Литература / Albert_Izbiratelnaya_toxichnost_Tom_2_1989

ления). Однако уже к концу XIX в. стало ясно, что эти обозна­

чения не несут информации об истинном строении молекул. По­

ляриметрические данные свидетельствуют лишь о том, что в мо­

лекуле есть асимметрический центр, но не указывают, какова

его конфигурация, так как направление и величина угла враще­

ния зависят от наличия в молекуле других заместителей, рас­

творителя, температуры и длины волны поляризованного света.

Поэтому многие соединения в разных условиях могут давать

как отрицательный (-), так и положительный ( +) углы вра­

щения. Даже при измерении оптической активности при 25 °С

в воде на длине волны D-линии натриевой лампы наблюдают

много аномалий. Поэтому уже в конце XIX в. предпринимались

неоднократные попытки ввести какой-либо ст ан дар т, с по­

мощью которого можно было бы определить истинное строение

асимметрического центра независимо от показаний поляри­

метра.

В 1906 г. М. Rosanoff предложил в качестве стандарта «аб­

<:олютной конфигурации» (+)-глицериновый альдегид, конфи­

гурация асимметрического центра которого обозначалась ма­

ленькой буквой D [Hudson, 1948]. Глицериновый альдегид был

выбран как простейшее вещество со свойствами сахара. В то

время он еще не был получен, его синтез и разделение на опти­ ческие изомеры были осуществлены позднее Wohl и Momber (1917). Поскольку это вещество [НОСН2СН(ОН)СНО] образу­

ется в организме при действии ферментов на глюкозу и фрукто­

зу, оно стало «ключевым соединением» в химии углеводов. Все

соединения, для которых путем химических переходов, не затра­

гивающих хиральный атом, может быть установлена генетиче­

ская связь с этим «ключом», относятся к D-ряду.

D-(-)-дезоксирибозы в ДНК.

Пространственная конфигурация, обозначенная буквой D,

была приписана глицеральдегиду случайно, истинное же его строение оставалось неизвестным. Поэ'Гому предпринимались

неоднократные попытки его установления с помощью различ­

ных физических методов. Не удалось решить этот вопрос и ме­

тодом рентгенографии. С помощью последнего можно точно из­

мерить длины всех связей и углы между ними, но оказалось,

что для хиральных пар все эти величины одинаковы. И только

в 1951 г. Bijvoet разработал новый метод для определения про­

странственной конфигурации, впервые рентгенографически об­

наружив разницу между двумя стереоизомерами.

Bijvoet применил метод задержки по фазе, возбуждая флуо­

ресценцию одного атома около хирального центра пучком све­

та с определенной длиной волны. Используя натриево-рубидие­

вую соль винной кислоты, он показал, что приписываемая пра­

вовращающей винной кислоте проекционная формула правиль­ но отражает реальную конфигурацию. Так как химическими ме-

тодами уже была доказана ее принадлежность к D-ряду, то «абсолютная конфигурация», обозначаемая буквой D, действи­

тельно оказалась абсолютной [Bijvoet, Peerdemar, Van Bommel, 1951].

Предложенный Bijvoet метод слишком трудоемок для рутин­

ных исследований [Кlyne, Buckingham, 1978; периодическое из­

дание «Molecular Structure and Dimensions»]. Обычный рентге­

ноструктурный анализ помогает установить конфигурацию со­

единений с несколькими хиральными центрами при условии, что

конфигурация первого центра уже известна.

Особенно важно было установить абсолютную конфигура­

цию аминокислот белка. В 1950 г. D- (+)-глицериновый альде­ гид в пять стадий был превращен в D- (+)-серин. Так было по­

казано, что (-)-серин, выделенный из белков, является L- (- )-серином. После этого было уже нетрудно установить, что все аминокислоты, содержащиеся в белках, относятся к L-ряду, хотя некоторые из них (как аланин) вращают плоскость поля­

ризации вправо [Brewster et al., 1950].

В действительности в природе обычно встречаются обе энан­

тиоморфные формы одного вещества. Так, например, одинаково

распространены(+)- и (-)-вращающие кварцы,(+)- и(-)­ молочные кислоты. Лишение бактерий как L, так и D-аланина приводит к их гибели (разд. 5.3), и хотя белок не может со­

стоять из смеси L- и D-аминокислот, они часто присутствуют в полипептидах (разд. 14.3), облегчая их способность к цикли­

зации. В коре хинного дерева образуются два энантиомера, из­

вестные под названиями (+)-хинидин и (-)-хинин (10.33),

в которых вторичная гидроксильная группа присоединена

к асимметрическому атому углерода. Оба изомера применяют

вмедицине: хинидин - при сердечных аритмиях, хинин - при

малярии.

