причем часть последних гликозилирована. В медицине наиболее широко используются 14 пленные макролиды: эритромицины А—D и олеандомицин — и 16-членные: лейкомици-ны, спирамицины и тилозин.

740 Термин «макролиды» был предложен Р. Б. Вудвордом (1957).

~ Установление структуры и стереохимии первых макролидов выпол-

ни э ко молекулярные иено в 50—fen х годах классическими приемами органической

химии. Успех работы в значительной мере связан с исследованиями П. Уайли (эритромицины) К. Джерасси (эритромицииы метими-ин), Р. Поля и С. Челищева (спирамицины), В. Целмера (олеан-домицин), В. Прелога (карбомицины) и особенно Р. Б. Вудворда (олеаидомицин, магнамицин). Позднее структуры большинства макролидов были подтверждены рентгенеструктурным анализом. В последние годы не только продолжается выделение и структурное изучение новых макролидов, но и разрабатываются полные стереоспецифические синтезы этих стереохимически чрезвычайно сложных соединений.

Антибактериальные макролиды обладают бактериостатическим действием, хотя при больших концентрациях и могут вызывать гибель чувствительных клеток. Все они связываются с 50S субчастицами 70S рибосом а соотношении 1:1 и совершенно не реагируют с 80S рибосомами эукариотов. Участки связывания эритромицина и хлорамфеникола частично перекрываются. Детальные исследования показали, что эритромицин, по-видимому, взаимодействует с белком LI5, который находится иа Р-центре рибосомы и модулирует пептидилтраисферазную активность белка L16, способного специфически связываться с хлорамфеииколом. Вероятно, эритромицин препятствует правильному взаимодействию пептидил-тРНК с донорным участком во время траислокации Ои обычно связывается с рибосомами, содержащими короткие пептиды или уже освободившимися от них, и буквально «замораживает» полисомы, останавливая биосинтез белка.

В завершение описания ингибиторов матричного синтеза белка необходимо упомянуть также некоторые менее известные антибиотики, являющиеся интересными инструментами изучения функций рибосом: лннкомнцин. блокирующий транспепти

Кирромицин R Н А уродок К = СК,

дацию и соответственно элонгацию пептидной цепи нв рибосомах грамполож ительных бактерий; стероидный антибиотик фузидиевую кислоту, блокирующую транслокацию пептиднл-тРНК путем нарушения функций фактора элонгации FF-G кнрро-мицины ауродокс и родственные антибиотики, подавляющие фактор элонгации EF-Tu (см. с. 423).

Ансамакролиды

У этой группы антибиотиков биологическая активность связана с подавлением биосинтеза нуклеиновых кислот. Характерной чертой химического строения ансамакролидов * является наличие алифатической лактамной цепи, которая, как ручка корзины (от лат. ansa — ручка), связывает два несмежных положения нафталинового или бензольного кольца. Наиболее важные представители первой, нафталиновой группы — рифамицины В и SV, а также полусинтетический рифампицин. Во вторую группу входят гельда-намицин из S. hydroscopic us var. geldanus и макбецин 1 из Nocardia sp.

Первые рифамицины получены в Италии в 1959 г., а их структурное изучение, включая стереохимию, завершено в 1973 г. В. Оп-польцером и В. Прелогом, которые и предложили термин «ансамакролиды». Строение основных ансамакролидов подтверждено рент-геноструктурным анализом. Ансамакролиды нафталиновой группы обладают высокой активностью против грамположительных бактерий и Mycobacterium tuberculosis, а рифампицин является в Настоящее время наиболее эффективным антибиотиком для лечения туберкулеза.

Гельданамицин и макбецин 1 подавляют рост бактерий, грибов и простейших, а для других бензольных ансамакролидов характерна высокая противоопухолевая активность.

