборатории газовой электронографии химического факультета МГУ. — Это связано с тем, что в данном случае геометрию отдельных конформеров, составляющих гистамин, определяет очень много факторов, взаимно влияющих друг на друга».

Основным экспериментальным методом, использованным исследователями из МГУ, был метод газовой электронографии, при котором в условиях высокого вакуума тонкий пучок быстрых электронов пропускался сквозь струю пара гистамина. При столкновениях с молекулами гистамина электроны рассеивались, а дифракционная картина рассеяния регистрировалась.

«По этой картине можно судить о геометрии молекулы, ее можно сравнить с отпечатком пальца, по которому можно определить хозяина пальца, — пояснил Хайкин. — Иначе говоря, получаемая таким образом дифракционная картина характерна для гистамина, и, анализируя эту картину, мы можем судить о зашифрованных в ней геометрических характеристиках молекулы. Проблема заключалась еще и в том, что такой "отпечаток" могли оставить несколько "пальцев" (конформеров гистамина). Поэтому для анализа нам пришлось проводить многочисленные квантово-химические расчеты и использовать известные из литературы спектроскопические данные для колебательных и вращательных спектров и так далее». 

Это исследование нельзя назвать чисто экспериментальным. Основная работа началась уже после эксперимента, и это была чисто аналитическая работа. По словам Хайкина, анализ полученной дифракционной картины оказался самой трудной и самой длительной частью работы, потребовавшей нескольких месяцев напряженного труда. Как сообщил другой соавтор исследования, вся экспериментальная часть работы была целиком выполнена в МГУ, то же касается и теоретической части, за исключением нескольких важных расчетов, проведенных аспирантом МГУ Денисом Тихоновым на кластере Билефельдского университета (Германия).

В итоге ученым из МГУ удалось согласовать между собой все имеющиеся экспериментальные и теоретические данные о структуре гистамина. Удалось также теоретически предсказать и экспериментально подтвердить для гистамина механизм так называемой таутомеризации, которая представляет собой спонтанный переход молекулы из одного структурного состояния в другое.

Результаты работы сегодня можно использовать для создания справочных баз структурных и спектральных данных, развития теоретических представлений структурной химии, оценки реакционной способности соединений. Должно пройти, как это часто бывает с результатами из области фундаментальной науки, довольно много времени, прежде чем можно будет говорить об их практическом применении в медицине. Не исключено, что в будущем знания о механизме перехода молекулы гистамина из одного структурного состояния в другое помогут подыскать более эффективные лекарства от аллергии.