Для установления абсолютной конфигурации значительно

менее надежен (чем химический или рентгеноструктурный) ме­

тод дисперсии оптического вращения, в котором измеряется оп­

тическое вращение вещества при разных длинах волн [Djerassi, 1960]. Он дает надежные результаты лишь для простых мо­

лекул.

Для упрощения номенклатуры оптически активных молекул

системы D, L, для соединений, не родственных углеводам и

аминокислотам, и помогает систематизации стереохимической информации и построению молекулярных моделей. Эта система

наиболее удобна, если в одной молекуле есть два или три хи­

ральных атома. Упрощенный вариант этих правил см. в работе

Cahn (1964).

Применяя правило последовательности к описанию конфигу­

рации молекулы, следует начинать с хирального центра с наи-

2- (2,4,5-трихлорфенокси) пропионовой кислоты резко ослаб­

что ауксины взаимодействуют с двумя последовательно

ло примеров значительных различий в фармакологическом дей­

ствии энантиомеров. Так, D-(-)-изопропилнорадреналин (изад­ рин) обладает в 800 раз более сильным бронхорасширяющим

ko, 1950]. L- (+)-форма ацетил-~-метилхолина оказывает на ки­

шечник в 200 раз более сильное действие, чем D- (-)-форма.

Необычным представляется то, что у никотина разница в актив­ ности природной L- (-)-формы и D-изомера сильно варьирует­ ся в различных тест-системах (от 1 : 1 до 1 : 40). Но если актив­

ность одной из форм выше (а так обычно и бывает), то всегда

более активна L-форма [Barlow, Hamiltoп, 1965].

Исследовали влияние оптической изомерии на прессорную активность многих адренергических аминов. Предполагают, что контакт молекулы D-адреналина с рецептором осуществляется

в трех точках - по аминогруппе, бензольному кольцу с его двумя фенольными гидроксильными группами и по спиртовой

гидроксильной группе боковой цепи. Биологически менее актив­

ный L-адреналин может контактировать с рецептором только

двумя группами (рис. 12.1). Отсюда следует, что дезоксиадре­

налин (эпинин) должен иметь такую же активность, как п

L-адреналин, что и соответствует действительности [Easson.

Stedmann, 1933]. Эта гипотеза была подтверждена Badger

(1947) и Stedman (1947) .

Многие агенты с высокой биологической активностью не об­

ладают оптической изомерией. Но если у родственных им со­ единений в молекулу вводят асимметрический центр, то появ­

ляется и разница между биологическим действием изомеров.

Молекулы ауксинов (регуляторов роста растений) обычно не

содержат асимметрического атома углерода и, следовательно,

не образуют пары оптических изомеров. Однако, если вводят та­

кой атом в молекулу, как, например в 2- (2,4,5-трихлорфенокси)­

пропионовую кислоту (12.19), то оказываuется, что активность связана преимущественно с D- ( +) -формои. Поэ1:,ому была вы­

двинута гипотеза о том, что ауксиноподобное деиствие требует

трехточечного контакта вещества с рецептором, как в случае

адреналина (см. рис. 12.1).

2- (2,4,5-трихлорфеноксн)про­

пионовая кислота

Лабеталол

(12. 20)

У пропранолола ( 12.56), первого вошедшего в практику

~-адреноблокатора (разд. 12.4), лев~вращающий (S ! изомер

обладает значительно более сильнои гипотензивнои актив­

ностью, однако мембраностабилизирующие и местноанестези­

чески неактивны, (S,R)-изомер обладает а-адренобло~ирующеи активностью, а (R,R)-изомер - ~-адреноблокирующеи активu­

ностью, при этом это единственный из изомеров со сравнимои

с пропранололом гипотензивной активностью [Gold et al., 1982].