Механизм действия ансамакролидов уникален. Они подавляют активность ДНК-зависимых PHK-полнмераз из клеток бактерий

741

Антибиотики

и совершенно не взаимодействуют с РНК-полимеразами млекопитающих. Конкретная мишень нафталиновых ансамакролидов — Р-субъединицы фермента, с которыми они образуют очень прочные нековалентные комплексы, из-за чего нарушается образование второй и третьей фосфодиэфирных связей в РНК.

Бензольные ансамакролиды не проявляют избирательной токсичности в отношении бактерий, но являются перспективными лекарственными препаратами против простейших и злокачественных опухолей.

Интересно отметить, что в Р-субъединице РНК-полимеразы имеется также участок связывания другого специфического антибиотика-ингибитора — стрел тол иди ги на в присутствии которого образуется тройной комплекс фермент — матрица — антибиотик и скорость синтеза РНК резко замедляется. Однако in vivo на

интактных клетках Е. coli стрептолидигин не замедляет элонгации цепей РНК, а ускоряет их терми нацию, дестабилизуя транскрипционный комплекс.

Актиномицин D

Изучение актиномицинов началось еще в 1940 г., когда 3. А. Вакс май и Г. Вудруфф выделили из Streptomyces antibioticus первый из них, названный впоследствии актиномицином А. Актиномици-ны продуцируются в виде трудноразделимых смесей, и выделение индивидуальных соединений (всего их описано около 100) сопряжено с большими трудностями. Структура первого актиномицина расшифрована Г. Брокманом в 1956 г., а строение актиномицина D— Э. Буллоком и А. Джонсоном в 1957 г.

В настоящее время промышленность выпускает более 20 антибиотических препаратов актиномицинов в виде смесей, в которых обычно все же преобладает один компонент. Они высокоактивны против грамположительных и грамотрицательных бактерий, но большая токсичность препятствует их использованию в качестве антибактериальных агентов. Актиномицины ограниченно применяются только в химиотерапии опухолей, в частности при лечении опухолей почек (опухолей Уилмса) у детей.

Наибольший интерес к актиномицину D проявляют биохимики, и среди анти- 743

биотиков - ингибиторов биосинтеза нуклеиновых кислот он сейчас едва ли не самый---

изученный с точки зрения механизма действия. Актиномнцин D — специфический Антибиотики ингибитор ДНК-зависимого синтеза РНК в различных тинах клеток наряду с

:-тидийбромидом (см. с. 341) широко и пользуется в Риохимнче кнх ис ледовиннях Антибиотик замедляет элонгацию цепи РНК, но практически не влияет на ее инициацию. Можно, по-видимому, считать доказанным, что свою активность актин мицин D проявляет в результате интеркаляции, т. е. встраивания плоской гетероциклической (феноксаэиновой) части молекулы между параллельными плоскостями пар оснований ДНК, находящейся в В-форме. Конкретно антибиотик располагается межд>' двумя антипараллелнными п ледпватетьностями dCpC и JCpG в узкой бо роздке за счет образования водородных связей, более прочной из которых является связь 2-NH j гуанина и СО трепнинового остатка, а менее прочной - связь 3-N атомов гуанина с NH-группами треонина. Стабильность образующегося комплекса увеличивают пептидные лактоны, которые располагаются в малой бороздке спирали на протяжении приблизительно 6 пар оснований и обеспечивают точное наложение остатков дезоксирибозы и из пр пильных групп остатков N метилвалина в антибиотике, обеспечивая дополнительное гидрофобное связывание. В результате интеркаляции, модель которой предложена Г. М. Собеллом и др., актиномнцин D, как и этндийбромнд, вызывает частичное раскручивание спирали (на - 12') (рис. .16.1), что вместе с кинетически медленной диссоциацией комплекса антибиотик — ДНК обеспечивает замедление транскрипции.

Рис. 363. Интерк яция актиномицнна D в молекуле ДНК.

