• Šramko M., Remko M.
• Štúdium acidity vybraných inhibítorov angiotenzín konvertujúceho enzýmu
• Farm Obz, 79, 2010, 6, s. 139-146

Ab initio metódy elektrónovej hustoty boli použité na štúdium acidít piatich vybraných ACE inhibítorov v izolovanom stave. Acidity sú vyjadrené ako entalpia ?H298 a Gibbsova energia ?G298 deprotonácie pri teplote 298 K. Použitá bola dvojvrstvová ONIOM metóda, ktorá umožňila štúdium acidít vybraných ACE inhibítorov, presnejšou Becke3LYP metódou s bázou 6-311+G(d,p), zatiaľ čo zvyšné časti molekuly boli študované na úrovni Hartree-Fock s bázou 3 – 21G*. Študované ACE inhibítory sú slabé kyseliny s vypočítanými aciditami medzi 1290 – 1420 kJ.mol-1. Zo študovaných liečiv je najkyslejší v izolovanom stave aj vodnom roztoku spiraprilát.

Kľúčové slová: acidita – disociačná konštanta – ACE inhibítory – DFT metóda – SPARC

Inhibítory angiotenzín konvertujúceho enzýmu sú rýchlo sa vyvíjajúcou skupinou liečiv, ktorá má v súčasnosti široké terapeutické použitie. Uplatňujú sa najmä v terapii esenciálnej hypertenzie, post-infarktových stavoch, mestnavom zlyhaní srdca, pri diabete, ochoreniach obličiek a po mozgovej príhode (1 - 3). Tieto látky ovplyvňujú renínový-angiotenzíno­vý-aldosterónový systém (RAAS) ako kompetitívne inhibítory angiotenzín konvertujúceho enzýmu. Angiotenzín konvertujúci enzým (ACE; EC 3.4.15.1) je membránový glykoproteín typu I, ktorý je exprimo­vaný na povrchu epitelových a endotelových buniek. Je súčasťou RAAS (regulačný systém ľudského organizmu, ktorý zohráva významnú úlohu v regulácii krvného tlaku, patogenéze hypertenzie, a aj iných ochorení).

U ľudí rozoznávame dve rozdielne formy ACE: somatickú a testikulárnu. Somatická forma je zložená z 1306 aminokyselín a dvoch domén (N- a C-do­mény). Každá doména obsahuje aktívne miesto, v ktorom sa nachádza katión Zinku (Zn2+). Testikulár­ny ACE sa skladá zo 732 zvyškov a má jedno Zn2+ katión obsahujúce katalytické miesto, ktoré je homogénne s C-doménou somatickej formy (4, 5).

ACE katalyzuje dve reakcie, ktoré majú významnú úlohu pri regulovaní arteriálneho tlaku. Je to a) pre­mena angiotenzínu I, ktorý je neaktívny dekapeptid na angiotenzín II, oktapeptid s vysokou vazo­konstrikčnou aktivitou, b) degradácia nonapeptidu bradykinínu, ktorý je účinným vazodilatátorom. Nadviazaním ACE inhibítora do aktívneho miesta ACE sa teda súčasne zabráni tvorbe vazokonstrikčne pôsobiaceho angio­tenzínu II a rozkladu vazoprotektív­ne pôsobiaceho bradykinínu. Zvýšená hladina bradykinínu podporuje syntézu vazodilatačne pôsobiacich NO a prostacyklínu PGI2. Znížením hladiny angiotenzínu II dôjde k zníženému uvoľňova­niu aldosterónu a zvýšenej nátriuréze. Všetky tieto mechanizmy v konečnom dôsledku znižujú tlak krvi. Okrem antihypertenzného účinku vykazujú inhibítory ACE aj vaskuloprotektívne a antitrombotické vlast­nosti, ktoré môžu zohrávať priaznivú úlohu pri kardiovaskulárnej morbidite (6, 7).

Disociácia liečiv zohráva významnú úlohu pri ich distribúcii v organizme a následnej väzbe na receptor. Z tohto dôvodu je dôležité poznať, či liečivo existuje za podmienok fyziologického prostredia v neutrálnej alebo ionizovanej forme. Študované ACE inhibítory obsahujú kyslé funkčné skupiny (karboxylovú –COOH a tiolovú -SH), ktoré sa vo vodných roztokoch môžu vyskytovať v ionizovanej, príp. protonizovanej forme, v závislosti od pH prostredia.

