GEPARINE (Гепарин)

-1-

СОВРЕМЕННЫЕ ДАННЫЕ О ГЕПАРИНЕ И

ЕГО БИОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Гепарин - чрезвычайно важное соединение , синтезируемое в организме животных и человека . Это биологически активное вещество , антикоагулянт широкого спектра действия , регулятор многих биохимических и физиологических процессов , протекающих в животном организме , в настоящее время приковывает к себе пристальное внимание биологов , физиологов , фармакологов и клиницистов . Весьма эффективное использование гепарина в клинической практике выдвигает этот препарат в число перспективных фармакологических агентов .

ХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ГЕПАРИНА

В исследованиях структуры гепарина большое значение имеет изучение типа гликозидной связи , определение содержания серы и сульфамидных карбоксиль- ных и других групп , количества ветвей в молекуле , а также выяснение природы уроновокислого компонента и т.д. Изучение молекулярной структуры гепарина очень важно , во-первых , с точки зрения сопоставления химической структуры этого вещества и его антикоагулянтных и других физиологических свойств , например , таких, как способность образовывать комплексы со многими веществами. Здесь можно указать на большую роль комплексных соединений гепарина с рядом тромбогенных белков плазмы крови и некоторыми биогенными аминами в регуляции жидкого состояния крови . Во-вторых , детальное выяснение структуры гепарина открывает определенные перспективы на пути исскуственного синтеза этогонезаменимого медикамента . По химическому строению гепарин представляет собой высокосульфированный мукополи-

сахарид , состоящий из последовательно чередующихся остатков -D-

- глюкороновой кислоты и 2-амино-2-дезокси - - D - глюкозы , соединенных связями 1—4 . Основная связь в гепарине — это 1—6 гекзоамин . Вольфром и соавторы (Wolfrom et al.,1966) обнаружили , что конфигурация 2-амино-2-дезокси--D - глюкороновокислотной связи представляет собой -D-связь. Наряду с этим отмечается существование и некоторой - конфигурации. В молекуле гепарина на тетрасахаратную единицу приходится по 5—6, 5 сульфатных групп . Остатки серной кислоты присоединены к ОН-группам глюкозамина . Высокое содержание сульфогрупп обусловливает значительный от рицательный заряд и , следовательно , большую подвижность в электрическом поле . Около 10% аминогрупп гепарина находится в свободном состоянии . Большинство же из них сульфатированны.

Сульфокислотные группы, вероятно, присоединены к аминогруппам с обра-

зованием аминосульфокислоты.

Молекулу гепарина принято рассматривать как протяженную, неразветв-

леннуюлинейную структуру. Так, электронно-микроскопические исследования

показали, что длина молекулы гепарина равна 160=40 А . Наряду с этим некоторые авторы высказываются в пользу разветвленной структуры.

По данным Вольфрома и Вэнга, гидроксильная группа с-6 2-амино-2-де-

зокси-D-глюкозной единицы гепарина сульфатированы. Видимо, в указанной выше единице гепарина существуют две сульфатные группы.

Причем остаток D-глюкуроновой кислоты не сультирован. Денишефски и

соавторы считают, что в гепарине сульфатировано по атому углерода в

положении 2 1/3 глюкуроновокислотного компонента и большая часть глю-

козаминов сульфатирована по атому углерода в положении 6.

До сих пор окончательно не решен вопрос о том,содержит ли гепарин

ацетильные группы. В то же время при исследовании бычьего, свиного и

китового гепарина установлено, что химическое строение и распреднление

остатков N-ацетилглюкозамина одинаково во всех препаратах.

Изучение структуры гепарина методом ЯМР показало,что гексуроновые

остатки находятся в молекуле в конформации С-1.

В содержании и составе гексуроновых кислот в гепаринах и гепарино-

вых фракциях различных млекопитающих обнаружены значительные раз-

личия. D-глюкуроновая кислота - основная уроновая кислота, входящая в состав гепарина. В гепарине также отмечено наличие кетуроновой и L-

идуроновой кислот и найдено, что их соотношение равно 2,6 1. Для ге-

парина характерно присутствие относительно большого количества ( до

1/3) L- идопираносилуровых остатков. Определение уровня уроновых кис-

лот ( идуроновой и D- глюкуроновой), входящих в различные гепарины и гепарансульфаты, показало, что содержание идуроновой кислоты не зависит от источника гепарина или гепарансульфатов и составляет соот-

ветственно 50-90 и 30-55 %. В исследуемых мукополисахаридах увеличивалась величина соотношения N- к О- сульфатам по мере возрастания в них уровня идуроновой кислоты. Величины отношений N-

сульфата к глюкозамину в гепарине и гепарансульфатах составляют 0,7-

1,0 и 0,3- 0,6. Отношение S- сульфата к глюкозамину изменяется в пределах 0,9- 1,5 для гепарина и 0,2- 0,8 для гепарансульфата. Видимо, это свидетельствует в пользу того, что гепарансульфаты представляют собой предшественники гепарина при его биосинтезе.

