Стабілізація кето-форми куркуміну на поверхні високодисперсного кремнезему через утворення супрамолекулярного комплексу з етонієм
Анотація
Проведено комплексне дослідження адсорбційних процесів та конформаційних перетворень природного поліфенолу куркуміну на поверхні високодисперсного кремнезему А-300 у водних розчинах катіонної поверхнево-активної речовини етонію в діапазоні фізіологічних значень рН. Спектральні характеристики таутомерних форм куркуміну в розчинах і в адсорбованому стані проаналізовано методом електронної спектроскопії поглинання (Specord M-40). Для теоретичного обґрунтування механізмів взаємодії проведено квантовохімічне моделювання методом теорії функціоналу густини DFT/B3LYP/6-31G(d,p) із застосуванням моделі поляризованого континууму (PCM) у програмному пакеті Gaussian 16. Розподіл електростатичного та гідрофобного потенціалів розраховано за допомогою програмного пакету Flare™. Основною метою роботи було з'ясування механізмів, що визначають таутомерну рівновагу (кето-енольну) куркуміну в розчинах етонію та на міжфазній границі кремнезем/розчин. Встановлено механізм стабілізації біологічно активної кетонної форми куркуміну на поверхні нанокремнезему. На відміну від відомих міцелярних систем, у яких домінує енольна форма, показано, що стабілізація кетонної форми відбувається через утворення специфічного супрамолекулярного комплексу Cur–K•Et у доміцелярних розчинах етонію. Утворення комплексу супроводжується екрануванням електронодонорних груп куркуміну і формуванням локалізованого позитивного електростатичного потенціалу, що сприяє адсорбції комплексу на поверхні кремнезему з дисоційованими силанольними групами
Si–O⁻. Отримані результати відкривають нові перспективи для контрольованої доставки та підвищення біодоступності антиоксидантної (кетонної) форми куркуміну. Виявлені закономірності дозволяють розробити практичні рекомендації щодо створення нових лікарських форм куркуміну на основі нанокремнезему, а також можуть бути використані при розробці методик його концентрування та сорбційно-фотометричного або візуально-тестового визначення.
Посилання
Chuiko A. A. Medical chemistry and clinical application of silicon dioxide. Kyiv: Naukova dumka, 2003. 416 p. [in Russian].
Turov V. V., Krupska T. V., Golovan A. P. et al. Composite systems of prolonged action based on crushed medicinal plants and nanosilicas. Nauka ta innovacii. 2017. 13(2): 59 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/scin13.02.059
Ostrovska G. V., Krupska T. V., Pazyuk L. M. et al. Biometric studies of the effectiveness of the composite system lymphosilica based on a collection of medicinal plants and nanosilica. Biotechnol. acta. 2020. 13(3): 52 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/biotech13.03.052
Patent UA 85389 U. Dietary supplement - a means for the prevention and treatment of exo- and endogenous intoxications / Kartel M. T., Turov V. V., Barvinchenko V. M., Lipkovska N. O., Postrelko V. M., Taras G. V. Publ. 2013 [in Ukrainian].
Patent UA 94526 U. Dietary supplement "Fitosil" - a means for therapeutic and prophylactic nutrition / Barvinchenko V. M., Turov V. V., Kartel M. T., Lipkovska N. O., Novikov V. P., Cherpak O. M. Publ. 2014 [in Ukrainian].
