<<
>>

СУБСТРАТНАЯ СПЕЦИФИЧНОСТЬ И МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ

Субстратная специфичность ферментов хорошо иллюстрируется на примере бициклических ароматических веществ (IX—XII):

Нафталин (IX) окисляется в живых организмах до 1- и 2-нафтолов с участием CYP450.

Это вещество не является субстратом ксантиноксидазы и ксантиндегидрогеназы. Появление азота в качестве гетероатома в молекуле хинолина (X) делает это вещество субстратом этих ферментов, наряду с CYP450. Последующее увеличение числа атомов азота, как это имеет место в молекуле хиназолина (XI) и приводит к тому, что этот субстрат в основном окисляется ксантиноксидазой и альдеги- доксидазой до хиназолин-4-она и дальше до хиназолин-2,4-дио- на. В этом случае отмечены лишь следовые количества метаболитов фенольной структуры, т. е. образующихся в цитохром Р450-зависимом катализе. И наконец, птеридин (XII) относится только к субстратам молибдензависимых монооксигеназ, так как окисляется до птериден-2,4-диола альдегидоксидазой и до птеридин-2,4,7-триона ксантиноксидазой [221]. Следовательно, рассматриваемые ферменты атакуют (окисляют) углеродный атом ароматического кольца, который располагается по соседству с гетероатомом (азотом). Это происходит потому, что они катализируют реакции с участием нуклеофилов и это отличает их от цитохром Р450-зависимых ферментов.

В отличие от бициклических соединений, содержащих в качестве гетероатома азот, их моноциклические аналоги (пиридины,

пиримидины, пиразины, пиридазины) не взаимодействуют с ферментами in vitro. Однако, если эти субстраты содержат заместители (как это имеет место в молекуле 3-ацетилпиридина, 2-оксипиримидина, 4-оксипиримидина) они окисляются ксантин- оксидазой и альдегидоксидазой.

Эксперименты с |802 показали, что окисляемые субстраты включают в себя атом кислорода из воды, а не из молекулярного кислорода.

Молекулярная организация и механизм действия этой группы ферментов в достаточной степени изучены на примере ксан- тиноксидазы молока, так как эта форма методически легко может быть очищена и к тому же является наиболее устойчивой к внешним воздействиям.

Формально-кинетический процесс ксантиноксидазной реакции описан схемой с двумя субстратами, восстановителем и окислителем. В ней выделяют три участка: 1) центр окисления субстрата; 2) центр переноса электронов и 3) центр восстановления 02. Элементарные стадии реакций в достаточной степени рассмотрены в монографии [161]. В этой связи лишь отметим, что 02 взаимодействует с ферментом в две стадии, с образованием активных форм кислорода (8.29, 8.30):

ФАДН2 + 202 -» ФАД + 2Н+ + 202 , (8.29)

ФАДН2 + 02 — ФАД + Н202. (8.30)

Супероксид-анион и перекись водорода в этих реакциях генерируются в результате одно- или двухэлектронного переноса.

Существуют две точки зрения, характеризующие структуру промежуточного соединения, которое образуются в процессе окисления молекулярным кислородом флавиновых нуклеотидов (дигидрофлавин XIII). Во-первых, это может быть аддукт в положении 4а (XIV), во-вторых — циклическая перекись (XV), как результат присоединения 02 к атомам углерода в положениях 4а и 10а [102]:

Последующие превращения соединений XIV или XV могут приводить к образованию супероксид-аниона или перекиси водорода. Так, например, распад аддукта XIV в результате протонирования внутреннего атома кислорода может привести к образованию Н202 и окисленного флавина (8.30).

Наличие атомов Мо в составе ксантиноксидазы доказано методом ЭПР и не вызывает сомнения. Однако его роль в каталитическом акте фермента еще далека от окончательного решения. Одним из распространенных взглядов, определяющих значение Мо в этих реакциях, является предложенный Гамильтоном механизм восстановления металла на первом этапе:

^>н

o-d з

NH

Мо(+6)~~Мо(+6) XVII

О—з

н

Мо(+5)—Мо(+5) XVIII

В результате присоединения координированной с металлом гидроксильной группы возникает аддукт XVII.