Изучение продуктов деградации гепарина под действием ферментов,

выделяемых из среды бактерий Flavobacterium heparinum, позволило сде-

лать вывод, что его молекула состоит из ряда последовательно распо-

ложенных стуктурных элементов, которые могут быть представлены как

1 - 4 связанные биозные остатки 2- сульфата 4-О-( a- L- идопираносульфу-

роновой кислоты) и 2-( дезокси- 2 - сульфамино-a-D- глюкопираносил-6-

сульфата). Повторяющиеся тетрасахаридные единицы, включающие в себя два уроновых и идуроновых остатка,-такова структура молекулы ге-

парина по представлениям Хелтинг и Линдал.

Данные о способе связей между повторяющимися единицами гепарина

весьма разноречивы. По ширине рентгеновских отражений установлено, что молекула гепарина содержит 10 тетрасахаридных поаторяющихся еди-

ниц.

При выделении гепарина из печени быка были получены три фракции, две из которых гомогенны. Биологическая активность этих фракций росла пропорционально молекулярному весу. Так, максимальная активность бы-

ла у фракции с молекулярным весом 16200, а минимальная - у фракции

1. Установлено, что во фракциях с молекулярными весами 16200 и

15500 белковых примесей больше, чем во фракции 7600. Во всех фрак-

циях был обнаружен глюкозамин, галактозамин, гексуронат, сульфат, га-

лактоза и ксилоза в разных количествах. Некоторые незначительные отличия,наблюдаемые в структуре гепарина , видимо объясняются тем , что

исследуемые препараты получены из различных тканевых источников и мо-

гут быть обусловлены стабильными комплексами гепарина с белками , а

также наличием примесей . По разным данным , молекулярный вес гепарина

составляет от 4800 до 20000 . Метод низкого угла рассеяния Х-лучей дает

значение молекулярного веса в 12900 , что хорошо согласуется с результата-

ми , полученными с помощью равновесной седиментации и внутренней вяз-

кости : 12500 и 12600 соответственно . Методом гельфильтрации на сефа-

дексе G-200 показано, что молекулярные веса гепарина , полученного из

мукозы собаки и быка , а также из легких быка , равны 11000 - 12000 .

Как известно в ряду моносахарид ® олигосахарид ® полисахарид ИК-

- спектры поглощения упрощаются в связи с перекрыванием многих полос .

И хотя в настоящее время интерпретация ИК-спектров ВМС подобной слож-

ной структуры крайне затруднена и точный метод анализа еще не разработан,

полученный А.М.Ульяновым и др. ИК-спектр гепарина фирмы “СПОФА” (ЧССР)

позволил идентифицировать наличие максимумов поглощения , соответствую-

щих валентным колебаниям следующих групп : SO2N ,SO3 ,COO-, а также груп-

пировки С—С , ОН - и ряд других , присущих структуре молекулы гепарина .

В спектре поглощения гепарина в УФ-области области слабый максимум при

267 нм . возможно это обусловлено незначительными примесями белка или

аминокислот . Так , А.Ф.Алекперов (1972) пришел к выводу , что чистые образцы гепарина не дают полос поглощения в УФ-области спектра . Однако

при исследовании водных растворов ряда коммерческих препаратов гепарина

удалось выявить максимум поглощения при 258 нм . Автор отмечает ,что ука-

занную полосу поглощения дает фенилаланин . С помощью фотометрии и хроматографии на бумаге показано , что в препаратах гепарина в небольших

количествах присутствует белок : минимум в гепарине фирм “ПОЛЬФА” и

“РИХТЕР” (0,0026 и 0,0035 г) и максимум в гепарине фирмы “СПОФА “ и Бакин-

ского завода (0,0045 и 0,006 г ). Алекперов отмечает ,что полученные данные

могут служить критерием чистоты этих препаратов .

Седиментационный анализ гепарина дал коэффициент седиментации для

1% - ного водного раствора фирмы “СПОФА” 2,65 S.

Описаны различия в биологической активности между L- и b- гепаринами .

