Избирательная токсичность. Физико-химические основы терапии Том 2 - Альберт А.
ISBN 412-26010-7
Скачать (прямая ссылка):
Молекула кофермента НАДФН полностью вытянута; никоти-намидная часть располагается напротив птеридинового кольца
38 Рис. 9.4. Стереодиаграмма птеридинсвязывающего участка днгидрофолатре-дуктазы L. casei. Ингибитор метотрексат выделен жирными линиями, белок — светлыми, молекула НАДФ (показана только ее часть) — пунктиром; атомы углерода изображены небольшими, а атомы кислорода — большими светлыми кружками, атомы азота — черными кружками; цифры в кружках — связанные молекулы воды [Bolin et al., 1982].
в положении, облегчающем перенос гидрид-иона от пиридинового цикла к атому углерода в положении 6 птеридинового кольца [Filrnan et al., 1982].
Диаграмма для фермента, полученного из бактерий Е. coli, практически идентична представленной на рис. 9.4 [Bolin et al., 1982].
Отличительной особенностью метотрексата является то, что при связывании с ферментом птеридиновые ферменты антиметаболита и природного субстрата ориентированы противоположно. В отличие от метотрексата (см. выше) для дигидрофо-лата характерно следующее [Bolin et al., 1982]: атом N-I не связан, 2-NH2, так же как 0-4, связана только с молекулами воды, атом N-3 образует водородную связь с Asp-26, атом N-5 не связан, а атом N-8 связан с Leu-4 силами ван-дер-ваальса. Таким образом, птеридиновый цикл нормального субстрата в отличие от метотрексата связан с ферментом значительно слабее. Связи, образуемые пара-аминобензоильным и глутамино-вым фрагментом метаболита и его антагониста, идентичны. Именно в этом заключается причина необычно высокого индекса ингибирования (1:10 000) метотрексата по сравнению с дигидрофолиевой кислотой.
Полагают, что главная причина различной ориентации метотрексата и субстрата при связывании с ферментом заключается в разных положениях и основности наиболее основного атома азота в молекуле (см. табл. 9.3). Метотрексат почти в сто раз более сильное основание, чем дигидрофолиевая кислота, благо-
39 Таблица 9.3. Величины рКа фолиевой кислоты и ее производных (в воде), полученные: А — с помощью спектрофотометрии, В — с помощью ЯМР-образ-цов, обогащенных 13C по атому С-2 [Рое, 1977; Cocco et al., 1981]
Соединение N-I (основание) N-5 (основание) CO-4/NH-3 (кислота)
Фолиевая кислота А 2,35 <-1,5 8,38
В 2,40 8,25
Дигидрофолиевая кислота А 1,38 3,84 9,54
Метотрексат А 5,71 <-1,5 —
В 5,73
даря замене циклической амидной группы (CO-4/NH-3) аминогруппой. Следует отметить, что наиболее основным центром метотрексата является амидиновая группа N1-C2—NH2, находящаяся в сопряжении, в то время как наиболее основный центр в молекуле дигидрофолиевой кислоты расположен в другом цикле птеридинового ядра и не соприкасается с каким-либо противоположно заряженным центром молекулы фермента.
Наиболее основный центр молекулы метотрексата имеет рKa 5,71 и, следовательно, только 2% его будут существовать в виде катиона при pH 7,3 в воде (табл. 17.1). Поэтому если даже предположить, что молекула метотрексата образует лишь одну ион-дипольную связь с молекулой аспарагиновой кислоты, то и этого было бы достаточно для того, чтобы обеспечить большое конкурентное преимущество метотрексата по сравнению с дигидрофолиевой кислотой. Тем не менее следует ожидать, что величина рКа, определенная в воде, в действительности будет значительно выше внутри выстланной липидами полости, которой точно соответствует птеридиновое кольцо молекулы метотрексата, но не таковое дигидрофолата. Это повышение основности обусловлено понижением диэлектрической постоянной и отсутствием конкурирующих молекул воды. Предположение о повышении основности молекулы метотрексата при связывании с ферментом подтверждают также данные ЯМР-спектров, снятых для метотрексата, обогащенного изотопом 13C (до 90%) по атому С-2 [Соссо et al., 1981]. Установлено, что характеристичный сигнал атома С-2 в катионах сохраняется вплоть до pH 10, в то время как в аналогичных условиях основный рKa фолиевой кислоты, равный 2,4, не изменяется. Неизвестно, что именно происходит с дигидрофолиевой кислотой в этих условиях, так как ее недостаточно высокая стабильность не позволяет сделать обоснованных выводов. (Все исследования проводились на ДГФР, полученной из Streptococcus faecium.)
Б. Упрощение молекулы метотрексата. Этот противораковый препарат обладает низкой токсичностью по отношению к большинству бактерий и простейших [Wood, Ferone, Hitchings, 1961], поскольку он не способен проникать в одноклеточные организмы. Вначале предполагали, что имеет смысл повысить его проникающую способность путем увеличения липофильности его молекулы. Однако вскоре стало очевидно, что антагонистическое действие дигидрофолата обусловлено в основном 2,4-диамино-птеридиновой частью молекулы. Примером попыток модификации структуры метотрексата могут служить следующие результаты.
Было показано, что 2,4-диаминоптеридин эффективен не менее, чем хинин, при малярии, возбудителем которой является Plasmodium gallinaceum. 2,4,7-Триамино-6-фенилптеридин (диуретик триамтерен) подавляет паразитемию у мышей и крыс, вызываемую PI. berghei [Aviado, Brugler, Bellet, 1968]. 2,4-Ди-амино-6,7-диэтилптеридин, как оказалось, высоко активен против Vibro cholerai в лабораторных тестах [Collier, Waterhause, 1950], но не оказывает действия на многие другие виды бактерий. Ни один из этих результатов не привел к созданию новых эффективных лекарственных препаратов.