Prítomnosť dvoch kyslých funkčných skupín znižuje gastrointestinálnu absorpciu a biologickú dostupnosť. Aj preto sa väčšina používaných ACE inhibítorov zaraďuje medzi typické prodrug liečivá. To znamená, že v liekovej forme je neúčinný alebo málo účinný prekurzor (prodrug forma), ktorý má výhodnejšie farmakokinetické vlastnosti. Pri ACE inhibítoroch sa toto dosiahne esterifikovaním kyslejšej funkčnej skupiny, ktorá sa po absorpcii látky do organizmu ľahko hydrolyzuje pomocou nešpecifických hydroláz na príslušnú aktívnu formu (obr. 1). Aktívna forma sa potom viaže do aktívneho miesta enzýmu ACE. Na základe kryštalografických údajov sa predpokladá že funkčné skupiny inhibítora ACE nadviazaného v enzýme na katión zinku sú v ionizovanej forme.

Biologická aktivita ACE inhibítorov je spojená najmä s ich vysokou väzbovou kapacitou vzhľadom na katióny zinku v aktívnom mieste enzýmu (8, 9). Klinicky používané inhibítory ACE sa podľa väzby na katión zinku v aktívnom mieste zatrieďujú do troch skupín.

ACE inhibítory s obsahom tiolovej (napr. kaptopril), karboxylovej (napr. enalapril, perindopril) a fosfinylovej funkčnej skupiny (fosinopril). Aj keď majú spoločný molekulový mechanizmus účinku (inhibícia enzýmu konvertujúceho angiotenzín), bude ich výsledný farmakologický efekt daný špecifickými fyzikálno-chemickými, farmakokinetickými (absorpcia, distribúcia, metabolizmus a exkrécia) a toxickými vlastnosťami (10). Kyslosť v roztoku je ovplyvnená interakciami medzi rozpúšťanou látkou a rozpúšťad­lom. Môže nastať situácia, že poradie acidít jednotli­vých funkčných skupín študovaných vo vodnom prostredí nebude korelovať s aciditami študovanými v izolovanom stave. V plynnom stave sa totiž môžu výraznejšie prejaviť slabé intramolekulové sily, ktoré sú v roztokoch bežne vplyvom prostredia zoslabené (11, 12).

Úlohou tejto štúdie bolo preskúmať acidobázické vlastnosti piatich vybraných inhibítorov ACE (kapto­pril, enalaprilát, ramiprilát, spiraprilát a zofenoprilát). Na štúdium geometrie a acidity týchto látok v izolovanom stave sa použili DFT metódy (metódy elektrónovej hustoty). Vyjadrené sú ako Gibbsove energie deprotonácie pri teplote 298 K (?G298). Na vyjadrenie miery kyslosti študovaných látok v roztoku sme použili teoreticky vypočítané hodnoty pKa vo vodnom prostredí.

Metódy

Počiatočné geometrie študovaných látok boli namode­lované na základe predchádzajúcich konformačných štúdií (13 – 15). Preštudované boli viaceré konformácie pre každú látku v neutrálnej a v ionizovanej forme, na výpočet termodynamických parametrov sa však po­užili len najstabilnejšie konformácie.

Geometrie študovaných látok boli úplne optimalizované v programe Gaussian 98 (16) pomocou dvojvrstvej ONIOM metódy (17 – 19). ONIOM metóda umožňuje detailnejšie štúdium (na vyššej úrovni teórie) dôležitých častí molekulového systému, zatiaľ čo ostatné časti systému sú študované na výpočtovo prijateľnejšej úrovni pomocou nižšej úrovne teórie. Modelové systémy a reálne štruktúry použité pri ONIOM výpočtoch sú zobrazené na obr. 2. Reálne systémy pozostávajú z kompletných molekúl inhibí­torov a ich príslušných aniónov. Dve úrovne teórie použité na výpočet energií sú teória funkcionálu elektrónovej hustoty (DFT) (20,21) na úrovni Becke3LYP (22-24) s bázou 6-311+G(d,p) (vyššia úroveň) a metóda Hartree-Fock s bázou 3-21G* pre nižšiu úroveň teórie.