744

Антрациклины

Низко мо пекулярные •

биорегуляторы Антрациклины — важнейшая группа антибиотиков, использую-

щихся в химиотерапии злокачественных опухолей. Они активны также в отношении грамположительных бактерий, грибов и вирусов, но обладают слишком большой токсичностью, в особенности кумулятивной кардиотоксичностью, которая исключает их применение в химиотерапии инфекционных заболеваний.

Антрациклины представляют собой сочлененные с карбоцикл и ческим кольцом антрахиноны, несущие различное количество заместителей и гидроксильных групп, одна из которых гликозилирована специфическим моносахаридом или трисахаридом. Наиболее широкое применение в клинической практике находят три антрацикли-на: дауномицин (даунорубицин, в СССР выпускается под названием рубомицин), адриамицин (доксорубицин) и карминомицин. Большая часть антрациклинов, продуцируемых различными видами Streptomyces, открыта в 1956—1964 гг., а в их химическое изучение наибольший вклад внесли Г. Брокман, которому и принадлежит термин «антрациклины» (1963), В. Прелог и другие исследователи.

В последние годы интенсивно ведется поиск антрациклинов, обладающих более высокой активностью и/или пониженной кардиотоксичностью. С этой точки зрения внимание исследователей привлекают и некоторые природные антрациклины, например аклациномицин А, более активный, чем цинерубин А, а также их синтетические аналоги; из них наиболее известны 4-деметоксипроиз-водные дауномицина и адриамицина, в несколько раз более активные, чем природные антибиотики, 11-дезокси- и 13-дезоксиантра-циклины и различные производные с модифицированным остатком моносахарида. Опубликовано большое число полных стереоспеци-фических синтезов природных антибиотиков этой группы.

По механизму действия антрациклины близки актиномицину D: подавляют ДНК-зависимый синтез РНК (ее элонгацию) и гораздо

слабее влияют на репликацию. Ингибирование ДНК также, по видимому, происходит путем интеркаляции, причем в связывании принимает участие аминогруппа моносахаридного остатка, а степень связывания возрастает с увеличением отношения G+C/A+T и в оптимальных условиях может достигать одной молекулы антибиотика на 4—5 пар оснований. В действительности, вероятно, процессы, протекающие в клетках под влиянием а игра цикл и нов, сложнее, чем их описывает простая модель интеркаляции, и больше зависят от структуры антибиотиков. В литературе имеются сведения, что некоторые аналоги дауномицина проявляют высокую противоопухолевую активность, ингибируют синтез РНК, не образуя комплексов с ДНК.

Оливомицины. хромомицины и ауреоловая кислота

Эти антибиотики, продуцируемые различными видами стреп-томицетов, находят применение для лечения некоторых видов злокачественных опухолей. Ауреоловая кислота открыта американскими исследователями в 1953 г., в 1960 г. японские исследователи описали хромомицины, а в 1962 г. в СССР были обнаружены оливомицины. Строение хромомицинов изучалось группами К. Наканиси (Япония) и H. Бхакки (США), оливомицинов—группой М. H. Колосова (СССР). Окончательные формулы оливомицинов А—D и хромомицинов А2—А4 предложены М. H. Колосовым и др. Из антибиотиков этой группы наибольшей активностью обладает оливомицин А|, у которого соотношение терапевтической дозы и LD51) составляет 12,5.

R1 R2 R3

Оливомицин А сн,со Н иэо-СлН.СО

Оливомицин В СИаСО Н CHiCO

Оливомицин С Н н мэо-СзНтСО

Оливомицин D CHiCO н остатка оли оминозы нет

Хромомицин Ах СНэСО СНа изо-СзН7СО

Хромомицин Аз CHiCO СНз CHjCO

Хромомицин А4 CHjCO СН, остатка оли омикозь нет

746

Ниэкомолекулярные биорегуляторы

Наканнси |Н kanlshi| Койи (р. 1925), американский химик-биоорганик. Окончил Нагойский университет (1954); с 1958 г.— профессор Токийского университета, а с 1969 г.— Колумбийского университета (США), одновременно [с 1979) является директором Института биоорганических исследований в Осаке (Япония). Широко известен работами по выделению и установлению строения биологически активных природных веществ; выполнил оригинальные исследования по изучению механизма функционирования бактериородопсина и животного родопсина.