Оптическая изомерия связана не только с наличием в моле­

куле асимметрического атома углерода; она воз!!икает и тогда,

когда затрудненное вращение вокруг ординарнои связи создает

в молекуле центр асимметрии. Наиболее известным примером

таких молекул служат бифенилы, которые можно разделить на

( + )- и (-)-изомеры в том случае, если оба бензольных кольца

207

/

/

имеют в орто-положениях объемные заместители /эти орто­

группы создают стерические препятствия свобод;;~у вращению

вокруг простой связи, внося, тем самым, в мол~улу необходи­

мый элемент асимметрии. При этом оба ортоtЗаместителя мо­

гут быть одинаковыми. Наиболее простым с<;rединением такого типа является бифенил-2,2'-дисульфокислота (12.21).

Валленах две двойные связи перпендикулярны друг другу

ипоэтому такие производные, как ( 12.22), могут быть разделе­

ны на оптические изомеры (Х может быть, например, бензоль­ ным циклом, а У- нафталиновым).

Подробные сведения по стереохимии см. Mislow ( 1965); мо­

лекулярная асимметрия в биологии - Bentley (1969).

12.2. Геометрическая изомерия

Геометрические изомеры возникают, если свободное враще­

ние атомов в молекуле ограничено вследствие наличия двойной

связи. Примером такой пары изомеров могут служить малеино­ вая (12.23) и фумаровая (12.24) кислоты (цис- и транссоот­

ветственно). По химическому строению геометрические изоме­

ры очень похожи, но они не являются зеркальными отображе­

ниями друг друга и не вращают плоскость поляризации света.

Как правило, цис- и транс-изомеры значительно отличаются по физическим свойствам. Например, малеиновая кислота (12.23) плавится при 130 °С, величина ее рКа 1,9, она очень хорошо растворима в холодной воде (79 г на 100 мл); константы ее гео­

метрического изомера - фумаровой кислоты ( 12.24) соответ­

ственно 287°С, 3,0 и 0,7 г на 100 мл. Неудивительно, что гео­

метрические изомеры обладают разными биологическими свой­

ствами [Butler, 1944] и поэтому очень важно при изучении хи­

мической формулы нового соединения учитывать все возможно­

сти существования изомерии такого типа.

Цис- и транс-изомеры можно легко разделить кристаллиза­

цией или хроматографически. Общего метода для превращения одного изомера в другой не существует, однако при нагревании, как правило, образуется наиболее стабильный изомер, а под

действием света - менее стабильный. Зрение человека зависит

от превращения 11-цис-изомера ретиналя в 11-транс-форму под

действием света. Как только возбуждающий луч света исчезает,

этот кароти\ ~оидныиu пигмент снова переходит _в ци~-форму, пре-

рывая тем с~ым идущий к мозгу импульс [G1lard1 et а!., 1971].

Цис- и трацс-изомеры существуют и у плоского циклопента­

нового кольца, цредставляющего собой как бы большую двой­

ную связь. Хотя циклогексановое кольцо вообще не плоское, оно

тем не менее достаточно плоское для образования цис- и транс­

изомеров. Так, существуют и доступны как цис- (12.25), так и транс- (12.26) формы диаминоциклогексана. Одна и та же моле­

кула может образовывать и геометрические, и оптические изо­

меры. Например, транс-изомер (12.26) может быть разделен

на (S,S) ( 12.27) и (R,R) ( 12.28) хиральные изомеры. Однако

цис-изомер на хиральные формы разделен быть не может, так

как в нем существует плоскость симметрии. У бензольного

кольца нет геометрических изомеров, так как у каждого атома

углерода кольца только один заместитель.

о::: с;I:"н, g•"н, Q'"н,

~тереоизомеры 1,2-диаминоцинлогенсана

Иногда бывает трудно выбрать два из четырех заместителей

при двойной связи для определения цисили транс-конфигура­ ции. Правило последовательности предписывает выбирать заме­ стителей с наиболее тяжелыми атомами, при этом цис-форма обозначается буквой Z (от немецкого слова zusammen), а транс­ форма - буквой Е (entgegen). Иногда в названиях соединений,

вкоторых геометрическая изомерия может проявиться много­

кратно, заместитель, имеющий самый маленький номер (по правилу нумерации), обозначают буквой r, а обозначения

с- (цис) и t-(транс) перед другими заместителями показывают

их положение по отношению к r-заместителю.

