4.0.6. Лекарственные вещества — ингибиторы синтеза РНК

Родоначальники антибиотиков ряда рифамицина были выде­лены из Streptomyces mediterranei. Избирательность действия этих соединений можно повысить химическими модификациями, и поэтому вместо природного рифамицина (3.47, а) в основном применяют его производное рифампицин (3.47,6).

По химическому строению рифамицины относятся к группе

ІІ60

природных соединений, называемых ансамицинами (от латин­ского ansa — ручка). Название анса-соединения было введено Liittringhaus и Gralheer для соединений, содержащих аромати­ческое кольцо (в данном случае нафталиновое), с огибающей его «ручкой», образованной присоединенной к циклу в двух местах алифатической цепью [Maggi et al., 1966, 1968]. Для того чтобы такие соединения обладали биологическим действи­ем, необходимо наличие по меньшей мере трех гидроксильных групп в их молекуле. Синтетические модификации рифамицина сводятся преимущественно к введению заместителя в положе­ние 3. Восстановление двойных связей в алифатическом цикле снижает активность пропорционально уменьшению жесткости молекулы.

Рифамицины взаимодействуют с р-субъединицей бактери­альной ДНК-зависимой РНК-полимеразы с образованием очень прочного нековалентносвязанного комплекса с соотношением компонентов 1 : 1, в результате чего прекращается только синтез РНК, но не ДНК и белков. В случае рифамицин-устойчивых ор­ганизмов такой комплекс не образуется.

В природе существуют и другие ансамицины, например стреп- товарицин, выделяемый из другого вида Sterptomyces, действие которого аналогично действию рифамицина, ио менее избира­тельно; аманитин (из гриба Amanita phalloides), в отличие от рифамицина действующий только на ДНК-зависимую РНК-по­лимеразу эукариот и не влияющий на этот фермент у прокари­от; и маутансин (из коры африканского цветкового растения), противоопухолевые свойства которого клинически не иссле­дованы.

Дактиномицин (4.38), антибиотик ярко-красного цвета, вы­деленный Waksman и Woodruff в 1940 г., является производным аминофеноксазина и содержит две одинаковые циклические бо­ковые цепи с одной эфирной и пятью пептидными связями (4.39). В каждую боковую цепь входят остатки N-метилвалина, саркозина, пролина, валина и треонина [Brockmann, 1960]. По данным ЯМР-спектров —NH валина образует сильную водород­ную связь с СО саркозина.

Дактиномицин высокоизбирательно ингибирует синтез рибо­сомной РНК и не влияет на синтез ДНК [Reich et al., 1962]. Использование радиоактивного дактиномицина показало, что он ковалентно связывается с остатком гуанина в ДНК и не соеди­няется больше ни с одним из компонентов клетки при концен­трациях, блокирующих синтез РНК. Феноксазиновый цикл ин- теркалирует в ДНК около Г-Ц пары, а пептидная часть моле­кулы располагается в малой бороздке [Muller, Crothers, 1968] (подробнее об интеркаляции см. разд. 10.3.2).

Дактиномицин (актиномицин D) обладает ярко выраженным эффектом против опухоли Вильмса почки, одной из наиболее распространенных злокачественных опухолей у детей. Под его действием рассасываются даже легочные метастазы этой опухо­ли [Farber, Mitus, 1968]. При формах рака, требующих дли­тельного лечения, дактиномицин не применяют в связи с его сравнительно невысокой избирательностью действия.

8-Азагуанин (4.40) впервые был получен синтетическим пу­тем, однако позже оказалось, что ему идентичен антибиотик па- тоцидин, выделенный из Streptomyces albus [Anzai, Suzuki, 1961]. 8-Азагуанин применяют при опухолях мозга, почек и пе­чени, так как в этих органах содержится много фермента гуана- зы, деаминирующей этот препарат до безвредного 8-азаксанти- на, который обычно отсутствует в клетках опухолей этих орга­нов [Levine, Hall, Harris, 1963]. 8-Азагуанин, сильный ингиби­тор синтеза белка, не включается в ДНК Е. coli и бактериофага Т₂ [Smith, Matthews, 1957], культуры опухолевых клеток или интактных мышей [Nelsen et al., 1975]. Гуанозин-5'-фосфатпиро- фосфорилаза превращает его в нуклеотид, включающийся в мат­ричную РНК. Такая мРНК вызывает диссоциацию полисом до мономеров, останавливая тем самым синтез белка [Kwann, Webb, 1967]. 8-Азагуанозин-5-фосфат вмешивается в биосинтез пуринов, блокируя на ранних стадиях синтеза фермент фосфо- рибозилпирофосфатамидотрансферазу [McCollister et al., 1964].

