Лекарственные вещества — ингибиторы синтеза белков

Рибосомы бактерий (70S) и животных (80S) отличаются друг от друга.

Левомицетин (4.45), выделенный в 1947 г. из Streptomyces venezuelae, а в настоящее время получаемый только синтетиче­ским путем, представляет собой D-(—)-трео изомер ]^-(2-гидрок- симетил-2- (4-нитрофенил) этил)-2,2-дихлорацетамид.

тельность его антибактериального действия связана с ингибиро­ванием синтеза белка на рибосомах бактерий. На рибосомный синтез белка млекопитающих он не действует даже в бесклеточ­ной системе [Rendi, Ochoa, 1962]. Три других стереоизомера это­го соединения не влияют на синтез белка.

По данным рентгеноструктурного анализа две гидроксильные группы левомицетина расположены очень близко друг к другу, амидная же группа направлена в противоположную сторону, а вся алифатическая часть молекулы находится в плоскости, со­ставляющей почти прямой угол с плоскостью бензольного коль­ца [Dunitz, 1952]. Благодаря амидной связи в молекуле лево­мицетин похож на дипептид. Полагают, что это сходство опре­деляет стереоспецифичность его действия [Das, Goldstein, Kan- ner, 1966].

Противобактериальные свойства левомицетина лишь незна­чительно меняются при замене нитрогруппы в его молекуле дру­гими сильными электроноакцепторными группами: метилтио- (MeS—), азидо-(—N3) или метилсульфонил (MeSO₂), следо­вательно, роль нитрогруппы связана только с ее электроноак­цепторными свойствами. Метилсульфонильное производное, под названием тиамфеникол, применяют в клиниках Англии, Италии и Японии (в отличие от левомицетина оно выделяется почками в неизмененном виде, что расширяет область его использова­ния). И у левомицетина, и у его производных биологически ак­тивна только D-треоконфигурация [Freeman, 1970]. Алифатиче­ская часть молекулы очень чувствительна к изменениям струк­туры: например, замена любого из водородных атомов метиль­ной группой приводит к полной потере активности.

Левомицетин быстро поглощается бактериями и накаплива­ется в 50S субъединице типичных для бактерий 70S рибосом, останавливая синтез белка. Это было показано с помощью ме­ченного [¹⁴С]-левомицетина, который вводился в клетку перед тем, как клеточную оболочку разрушали ультразвуком. На ри­босоме левомицетин ингибирует пептидилтрансферазу в А-сай- те, прерывая тем самым рост пептидной цепи [Jacobi, Gorini, 1967]. Из всех рибосомных белков он наиболее специфично свя­зывается с белком L-16 [Roth Nierhaus, 1975].

Левомицетин был первым антибиотиком широкого спектра действия, примененным в медицине. Однако позже было показа­но, что его длительное применение вызывает опасное заболева­ние— апластическую анемию. Поэтому в настоящее время его назначают только при заболеваниях, против которых при мини­мально коротком курсе лечения из всех известных препаратов он наиболее эффективен. Левомицетин применяют при брюшном тифе, бактериальном менингите и анаэробных инфекциях мозга, типа вызываемых В. fragilis. Он (единственный из антибиоти­ков) хорошо проникает в СМЖ через ГЭБ и применяется вме­сто тетрациклина при холере или заболеваниях, вызываемых риккетсиями, таких как тиф или пятнистая лихорадка Скали­стых гор.

Тетрациклин (4.46) и его производные — наиболее широко применяемые антибиотики широкого спектра действия. Как уже указывалось в разд. 3.0, избирательность их действия связана с преимущественным накоплением в бактериях. Важную роль в проявлении биологического действия играет его способность хе­латировать ион магния (разд. 11.8). Тетрациклин получают де­хлорированием его 7-хлорпроизводного (ауреомицин), выделен­ного в 1947 г. из Streptomyces aureofaciens.

В опытах с мечеными производными было показано, что тет­рациклины связываются с 30 S субъединицей рибосомы [Соппе- macher, Mandel, 1965] и ингибируют мРНК-зависимое связыва­ние аминоацил-тРНК [Sarcar, Thach, 1968], блокируя тем са­мым синтез бактериальных белков.

Эритромицин (4.47) —макролидный антибиотик, выделенный из Streptomyces erythreus, найденных в почве на Филиппинах, активен при пероральном применении. С использованием ¹⁴С- эритромицина было показано, что он ингибирует синтез белка только на бактериальных 70 S рибосомах. При транслокации он препятствует сдвигу петидил-тРНК с сайта А в сайт D на 50 S рибосомальной субъединице [Мао, Putterman, Wiegand, 1970].

Спектр противобактериального действия эритромицина и пе­нициллина одинаков. Из-за распространенности эритромицин- резистентных штаммов различных бактерий применение этого антибиотика ограничено тремя заболеваниями — микоплазмати- ческой пневмонией, дифтерией и болезнью «легионеров».

