Комплексоутворення ібупрофену з бичачим сироватковим альбуміном: спектроскопічне дослідження та молекулярне моделювання
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe70.11.776Ключові слова:
бичачий сироватковий альбумiн, iбупрофен, гасiння флуоресценцiї, молекулярний докiнгАнотація
У данiй роботi дослiджено взаємодiю iбупрофену з бичачим сироватковим альбумiном (БСА) у водному середовищi з використанням експериментальних та комп’ютерних методiв моделювання. Спектри гасiння флуоресценцiї отримано за сталої концентрацiї БСА (2 мкМ) та змiнної концентрацiї iбупрофену (0–1,5 мкМ) для трьох значень температури (293, 303 i 313 К). Залежностi iнтенсивностей вiдповiдають рiвнянню Штерна–Фольмера та вказують на статичний механiзм гасiння зi зростанням константи зв’язування з ростом температури, що свiдчить про переважальний гiдрофобний характер взаємодiї. Отриманi значення констант зв’язування становлять lg KS = 4,3–5,0 при стехiометрiї зв’язування, близькiй до 1 : 1. Термодинамiчний аналiз комплексоутворення показав ΔG < 0, ΔH > 0, ΔS > 0, що пiдтверджує спонтанний та ентропiйно зумовлений характер зв’язування. Молекулярне докiнг-моделювання в AutoDock 4.2.6 виявило три основнi сайти зв’язування молекули iбупрофену з БСА. Найбiльш енергетично вигiднi моди зв’язування мiстять ван-дер-ваальсiвськi, водневi, гiдрофобнi та електростатичнi взаємодiї, однак переважальними є контакти з гiдрофобними залишками БСА. Розташування iбупрофену вiдносно триптофанових залишкiв вiдповiдає експериментально спостережуваному гасiнню флуоресценцiї.
Посилання
1. F. Simonelli, G. Rossi, L. Monticelli. Role of ligand conformation on nanoparticle-protein interactions. J. Phys. Chem. B 123, 1764 (2019).
https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.8b11204
2. A.L. Mart'ınez-L'opez, C. Pangua, C. Reboredo, R. Campi'on, J. Morales-Gracia, J.M. Irache. Protein-based nanoparticles for drug delivery purposes. Int. J. Pharm. 581, 119289 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2020.119289
3. T. Pho, J.A. Champion. Surface engineering of protein nanoparticles modulates transport, adsorption, and uptake in mucus. ACS Appl. Mater. Interfaces 14, 51697 (2022).
https://doi.org/10.1021/acsami.2c14670
4. A. Bujacz. Structures of bovine, equine and leporine serum albumin. Acta Crystallogr. D Biol. Crystallogr. 68, 1278 (2012).
https://doi.org/10.1107/S0907444912027047
5. A. Michnik, K. Michalik, A. Kluczewska, Z. Drzazga. Comparative DSC study of human and bovine serum albumin. J. Therm. Anal. Calorim. 84, 113 (2006).
https://doi.org/10.1007/s10973-005-7170-1
6. X. Xu, J. Hu, H. Xue, Y. Hu, Y. Liu, G. Lin, L. Liu, R. Xu. Applications of human and bovine serum albumins in biomedical engineering: A review. Int. J. Biol. Macromol. 253, 126914 (2023).
https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.126914
7. E. Karami, M. Behdani, F. Kazemi-Lomedasht. Albumin nanoparticles as nanocarriers for drug delivery: Focusing on antibody and nanobody delivery and albumin-based drugs. J. Drug Deliv. Sci. Technol. 55, 101471 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.jddst.2019.101471
8. O. Holovko, O. Dmytrenko, M. Kulish, A. Lesiuk, O. Pavlenko, A. Naumenko, M. Kaniuk, I. Doroshenko. Mechanisms of heteroassociation in aqueous solutions of BSA with curcumin. J. Mol. Liq. 415, 126364 (2024).
https://doi.org/10.1016/j.molliq.2024.126364
9. O.O. Holovko, O.P. Dmytrenko, A.I. Lesiuk, M.P. Kulish et al. Mechanisms of the interaction of bovine serum albumin with quercetin. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 768, 29 (2024).