Аналогично индол-3-илуксусной кислоте (4.82), стимулирую­

щей рост растительных клеток, могут действовать и другие кар­ боновые кислоты, карбоксильная группа которых находится под

углом к плоскости ароматического кольца. Геометрическая изо­

мерия ограничивает возможность такого расположения двух за­

местителей, поэтому из коричных кислот активен только цис­

изомер [Haagen-Smit, Went, 1935]. У 2-фенилциклопропан-1·

карбоновой и 1,2,3,4-тетрагидронафталиден-1-уксусной кислот

также активны только цис-изомеры [Veldstra, Van der Westeringh, 1951]. На молекулярных моделях видно, что кольцо и кар­

боксильная группа в транс-изомере (неактивном) этих веществ лежат в одной плоскости, в то время как в цис-форме (актив­

ной) они некопланарны. Впервые указал на эту связь между

некопланарностью и стимулирующей рост активнясlю Veldstra.

препятствий. Так, бензойная кислота имеет плос ую форму и не

активна, а 2,6-дихлорбензойная и 8-метил-1-нафтойная кислоты непланарны и биологически активны [Veldstra: 1963].

В аналогах ауксинов карбоксильная группа может быть за­ менена и на другие электроноакцепторные группы (-CN, -NO2, -SO 3H), при этом биологическая активность лишь не­

значительно уменьшается. О связи между структурой и действи­

ем в этой серии см. Koepfli, Thimann, Went (1938) и Veldstra ( 1963).

Геометрическая изомерия стероидов заслуживает специаль­

ного рассмотрения. На формуле ( 12.29) приведена общая струк­ тура этой группы природных насыщенных соединений (показана

нумерация атомов углерода и буквенные обозначения четырех

циклов). В природных стероидах кольца В и С находятся

в транс-сочленении, причем оба они закреплены в конформации крес.Тiа. В сердечных гликозидах сочленение циклов С и D име­

ет цис-конфигурацию, но в гормонах животных, стеринах и желч­

ных кислотах - транс-сочленение. У большинства биологически

активных стероидов кольца А и В находятся в транс-сочлене­ нии («5а»-ряд, называвшийся ранее «алло»). Каждое из колец

в молекуле стероидов образует складки, что хорошо видно на

боковой проекции формулы (12.30).

Гидрокортизон (вид спереди)

(1?,ЗО)

Нумерация стероидов

(12.29)

Обозначение «5а» говорит о том, что атом водорода в поло­ жении 5 находится ниже общей плоскости колец. Все замести­

тели, расположенные ниже этой плоскости, обозначаются симво­

лом «а», а выше - символом «~». а-Заместители обозначают пунктирными линиями, а ~-заместители - сплошными. Символы а- и ~-используют и для других полициклических соединений, например, тритерпенов и алкалоидов. Сложность строения этих

соединений затрудняет использование R- и S-номенклатуры. Как правило, у млекопитающих высокая биологическая ак­

тивность стероидных соединений связана с отсутствием а-заме­

гидрокортизона иллюстрирует это правило [Sarett, Patchett~ Steelman, 1963]. Первой стадией в биологическом действии сте­

роидных гормdнов является их влияние на специфический транс­

порт белков (разд. 2.4). Предполагают, что с белками стероиды

взаимодействуют плоской нижней стороной (а-поверхность) мо­

лекулы.

Различные стероиды отличаются друг от друга в основном заместителями R1, R2 и R3 ( 12.29), но иногда и степенью нена­

сыщенности или наличием других заместителей вне колец. Д.11я

того чтобы стероид обладал прогестиновой, андрогенной и кор­

тикоидной активностью, как правило, необходимо наличие цик­ логексеноновой структуры кольца А. Для проявления активно­

сти кортизонового типа необходимы атомы кислорода в положе­

ниях 3, 11 и 17 и характеристичная группа -СО-СН2OН в по­

ложении 17. Андрогенная и кортикоидная активность в большей

степени зависит от этих деталей строения молекулы, однако

прогестиновая активность сохраняется, если ацетильная группа

в положении 17 находится в а-конфигурации, не встречающейся

в природных соединениях, а замена метильной группы в поло­

жении 18 на этильную приводит даже к усилению этой актив­ ности (пероральный контрацептив норгестрел).