6-Азаурацил (4.41) используют в сельском хозяйстве в ка­честве фунгицида для борьбы с мучнистой росой (например, у огурцов). В клетках грибов он превращается в риботид, яв­ляющийся аналогом оротидиловой кислоты и блокирующий оро- тидилдекарбоксилазу [Dekker, 1968]. В медицинской практике он запрещен из-за побочного действия на ЦНС. Однако триаце- тилпроизводное этого риботида, азарибин (разд. 3.6), применя­ется при псориазе [Calabresi, Turner, 1966].

Митрамицин, производное тетрагидроантрацена с двумя при­соединенными пиранозными кольцами, выделен из грибов Streptomyces. Он ингибирует синтез РНК, не влияя при этом на синтез ДНК- Митрамицин может вызвать гипокальциемию и в целом не очень избирателен, однако применяется при опухолях семенников [Hill et al., 1972].

Фурацилин (4.42) (семикарбазон 5-нитрофурфурола) проти­вобактериальное средство широкого спектра действия.

тивен на последних стадиях трипаносомозов с резистентностью к препаратам мышьяка. В разбавленных растворах фурацилин ин­гибирует образование всех типов РНК в Е. coli [Tu, McCalla, 1976]. Он не действует на мутагенов, не имеющих «нитрофуран- редуктазы», что свидетельствует о том, что биологической актив­ностью обладает восстановленная форма фурацилина (возмож­но, гидроксиламинопроизводное или его ближайший аналог). Фурацилин с потенциалом восстановления — 0,425 в (определен со стандартным каломельным электродом при pH 7) является акцептором электронов с высоким отрицательным потенциалом, находящимся на нижней границе биологически значимой обла­сти. Потенциал восстановления соответствующего производного бензола, семикарбазона пара-нитробензальдегида, равен —0,580 в, в связи с чем это соединение не восстанавливается в биологических системах [Sasaki, 1954]. В ряду нитрофуранов лег­че восстанавливаются соединения с сопряженной боковой цепью, так как образующийся, анион-радикал стабилизируется в этом случае сопряжением [Lindberg, 1970]. См. также разд. 5.4.3 (гидрогеносомы). К лекарственным веществам по­добного типа относятся антисептик мочевых путей фурадонин (6.15) и метронидазол (6.22), производное нитромидазола, применяющееся при амебиазах и трихомонадозе.

Антрамицин (4.43), легко подвергающийся ковалентной гид­ратации (разд. 2.5), присоединяется к ДНК-связывающему ме­сту РНК-полимеразы и ингибирует синтез РНК. Возможно, что именно с этим связано его противоопухолевое и антимикробное действие [Horwitz, Grollman, 1968; Kohn, Spears, 1970].

Гикантон (3.42,6), 4-гидроксиметил-1 - (2-диэтиламиноэтил- амино)-тиоксантен-9-он, применяют при шистосомозах. При од­нократном введении он мешает включению уридина в РНК кле­ток хозяина и червей, причем и чувствительных, и резистентных форм. Однако в клетках хозяина и резистентных форм червей этот эффект быстро пропадает, что и обеспечивает избиратель­ность его действия [Mattoccia, belli, Cioli, 1981]. Гикантон об­ладает некоторыми побочными эффектами, например вызывает тошноту, а в модельных экспериментах показано его канцероген­ное и мутагенное действие, в связи с чем не рекомендуется при­менять его в педиатрии или при риске повторного инфициро­вания.

Флаван (4.44), родоначальник бесчисленного множества окрашивающих веществ, содержащихся во фруктах и цветах, проявляет слабую активность против 20 штаммов обычных ви­русов простуды в тесте бляшкообразования. Его высоколипо­фильный аналог — 4,6-дихлорпроизводное — более активен. Это соединение ингибирует синтез РНК в клетках паразита и обла­дает высоким терапевтическим индексом (мыши) [Bauer et al., 1981]. Однако эффективный способ введения такого водонерас­творимого соединения в организм человека представляет собой проблему.

