Юрин - Основы ксенобиологии - 2001 (947302), страница 9

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 9)

е. пропорционально подавлению их ионнзации. Аналогичным образом эффективность слабых кислот повышается при уменьшении рН, опять же с подавлением ионизации. Ксенобиотики, проявляющие биолоеическое действие е виде ионов и неионизированных молекул. Многие вещества, особенно со значениями рК, в пределах от б до 3, проникнув в клетки в виде неионизированных молекул, проявляют свое биологическое действие как ионы, Например, доказано, что поступление бензойной кислоты в клетки дрожжей обратно пропорционально степени ионизацин (рис. 2.4).

Ряд азотсодержаших гетероциклов, ионизирующихся с образованием аниона, сильно ингибируют реакцию Хилла при фотосинтезе. Однако было обнаружено, что при слишком высокой степени ионизации активность этих соединений теряется полностью. Это явление объясняется проникновением ингибиторов через мембрану в виде неионизированных молекул, а затем действием их как анионов. Такой механизм характерен для некоторых гербицидов. Коэффициент распределения 30 Степень ионизация, % 20 50 15 10 2 3 4 5 6 7 8 рН Рнс. 2.4. Поступление бензояной кислоты (рК, 4,2) в пекарские дрозкткн при разных значениях рН: ! — кривая зависимости распрслеяения всего вещества (клетка— янилкость)„2 — кривая изменения степени ионизации Подобные результаты были получены и для оснований. Так, триметиламин (хлоридин), имеющий величину рК, 7,2, лучше поглощается клетками из достаточно щелочных растворов, где он находится в виде неионизированных молекул.

Однако ингибирование ключевого фермента (дигндрофолатредуктаза), находящегося внутри клетки, осуществляют только катионы. Степень ионизации (образование анионов) многих противовоспалительных средств коррелирует положительно с их биологическим дей- станем, если ионизации подвергаются не все молекулы, и их липофильности достаточно для достижения места действия — так происходит ингибирование активности простагландинов. Примерами могут служить индометацнн (рК, 4,5) и салицилаты. Большинство алкалоидов имеют рК, около 8, поэтому при рН 7,3 примерно 16 % этих соединений остаются неионизированными. Они проникают в клетки в виде неионизированных молекул, а биологическое действие осуществляют в виде катионов. Известно много ксенобиотиков, у которых биолопзческая активность определяется действием неионизированных молекул и ионизированной части вещества.

Прн изучении биологической активности слабой кислоты, как мы уже отмечали, обычно оказывается, что для получения стандартной реакции необходимо одинаковое количество ксенобиотика при любых значениях рН, которые на единицу и больше ниже значения рК,. В этих условиях кислота слабо ионизирована и ее биологическая активность определяется прежде всего ионизированнымн молекулами.

Это иллюстрирует левая часть рнс. 2.5. -3 2 3 4 5 6 7 рН Рнс. 2.5. Влияние рН на концентрацию бензойиой кислоты, необходимую лля ингнбировання роста гриба Мнсог. Верхняя кривая относигся ко всему препарату в целом (ионы + неионизированные молекулы), нижняя — к неноннзи- рованным молекулам Однако если значения рН начинают превышать значения рК„, то для получения постоянной биологической реакции потребуется все возрастающее количество вещества„т.

е. для получения постоянного биологического ответа необходимо либо постоянное число молекул, либо постоянно убывающее, так как анион обладает тем же биологическим действием, что и неионизированные молекулы, но менее выраженным (см. рис. 2.5). Обнаружено, что у большинства веществ, наиболее активных в неионизированном состоянии, ионы, тем не менее, обладают некоторой активностью. Примером может служить фунгициднае действие 2,4-динитрофенола (рК, 4,0) на грибы ТпсЬск1еппа чгЫе при различных значениях рН. Таким образом, среди последней группы ксенобиотиков следует различать вещества, проявляюшие биологическую активность в виде ионов и неионизированных молекул, и вещества, проходяшие через мембрану в неионизированном состоянии и вызывающие биологический эффект внутри клеточного компартмента в виде ионов.

На взаимодействие ксенобиотиков с мембраной оказывает влияние ' и ионизация мест связывания. Катионные препараты связываются с анионными центрами, которые могут иметь значения рК, от 2 до 7 (при наличии фосфатных групп), от 2 до б (карбоксильных групп) или 10 (в присутствии остатков тирозина, пиримидина, цистеина). Катионные центры должны иметь значения рК, 4 (аденин), 7 (гистидин), 1О (лизин), 13 (аргинин).

Величину рН наружного центра связывания клетки во многих случаях можно оценить, определяя реакцию на препарат при различных рН, если только известно, что клетка не повреждается при изменениях рН, а степень ионизации в этих пределах рН остается постоянной. В случае внутриклеточных (внутримембранных) мишеней изучение влияния ионизации на характер взаимодействия ксенобиотика становится более трудным.