Acidita v plynnej fáze ?E (A) bola definovaná ako energia deprotonácie ?E pre rovnicu:         (1)

Energia deprotonácie ?E, pri T = 0 K, bola počítaná pomocou rovnice:             (2)

kde E je celková energia stabilných konformácií kyseliny a jej aniónov. Použili sa extrapolované hodnoty ONIOM energií (EONIOM). Entalpia deprotonácie, ?H298 bola počítaná pomocou rovníc (3) a (4):             (3)   (4)

kde E298 predstavuje celkovú energiu stabilných konformácií kyselín a príslušných aniónov (vrátane tepelnej korekcie energie pri T = 298 K). V rovnici (3) sme nahradili ?(pV) = RT (v reakcii (1) bol získaný 1 mol plynu). Gibbsova energia deprotonácie ?G298 (acidita v plynnej fáze) bola počítaná pomocou rovnice:             (5)

Entropický príspevok bol definovaný ako:     (6)

Pre T = 298 K pri štandardnom tlaku možno nahradiť druhý člen TS(H+) = 32,5 kJ.mol-1, (25). Teda:    (7)

Potrebné je uvedomiť si nepriamu úmernosť medzi hodnotou ?G (acidita v plynnej fáze) a silou kyseliny. Čím je hodnota ?G vyššia, tým je kyselina slabšia. Na obr. 3 sú detailne zobrazené možné spôsoby disociácie študovaných molekúl. Je preukázané, že viacvrstvový ONIOM prístup poskytuje výbornú metódu presných výpočtov pre väčšie systémy (26 – 31). Pre takéto systémy sú zatiaľ presné výpočty často príliš nákladné a neuskutočniteľné. DFT a ab initio SCF výpočty sa uskutočnili pomocou programu Gaussian 98 (16).

Výpočty disociačnej konštanty pKa vo vodnom prostredí sme uskutočnili pomocou internetového softwaru SPARC (32). Program SPARC vyvinutý Carreirom a spol. (33, 34) počíta viaceré parametre chemickej reaktivity (ako ionizačná konštanta pKa, kinetika, výparné teplo, bod varu, difúzny koeficient a pod.), pričom používa výpočtové algoritmy založené na základoch chemickej štruktúrnej teórie. SPARC stojí používateľa len niekoľko minút výpočtového času, pričom poskytuje väčšiu presnosť aká môže byť s inými konvenčnými metódami (35).

Výsledky a diskusia

Konformácie s najnižšou energiou (energetické minimá) študovaných molekúl sú uvedené na obr. 4 v paličkovom zobrazení. Z dôvodu lepšej prehľadnosti sú zobrazené len tie atómy vodíka, ktoré sú súčasťou funkčných disociačných skupín. Všetky optimalizo­vané štruktúry boli podrobené vibračnej frekvenčnej analýze. Nenašli sa žiadne imaginárne frekvencie, takže uvedené štruktúry reprezentujú skutočné mi­nimá v izolovanom stave.

Študované ACE inhibítory obsahujú kyslé funkčné skupiny (karboxylovú –COOH a tiolovú –SH), ktoré sú schopné podliehať deprotonačným reakciám. Známe je, že do aktívneho miesta enzýmu ACE sa študované látky viažu vo forme aniónu, ktorý teda predstavuje aktívnu formu inhibítora (1, 36, 37).

Vypočítané hodnoty acidít v izolovanom stave pri štandardnej teplote 298 K (deprotonačné entalpie ?H298 a Gibbsove energie ?G298) pre ionizáciu do prvého i druhého stupňa sú uvedené v tab. 1. Hodnoty acidít niektorých ACE ihibítorov v izolovanom stave už boli vypočítané teoretickými metódami (14, 15). Disociačná konštanta, resp. hodnota pKa je mierou sily kyseliny alebo zásady v roztoku. Z toho dôvodu je tento pa­ramer veľmi nápomocný na porozumenie správania sa liečiva v mieste účinku, čiže v aktívnom mieste receptora. Doposiaľ jediné publikované experimen­­-tálne hodnoty týkajúce sa disociácie ACE inhibítorov vo vodnom prostredí sú hodnoty pKa pre kaptopril, lisinopril a enalapril. Experimentálna hodnota pKa pre non-prodrug inhibítor kaptopril je 3,7 pre C-terminálny karboxyl a 9,8 pre tiolovú skupinu (pri pH = 7 nebude teda tiolová skupina disociovaná) (14, 38). Expe­rimen­tálna hodnota pKa pre inhibítor enalapril (N-terminál­ny etyl-ester enalaprilátu) je 3,0 pre C-terminálnu karbo­xylovú skupinu (39, 40). Vypočíta­né hodnoty disociačnej konštanty pKa vo vodnom pro­stre­dí pomocou programu SPARC sú uvedené v tab. 2.

