Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 89
Текст из файла (страница 89)
Эти соединения реагируют с ацетилхолинэстеразой, образуя высокостабильные ковалентные фосфорил-ферментные комплексы (рис. 37.14). Как и привзаимодействии с сериновыми протеиназами, фосфорильная группа ДИФФ связывается с серином в активном центре фермента.Множество различных органическихфторфосфатов было синтезировано для использования в качестве инсектицидов в сельском хозяйстве, а также в качестве отравляющихвеществ - нервно-паралитическихядов в химической войне (рис. 37.15). Эти соединения могут вызвать смерть путем остановки дыхания. Наиболее токсичны изних - табун и зарин. Паратион - инсектицид,нашедший широкое применение в сельскомхозяйстве.Путем использования радиоактивногоДИФФ в качестве метки было определеночисло молекул ацетилхолинэстеразы в концевой пластинке нерва в диафрагмальноймышце мыши.
Плотность фермента составила 12000 м к м - 2 , что почти равно числурецепторов ацетилхолина, определенномус помощью радиоактивных нейротоксинов.Таким образом, постсинаптическая мембрана очень богата и ацетилхолинэстеразой,и ацетилхолиновыми рецепторами. Припередаче нервных импульсов, поступающихс малой частотой, используется только небольшая доля общего числа молекул фермента. Однако проведение при высокой частоте импульсации требует участие множества молекул ацетилхолинэстеразы.Рис.
37.12.Механизмдействияразы.37. Возбудимые мембраныи сенсорные системыкаталитическогоацетилхолинэсте-335Рис. 37.13.Рис. 37.14.Рис. 37.15.336Физостигмин и неостигмин ингибируют ацетилхолинэстеразу путем карбамоилированиясерина в активном центре фермента.Ингибированнаяпилфторфосфатомлинэстераза.диизопроацетилхо-Структурные формулы нескольких органических фосфатов - ингибиторов ацетилхолинэстеразы.Часть V.Молекулярная физиология37.9. Разработка антидота для леченияотравлений органическими фосфатамиАцетилхолинэстеразу, ингибированную органическими фторфосфатами типа ДИФФ,можно реактивировать производными гидроксиламина (NH2OH). При разработкеантидота исходили из обнаруженного Ирвином Уилсоном (Irvin Wilson) факта, что гидроксиламин высвобождает фосфорильнуюгруппу, присоединенную к сериновомуостатку ингибированного фермента, и темсамым реактивирует его (рис.
37.16). Задачасостояла в том, чтобы приспособить эту реакцию для клинического использования.Однако гидроксиламин нельзя использовать in vivo, поскольку в тех высоких концентрациях, которые необходимы для реактивации ацетилхолинэстеразы, ингибированной ДИФФ, он токсичен. ВыбранныйУилсоном подход состоял в том, чтобы найти соединение, обладающее реакционнойспособностью гидроксиламина, но со специфичностью и очень высоким сродствомк ацетилхолинэстеразе. Относительно фермента было известно, что на нем естьанионный участок для связывания положительно заряженного остатка холина в ацетилхолине, и потому представлялось целесообразным синтезировать производное гидроксиламина, содержащее четвертичнуюаммониевую группу.
Возникал, однако, вопрос, где должен стоять заместитель: приатоме кислорода или азота гидроксиламина? Было обнаружено, что О-метилги-дроксиламин лишен способности реактивировать фермент, тогда как N-метилгидроксиламин обладал такой активностью. Гидроксильная группа реактиватора не можетбыть замещена, поскольку именно анионнаяформа соединения атакует атом фосфорав ингибированном ферменте.Следующий и основной этап состоялв том, чтобы поместить четвертичную ам-мониевую группу на необходимом растоянии от нуклеофильного атома кислорода.Более того, требовалось, чтобы по своейориентации эти группы были комплементарны анионному участку и атому фосфорав ингибированном ферменте.В качестве реактиваторов были испробованы многочисленные соединения, содержащие четвертичную аммониевую группу и гидроксиламинную функцию.
