Fotochemie bilirubinu a jeho podjednotek

Mgr. Dominik Madea, Ph.D.

Doctoral thesis

Photochemistry of Bilirubin and its Subunits

Abstract:

Tato práce popisuje výsledky výzkumu, kterým jsem se zabýval během mého doktorského studia. Shrnuje tři články, které se zabývají fotochemií podjednotek bilirubinu -- tzv. dipyrrinonů. Podjednotky bilirubinu (kyselina vinylneoxanthobilirubinová a kyselina isovinylneoxanthobilirubinová) představují zjednodušené modely používané ke studiu komplexní fotochemie bilirubinu. Fotochemie obou podjednotek (připravených jako methylestery) byla studována pomocí ustálené a transientní spektroskopie a dalších běžných analytických technik (NMR, HPLC, HRMS). Obě podjednotky po ozáření procházejí reverzibilní izomerizaci, ale (E)-izomer methylesteru kyseliny E-vinylneoxanthobilirubinové také podléhá reverzibilní intramolekulární cyklizaci lumirubinového typu za vzniku 7-členného kruhu. Kvantové výtěžky všech pozorovaných fotoprocesů byly stanoveny při různých vlnových délkách ozařování. Pozorované transientní spektra a závislost reakčních kvantových výtěžků na vlnové délce světla byly porovnány s bilirubinem. Rovněž byla provedena fotochemická stabilita podjednotek v přítomnosti a nepřítomnosti kyslíku a také stabilita v temnu. Nakonec byly obě podjednotky a jejich izomery podrobeny biologickým experimentům. Pochopením fotochemie podjednotek můj výzkum pomůže rozšířit znalosti o fotochemii samotného bilirubinu. Do budoucna je plánováno studium fotochemie a biologických účinků oxidačních produktů bilirubinu, jako jsou propentdyopenty, konečné produkty oxidace bilirubinu (BOXy), biopyrriny a další. Můj výzkum také může pomoci pochopit skryté aspekty fototerapie používané k léčbě novorozenecké žloutenky a potenciálně ji vylepšit snížením nežádoucích účinků.

Abstract:

This thesis describes the results of my research connected to my Ph.D. studies. It summarizes three papers which are concerned with the photochemistry of bilirubin dipyrrinone subunits. Subunits of bilirubin (vinylneoxanthobilirubic acid and isovinylneoxanthobilirubic acid) represent simplified models used to study the complex photochemistry of bilirubin. The photochemistry of both subunits (prepared as methyl esters) was studied by steady-state and transient spectroscopy and other common analytical techniques (NMR, HPLC, HRMS). Both subunits undergo reversible isomerization upon irradiation but the (E)-isomer of E-vinylneoxanthobilirubic acid methyl ester also undergoes reversible lumirubin-type intramolecular cyclization to produce a 7-membered ring product. The quantum yields of all observed photoprocesses were determined at different irradiation wavelengths. Observed transient spectra and the wavelength-dependency of the reaction quantum yields were compared to that of bilirubin. Also, photochemical stability of the subunits in the presence and the absence of oxygen and stability in the dark was performed. Finally, both subunits and their isomers were subjected to biological experiments. By understanding the photochemistry of the subunits, my research will help to extend the knowledge of the photochemistry of bilirubin itself. The future plan is to study the photochemistry and biological effects of oxidation products of bilirubin, such as propentdyopents, bilirubin oxidation end products (BOXes), biopyrrins and others. Finally, my research may help to understand the hidden aspects of the phototherapy used to treat the neonatal jaundice and potentially improve it by minimizing the adverse effects.

Keywords

bilirubin, fototerapie, dipyrrinony, photoisomerizace, kvantový výtěžek, transientní spektroskopie, phototherapy, dipyrrinones, photoisomerization, quantum yield, transient spectroscopy

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 8. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 20. 10. 2022
• Supervisor: prof. RNDr. Petr Klán, Ph.D.
• Reader: prof. RNDr. Tomáš Polívka, Ph.D., Mgr. Tomáš Šolomek, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Chemistry / Organic Chemistry