V prípade kaptoprilu sú hodnoty deprotonácie ?H298 a ?G298 pre N-terminálnu tiolovú skupinu vyššie o 66,5 a 63,1 kJ.mol-1 ako pre C-terminálnu karboxylovú skupinu. To naznačuje, že C-terminálna karboxylová skupina je podstatne kyslejšia ako tiolová skupina. Rovnaký trend sme pozorovali aj vo vodnom prostredí. Vypočítané pKa hodnoty pomocou softvéru SPARC takisto naznačujú, že C-terminálna karboxylová sku­pina (pKa = 4,49) je podstatne kyslejšia ako tiolová skupina (pKa = 9,54).

V prípade enalaprilátu je vypočítaná Gibbsova energia deprotonizácie ?G298 pre N-terminálnu karboxylovú skupinu o 13,4 kJ.mol-1 nižšia v porovnaní s C-terminálnou karboxylovou skupinou, čo naznačuje že N-terminálna karboxylová skupina je mierne kyslejšia ako C-terminálna karboxylová skupina. Podobne vo vodnom prostredí sa na základe teoretic­kých pKa hodnôt javí N-terminálna karboxylová skupina (pKa = 2,03) kyslejšia v porovnaní s C-ter­minálnou karboxylovou skupinou (pKa = 4,09). Toto poradie kyslosti takisto vysvetľuje, prečo v prípade pro-drug foriem väčšiny inhibítorov ACE je N-terminál­na karboxylová skupina esterifikovaná etylovou skupinou. Pro-drug forma (etylester inhibítora) je lipofilnejšia a menej kyslá ako jej aktívna forma, a teda sa lepšie vstrebáva z gastrointestinálneho traktu.

Gibbsova energia deprotonácie pre N-terminálnu karboxylovú skupinu ramiprilátu v izolovanom stave je o 17,8 kJ.mol-1 nižšia v porovnaní s C-terminálnou karboxylovou skupinou, a podobne ako pri enalapriláte možeme usudzovať, že N-terminálna karboxylová skupina bude opäť mierne kyslejšia ako C-terminálna karboxylová skupina. Štruktúra inhibítora ramiprilátu je veľmi podobná štruktúre enalaprilátu. Líšia sa len prítomnosťou cyklopentánového kruhu nadviazaného na L-prolín. Aj to vysvetľuje rovnaké vypočítané hodnoty disociačnej konštanty pKa vo vodnom prostre­dí pri enalapriláte a ramipriláte.

V prípade spiraprilátu je vypočítaná Gibbsova energia deprotonizácie ?G298 pre N-terminálnu karboxylovú skupinu o 42,7 kJ.mol-1 nižšia v porovnaní s C-terminálnou karboxylovou skupinou, čo naznačuje že N-terminálna karboxylová skupina je kyslejšia ako C-terminálna karboxylová skupina. Takisto v roztoku na základe vypočítaných pKa hodnôt je N-terminálna karboxylová skupina (pKa = 1,93) kyslejšia v porovnaní s C-terminálnou karboxylovou skupinou (pKa = 3,75). Gibbsova energia deprotonácie pre N-terminálnu karboxylovú skupinu spiraprilátu v izolovanom stave je v porovnaní s N-terminálnou karboxylovou skupi­nou enalaprilátu o 43,5 kJ.mol-1 nižšia. N-terminálna karboxylová skupinu spiraprilátu v izolovanom stave je teda kyslejšia, čo koreluje aj s vypočítanými pKa hodnotami vo vodnom prostredí, kde sa N-terminálna karboxylová skupina spiraprilátu (pKa = 1,93) javí ako kyslejšia v porovnaní s N-terminálnou karboxylovou skupinou enalaprilátu (pKa = 2,03).

Gibbsova energia deprotonácie pre N-terminálnu tiolovú skupinu zofenoprilátu v izolovanom stave je o 52,7 kJ.mol-1 vyššia v porovnaní s C-terminálnou karboxylovou skupinou. Karboxylová skupina je teda aj v tomto prípade (podobne ako pri kaptoprile) kyslejšia, čo dobre koreluje aj s vypočítanými pKa hodnotami vo vodnom prostredí, kde C-terminálna karboxylová skupina (pKa = 4,2) je podstatne kyslejšia ako N-terminálna tiolová skupina (pKa = 9,42).