Из аминогликозидных антибиотиков первым был открыт стрептомицин [Schutz, Bugie, Waksman, 1944], который приме­нялся при туберкулезе и инфекционных заболеваниях, вызван­ных грамотрицательпыми бактериями. Однако при длительном лечении он повреждает почки и вызывает неизлечимую глухоту. Поэтому вместо стрептомицина теперь применяют другие глико­зидные антибиотики. Все они состоят из остатков аминосахаров, присоединенных к кольцу циклитола, и являются сильными ос­нованиями.

Аминогликозиды проникают через плазматическую мембрану бактерий сложными и разнообразными путями, см. разд. 14.3. Они ингибируют синтез белка на самых ранних стадиях. Не причиняя вреда 80 S рибосомам млекопитающих, они связыва­ются с 30 S субъединицей рибосом бактерий [Le Coffic et al., 1979]. Аминогликозидные антибиотики являются в действитель­ности бактерицидными веществами, тогда как все остальные антибиотики, вмешивающиеся в синтез белка, — лишь бактерио­статическими.

Гентамицин, представляющий собой смесь соединения (4.48) с двумя его метильными гомологами, был выделен в 1963 г. из актиномицета Micrimonospora purpurea. Хотя он высокоактивен против большинства грамположительных и грамотрицательных бактерий, применяют гентамицин при инфекционных заболева­ниях мочевых путей, вызванных грамотрицательными палочка­ми. Он более избирателен, чем стрептомицин [Milanesi, Ciferri, 1966], но также может повреждать почки (хотя и обратимо) и вызывать необратимую глухоту, что ограничивает его приме­нение.

Тобрамицин (4.49) очень близок к гентамицину как по актив­ности, так и побочным эффектам, однако более эффективен при инфекциях, вызванных Pseudomonas. Широко применяется по- лусинтетический нетилмицин, в наименьшей степени поражаю­щий слуховой аппарат [Lerner, 1983]. Амикацин, тоже полусин- тетический препарат, особенно используется в тех больницах, где пациенты заражены гентамицин-резистентными организма­ми (нозокомиальные инфекции); паромомицин, обладающий прямым действием на простейших, назначают при амебной ди­зентерии [Woolfe, 1965]; канамицин уступил дорогу тобрамиї- цину, а неомицин, малоизбирательный при системном введенні), широко используется в виде мазей. Обзор по аминогликозидным антибиотикам см. Umezawa, Nooper (1982).

Клиндамицин, по химической структуре являющийся заме­щенным пирролидином, применяют только при абсцессах ки­шечника, вызванных анаэробами типа Bacterioides; родственный ему линкомицин в настоящее время уже вышел из употреб­ления.

Фузидиевая кислота (выделенная из грибов стероидкарбоно- вая кислота) применяется главным образом в педиатрии при пневмониях и других кокковых инфекциях, резистентных к боль­шинству распространенных антибиотиков. Она примерно одина­ково ингибирует рибосомы бактерий и млекопитающих, а ее избирательность вызвана неспособностью проникать через ци­топлазматическую мембрану млекопитающих [Franklin, Snow, 1981].

Спектиномицин (4.50) (декагидро-6,8-бисметиламино-2-ме- тил-4а,7,9-тригидроксипирано [2,3-в] бензодиоксин-4-он) ингиби­рует синтез белка, связываясь с 30 S субъединицей рибосом. Он малоизбирателен и обычно используется только для внутримы­шечного введения при гонорее, устойчивой к пенициллину и тетрациклинам [ Reyn et al., 1973].

Туникамицин, биохимический реагент, не применяющийся в медицине, нарушает функционирование ионных каналов плаз­матической мембраны, ингибируя гликозилирование выстилаю­щих их белков (обычно по аминогруппе аспарагина) [Olden, Pratt, Yamada, 1978].

Алкалоид эметин (4.51), первый из амебоцидов (разд. 6.07, в настоящее время вытеснен высокоэффективными препаратами метронидазолом и хлорохином, не обладающими его побочны­ми эффектами. Но иногда эметин все же применяется в составе различных смесей. Он препятствует транслокации пептидил- тРНК в рибосоме с акцепторного на донорное место, нарушая тем самым синтез белка у паразита и хозяина [Huang, Groll- man, 1970]. Наиболее вероятно, что его избирательность связа­на с неспособностью амеб, в отличие от клеток печени млекопи­тающих, быстро восстанавливаться в промежутках между кур­сами препарата [Grollman, 1966].

Циклогексимид (4.52), выделяемый вместе со стрептомици­ном из Streptomyces griseus, ингибирует синтез белка только в клетках млекопитающих, но не бактерий. Он широко приме­няется биохимиками для ингибирования белкового синтеза в тех случаях, когда им необходимо доказать, что данный биохими­ческий эффект связан с синтезом нового белка. В ограниченных масштабах используется в качестве фунгицида в сельском хо­зяйстве. Молекула циклогексимида, в которой есть образован­ный водородной связью цикл [Siegel, Sisler, Johnson, 1966], во многом напоминает молекулу эметина [Grollman, 1966, 1968]. При изучении серии активных и неактивных аналогов эметина было установлено, что для наличия активности существенны R (правая) конфигурация атома С-1' и вторичный атом азота в положении 2'.

Обзор работ по созданию лекарственных веществ, ингибиру­ющих синтез белка, см. Grollman (1971).

4.2.