Моря и океаны — неисчерпаемый источник самых разнообразных биологически активных молекул, обладающих противораковыми, противовоспалительными, бактерицидными и иммунномодуляционными свойствами. К сожалению, морские обитатели зачастую ограничиваются синтезом лишь мизерабельных количеств каждого из соединений (ввиду их чрезвычайно высокой биологической активности). Отсюда постоянная нехватка природного сырья даже для исследований, которые могут установить точное строение какой-либо молекулы, что позволило бы разработать хотя бы лабораторные методики её полного синтеза для дальнейших исследований на животных. Вот почему приходится снова и снова придумывать всё более изощренные аналитические методы, позволяющие получать необходимую информацию об изучаемой молекуле.
Структура Breitfussi В (иллюстрация Chemspider.com).
В рассматриваемом исследовании нетривиальная комбинация из атомно-силовой микроскопии (АСМ [1]) и двух расчётных методик позволила решить структуры двух природных соединений — Breitfussi А [2] и Breitfussi В [3], производимых редким кораллоподобным арктическим организмом Thuiaria breitfussi. Сложность определения структур этих двух родственных веществ всегда была обусловлена в первую очередь их нехваткой для выращивания монокристаллов, пригодных для рентгеноструктурного анализа. В результате, полагаясь лишь на данные спектроскопии ядерного магнитного резонанса и масс-спектрометрии, удалось установить, что обе молекулы Breitfussi А и В содержат индольные, оксазольные и пиррольные ароматические фрагменты. Однако до сих пор не получалось главное — сложить кусочки мозаики в общую картину.
В 2009 году Лео Гросс [4] и его коллеги из Исследовательского центра IBM [5] в Цюрихе (Швейцария) обнаружили [6], что привязывание молекулы монооксида углерода к кончику АСМ-иглы позволяет резко повысить разрешение получаемого изображения молекулярного каркаса планарных ароматических молекул. А в этом году г-н Гросс продемонстрировал [7], как, используя тот же метод, можно визуализировать не только атомы, но и межатомные связи в молекуле.
Накопленный опыт использования АСМ для детальной визуализации планарных молекулярных структур не пропал даром. На сей раз г-н Гросс провёл вместе с международной группой учёных (в том числе из России) успешное решение структур молекул Breitfussi А и В. Связи между отдельными ароматическими фрагментами предстали буквально перед глазами исследователей. И тогда стало очевидным, что необычные структуры Breitfussi А и В могут быть получены из простого дипептида пролин [8]-триптофана [9]. Однако АСМ не может провести различия между кислородным и азотным атомами в составе оксазольного фрагмента, а потому только на основании данных АСМ-визуализации нельзя было с абсолютной уверенностью приписать им однозначные позиции. Вот тут-то и пригодились расчётные методики, позволяющие с максимальной точностью предсказать химические сдвиги сигналов в ЯМР-спектрах, а затем сравнить их с экспериментальными.
Жать только, что возможности АСМ-метода в деле решения структур сложных природных соединений пока ограничены исключительно планарными молекулами…