Из всех стероидных гормонов наименее жесткие требования

к структуре предъявляют соединения, обладающие эстрогенной

активностью. При условии ароматизации кольца А и наличии кислой гидроксильной группы в положении 3 строение осталь­

ной части молекулы имеет второстепенное значение. В 1938 г. появились простые высокоэффективные бензольные аналоги

стероидных эстрогенов. Хотя считалось, что их молекулы по форме похожи на молекулы стероидов, в действительности меж­

ду ними не так уж много общего. По данным рентгенострук­ турного анализа молекула диэтилстильбэстрола (12.31) имеет транс-конфигурацию, искаженную из-за стерических затрудне­

ний, создаваемых метиленовыми фрагментами двух этильных

групп. Поэтому два бензольных кольца образуют с этиленовым фрагментом двугранный угол 63°, что делает форму молекулы

совершенно не похожей на стероидную. Однако в этих молеку­

Jlах примерно одинаково расстояние между атомами кислорода:

1,21 нм в диэтилстильбэстроле и от 1,07 до 1,11 нм в стероид­

ных эстрогенах, но все эти молекулы слишком жесткие и поэто­

му не способны взаимодействовать с одним и тем же рецепто­

ром, в котором фиксировано расстояние между точками связы­ вания. Известно, что для проявления эстрогенной активности

необходимо образование двух водородных связей рецептора

сатомами кислорода лиганда, следовательно, рецептор должен

диэтилстильбэстрола связано и с толщиной его молекулы, кото­

рая составляет 0,45 нм и равна толщине молекул стероидных

эстрогенов [Weeks et al., 1970].

1шго гормона эстрадиола ( 12.32), появился в 1938 г. [Dodds et 21., 1938]. Этот синтетический лекарственный препарат, отли­

чающийся от природного гормона высокой эффективностью при пероральном применении и большей длительностью действия, стал основным препаратом в эндокринной терапии. Некоторое

недоверие к этому препарату возникло на основании двух фак­

торов: во-первых, его неограниченно применяли для увеличе­

ния веса сельскохозяйственных животных, а во-вторых, были

отмечены случаи заболевания раком у женщин, матери кото­

рых принимали его во время беременности. Несмотря на это, диэтилстильбэстрол продолжают широко применять и считают

.безопасным средством; его не назначают только в первые три

месяца беременности (что, кстати, в равной степени относится и к природному гормону). О применении его фосфата для лече­ ния рака предстательной железы см. разд. 4.2. Сходными эст­

рогенными свойствами обладает и дигидропроизводное диэтил­

стильбэстрола-синэстрол (12.33, а) (конфигурация 3R, 4S). С

эстрогенсвязывающим белком (разд. 2.4) он соединяется сильнее,

Геометрическая изомерия 4-аминокротонпвой кислоты, кото­

рая помогла определить активную конформацию нейромедиа­

тора гамма-аминомасляной кислоты, рассматривается в

разд. 12.7.

12.3. Конформация

Несмотря на то что вокруг одинарной связи возможно сво­ бодное вращение, данные инфракрасных спектров часто пока­

зывают, что атомы в молекуле занимают различные «предпоч­

тительные» положения. В общих чертах правила конформаци­

дл~ конформационного анализа используют рентгеноструктур­

ныи анализ, дифракцию электронов, микроволновые спектры,

данные о дипольных моментах, изучение реакционной способ­

ности молекул (см. ниже) и спектры ПМР, часто с применени­ ем уравнения Karplus (разд. 17.3). Понятие конформации про­

тивостоит понятию конфигурации. «Конформационными изоме­

рами» (или «конформерами», «ротамерами») называются

стереоизомеры, превращающиеся друг в друга при вращении атомов или групп вокруг одинарной связи. «Конфигурацион­

ные изомеры» для своего взаимопревращения требуют разрыва

связи (примеры такого типа рассмотрены в разд. 12.1 и 12.2).

Хотя физические методы изучения структуры веществ и ука­

зывают на существование пары конформеров, каждый из кото­

рых обладает своими собственными физическими характеристи­

ками, выделить каждый из них в чистом виде невозможно

из-за высокой скорости взаимопревращения. Однако в случае

достаточно сложных молекул, имеющих как конформационные,

так и оптические изомеры, иногда можно разделить пару изо­

меров, обладающих различными физическими свойствами (см.

ниже).

12.3.1. Конформационные изомеры, образуемые двумя

заместителя ми

Когда два заместителя (тяжелее водорода) располагаются

возможно дальше друг от друга, то такая конформация назы­

вается «вытянут ой» (ранее ее называли транс). Если эти

две группы расположены друг против друга, то такая конформа­

ция называетс"я «заслоненной» («гош»-конформация пред­

ставляет собои промежуточную междv «вытянутой» и «засJiо­

ненной»). Эти конформации (на примере 1-хлорпропана) пока­

заны на формулах (12.34) и (12.35).