https://doi.org/10.1080/15421406.2023.2238505
10. O. Dmytrenko, M. Kulish, O. Pavlenko, A. Lesiuk, A. Momot, T. Busko, M. Kaniuk, T. Nikolaienko, L. Bulavin. Mechanisms of heteroassociation of ceftriaxone and doxorubicin drugs with bovine serum albumin. In: Soft Matter Systems for Biomedical Applications (Springer, 2022).
https://doi.org/10.1007/978-3-030-80924-9_8
11. N.A. Goncharenko, O.P. Dmytrenko, O.L. Pavlenko, M.P. Kulish, I.P. Pundyk, A.I. Lesyuk, T.O. Busko et al. Complexation peculiarities in "Doxorubicin-Bovine Serum Albumin-Gold Nanoparticles" heterosystem. Ukr. Fiz. Zh. 65, 464 (2020).
https://doi.org/10.15407/ujpe65.6.468
12. R. Jin, D. Song, H. Xiong, L. Ai, P. Ma, Y. Sun. Magnetic core/shell Fe3O4/Au nanoparticles for studies of quinolones binding to protein by fluorescence spectroscopy. Luminescence 31, 499 (2016).
https://doi.org/10.1002/bio.2988
13. S. Kaumbekova, N. Sakaguchi, D. Shah, M. Umezawa. Effect of gold nanoparticles on the conformation of bovine serum albumin: insights from CD spectroscopic analysis and molecular dynamics simulations. ACS Omega 9, 49283 (2024).
https://doi.org/10.1021/acsomega.4c06409
14. A. Spada, J. Emami, J.A. Tuszynski, A. Lavasanifar. The uniqueness of albumin as a carrier in nanodrug delivery. Mol. Pharm. 18, 1862 (2021).
https://doi.org/10.1021/acs.molpharmaceut.1c00046
15. N. Qu, K. Song, Y. Ji, M. Liu, L. Chen, R.J. Lee, L. Teng. Albumin nanoparticle-based drug delivery systems. Int. J. Nanomed. 2024, 6945 (2024).
https://doi.org/10.2147/IJN.S467876
16. M. Bukackova, R.J.B.C. Marsalek. Interaction of BSA with ZnO, TiO2, and CeO2 nanoparticles. Biophys. Chem. 267, 106475 (2020).
https://doi.org/10.1016/j.bpc.2020.106475
17. R. Thiramanas, Y. Wongngam, G. Supanakorn, D. Polpanich. BSA adsorption on titanium dioxide nanoparticle surfaces for controlling their cellular uptake in skin cells. ACS Appl. Bio Mater. 7, 1713 (2024).
https://doi.org/10.1021/acsabm.3c01138
18. M. Lokolkar, A. Udnoor, M.S. Ali, U. Katrahalli, M.N. Kalasad, H.A. Al-Lohedan, M.D. Hadagali. Investigations on the complexation and binding mechanism of bovine serum albumin with Ag-doped TiO2 nanoparticles. Phys. Chem. Chem. Phys. 26, 26453 (2024).
https://doi.org/10.1039/D4CP02056A
19. O.O. Honcharova, O.P. Dmytrenko, A.I. Lesiuk, M.P. Kulish, O.L. Pavlenko, A.P. Naumenko, I.Yu. Doroshenko, N.M. Zholobak, M.I. Kaniuk. Binding parameters and conjugation mechanisms in the solutions of BSA with antioxidant CeO2 nanoparticles. Mol. Cryst. Liq. Cryst. 750, 144 (2023).
https://doi.org/10.1080/15421406.2022.2073044
20. P.P. Gorbyk, A.L. Petranovska, O.P. Dmytrenko, O.L. Pavlenko, I.P. Pundyk, T.O. Busko, T.M. PinchukRugal et al. Adsorption mechanisms of gemcitabine molecules on the surface of Fe3O4 nanoparticles with biocompatible coatings. In: Nanooptics and Photonics, Nanochemistry and Nanobiotechnology, and Their Applications: Selected Proceedings of the 7th International Conference Nanotechnology and Nanomaterials (NANO2019), 27-30 August 2019, Lviv, Ukraine (Springer, 2020), p. 195.
https://doi.org/10.1007/978-3-030-52268-1_15
21. J. Irvine, A. Afrose, N. Islam. Formulation and delivery strategies of ibuprofen: challenges and opportunities. Drug Dev. Ind. Pharm. 44, 173 (2018).
