Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Г.Дюга, К.Пенни

овершенно иные. Введение конъюгированной системы значительно облегчает атаку соседнего нуклеофила на апофермент. |При этом образуется новая стабильная ковалентная связь, что приводит к необратимому ингибированию фермента и препятствует [нормальному метаболическому функционированию системы.

К /СН2ОН

:4-сн=сн—о—сн — сн; ffi —»

.CH2OH

eooc—с—сн==сн—о—сн2—сяХ в

NH3

1-5*

452

Глава 7

Важно понимать, что природный токсин устроен таким образом, что нуждается в химической активации со стороны фермента. В результате активации между ингибитором и ферментом протекает реакция, которая приводит к необратимому ингибированию последнего. Таким образом, фермент благодаря специфичности своего действия катализирует собственную инактивацию, или «самоуничтожение».

На практике многие хорошо известные лекарственные препараты обладают свойством ингибировать тот или иной фермент, но только некоторые из них предназначены именно для этой цели. Познание структуры и механизма действия ферментов заметно продвинулось вперед за последние два десятилетия. В связи с этим поиск специфических ингибиторов ферментов с целью их использования в фармакологии стал еще более заманчивым. Чтобы такие поиски увенчались успехом, необходимо получить по возможности больше сведений о специфичности фермента, а также о второстепенных центрах связывания вблизи его активного центра, если таковые существуют. Интенсивные исследования в этом направлении привели к разработке новой интересной группы необратимых ингибиторов ферментов: активируемых ферментом необратимых ингибиторов, или, как их иначе называют, самоуничтожающихся инактиваторов ферментов [313, 318, 319]. Смысл выражения «самоуничтожающийся инактиватор» не совсем определен, но тем не менее это выражение используется.

Этот тип ингибиторов очень перспективен, так как потенциально активная группа в присутствии некоторых ферментов или in vivo может быть достаточно безвредной до тех пор, пока нужный фермент не активирует ее. При изучении таких процессов исследователь должен быть вооружен знаниями органической и физической химии ферментов [315].

Идея самоуничтожающихся ингибиторов или инактиваторов ферментов может получить широкое распространение, если химикам-органикам удастся синтезировать правильно спроектированные аналоги субстратов определенных ферментов. Естественно, что создание новых самоуничтожающихся инактиваторов ферментов подразумевает все более высокий уровень химических знаний. В основном работы по самоуничтожающимся ингибиторам выполнены на кепротеолитических ферментах, в частности на пиридок-саль- и флавинзависимых ферментах.

Паргилнн является мощным необратимым ингибитором флавин-зависимой моноаминоксидазы. Он уже применяется в клинической практике. Фермент катализирует инактивацию биологически важных катехоламинов. Паргилин образует ковалентную связь с ферментом через флавиновый кофактор; предполагаемый механизм его действия изображен на схеме 7.1.

В то же время р, v-ненасыщенные аминокислоты, у_анетилен-аминокиелсты или аминокислоты, имеющие в р-положенин

Схема 7.1.

454

Глава 7

хорошую уходящую группу, являются потенциальными ингибиторами пироксальзависимых ферментов, участвующих в метаболизме аминокислот. Первые два типа аминокислот активируются либо благодаря образованию карбаниона вблизи ненасыщенной связи, либо благодаря двухэлектронному окислению до связанного конъюгированного кетимина.

Для галогенсодержащих соединений катализируемое ферментом отщепление НХ дает аминоакрилат шиффова основания. Во всех случаях активированные электрофилы атакуются нуклеофильными группами ферментов в активном центре или вблизи него.

Нет необходимости доказывать, что создание таких ингибиторов имеет важное терапевтическое значение. Для успешного конструирования их необходимо выполнить три условия:

1) фермент или фермент-коферментный комплекс должны превращать химически неактивную молекулу в активную;

2) активная молекула должна возникать вблизи самого важного остатка в активном центре, располагаясь на расстоянии длины связи;

3) конструируемые активные частицы должны быть таковы, чтобы реакция могла протекать в основном с группой в активном центре, а не с внешним нуклеофилом.

Таким образом, безвредное соединение должно превращаться в мощный ингибитор, при этом фермент служит орудием своего собственного разрушения. Приведем несколько примеров *.

* Совсем недавно разработан галогенсульфоксидный ингибитор, который в присутствии некоторых пиридоксальфосфатзависимых ферментов превращается в активный аллилсульфенат [360].

X

NH3

NH3

NH3

4R'

у---Nu

(нуклеофил на поверхности фермента)

неактивный йЛлилсульфоксиВ

аллилсдлъфеншп

активный

Химия коферментов

455

L Пример I. Серин-О-сульфат и р-хлораланин оба ингибируют действие ас-Ьартатаминотрансферазы [320] и аспартат-р-декарбоксилазы [321]. L Обычный процесс:

еО

i чД. /s?//

шиффово основание

аспартата после OrI3sx62e СН3^ ХЮ,

лрртотропнои у 3YH

1,3-смеш.ения ^

+ СНО

dm

Процесс в присутствии ингибиторов:

аспартатсвязыеаюш.цц

центр в орерменте

неактивный фермент

В — основная группа в ферменте; Nu = нуклеофильная группа в ферменте; R == —Cl, —so4"; Ру = пиридоксалевое ядро.

