Избирательная токсичность. Физико-химические основы терапии Том 2 - Альберт А.
ISBN 412-26010-7
Скачать (прямая ссылка):
Эксперименты с меченым 355-пенициллином показали, что устойчивые штаммы стафилококков (даже не продуцирующие пенициллазу), не поглощают пенициллин из растворов, тогда как чувствительные штаммы связывают от 200 до 750 молекул пенициллина на каждую клетку. Эта связь очень прочна: пеницил-
18—734
273 лин не отмывается и не обменивается с немеченным пенициллином [Rowley et al., 1950; Maass, Johnson, 1949]. Первые молекулы пенициллина связываются инертными веществами, «о при насыщении образуется ковалентная связь пенициллина с рецептором, играющим ключевую роль в биосинтезе клеточной стенки бактерий. Клетки млекопитающих не поглощают пенициллин, тогда как бактериальные клетки связываются с ним менее чем за 2 мин. Компонент бактериальной клетки, связывающий пенициллин, находится, по-видимому, на цитоплазматической мембране в месте синтеза клеточной оболочки, и обнаруживается во фракции, содержащей фосфолипиды [Cooper, 1956].
S Me Мо Н/ \ I /Ме R-C-N-CH-С C
и н о
,О
HS—(CH..),—\'И—С N-C-C^
IH \о-
Продукт реакции ?-меркаптоэтамина с пенициллином
(13.6)
Пенициллин действует главным образом на мембранно-свя-занную транспептидазу цитоплазматической мембраны бактерий. Сначала фермент связывается с терминальной D-аланил-D-аланиновой группировкой мономера, при полимеризации которого образуется новая клеточная оболочка. Этот мономер представляет собой пептидогликан, состоящий из субъединиц муропептида (разд. 5.3), связанных углеводными компонентами. D-Аланин играет роль опознавательного сигнала для фермента. Следующий шаг — ацилирование фермента пептидогликаном, сопровождающееся потерей одной молекулы D-аланина: Фермент + R-D-Ala-D-Ala -R-D-Ala-фермент + D-Ala
Некоторые факты свидетельствуют о том, что реакция ацилиро-вания происходит по —ОН — группе остатка серина.
Затем транспептидаза регенерируется, связывая концевой остаток D-аланина молекулы пептидогликана с цепочкой из четырех молекул глицина (соединенных с остатком лизина), второй молекулы пептидогликана. В разных видах бактерий встречаются различные варианты образования этой связи, но в общем виде этот процесс может быть представлен следующим образом: [Franklin, Snow, 1981; Gale et al., 1982].
R-D-Ala-фермент + Gly ->- R-D-Ala-Gly + фермент
Гликопептидтранспептидаза, выделенная в чистом виде из Е. coli, необратимо ингибируется пенициллином в концентрациях, летальных для интактных бактериальных клеток [Izaki, Matsuhashi, Strominger, 1966]. Предполагают, что сначала пенициллин связывается с транспептидазным сайтом фермента и необратимо ингибирует его, используя в качестве ацилирующего
274" агента рч-\цактамный цикл антибиотика [Izaki, Matsuhashi, Strominger, 196?]. Такой механизм действия пенициллина представляется наиболее вероятным и подтверждается данными рентгеноструктурного анализа Б-аланил-Е>-аланинкарбокситранспеп-тидазы, выделенной из Streptomyces-R 61 в присутствии или без-орто-йодофенилпенициллина, и в опытах на модельном субстрате а-трет-бутоксикарбонил-е-трифторацетил-Ь-лизил-О-глута-мил-О-аланине. Оба субстрата связываются с одним активным участком на ферменте, при этом их карбоксильные группы вступают в реакцию с концевыми аминогруппами двух спиралей фермента [Kelly et al., 1982].
Сравнение молекулярных моделей пенициллина и D-аланил-D-аланина свидетельствуют о том, что пенициллин можно считать антиметаболитом этого дипептида [Tipper, Strominger, 1965]. Так, расстояние между N' и N" в обеих молекулах [см. проекции молекулярных моделей (13.7) и (13.8)] одинаково и равно 0,33 нм. Одинаково у них и расстояние между N" и С1, а именно 0,25 нм. Расстояние от N' до C1 составляет 0,54 нм для пенициллина и 0,57 нм для дипептида. D-конфигурация пенициллина обеспечивается наличием атома серы, связанного с атомом углерода, общим для обоих циклов в молекуле. Эпимериза-ция по положению 6 (см. 13.4) приводит к полной потере антибактериальной активности. Наиболее реакционноспособная (?-лактамная) связь в молекуле пенициллина расположена соответственно пептидной связи, соединяющей два D-аланиновых остатка. Однако между этими связями существуют и различия: связь между остатками аланина на 25% длиннее. Угол C-CO-N в D-Ala-D-Ala равен 117°, а в пенициллине только 91°. Более того, двугранный угол, образованный ?-лактамным циклом и лактамной связью, почти равен 135°, что значительно меньше угла пептидной связи (180°) и резко отличается от тетраэдриче-ского переходного комплекса (разд. 9.5), который D-аланин предположительно образует с ферментом [Lee, 1971]. Еще более серьезным аргументом против вышеописанной структурной аналогии служит отсутствие противобактериальной активности у 6-метилбензилпенициллина, по химическому строению еще более близкого D-Ala-D-Ala [Boehme et al., 1971].
Me2
11 О
С\
с_с
0 \ Me4 уО
1 о о xC-Cx
с—N" I /No
R N' С-N" U
\ / \ / С с
RVN'\I \
А і і
о О Me
Пеиициллины (проекция молекулярных моделей) (Ацил)-О-алании-О-аланин
(13.7) (13.8)
17*
275 А. Модифицированные пенициллины. Бензилпеницгіллин до настоящего времени является антибиотиком, наибо^е широко используемым в медицинской практике, особенно ддя инъекций, тогда как пенициллин V, т. е. феноксиметилпешйхиллин (13.4; R = C6H5OCH2CO—), чаще применяют перорально. В 1957 г. из культуральной жидкости Penicillum chrysogenrim [Batchelor et al., 1961] была выделена 6-аминопенициллановая кислота (6-АРА), послужившая исходным соединением для создания целой серии полусинтетических аналогов пенициллина. Многие из них представляют собой ацилированные производные 6-АРА (ср. с бензилпенициллином 13.4,6), содержащие стерические затрудненные заместители в метиленовой (CH2) группе. Эти соединения, менее устойчивые, чем бензилпенициллин, к кислому гидролизу, которому они подвергаются в желудке, явились предшественниками современных пенициллинов. Целью модификаций молекулы пенициллина было не только создание соединений, устойчивых к гидролизу под действием ?-лактамазы, присутствующей в резистентных типах бактерий, но и расширение области терапевтического действия пенициллинов созданием соединений, действующих не только на грамположительные, но її на грамотрицательные бактерии, а затем создание веществ, обладающих одновременно хотя бы двумя из вышеуказанных свойств. Ниже будут приведены примеры модифицированных пенициллинов, наиболее часто употребляющихся в медицинской практике.
