Избирательная токсичность. Физико-химические основы терапии Том 2 - Альберт А.
ISBN 412-26010-7
Скачать (прямая ссылка):
Можно ли получить эффективные антибактериальные средства акридинового типа (т. е. воздействующие и на грамполо-жительные и на грамотрицательные бактерии при большом разбавлении без ослабления эффекта в присутствии белка) из всех молекул с достаточной степенью катионной ионизации и плоскостью поверхности? К подобным веществам относится метиленовий синий, имеющий плоскую молекулу и высокую степень ионизации. Однако его окислительно-восстановительный потенциал так высок, что катионы метиленового синего восстанавливаются продуктами метаболизма большинства бактерий, например Е. coli; метиленовий синий токсичен для родственного штамма Aerobacter aerogenes, не способного восстанавливать его катионы (продукт восстановления не ионизируется при pH 7). Однако число плоских гетероароматических соединений, способных образовывать сильно ионизированные аминопроиз-водные, очень ограничено, поскольку введение добавочного гетероатома приводит к резкому снижению основности [Albert, Goldacre, Phillips, 1948; Albert, 1968].
Это можно преодолеть, введя короткую высокоосновную боковую цепь в плоское ароматическое ядро с площадью поверхности 3,8 нм2 таким образом, чтобы боковая цепь и ароматический цикл находились в сопряжении. Такой боковой цепью может быть остаток гуанидина или дигуанида. В этом случае необязательно, чтобы цикл был гетероароматическим: пригоден ароматический углеводород подходящих размеров (например, антрацен). Осуществляя эту гипотезу на практике, мы обнаружили соединения, обладающие истинной антибактериальной активностью акридинового типа, не содержащие гетероцикла; примерами могут служить два производных антрацена, представленные в табл. 10.10 [Albert, Rubbo, Burvill, 1949].
Удивительно сходство биохимического действия аналогов акридина с действием самих акридинов. Так, например, этидиум и профлавин, ингибируют одни и те же ДНК-зависимые поли-меразы, а именно синтезирующие как ДНК, так и (менее эффективно) РНК (в обоих случаях они соединяются с ДНК-мат-рицей) [Elliott, 1963; Waring, 1965].
103 Б. Механизм связывания акридинов и их аналогов с нуклеиновыми кислотами. В экспериментах in vitro было продемонстрировано, что связывание профлавина (10.7) (3,6-диаминоакри-дин) с ДНК идет по двум механизмам: во-первых, по реакции первого порядка, в которой равновесие достигается при соотношении 4 или 5 нуклеотидов на одну молекулу профлавина, и, во-вторых, в результате более медленной реакции высокого порядка, в которой одна молекула профлавина связывается с одной молекулой нуклеотида [Peacocke, Skerrett, 1956]. Второй процесс заключается в неупорядоченной адсорбции дополнительных молекул акридина на внешней стороне спирали ДНК.
2-Антрилгуанидин (10.21)
NH2 N-C=N-C
hi2 /JH
N
NH2
2-Антрилдигуанид (10.22)
,NH2
Th
Этндий
(10.23)
В 1961 г. Lerman предположил, что молекулы 3,6-аминоак-ридина более прочно присоединяются к ДНК, благодаря интер-каляции между двумя слоями пар азотистых оснований, при этом первичные аминогруппы связываются ионной связью с двумя остатками фосфорной кислоты в спирали Уотсона — Крика, а плоский скелет акридинового цикла удерживается на молекулах пурина и пиримидина ван-дер-ваальсовыми силами [Lerman, 1964а]. На рис. 10.7 представлена эта структура (вид сбоку). Необходимость большой плоскости поверхности и высокой степени ионизации у молекул, обладающих антибактериальным действием, очевидно, и объясняется образованием этой структуры.
По данным рентгеноструктурного анализа слои азотистых оснований ДНК обычно связаны между собой сверху и снизу
104 Рис. 10.7. Схема вторичной структуры нормальной ДНК (слева) и ДНК, включающей интеркалироваиные молекулы профлавина (справа). Спираль рассматриваетси с отдаленной точки под таким углом, что видны лишь боковые проекции пар азотистых оснований и интеркалированиых молекул профлавина, а фосфорибозильный остов выглидит как регулярная спираль.
ван-дер-ваальсовыми силами. Расстояние между центрами атомов соседних пар оснований в цепи составляет 0,336 нм. Это означает, что молекулы аминоакридинов, имеющие точно такую же толщину, что и пуриновые и пиримидиновые основания, могут проникать в оставшиеся 0,336 нм (©т общего расстояния 0,672 нм). Это пространство может образоваться за счет небольшого раскручивания двойной спирали (угол поворота варьируется для каждого вещества; так для этидиума он составляет 26° [Wang, 1974], для профлавина и алкалоида зллип-тицина он несколько меньше [Kohn et al., 1975]).
Теперь рассмотрим, как Lerman пришел к теории интерка-ляции. При взаимодействии профлавина с ДНК происходит трехкратное увеличение вязкости. Это объясняли тем, что внедряющиеся молекулы не только вытягивают спираль, но и делают ее жесткой и спрямленной. Было установлено, что комплекс ДНК —профлавин имеет более низкий коэффициент седиментации, чем свободная ДНК- Это происходит за счет потери массы на единицу длины (ОММ профлавина составляет менее половины массы равного объема ДНК). Эти результаты были получены в разбавленном водном растворе. Было также обнаружено, что нити, вытягиваемые из комплекса, дают значительно более простые рентгенограммы, чем получаемые для чистой ДНК. Меридианальный рефлекс, соответствующий расстоянию 0,34 нм между соседними слоями, сохраняется, но новые положения первых экваториальных рефлексов свидетельствуют о том, что каждая молекула ДНК теперь имеет более плотную упаковку, а следовательно, и меньший диаметр, чем молекула чистой ДНК [Lerman, 1961]. В 1963 г. Lerman показал, что соотношение интенсивностей флуоресценции движущегося и неподвижного раствора согласуется с представлением о перпендикулярном расположении молекул акридина по отношению к оси спирали. Затем он обнаружил резкое падение скорости диазотирования первичных аминогрупп профлавина в присутствии ДНК- Это означало, что ДНК защищает аминогруппы от действия азотистой кислоты [Lerman, 1964]. Было замечено, что для денатурации ДНК после образования комплекса с 9-амино-акридином требуется более высокая температура [Lerman, 1964b] (ср. Chambron, ниже).