Так, серьезное значение приобретает регистрация внутриклеточной рН среды. Существует ряд методов измерения рН внутри клетки, в частности ЯМР, ионселективные микроэлектроды и т. д. Рассмотрение изложенных принципов позволяет понять, насколько важно знать константы ионизации ксенобиотиков при изучении их биологического действия. Необходимо установить, в какой форме эти вещества более эффективны — в виде ионов, неионизированных молекул или биологический эффект является суммарным (неионизированные молекулы + ионы). 44 2.5.

Связь между структурой и биологической активностью ксенобиотиков Выявление связи между химической структурой соединения и его физико-химическими свойствами, с одной стороны, и характеристиками биологической активности, с другой стороны, позволяет в какой-то степени прогнозировать и предсказывать последствия при его попадании в организм, в биосферу и способствует целенаправленному синтезу веществ с заданными свойствами.

Ценность таких прогнозов весьма велика, поскольку они экономят большие средства, необходимые для установления соответствующих свойств экспериментальным путем. Решение задач подобного рода — прогнозирование с помощью ЭВМ биологической активности соединений на основе его структурной формулы — стало сегодня одной из надежд быстрого прогресса в области фармакологии (за рубежом исследования этого направления получили название драгдизайна — проектирование лекарств). Что же следует иметь в виду, говоря о связи структура-активность? Структура означает строение вещества, определяющее все его физические и химические свойства (как вытекающие из химической формулы, так и определяемые экспериментально).

Активность — это взаимодействие вещества с центрами-мишенями, которое может быть связано длинной цепью событий с наблюдаемым физиологическим эффектом. Поэтому о влиянии строения вещества на биологическую активность уместно говорить только тогда, когда рассматривается действие его на конкретную мишень (место связывания). Для анализа связи между структурой вещества и их биологической активностью используются различные физические и химические характеристики вещества.

Среди параметров веществ, изучаемых при установлении соотношения структура-активность, можно отметить такие, как молекулярная масса, плотность, молекулярный объем, критическое давление, коэффициент теплопроводности, теплоемкость, поверхностное натяжение, вязкость и т. д. В подавляющем большинстве биологическая активность ксенобиотиков коррелирует с его способностью определенным образом распределяться между липидной и водной фазами. Естественно, что такая корреляция наблюдается с теми физическими и химическими показателями, которые по природе своей связаны с коэффициентом распределения. (2.6) Изучались скорости разрушения 18 соединений. С помощью множественного регрессионного анализа было выведено соотношение зависимости логарифма СР от логарифма коэффициента распределения (величина рК, для упрощения расчетов принималась равной 9,5): 18 СР = а 1дК вЂ” в 18К, — с (2.7) (показатели а, в, с имеют численные значения).

Более 80 % наблюдаемых изменений скорости реакций можно было связать с изменениями рК, и 18К. Положительные значения множителя перед 18К указывают иа то„ что с увеличением коэффициента распределения СР повышается. Соединения с более высокими значениями К в микросомной мембране более легко достигают ферментативной системы, осуществляющей реакцию днметнлирования.

В противоположносп этому отрицательное значение множителя перед рК, указывает на то, что при увеличении рК, скорость деметилирования снижается. Такая зависимость обусловлена способностью вещества распределяться в мембране, а также механизмом реакции диметилирования. Прн РН меньше РК, соединения существуют в основном в положительно заряженной форме. Поэтому при рК, выше рН физиологических растворов (рН 6-8) доля амина, находящегося в нейтральной форме, заметно снижается.

Поскольку незаряженная форма распределяется в мембране более легко, повышение рК, может привести к снижению скорости реакции вследствие уменыпення потока вещества к активным местам. Так как реакция днметилнровання проходит в непосредственной близости от атома азота, она, несомненно, зависит от электронной плотности на этом атоме. Более высокие значения рК, отвечают повы- Для оценки биологической активности ксенобиотика по его физико- химическим свойсгвам широко применяются методы, основанные на поиске корреляционных связей между этими показателшш и биологической активностью.

В данном случае могут быль получены соотношения, псредающне зависимости между структурой и активностью вещества. Это можно проиллюстрировать на примере сопоставления скоростей разрушения (СР) ряда трегичньгх аминов с величинами рК, и коэффициентом распределения (К„). Для измерения скорости 1ч-дпметилирования использовали микросомные препараты печени крысы: 1о1 К1К21чСНз -+ К1К2ЖН +СН20. шению электронной плотности на атоме азота, так как протон сопряженного основания диссоциирует менее легко.

Характеристики

Список файлов книги