Наиболее эф-ственно воздействующие на ацетилхолиновый рецептор. К ним относится кураре,который на протяжении столетий использовали южноамериканские индейцы. Вскорепосле возвращения Колумба из Америкид'Ангера в своем сочинении «De Orbo novo»отмечал, что «местные жители отравлялистрелы соком смертельно-ядовитой травы».Одним из активных компонентов курареявляется d-тубокурарин (рис. 37.17). Тубокурарин ингибирует деполяризацию концевыхпластинок, конкурируя с ацетилхолином засвязывание с рецептором. Аналогичным путем действуют α-бунгаротоксин и кобратоксин. В отличие от этого вещества типа дека-метония соединяются с рецептором ацетилхолина, вызывая устойчивую деполяризациюконцевой пластинки.В хирургии в качестве препарата, вызывающего расслабление мышц, используетсяаналог ацетилхолина - сукцинилхолин.фективным среди них оказался 2-пиридинальдоксимметиодид (ПАМ).
Это соединение обладает устойчивой геометрией благодаря двойной связи в оксиме, которая способствует удержанию атома кислородав плоскости кольца.ПАМ реактивирует ингибированнуюДИФФ ацетилхолинэстеразу в принципе потому же механизму, что и гидроксиламин.-6Однако по эффективности 10 М ПАМ соответствует 1 М гидроксиламина. Такое повышение эффективности в 1000000 раз позволяет использовать ПАМ для леченияотравленийорганическимифосфатами.Удивительная эффективность ПАМ обусловлена оптимальным расположением четвертичной аммониевой группы по отношениюк нуклеофильному атому кислорода.
Разработка этого препарата явилась вехой в развитии рационального подхода к синтезу лекарственных препаратов.37.10. Ингибиторы ацетилхолиновогорецептораБлокаторами нервно-мышечного проведения служат также соединения, непосред-Рис. 37.16.Реактивациягидроксиламином ацетилхолинэстеразы, ингибированнойдиизопропилфторфосфатом.37. Возбудимые мембраныи сенсорные системы337Рис. 37.17.Формула и модель d-тубокурарина.Сукцинилхолин крайне медленно гидролизуется ацетилхолинэстеразой в постсинаптической мембране.
Вследствие этогоон вызывает устойчивую деполяризациюконцевой пластинки. В то же время сукцинилхолин гидролизуется под действием менее специфических холинэстераз в плазмеи в печени; эти ферменты назвали плазменнымиацетилхолинэстеразамиилипсевдохолинэстеразами для того, чтобы отличить их от ацетилхолинэстеразы постсинаптической мембраны. Сукцинилхолинудобен тем, что при его использовании нервно-мышечное проведение восстанавливается вскоре после того, как перестают вводить этот препарат. Однако в отдельныхслучаях мышечное расслабление и параличдыхательных мышц сохраняются на протяжении многих часов.
Дело в том, что в такихслучаях гидролиз сукцинилхолина у больных идет крайне медленно из-за сильносниженного сродства плазменной холинэстеразы к сукцинилхолину. Повышеннаячувствительность к сукцинилхолину [так жекак и памахину (разд. 15.11)] - пример генетически детермированной лекарственнойидиосинкразии.Если кроликов иммунизировать очищенными ацетилхолиновыми рецепторами,то спустя несколько недель после иммунизации у них наблюдается мышечная слабость338Часть V.Молекулярная физиологияи быстрая утомляемость.