Záver

Deprotonáciou funkčných skupín študovaných inhibítorov došlo k zmene ich geometrií, a to najmä v blízkosti reakčných centier. Tiolové skupiny v ne­utrálnych molekulách kaptoprilu a zofenoprilátu vytvárajú intramolekulové vodíkové väzby s kyslíkom karbonylovej skupiny, deprotonáciou tiolovej skupiny však dochádza k silnej repulzii medzi karbonylovým kyslíkom a atómom síry, čo vedie ku konformačným zmenám. Entalpie a Gibbsove energie študovaných inhibítorov v izolovanom stave dobre korelujú s expe­rimentálnymi a teoretickými pKa hodnotami vypočí­tanými pomocou programu SPARC. Výsledky štúdie potvrdili opodstatnenosť chránenia kyslejšej N-termi­nálnej karboxylovej skupiny pri pro-drug ACE inhibítoroch hydrolyzovateľnou esterovou väzbou.

Najľahšie disociovateľnou kyslou funkčnou skupi­nou zo študovaných inhibítorov je N-terminálna karboxylová skupina spiraprilátu (Gibbsova energia deprotonácie ?G298 = 1297,3 kJ.mol-1). Najmenej kyslá funkčná skupina je N-terminálna tiolová skupina kaptoprilu s Gibbsovou energiou deprotonácie ?G298 = 1419,6 kJ.mol-1.

V tejto štúdii bola použitá dvojvrstvá ONIOM metóda, ktorá vykázala dobré výsledky s primeranými výpočtovými nákladmi a potvrdila sa jej použiteľnosť pri štúdiu väčších systémov, ktoré možno rozdeliť na menšie podsystémy.

Práca bola podporená grantom VEGA 1/4301/07, grantom Univerzity Komenského č. UK/42/2007 a  rantom ESF (kód ITMS: 13120200090)