По механизму действия оливо и хромомицины схожи с актино-мицином D и антрациклииами Они эффективно подавляют элонгацию при матричном синтезе РНК и в меньшей степени влияют на репликацию. Связывание их с двуспиральиой ДНК в присутствии Mg ' оказывается очень прочным, и активность РНК-полимеразы может ингибировать уже одна молекула антибиотика на несколько сотен пар оснований, хотя в оптимальных условиях может связаться до одной молекулы на 4—5 пар. Для связывания с ДНК необходимы ее свободный З'-конец или разрывы цепи, около которых содержатся остатки гуанина. Скорость диссоциации комплекса антибиотик — ДНК зависит от строения антибиотика; так, у соединений с меньшим числом остатков моносахаридов она оказывается значительно выше, соответственно падает и биологическая активность.

Способность к интеркаляции и, следовательно, к подавлению матричного синтеза РНК, и в меньшей степени ДНК, проявляют также многие другие антибиотики. Среди них можно упомянуть эхиномицин (см. с. 290) и другие хиноксалиновые антибиотики, у которых интеркалируют сразу оба ароматических кольца (моноароматические аналоги неактивны). Интересным действием обладает изученный М. Н. Колосовым и др. (СССР) антибиотик альбо-фунгин (канчаиомицин), для которого характерно образование тройного комплекса ДНК — антибиотик — РНК-полимераза.

Ал бофун ии

Блеомицины

Клинически важные противоопухолевые антибиотики из с реп томицетов — блеомицины (в особенности блеомицины А а и В*), а также структурно родственные им флеомицины (например, флео-мицин D ) представляют большой интерес и как инструменты для исследования ДНК. Впервые флеомицины обнаружены в 1956 г. в виде медных комплексов, металл из которых легко удалялся при обработке 8 гидроксихи ноли ном Они оказались специфически активными в отношении Mycobacterium phlei, в связи с чем и получили свое название.

Одним из интереснейших аспектов действия флео и блеомици-нов является их способность вызывать интенсивный распад ДНК в результате одиночных и двойных ее разрывов. Такому распаду подвергаются ДНК вирусов, бактерий и клеток млекопитающих (но не РНК). Однако антибиотики проявляют и некоторую

специфичность к ДНК в зависимости от фазы клеточного цикла. Выдвинуто несколько теорий, объясняющих механизм образования блеомицинами разрывов в ДНК. Наиболее привлекательная из них состоит в том, что антибиотики в присутствии некоторых катионов могут вызывать специфическую модификацию основании, в частности тимнна, что приводит затем к щелочному расщеплению ДНК in vitro (антибиотик действует только при рН 7,0; оптимальный рН 9,0) или ферментативному гидролизу эндонуклеазами.

747

Антибиотики

Стрептонигрин

Этот антибиотик широкого спектра действия из Streptomyces flocculus описан в 1959—1960 гг. К. Рао и В. Кулленом, а затем выделен и введен в онкологическую практику под названием брунео мицина или рубихромомицина. Строение антибиотика установлено в 1963 г. К. Рао, К. Биманом и Р. Б. Вудвордом.

Антибиотик вызывает одиночные разрывы в ДНК. Он связывается с ней как в хинолинхинонной, так и в восстановленной форме, образуя два типа комплексов — диализуемых и недиали-зуемых, причем последние содержат одну молекулу антибиотика на 2000 п. о. Механизм его действия, вероятно, состоит в том, что dh восстанавливается NADH до гидрохинона и далее окисляется в семихинон кислородом воздуха с одновременным образованием супероксидных радикалов (*^0—О ), которые и вызывают гибель клеток.

сн

t ретинит рин

748

Митомицины

Н