Пример 2

ch3(xjh

iv^ch—соон

nh2

2-амино-З-метокси-транс- 3-бутаноеая кислота (замещенный винилглицин) - антибиотик, ингибирующий аспартаттрансами-наэу [315]

W С—СООН

ш

1

СНз°У-/н

H/jOc—СООН

-Nu

ч xqoh

-сн,он

////,

фн I ch3oj_,h

нТ^с-соон

Пример 3.

н

I

с

с L

н—сг

н

с нв ИМ .с

nh,

' ^н^^о2

у-ацетиленовый аналог ГАМК, который блокирует ГАМК-трансамин азу в мозгу [згг]

UflU\ JJ

С

сн

^ * С

,со2е

I

соге

Mi

X.

„алленовый тип (акцептор в реакции присоейинения)

Ж

ЛЧи

¦n

/#//

Химия коферментов

457

Г Приведенный в примере 3 аналог уаминомасляной кислоты (ГАМК) [322], по-видимому, чрезвычайно перспективен для клинического использования в качестве антиэпилептического средства.

Пример 4.

-N^^Nv^O H,N-CH-C=CH

Т лрогарг.ипамин -NH

О

связан с флавинзависимой аминоксиЗазой плазмы, которая требует также присутствия Си(II) [323]

нк

Пример 5.

/

сн—с=сн »н

R I

HN. ^S, лн

:Nu^

>сн2 н®

R

ЙЛЯ

тиамин-зависимой системы

а о!

произвоЭное а,а- Эихлорпирчвата

а

:с=с

Л I со2е ¦чл он

R

РР

N

N

ОН

V

Ш С1^

сн

S

о

РР

458

Глава 7

Большинство приведенных примеров показывает, что в основе механизма действия самоуничтожающихся ингибиторов ферментов лежит отщепление протона. По этой причине пиридоксальзависи-мые ферменты являются наиболее вероятными объектами такого ингибирования. В будущем можно ожидать появления еще большего числа ингибиторов пиридоксальзависимых ферментов, механизм действия которых основан на инактивации функциональной группы, обусловленной карбанионной природой промежуточных соединений [315]. Весьма вероятно, что именно создание более селективных ингибиторов активного центра продвинет вперед разработку самоуничтожающихся ферментативных ингибиторов, или инактиваторов. По сравнению с рассмотренными ранее специфичными к активному центру необратимыми ингибиторами преимущество самоуничтожающихся ингибиторов состоит в том, что, будучи относительно нереакционноспособными, они становятся активными после взаимодействия с остатками в активном центре фермента. Активная форма зависит от каталитических особенностей конкретного активного центра. Таким образом, ингибирование катализируется самим ферментом. Однако оба типа ингибирования позволяют вводить метку и идентифицировать группы активного центра и функциональные группы ферментов.

7.3. Тиамин

Как видно из разд. 7.1, суть большинства химических реакций, протекающих в биологических системах, заключается в окислении или восстановлении одного или более реагентов. Однако особенно важный тип реакций, к которому, очевидно, относятся многие ферментативные реакции, не связанные с окислением — восстановлением,— это реакции, включающие перенос протона и сопровождающиеся общим основным или кислотным катализом. Естественно, многие из этих ферментативных превращений осуществляются с помощью небелковых кофакторов или коферментов. К таким коферментам относятся некоторые серосодержащие коферменты, среди которых тиаминпирофосфат (часто называемый витамином Bi) имеет наибольшее значение. Сейчас уже очевидно, что механизм действия тиаминпирофосфата включает участие карбанио-на в качестве промежуточного соединения. Правда, некоторые особенности этого процесса еще недостаточно изучены.

Кофермент участвует в реакциях, в результате которых образуются и разрушаются углерод-углеродные связи, непосредственно прилегающие к карбонильной группе. В качестве примеров служат реакции неокислительного и окислительного декарбоксилирования и альдольной конденсации, например неокислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты до ацетальдегида:

сн3-с-соон ?Н?У!?Ш; сн-cf° + со2

q ксилоза н

пировинограЭная ацетальбейиЭ кислота, п *

Химия коферментов

459

Он также участвует в образовании ацетилфосфата:

НО-

СН2ОН

о

г-ОН

СНО

-он

ь

сн2оро326 5-фосфоксилулоза

а также в следующей конденсации:

CH2OH

(=о

СН2ОР032е 3-фосфоглицер-алъсегца

сн3

+ X

O^OPOf

ацетил--фосфат

но-

сн2он

1

н^Ч>

оксиацетальоег,иа

-он

СН2ОР032е 5-фосфоксилулоза

+ СНО |-ОН СН2ОРО,2в

З-фосфоглицеральЭегиЗ

Для понимания механизма этих конденсаций стоит провести простейшую (аналогию между поведением тиамина и механизмом действия цианид-иона при катализе бензоиновой конденсации [301]:

В—С

У>0 с№

R—СН XCN

R—Св

CN

О О

I

-С—R I

РО' хо \>| I

R—С— I

CN Н R =С6Н<; бензоин

R—С

А

CN

-С—R I

Н

О'

II

R— C-

N

О I

С—R

+ Н

Чтобы объяснить такое поведение тиамина, обратимся к его структуре. [Кофермент тиаминпирофосфат (тиамин-РР) содержит тиазолиевую кольцевую ¦систему:

,СН3

YtTt<

CH3^f"NH2, Н

О

О

)—Р. уР—Ов

о о

в в

тиамин-рр (трр)

Бреслоу [324]

страница 75
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (8.62Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(28.06.2017)