Объясняется этотем, что в результате иммунизации у нихвырабатываются антитела, реагирующиес ацетилхолиновыми рецепторами их собственных нервно-мышечных соединений.В итоге число функционально активных ацетилхолиновых рецепторов уменьшается, чтоприводит к ухудшению нейромышечнойпередачи. Развивающееся у этих кроликовсостояние очень напоминает тяжелую болезнь человека - миастению (myastheniagravis), и, действительно, в сывороткебольных миастенией содержатся антитела,направленные против собственных рецепторов ацетилхолина. Другими словами,myasthenia gravis является аутоиммуннымзаболеванием, т. е.
таким заболеванием, прикотором организм оказывается мишеньюдействия собственной иммунной системы.37.11. К числу нейромедиаторов относятсятакже катехоламины и γ-аминомаслянаякислота (ГАМК)Помимо ацетилхолина, известны и другиенейромедиаторы. Вещество считается нейромедиатором, если оно удовлетворяет следующимкритериям.Во-первых,микроинъекции предполагаемого нейромедиатора в синаптическую щель должны вызывать такой же ответ, как возбуждениепресинаптического нерва. Во-вторых, это вещество должно в больших количествах присутствовать в пресинаптических нервныхокончаниях.
В этом отношении наиболее весомым критерием служит выделение синаптических пузырьков, содержащих это вещество. В-третьих, постулированный медиатордолжен высвобождаться из пресинаптиче-ского нерва в нужное время и в количестве,достаточном для воздействия на постсинаптический нерв.Этим критериям удовлетворяет ряд катехоламинов. Так, норадреналин является медиатором в гладкомышечных соединениях,которые иннервируются симпатическиминервами (в отличие от парасимпатическихсоединений, в которых нейромедиаторомслужит ацетилхолин). Катехоламины адреналин и дофамин - два других катехоламиновых нейромедиатора.
Указанные катехоламины синтезируются из тирозина в окончаниях симпатических нервов и в надпочечниках (рис. 37.18). Первый этап синтеза (реакция, лимитирующая скорость всего процесса) - гидроксилирование тирозина с образованием 3,4-дигидроксифенилаланина (ДОФА). Данная реакция катализируется тирозин-гидроксилазой - ферментом, аналогичным фенилаланин-гидроксилазе. Активатором молекулярного кислорода при этомслужиттетрагидробиоптерин - кофакторфермента.
Второй этап синтеза - декарбоксилирование ДОФА, катализируемоеДОФА-декарбоксилазой (ферментом, содержащим пиридоксальфосфат) с образованием 3,4-дигидроксифенилэтиламина (дофамина). Далее дофамин гидроксилируетсяв норадреналин в присутствии медьсодержащей гидроксилазы. Наконец, из норадреналина в результате метилирования образуется адреналин; фермент, осуществляющийэту реакцию,- трансметилаза, использующая в качестве донора метильных группS-аденозилметионин.Инактивация катехоламиновых нейромедиаторов осуществляется путем метилирования 3-ОН-группы катехолового кольца.Реакцию катализирует катехол-О-метилтрансфераза, использующая S-аденозилметионин в качестве донора метильнойгруппы. Другой путь инактивации этих нейромедиаторов - удалениеаминогруппывходеокислениямоноаминоксидазой(рис. 37.19).Среди производных аминокислот выявлен еще один нейромедиатор.
Это γ-аминобутират, называемый также γ-аминомасляной кислотой (ГАМК). ГАМК увеличиваетпроницаемость постсинаптических мембрандля К+ и тем самым отдаляет мембранныйпотенциал от порогового уровня, при котором возникает потенциал действия; такимобразом, ГАМК - это тормозный нейромедиатор. ГАМК образуется при декарбоксилировании глутамата в реакции, ката-Рис. 37.18.Путь биосинтеза катехоламиновых нейромедиаторов.лизируемойглутамат-декарбоксилазой(рис.
37.20). Нетрудно предугадать, что простетической группой этой декарбоксилазыслужит пиридоксальфосфат. γ-Аминобутират инактивируется путем трансаминирования с образованием полуальдегида янтарной кислоты, который далее окисляетсяв сукцинат.37.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