Literatúra
1.    OPIE, L. H.: Angiotensin Converting Enzyme Inhibitors, 2nd ed. Wiley-Liss: New York 1994.
2.    WONG, J., PATEL, R. A., KOWEY, P. R.: The Clinical Use of Angiotensin-Converting Enzyme Inhibitors. Progress in Cardiovascular Diseases, 47, 2004, s. 116 – 130.
3.    NEAL., B., MACMAHON, S., CHAPMAN, N.: Effects of ACE inhibitors, calcium antagonist and other blood pressure lowering drugs. Lancet, 356, 2000, s. 1955 – 1964.
4.    HOOPER, N. M.: Families of zinc metalloproteases. FEBS Lett, 354, 1994, s. 1 – 6.
5.    HUBERT, C., HOUOT, A.-M., CORVOL, P., SOUBRIER, F.: Structure of the angiotensin I-converting enzyme gene. J Biol Chem, 266, 1991, s. 15377 – 15383.
6.    REMKOVÁ, A., KRATOCHVÍĽOVÁ H.: Effect of angiotensin converting enzyme inhibitor perindopril on haemostasis in essential hypertension. Blood Coagul Fibrinolysis, 11, 2000, s. 641 – 644.
7.    OKRUCKÁ, A., PECHÁŇ, J., KRATOCHVÍĽOVÁ, H.: Effect of angiotensin converting enzyme inhibitor perindopril on endothelial and platelet functions in essential hypertension. Platelets, 9, 1998, s. 63 – 67.
8.    SWAMY, K. M. K., LIN, M.-J., SUN, CH.-M.: Advances in Angiotensin Converting Enzyme Inhibitors and Angiotensin Receptor Blockers. Mini Rev Med Chem, 3, 2003, s. 621 – 631.
9.    SMIEŠKO, M., REMKO, M.: Coordination and Thermodynamics of Stable Zn(II) Complexes in the Gas Phase. J Biomol Struct Dyn, 20, 2003, s. 759 – 769.
10.    REMKO, M.: Angiotenzín konvertujúci enzým. Farm Obzor LXXV, 2006, s. 107 – 112.
11.    AUE, D. H., WEBB, H. M., BOWERS, M. T.: Stabilities of Positive Ions from Equilibrium Gas-Phase Basicity Measurements. J Am Chem Soc, 98, 1976, s. 318 – 325.
12.    TUNON, I., SILLA, E., PASCUAL-AHUIR, J. L.: Theoretical Study of the Inversion of the Alcohol Acidity Scale in Aqueous solution. J Am Chem Soc 115, 1993, s. 2226 – 2230.
13.    SMIEŠKO, M., REMKO, M.: Preferred Conformation of Selected ACE Inhibitors for Interaction with ACE Active Site. Chem Pap, 56, 2002, s. 138 – 143.
14.    SMIEŠKO, M., REMKO, M.: Two-Layer ONIOM Calculation of Gas-Phase Acidities of Selected ACE Inhibitors. Chem Pap, 58, 2004, s. 71 – 78.
15.    ŠRAMKO, M., REMKO, M., GARAJ, V.: Theoretical Study of Gas-Phase Acidities of Selected Angiotensin-Converting Enzyme Inhibitors. Structural Chemistry 16, 2005, s. 391 – 399.
16.    Gaussian 98 (Revision A.7), FRISCH, M. J., TRUCKS, G. W., SCHLEGEL, H. B., SCUSERIA, G. E., ROBB, M. A., CHEESEMAN, J. R., ZAKRZEWSKI, V. G., MONTGOMERY, Jr., J. A., STRATMANN, R. E., BURANT, J. C., DAPPRICH, S., MILLAM, J. M., DANIELS, A. D., KUDIN, K. N., STRAIN, M. C., FARKAS, O., TOMASI, J., BARONE, V., COSSI, M., CAMMI, R., MENNUCCI, B., POMELLI, C., ADAMO, C., CLIFFORD, S., OCHTERSKI, J., PETERSSON, G. A., AYALA, P. Y., CUI, Q., MOROKUMA, K., MALICK, D. K., RABUCK, A. D., RAGHAVACHARI, K., FORESMAN, J. B., CIOSLOWSKI, J., ORTIZ, J. V., STEFANOV, B. B., LIU, G., LIASHENKO, A., PISKORZ, P., KOMAROMI, I., GOMPERTS, R., MARTIN, R. L., FOX, D. J., KEITH, T., AL-LAHAM, M. A., PENG, C. Y., NANAYAKKARA, A., GONZALEZ, C., CHALLACOMBE, M., GILL, P. M. W., JOHNSON, B., CHEN, W., WONG, M. W., ANDRES, J. L., GONZALEZ, C., HEAD-GORDON, M., REPLOGLE, E. S., and POPLE, J. A., GAUSSIAN, Inc., Pittsburgh PA, 1998.
17.    SVENSSON, M., HUMBEL, S., FROESE, R. D. J., MATSUBARA, T., SIEBER, S., MOROKUMA, K.: ONIOM: A Multilayered Integrated MO + MM Method for Geometry Optimizations and Single Point Energy Predictions. J Phys Chem, 100, 1996, s. 19357 – 19363.
18.    HUMBEL, S., SIEBEL, S., MOROKUMA, K.: The IMOMO Method: Integration of Different Levels of Molecular Orbital Approximations for Geometry Optimization of Large Systems. J Chem Phys, 105, 1996, s. 1959 – 1967.
19.    FROESE, R. D. J., MOROKUMA, K.: In Encyclopedia of Computational Chemistry, SCHLEYER, P. V. R., Ed., Wiley: New York, 1998.
20.    PARR, R. G., WANG, W.: Density-Functional Theory of Atoms and Molecules. Oxford University Press: New York, 1994.
21.    NEUMANN, R., NOBES, R. H., HANDY, N. C.: Exchange functionals and potentials. Mol Phys, 87, 1996, s. 1 – 36.