Конформационный анализ широко применяется при изуче­

нии алициклических соединений как для определения положе-

ния заместите:1ей в пространстве, так и формы цикла. Напри­

мер, циклогексан может существовать в трех конформациях:

кресла (12.36), ванны (12.37) и скрученной (или полукресла)

(12.38).

<><>

лекулы циклоге~сана наиболее предпочтительна, при этом каж­

дыи аксиальныи атом водорода удален на 0,25 нм от других

двух аксиальных атомов водорода, расположенных по эту же

сторону цикла. Скрученная (или твист-) форма занимает про­ межуточное положение (между формой кресла и лодки), а са­ мая напряженная - форма ванны. Последняя, однако, может

быть стабилизирована двумя или более конденсированными

циклами, содержащими соответствующие заместители. Молекv­

ла декаги~ронафталина (декалина) может существовать в виде

двух устоичивых форм, структура которых была определена ме­

тодом дифракции электронов, показавшим, что транс-форма

(температура плавления -30 °С, температура кипения 117°с

при 100 мм рт. ст.) состоит из двух транс-конденсированных циклов в конформации кресла, а цис-форма (температура плав­

ления -43°С, температура кипения 124°С при 100 мм рт. ст.) состоит из двух цис-конденсированных циклов в конформации кресла. Цис-форма переходит в транс-форму при повышенной температуре и в присутствии катализатора. Молекула декалина

представляет собой пример геометрической изомерии относи­

тельно мостиковых атомов углерода, но каждый цикл остается

конформационно мобильным.

Интерес представляет конформационный анализ связи

-СО-Н-, определяющей структуру пептидов. В белках ее

конформация всегда «вытянут а я» (транс), хотя в пептидах,

содержащих пролин, т. е. третичную амидную группу, доста­

точно велика доля равновесной «заслоненной» (цис) кон­

формации (до 40%) [Rabenstein, Anvarhuesein, 1982]. Во вто­

ричных формамидах существует равновесная смесь «вытянуто­

го» и «заслоненного» конформеров в соотношении 8 : 92 в слу­ чае N-метилформамида (12.39, 12.40). Их существование уста­

новлено по наличию двух раздельных сигналов в спектрах

ПМР. С увеличением объема заместителя при атоме азота до­

Два конформера N-метилформамида

12.3.2. Конформационные положения одного заместителя

Две основные конформации, в которых может находиться заместитель относительно цикла, называются эк ват ори аль­

на я (в плоскости цикла) и а к с и аль на я (перпендикулярно

этой плоскости). В монозамещенных циклогексане преобладает

экваториальный изомер, поскольку в этой форме наименьшее

перекрывание атомов водорода. Оба конформера имеют форму

кресла, и хотя наличие смеси можно установить по данным

физических методов, разделить ее невозможно, так как конфор­

меры быстро превращаются друг в друга. В полизамещенных

циклах некоторые группы обязательно занимают аксиальное

положение. Аксиальные группы испытывают наибольшие сте­

рические затруднения, поэтому экваториальные гидрокси- и карбоксигруппы легче образуют эфиры, которые в свою оче­

редь легко гидролизуются. Часто конформационная изомерия

накладывается на геометрическую, как, например, в паре кока­

ин (7.11) и -ф-кокаин - у первого метоксикарбоксильная груп­

па занимает аксиальное, у второго - экваториальное положе­

ние.

~ тироксине (11.14) и более активном трийодтиронине ато­

мы иода в положениях 3 и 4 заставляют два кольца располо­

житься перпендикулярно друг другу. Дальнейшее изучение ана­

логов этих соединений показало, что такое расположение не­

обходимо для проявления их тиреоидного действия [Dietrich et al., 1977]. О стереохимии взаимодействия тиреоидных гормонов

с рецептором см. разд. 2.4.

На первый взгляд молекулы эметина и циклогексимида сn­

вершенно не похожи, однако фрагменты этих молекул имеют

сходную конформацию, и поэтому оба эти соединения ингиби­

руют рибосомный синтез белка в большинстве живых клеток

(разд. 4.1).