Pulido-Moran M., Moreno-Fernandez J., Ramirez-Tortosa C., Ramirez-Tortosa M. Curcumin and health. Molecules. 2016. 21(3): 264. https://doi.org/10.3390/molecules21030264
Dourado D., Freire D. T., Pereira D. T., et al. Will curcumin nanosystems be the next promising antiviral alternatives in COVID-19 treatment trials? Biomed. Pharmacother. 2021. 139: 111578. https://doi.org/10.1016/j.biopha.2021.111578
Barvinchenko V. M., Lipkovska N. O., Fedyanina T. V., Pogorelyi V. K. Physico-chemical properties of supramolecular complexes of natural flavonoids with biomacromolecules. Nanomaterials and Supramolecular Structures: Physics, Chemistry and Applications. 2010. P. 281. https://doi.org/10.1007/978-90-481-2309-4_23
Puglisi A., Giovannini T., Antonov L. et al. Interplay between conformational and solvent effects in UV-visible absorption spectra: Curcumin tautomers as a case study. Phys. Chem. Chem. Phys. 2019. 21: 15504. https://doi.org/10.1039/C9CP00907H
Yang F., Lim G. P., Begum A. N., Ubeda O. J., Simmons M. R., Ambegaokar S. S., Chen P. P., Kayed R., Glabe C. G., Frautschy S. A. Curcumin inhibits formation of amyloid oligomers and fibrils, binds plaques, and reduces amyloid in vivo. J. Biol. Chem. 2005. 280(7): 5892. https://doi.org/10.1074/jbc.M404751200
Malik P., Mukherjee T. К. Structure-function elucidation of antioxidative and prooxidative activities of the polyphenolic compound curcumin. Chin. J. Biol. 2014. 53: 1. https://doi.org/10.1155/2014/396708
Barvinchenko V. M., Kazakova O. O., Lipkovska N. O. Effect of cationic Gemini surfactants ethonium and decamethoxin on the spectral properties, solubility and tautomerism of the curcumin. Journal of Surfactants and Detergents. 2024. 27(4): 633. https://doi.org/10.1002/jsde.12756
Kazakova O., Lipkovska N., Barvinchenko V. M. Keto-enol tautomerism of curcumin in the preparation of nanobiocomposites with fumed silica. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy. 2022. 277: 121287. https://doi.org/10.1016/j.saa.2022.121287
Mauge J. T., Alworth W. L., Payton F. L. Curcumin and derivatives. Acta Crystallogr. 2004. 60(8): 608. https://doi.org/10.1107/S0108270104015434
Frisch M. J., Trucks G. W., Schlegel H. B., Scuseria G. E., Robb M. A., Cheeseman J. R., Scalmani G., Barone V., Petersson G. A., Nakatsuji H., Li X., Caricato M., Marenich A. V., Bloino J., Janesko B. G., Gomperts R., Mennucci B., Hratchian H. P., Ortiz J. V., Izmaylov A. F., Sonnenberg J. L., Williams-Young D., Ding F., Lipparini F., Egidi F., Goings J., Peng B., Petrone A., Henderson T., Ranasinghe D., Zakrzewski V. G., Gao J., Rega N., Zheng G., Liang W., Hada M., Ehara M., Toyota K., Fukuda R., Hasegawa J., Ishida M., Nakajima T., Honda Y., Kitao O., Nakai H., Vreven T., Throssell K., Montgomery J. A. Jr., Peralta J. E., Ogliaro F., Bearpark M. J., Heyd J. J., Brothers E. N., Kudin K. N., Staroverov V. N., Keith T. A., Kobayashi R., Normand J., Raghavachari K., Rendell A. P., Burant J. C., Iyengar S. S., Tomasi J., Cossi M., Millam J. M., Klene M., Adamo C., Cammi R., Ochterski J. W., Martin R. L., Morokuma K., Farkas O., Foresman J. B., Fox D. J. Gaussian 16, Revision C.02. (Gaussian, Inc., Wallingford CT, 2019).
Flare, version 10.0.1, Cresset®, Litlington, Cambridgeshire, UK; http://www.cresset-group.com/flare/.
Lipkovska N. O., Barvinchenko V. M., Kazakova O. O. Adsorption of curcumin on the surface of fumed silica from water-ethanol solutions. Adsorption. 2023. 29(3): 103. https://doi.org/10.1007/s10450-023-00381-3
Manolova Y., Deneva V., Antonov L., Drakalska E., Momekova D., Lambov N. The effect of the water on the curcumin tautomerism: A quantitative approach. Spectrochim. Acta, Part A. 2014. 132: 815. https://doi.org/10.1016/j.saa.2014.05.096
Авторське право (c) 2025 В. М. Барвінченко, Н. О. Ліпковська, О. О. Казакова
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