22.    BECKE, A. D.: Density-functional exchange-energy approximation with correct asymptotic behaviour. Phys Rev, A38, 1988, s. 3098 – 3100.
23.    BECKE, A. D.: Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange. J Chem Phys, 98, 1993, s. 5648 – 5652.
24.    LEE, C., YANG, W., PAAR, R. G.: Development of the Colle-Salvetti correlation-energy formula into a functional of the electron density. Phys Rev, B37, 1988, s. 785 – 789.
25.    ALBERTY, R. A., SILBEY, R. J.: In Physical Chemistry, 2nd ed., Wiley: New York, 1997.
26.    REMKO, M., WALSH, O. A., RICHARDS, W. G.: Molecular structure and gas-phase reactivity of clonidine and rilmenidine. Chem Phys Phys Chem, 3, 2001, s. 901 – 907.
27.    REMKO, M., WALSH, O. A., RICHARDS, W. G.: Theoretical Study of Molecular Structure, Tautomerism, and Geometrical Isomerism of Moxonidine. J Phys Chem, A 105, 2001, s. 6926 – 6931.
28.    DAPPRICH, S., KOMAROMI, I., BYUN, K. S., MOROKUMA, K., FRISCH, M. J.: A New ONIOM Implementation in Gaussian 98. J Mol Struct Theochem, 1, 1999, s. 461 – 462.
29.    FROESE, R. D. J., MOROKUMA, K.: Accurate Calculations of Bond Breaking Energies in C60 Using the Three-layered ONIOM Method. Chem Phys Lett, 305, 1999, s. 419 – 424.
30.    VREVEN, T., MOROKUMA, K.: The Accurate Calculation and Prediction of the Bond Dissociation Energies in a Series of Hydrocarbons Using the IMOMO. J Chem Phys, 111, 1999, s. 8799 – 8803.
31.    REMKO, M., LYNE, P. D., RICHARDS, W. G.: Molecular structure and gas-phase reactivity of zileuton and its N-dehydroxylated metabolite: two-layered ONIOM calculations. Phys Chem Chem Phys, 2, 2000,
s. 2511 – 2514.
32.    http://ibmlc2.chem.uga.edu/sparc
33.    HILAL, S., KARICKHOFF, S. W., CARREIRA, L. A.:
A rigorous test for SPARC‘s chemical reactivity models. Quant Struct Act Rel, 14, 1995, s. 348 – 355.
34.    CARREIRA, L. A., HILAL, S., KARICKHOFF, S. W.: In Theoretical and Computational Chemistry, Quantitative Treatment of Solute/Solvent Interactions, POLITZER, P., MURRAY, J. S., Eds., Elsevier Publishers: Amsterdam, 1994.
35.    HILAL, S., KARICKHOFF, S. W., CARREIRA, L. A.: Estimation of Carboxylic Acid Ester Hydrolysis Rate Constants. QSAR Comb Sci, 22, 2003, s. 917 – 925.
36.    NATESH, R., SCHWAGER, S. L. U., STURROCK, E. D., ACHARYA, K. R.: Crystal structure of the human angiotensin-converting enzyme-lisinopril complex.
Nature, 421, 2003, s. 551 – 554.
37.    NATESH, R., SCHWAGER, S. L. U., EVANS, H. R., STURROCK, E. D., ACHARYA, K. R.: Structural details on the binding of antihypertensive drugs captopril and enalaprilat to human testicular angiotensin I-converting enzyme. Biochemistry 43, 2004, s. 8718 – 8724.
38.    http://www.micromedex.com/products/demos/webready/Professional/Usp_DI/data_001.html
39.    QUIN, X. Z., IP, D. P., TSAI, E. W.: Determination and rotamer separation of enalapril maleate by capillary electrophoresis. J Chromatogr, A 626, 1992, s. 251 – 258.
40.    QUIN, X. Z., NGUYEN, D. S. T., IP, D. P.: Separation of lisinopril and its RSS diastereoisomer by micellar electrokinetic chromatography. J Liq Chromatogr, 16, 1993, s. 3713 – 3734.

Šramko M., Remko M.
Katedra farmaceutickej chémie, Farmaceutická fakulta UK, Bratislava

STUDY OF ACIDITIES OF SELECTED ANGIOTENSIN-CONVERTING ENZYME INHIBITORS

Ab initio density functional theory calculations were used to investigate gas-phase acidities of five selected ACE inhibitors expressed as enthalpy ?H298 and Gibbs energy ?G298 of deprotonation at 298.15 K. This study took advantage of the two layered ONIOM method, which allowed to calculate acidities of selected ACE inhibitors with high accuracy with the Becke3LYP method with 6-311+G(d,p) basis set – the High layer, while the other parts of the molecule were calculated with the Hartree-Fock method with 3-21G* basis set - the Low layer. The investigated ACE inhibitors are weak acids with calculated acidities of about 1290-1420 kJ.mol-1. Of acids studied the highest acidity (in gas-phase and also in water solution) posseses ACE inhibitor spiraprilat.
Key words: acidity – dissociation constant – ACE inhibitors – DFT method – SPARC