По-видимому, далее он может окисляться посредством переноса электронов через кислород на каждый атом Мо. Получив по одному электрону они образуют два атома Мо (+5).

Еще на один момент хотелось бы обратить внимание. В отличие от ранее рассматриваемых ферментов ксантиноксидаза содержит прочно связанное железо не координированное с ядром гема. Этот фермент относится к так называемым железосерным белкам. Соотношение железа и «лабильной серы» для таких белков составляет 1:1.

Рентгеноструктурный анализ таких белков свидетельствует о том, что их полипептидная цепь обернута вокруг железо-серного кластера, содержащего боковые цепи остатков аминокислот и по два атома серы и железа. По набору ряда параметров кластер в ксантиноксидазе относят к типу Fe2S2. Полагают, что он может находиться в двух состояниях, отличающихся g-факторами и температурной зависимостью интенсивности сигналов ЭПР [161]. Понятно, что такой кластер выполняет свою функцию в центре переноса электронов, а именно в процессе окисления восстановленной формы фермента кислородом.

Подводя итог рассмотрения свойств ксантиноксидазы и ксантиндегидрогеназы отметим, что по своей структуре это один фермент. Однако в силу определенных обстоятельств транспорт электронов в цепи фермента может следовать в район железо-серного кластера к ФАД, а затем к акцептору — 02 (оксидазная активность) или к НАД+ (дегидрогеназная активность). Оба фермента осуществляют каталитическое окисление субстратов, имеющих электрон-дифицитные 5р2-гибриди- зованные атомы углерода, связанные в гетероцикле с атомом азота (пурины, пиримидины).

Очевидно структура акцептора электронов и определяет некоторые особенности субстратной избирательности в каталитических актах ксантиноксидазы и ксантиндегидрогеназы.

В большей степени это относится к региоспецифичности окисления одного и того же субстрата.

Аллопуринол, лекарство для лечения подагры, в организме пациентов превращается с помощью ксантиноксидазы в аллоксантин. Этот метаболит является специфическим ингибитором ксантиноксидазы.

Поэтому в диагностических целях используют как аллопуринол так и его метаболит [222].

Среди лекарственных средств типичных субстратов ксантин- оксидазы-ксантидегидрогеназы можно назвать также митоми- цин С, который с помощью данных ферментов активируется в цитотоксическое производное, обладающее алкилирующими свойствами [223]. Эти ферменты участвуют в метаболизме 6-меркаптопурина и 2,6-дитиопурина, вовлекая их в эффект первичного прохождения.

Большинство противовирусных препаратов, производных пурина, имеют один значительный недостаток — низкую биодоступность. Используя принцип создания пролекарств в ряде случаев получены гидрофобные производные, имеющие высокую биодоступность, например, 6-деоксиацикловир. В организме пациентов он с помощью ксантиноксидазы, в области биологической мишени превращается в ацикловир. В аналогичных условиях 2'-флюороарабинодидоксипурин (высокая биодоступность) превращается в активное химиотерапевтическое средство 2'-флюороарабинодидоксиинозий [224].

8.1.3.2.

<< | >>
Источник: Головенко М. Я.. Фізико-хімічна фармакологія: Монографія. — Одеса: Астропринт,2004. —720 с.. 2004

Еще по теме СУБСТРАТНАЯ СПЕЦИФИЧНОСТЬ И МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ:

  1. Механизм действия
  2. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ
  3. Механизм действия
  4. Механизмы действия ГК
  5. Глава З МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ АНТИБИОТИКОВ
  6. Механизм действия адъювантов
  7. Механизм действия
  8. Механизм действия антибиотиков
  9. Механизмы действия иАПФ и АК
  10. Механизмы действия ноотропов
  11. Механизм действия, местных анестетиков
  12. Механизмы действия физических упражнений
  13. Механизм действия местных анестетиков