Это обусловлено тем , что у L-гепарина глюкозамин присоединен L-гликозид-

ной связью , b-гепарин имеет в своем составе галактозамин , соединенный

b-гликозидной связью . b-гепарин , имеющий в своем составе более низкое содержание серы и меньший молекулярный вес ,чем L- гепарин , обладает

и меньшей биологической активностью . По химической структуре он предста-

вляет собой хондроитинсерную кислоту с ацилированной аминогруппой и со-

держит галактозамин вместо глюкозамина .

ЗАВИСИМОСТЬ МЕЖДУ СТРУКТУРОЙ ГЕПАРИНА И

ЕГО БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ

Понятие биологической активности гепарина весьма широко , так как спектр

его физиологического действия очень велик . Сюда можно отнести анти -коагулянтную активность , антилипемическое , антимитотическое влияния,

регуляторное воздействие в отношении ряда ферментативных систем и т.д.

Однако наиболее изученным и имеющим большое практическое применение

является антикоагулянтный эффект гепарина . Поэтому говоря о биологическом действии гепарина, в основном говорят о его антикоагулянт-

ных свойствах .

Обнаружено , что антикоагулянтная активность гепарина связана с особенностями строения его молекулы . Так , антикоагулянтная активность зависит от содержания серы , степени сульфатированния , количества

и расположения О - сульфатных групп , а также от размера скелета молекулы

этого полисахарида . Активность выше в препаратах с большим содержанием

эфиросвязанной серы . С.В. Бычков и В.Н. Харламова (1975) показали , что

активность фракции , в которой на дисахаридную структурную единицу прихо-

дится четыре остатка серной кислоты , в 1,4 раза превышает активность фра-

кции гепарина с тремя остатками . Таким образом , антикоагулянтные актив -ность гепарина растет по мере увеличения содержания в молекуле остат-

ков серной кислоты. Видимо, данная активность зависит от положения остатков серной кислоты в молекуле гепарина , а также от длины цепи моле кулы . В экспериментах с плазмой крови кроликов получено , что максималь-

ная антикоагулянтная активность гепарина проявляется при рН плазмы

7,3—7,5 , а минимальная при рН 6,1—6,5.

Высказано утверждение , что биологическая активность гепарина опреде-

ляется степенью сульфатации , карбоксилации , а также размером , формой

молекулы и молекулярным весом . В частности , показано , что десульфирование , происходящее в результате мягкого гидролиза , сопро- вождается уменьшением биологической активности . При сильной щелочной

реакции среды гепарин разрушается , что выражается в быстрой потере им

в первую очередь антилипемической активности . С другой стороны , даже

низкая кислотность вызывает потерю гепарином антикоагулянтной активности.

Причем степень этой потери прямо пропорциональна степени появления в

молекуле гепарина свободных аминогрупп . Полная инактивация происходит

когда более половины азота присутствуют в форме свободных NH2 - групп .

Под действием горячей уксусной кислоты гепарин теряет значительную часть

антикоагулянтной активности при одновременном сохранении молекулярного

веса и содержания глюкозамина . При этом наблюдается увеличение кон- станты седиментации и степени полидисперсности параллельно с умень-

шением фрикционного соотношения . Предполагается , что аминный азот ,

который первым отщепляется в процессе рекристаллизации гепарина после

его обработки кислотой , играет важную роль в проявлении антикоагулянтной

активности . При рН среды 1—2 и 25° в течение 25 часов изменения биоло-

гической активности гепарина не происходит . Изменение активности наб-

людается после воздействия в течение 60 часов рН 4,4 и 23° . Видимо под влиянием кислоты в молекуле гепарина образуются внутренние эфиры , что объясняет наблюдаемые изменения молекулярного веса , внутренней

вязкости и состава молекулы .

Многочасовое воздействие на бычий a- и w- гепарин 40%-ной уксусной

кислотой при 37° сопровождалось потерей этими веществами 7—8% суль-

фатных групп и почти 100% антикоагулянтных свойств .

Гепарин не изменяет своих нативных свойств , в частности антикоагу-

лянтной активности , в процессе обработки его паром при 100° в течение

часа при рН 7 . Следовательно , гепарин можно стерилизовать .

Отмечена корреляция между антикоагулянтной активностью фракций

гепарина и его молекулярным весом . Так даже при незначительном уров- не сульфата (2,0 — 2,8 сульфатных групп на остаток глюкозы) у препара-

тов гепарина с низким молекулярным весом (степень полимеризации равна

1. отмечалась слабая активность . Интересно , что сульфатированные дек-

страны с высоким молекулярным весом также проявляют весьма высокую