В растворе и кристаллическом состоянии АХ имеет одинако­

вую конформацию (по данным спектров ЯМР в D20 и рентге­

ноструктурного анализа) (разд. 12.6). Но до какой степени

распространяется эта корреляция? Byrn, Graber, Midland ( 1976) просмотрели всю литературу по этой теме и вместо

трrдоемкого рентгеноструктурного анализа предложили прос­

тои тест: сравнение инфракрасных спектров данного соедине­

ния в твердом состоянии и в хлороформе. Хотя этот тест тре­

бует дальнейшего изучения, следует отметить, что эти авторы

получили очень похожие инфракрасные спектры в твердом со-

стоянии и в растворе для холинхлорида и антигистаминового лекарственного вещества метапирилена, тогда как спектры гис­ тамина и другого антигистаминового лекарственного вещества димедрола значительно отличались друг от друга.

12.3.3.Взаимная адаптация лекарственного вещества

ирецептора

Хотя в предыдущем разделе указывалось, что можно уста­ новить конформацию вещества в растворе и твердом состоянии (представляющем собой специфический случай адсорбции ве­

щества на себе самом), до сих пор ничего не известно о кон­

формации вещества на рецепторе. Некоторые рецепторы пред­ ставляют собой ферменты, и известны случаи изменения кон­ формации субстрата при взаимодействии с ферментом. Например, методом ЯМР с Фурье-преобразованием было пока­

зано сильное искажение тетрауглеводного фрагмента муреина

ных спектров 13 С-ЯМР и рентгеноструктурного анализа следу­ ет, что, при взаимодействии с химотрипсином конформация N-

ацетил-L-триптофана не меняется [Rodgers, ,Roberts, 1973].

Вопрос, может ли лекарственное вещество вызвать конфор­

мационные изменения рецептора, обсуждается в разделе 7.5.Z

(«Аллостерическая гипотеза»). Из данных рентгеноструктурно­

го анализа четко видно, что некоторые субстраты вызывают

конформационные изменения ферментов (см., например, в

разд. 9.0 о карбоксипептидазе). С помощью этого же метода

было показано изменение конформации гемоглобина при свя­

зывании кислорода (превращении в оксигемоглобин). При этом изменении ближайший к порфириновому циклу остаток гисти­

этим остатком гистидина, этот сдвиг приводит и к другим из­

менениям третичной структуры: в центре молекулы спираль F глобина приближается к спирали Н и выталкивает остаток ти­

розина (140) из полости, в которой он располагался между этими двумя спиралями. В свою очередь тирозин тянет за со­

бой аргинин ( 141), разрушая его ионные связи. Такое измене­

ние конформации разрыхляет плотную структуру четырех ге­ мов в молекуле гемоглобина и облегчает подход второго атома

кислорода.

Можно привести еще один пример: по данным ЯМР-спект­ ров конформационное равновесие панкреатической РНКазы

быка изменяется в различной степени под действием ингиби·

торов - цитидин-2'-, 3'- и 5'-монофосфата, причем изменения пропорциональны ингибированию [Meadows, Roberts, Jardetz-

ky, 1969].

216

Конформационная специфичность была показана для НАДН

(12.41). Некоторые апоферменты~ использующие это1:_ кофермент,

способны различать аксиальныи и экваториальныи атомы во­

дорода в положении 4. Это удалось легко показать, заме~ая по очереди каждый из этих атомов водорода на атомы деите­

рия. Абсолютная конформация лабильных атомов водорода в

молекуле NADH была определена Cornforth и сотр. (1962).

Следует учитывать, что изменение конформации может из­

менить все физические свойства молекулы и, следовательно,

биологическую активность. Это особенно важно в тех случаях,

когда пару конформеров можно разделить и подвергнуть раз­

дельно биологическим испытаниям. Это удается редко, в основ­

ном для молекул, содержащих еще и хиральный центр. При

этом стерические затруднения, возникающие в энантиомерах, искажают остов молекулы и препятствуют переходу одного кон­

формера в другой. Эта же цель может быть достигнута направ­

ленным созданием стерических затруднений в насыщенных

бициклических молекулах (примеры см. в разд. 12.8). Один

из таких изомеров может быть липофильнее другого, или же

более сильным основанием. Поэтому биологическая активность

может зависеть не от изменения формы молекулы, а от новых

физических свойств, связанных с этим изменением. Если для создания лекарственных веществ эти новые физические свойст­

ва желательны, то следует проверить их важность другими пу­

тями, не связанными с изменением конформации молекул.