https://doi.org/10.1080/03639045.2017.1391838
22. X. Yuan, A.C. Capomacchia. Influence of physicochemical properties on the in vitro skin permeation of the enantiomers, racemate, and eutectics of ibuprofen for enhanced transdermal drug delivery. J. Pharm. Sci. 102, 1957 (2013).
https://doi.org/10.1002/jps.23548
23. I. Doroshenko, T. Rudenok, A. Lesiuk, A. Smal, O. Dmytrenko, L. Davtian, A. Drozdova. Peculiarities of ibuprofen interaction with polyethylene glycol polymer matrix. Low Temp. Phys. 51, 215 (2025).
https://doi.org/10.1063/10.0035405
24. Y. Ni, R. Zhu, S. Kokot. Competitive binding of small molecules with biopolymers: A fluorescence spectroscopy and chemometrics study of the interaction of aspirin and ibuprofen with BSA. Analyst 136, 4794 (2011).
https://doi.org/10.1039/c1an15550d
25. A. Ploch-Jankowska, D. Pentak. A comprehensive spectroscopic analysis of the ibuprofen binding with human serum albumin, part I. Pharmaceuticals 13, 205 (2020).
https://doi.org/10.3390/ph13090205
26. S. Evoli, D.L. Mobley, R. Guzzi, B. Rizzuti. Multiple binding modes of ibuprofen in human serum albumin identified by absolute binding free energy calculations. Phys. Chem. Chem. Phys. 18, 32358 (2016).
https://doi.org/10.1039/C6CP05680F
27. State Pharmacopoeia of Ukraine/State Enterprise "Scientific and Expert Pharmacopoeial Center". Supplement 1 (RIREG, 2004) [ISBN: 966-95824-3-1].
28. T. Peters. All About Albumin: Biochemistry, Genetics, and Medical Applications (Academic Press, 1995) [ISBN: 0-12-552110-3].
https://doi.org/10.1016/B978-012552110-9/50006-4
29. N.M. Davies. Clinical pharmacokinetics of ibuprofen: the first 30 years. Clinic. Pharmacokinet. 34, 101 (1998).
https://doi.org/10.2165/00003088-199834020-00002
30. Principles of Fluorescence Spectroscopy. Edited by J.R. Lakowicz (Springer, 2006) [ISBN: 978-0-387-31278-1].
31. G.M. Morris, R. Huey, W. Lindstrom, M.F. Sanner, R.K. Belew, D.S. Goodsell, A.J. Olson. AutoDock4 and AutoDockTools4: automated docking with selective receptor flexibility. J. Comput. Chem. 30, 2785 (2009).
https://doi.org/10.1002/jcc.21256
32. A. Bujacz. Structures of bovine, equine and leporine serum albumin. Acta Crystallogr. D 68, 1278 (2012).
https://doi.org/10.1107/S0907444912027047
33. National Center for Biotechnology Information (2025). PubChem Compound Summary for CID 3672, Ibuprofen. https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Ibuprofen.
34. O. Matsarskaia, L. B¨uhl, C. Beck, M. Grimaldo, R. Schweins, F. Zhang, T. Seydel, F. Schreiber, F. Roosen-Runge. Evolution of the structure and dynamics of bovine serum albumin induced by thermal denaturation. Phys. Chem. Chem. Phys. 22, 18507 (2020).
https://doi.org/10.1039/D0CP01857K
35. S.G. Krimmer, G. Klebe. Thermodynamics of protein-ligand interactions as a reference for computational analysis: how to assess accuracy, reliability and relevance of experimental data. J. Comput. Aided Mol. Des. 29, 867 (2015).
https://doi.org/10.1007/s10822-015-9867-y
36. T. Weitner, T. Friganovic, D. ˇSaki'c. Inner filter effect correction for fluorescence measurements in microplates using variable vertical axis focus. Anal. Chem. 94, 7107 (2022).
https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c01031
37. J.T. Vivian, P.R. Callis. Mechanisms of tryptophan fluorescence shifts in proteins. Biophys. J. 80, 2093 (2001).
https://doi.org/10.1016/S0006-3495(01)76183-8
38. A.R. Alhankawi, J.K. Al-Husseini, A. Spindler, C. Baker, T.T. Shoniwa, M. Ahmed, P.A. Chiarelli, M.S. Johal. The relationship between hydrophobicity and drug-protein binding in human serum albumin: a quartz crystal microbalance study. Biophysica 2, 113 (2022).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