Рис. 4.2. Участок полипептидной цепи.

4.1. Белки

В любой живой клетке белки синтезируются в рибосомах при­близительно из 20 различных аминокислот L-конфигурации. ОММ белков варьирует от 6000 до миллиона и более, но все они имеют общую структуру (рис. 4.2), где R — довольно простые за­местители, например метильная (для аланина) или пара-гидрок- сибензильная (для тирозина) группы. Регулярно издающийся в США Атлас последовательности и структуры белков (Atlas of Protein Sequence and Structure, Washington, D. С.) содержит сведения об аминокислотной последовательности для многих со­тен белков (разд. 17.4).

Аминокислотная последовательность белка определяется ге­нетической информацией, заложенной в клеточной ДНК, и реа­лизуется через посредство мРНК и тРНК- Последовательность аминокислот в белке называется первичной структурой. Поли- пептидные цепи всегда образуют вторичную структуру, которая стабилизируется множеством водородных связей между группа­ми —СО и —NH различных остатков. Изменение направления цепи происходит в месте расположения остатков пролина. Поли­пептиды образуют вытянутые цепи с расстоянием между амино­кислотными остатками 0,72 нм. В природе из-за наличия боко­вых цепей у аминокислот неизбежно происходит некоторое ис­кажение этой структуры, и поэтому периодичность составляет около 0,70 нм, как, например, в фиброине шелка.

При объемных боковых цепях в аминокислотных остатках вместо образования уложенных рядом цепей (^-структуры) про­исходит спирализация молекулы с образованием правозакручен­ной а-спирали, в которой на каждый виток приходится 3,6 ами-

нокислотных остатка. Как показали Payling и Corey, такая спи­ральная структура характерна для коллагена, в ней расстояние между аминокислотными остатками по оси составляет 0,15 нм,

а витки стабилизируются водородными связями СО----------- NH

между близрасположенными остатками аминокислот. Данные о вторичной структуре белка были получены методом рентгенов­ской кристаллографии с разрешением от 0,2 до 0,3 нм, опреде­лением дисперсии оптического вращения и числа атомов водо­рода, которые медленно обмениваются на дейтерий из D₂O (т. е. участвующих в образовании межспиральных связей).

Эти спирали существуют в виде длинных нитей, которые в глобулярных (т. е. неволокнистых) белках (включая ферменты) складываются так, что получаются петли неправильной формы, характерные для третичной структуры. Форма петель обычно определяется аминокислотной последовательностью [Perutz, Kendrew, Watson, 1965]. Связи, стабилизирующие третичную структуру, могут быть ковалентными (дисульфидными), ионны­ми, ван-дер-ваальсовыми и водородными. Например, активная конформация рибонуклеазы (белка, состоящего из 124 амино­кислотных остатков) закреплена связями S—S между следую­щими парами аминокислотных остатков (считая от NH₂ конца цепи): 28—84, 65—72, 40—95, 58—ПО. Молекула белка получа­ется компактной, но содержит внутри несколько молекул воды. Почти все полярные группы (—ОН, ■—NH₂, —СООН) обращены наружу, благодаря чему глобулярные белки растворимы в воде.

Рентгеноструктурное исследование кристаллов глобулярных белков показало, что структурная организация их молекул мо­жет быть трех типов: спирализованная, складчатая и беспоря­дочная. Беспорядочность структуры пептидной цепи может быть вызвана наличием остатков аспарагина, аспарагиновой кислоты и фенилаланина. Обычно кислые остатки расположены преиму­щественно около NH₂ конца цепи, а основные (лизин, аргинин, гистидин) находятся ближе к СО₂Н концу [Cook, 1967].

Некоторые пептиды синтезируются в живой клетке и без участия РНК, например трипептид глутатион в животных и рас­тительных клетках. Бактерии без участия РНК могут синтези­ровать полипептиды, содержащие до 20 аминокислотных ос­татков.

Структура и функции ферментов рассматриваются в разд. 9.0. Более подробную информацию о структуре белков можно найти у Neurath, Hill (1975) и в периодическом издании Advances in Protein Chemistry. В приложении к книге «Струк­тура и действие белков» [Dickerson, Geis, 1969] описан метод стереоскопической визуализации трехмерной структуры моделей белков.

4.1.1.