Достаточно полную информацию об оптической изомерии и (или) конформации дают формулы Ньюмена, например

( 12.42), ер. с обычным способом изображения ( 12.12). Эти

формулы особенно удобны, когда оба из двух последователь­

ных атомов углерода остова молекулы хиральны. Эти два ато­

ма совмещены таким образом, что шесть заместителей лежат

на радиусах одной окружности. Для сравнения такая формула

может быть нарисована и для родственного соединения, имею­

щего лишь один хиральный центр, например адреналина

(12.43).

Для описания конформаций часто требуется знание торси­

онного угла. Для группы атомов ХАВ - это угол, образованный

плоскостью ХАВ в плоскостью АВ. Четыре торсионных угла АХ обсуждаются в разд. 12.6.

217

Та блиц а 12.1. Процентное содержание ионизированных форм катехолами­ нов и их аrоннстов в воде прн рН 7,4 (25 °С)

диссоциации показало, что эритроциты птиц содержат около

чие в однои молекуле кислотных и основных групп, константы

ионизации которых различаются на 2 единицы рКа и противо­

положны по знаку, приводит к существованию в растворе слож­

ного набора минорных ионов. Из двух видимых констант по ме­ тоду: использованному ранее для тирозина [Edsall, Martin,

Hollшgworth, 1958], были рассчитаны четыре микроскопичес­

кие константы. Наличие четырех констант связано с тем что

аминогруппа 1:_меет две ~онстанты (при неионизированн~й и

ионизированнои фенольнои группе). По этой же причине одна

из фе~ольных групп также имеет две константы. (Ионизация первой фенольной группы по закону Кулона полностью подав­

ляет ионизацию второй группы.)

Для норадреналина макроскопические константы равны

8,63 (фенольная) и 9,73 (основная). С помощью УФ-спектрос­

копии были рассчитаны следующие микроскопические констан­

ты: pH1z 8,78, pK2z 9,58, Pl51N9,16 и pK 2N 9,20, где Z и N от­

носятся к цвиттериону и неитральной молекуле соответственно.

Сиспользованием этих четырех констант рассчитаны данные

растворах при нейтральных рН присутствуют преимущественно

в виде катио~ов [Ijzerm~~ et al., 1984]. Это же указывалось и в

более раннеи работе Sш1stri, Villa (I 962). Поэтому наиболее вероятно, что биологической активностью обладает катион. Бо­

лее того, между а- и ~-агонистами нет различий в степени

ионизации.

До тех пор пока не удастся выделить адренорецептор

дальнейшие попытки понимания его функций должны сконцен~

трироваться на изучении связи структура - активность агонис­

тов и антагонистов ка1ехоламинов в различных биологических

системах. Предполагают, что основной вклад во взаимодейст­

вие катехоламинов с рецептором вносит ионная связь. В усиле­

нии связывания, по-видимому, определенную роль играет и

водородная связь, образуемая с участием ~-гидрокси.1ьной

группы, так как; ее удаление из молекулы, по данным Barger, Dale (1919), резко снижает активность соединений (см. обсуж­

дение рис. 12.1).

А. а-Рецеторы. Воздействие на а-рецепторы в гладких мыш­

цах приводит к увеличению проницаемости клеточной мембра­

что приводит к гиперполяризации и последующей релаксации

мышц. В большинстве других типов гладких мышц увеличива­

контрактура.

Внастоящее время а-адренорецепторы подразделяются на

два типа: постсинаптические а1-рецепторы и а2-рецепторы, чаще

всего пресинаптические, но иногда и постсинаптические. Акти­

вация постсинаптических рецепторов приводит к сужению сосу­

дов, а пресинаптические рецепторы участвуют в обратном зах­

вате норадреналина. Лекарственные вещества, а-адреномиме­

тики, применяют для повышения АД при гипотонии, а также

как препараты общего сосудосуживающего действия при рини­

тах, конъюнктивитах глаз и для анестезии в стоматологии. Природным агонистом а-адренорецепторов является норадрена­

лин. Однако чаще применяют синтетический препарат мезатон

(12.47), отличающийся от норадреналина отсутствием одного

из фенольных гидроксилов. По сравнению с норадреналином

мезатон действует немного слабее, но его эффект более длите­

лен, он активен при пероральном применении и не стимулирует

ЦНС. Впервые этот препарат исследовали Barger, Dale (1910).

Теперь известно, что мезатон проявляет чисто агонистическое­

действие на а1-адренорецепторы, т. е. как истинный агонист

действует на постсинаптический рецептор; он не является псев­

домедиатором (см. определение в разд. 7.6.3).

д,,vМ•

221