Редактирование: Ингибиторы ацетилхолинэстеразы (АХЭ)
Внимание! Вы не авторизовались на сайте. Ваш IP-адрес будет публично видимым, если вы будете вносить любые правки. Если вы войдёте или создадите учётную запись, правки вместо этого будут связаны с вашим именем пользователя, а также у вас появятся другие преимущества.
Правка может быть отменена. Пожалуйста, просмотрите сравнение версий, чтобы убедиться, что это именно те изменения, которые вас интересуют, и нажмите «Записать страницу», чтобы изменения вступили в силу.
Текущая версия | Ваш текст | ||
Строка 2: | Строка 2: | ||
== ИНГИБИТОРЫ АХЭ == | == ИНГИБИТОРЫ АХЭ == | ||
− | Здесь рассматриваются средства, эффект которых обусловлен увеличением времени существования | + | Здесь рассматриваются средства, эффект которых обусловлен увеличением времени существования ацетилхолина в синаптической щели. Эти средства ингибируют АХЭ — фермент, локализующийся в синапсах и отвечающий за быстрый ферментативный гидролиз ацетилхолина. Ингибиторы АХЭ применяются в офтальмологии (в частности, при глаукоме), а также как средства для повышения сократительной активности ЖКТ и мочевого пузыря и усиления мышечных сокращений при миастении. Те из препаратов, которые проникают через гематоэнцефалический барьер, пытаются использовать при болезни Альцгеймера (гл. 22). Ингибиторы АХЭ применяются также в качестве инсектицидов и боевых отравляющих веществ. При отравлении этими соединениями используют холиноблокаторы (для подавления действия накапливающегося в избытке ацетилхолина) и реактиваторы АХЭ. Средства, действующие на М- и N-холинорецепторы, рассматриваются в главах 7 и 9 соответственно. |
− | Ингибиторы АХЭ, подавляя активность этого фермента, приводят к накоплению ацетилхолина в синаптической щели. Таким образом, их действие в конечном счете сводится к чрезмерной стимуляции периферических и центральных холинорецепторов. Поскольку рецепторы эти чрезвычайно распространены в организме, не удивительно, что именно ингибиторы АХЭ широко используются в качестве инсектицидов, а также боевых отравляющих веществ — нервно-паралитических газов. Некоторые из них применяются и как лекарственные средства; те же, которые проникают через гематоэнцефалический барьер, используются или проходят клинические испытания при болезни Альцгеймера. | + | Роль АХЭ в инактивации выделяющегося в синаптическую щель ацетилхолина рассматривалась в гл. 6. Ингибиторы АХЭ, подавляя активность этого фермента, приводят к накоплению ацетилхолина в синаптической щели. Таким образом, их действие в конечном счете сводится к чрезмерной стимуляции периферических и центральных холинорецепторов. Поскольку рецепторы эти чрезвычайно распространены в организме, не удивительно, что именно ингибиторы АХЭ широко используются в качестве инсектицидов, а также боевых отравляющих веществ — нервно-паралитических газов. Некоторые из них применяются и как лекарственные средства; те же, которые проникают через гематоэнцефалический барьер, используются или проходят клинические испытания при болезни Альцгеймера (гл. 22). |
− | До Второй мировой войны были известны только обратимые ингибиторы АХЭ, самым распространенным из которых является физостигмин. Незадолго до войны и во время нее исследователем из И. Г. Фарбениндустри Шрадером были получены так называемые фосфорорганические соединения, которые сначала использовали в качестве инсектицидов, а затем — как боевые отравляющие вещества. Их высокая токсичность была обусловлена необратимой, а следовательно, длительной инактивацией АХЭ. Поскольку в конечном счете механизм действия всех ингибиторов АХЭ одинаков, мы сначала рассмотрим все эти вещества как единую группу. Взаимодействия ингибиторов АХЭ с другими препаратами в области вегетативных и нервно-мышечных синапсов рассматриваются в | + | До Второй мировой войны были известны только обратимые ингибиторы АХЭ, самым распространенным из которых является физостигмин. Незадолго до войны и во время нее исследователем из И. Г. Фарбениндустри Шрадером были получены так называемые фосфорорганические соединения, которые сначала использовали в качестве инсектицидов, а затем — как боевые отравляющие вещества. Их высокая токсичность была обусловлена необратимой, а следовательно, длительной инактивацией АХЭ. Поскольку в конечном счете механизм действия всех ингибиторов АХЭ одинаков, мы сначала рассмотрим все эти вещества как единую группу. Взаимодействия ингибиторов АХЭ с другими препаратами в области вегетативных и нервно-мышечных синапсов рассматриваются в гл. 7 и 9. |
=== Историческая справка === | === Историческая справка === | ||
Строка 23: | Строка 23: | ||
=== Структура АХЭ === | === Структура АХЭ === | ||
+ | [[Image:Gud_8_1.jpg|300px|thumb|right|Рисунок 8.1. Активный центр АХЭ млекопитающих.]] | ||
АХЭ существует в двух формах — гомомерных олигомеров (мономеров, димеров, тетрамеров) из каталитических субъединиц и гетеромерных комплексов из каталитических и структурных субъединиц (Massoulie, 2000; Taylor et al., 2000). Гомомерные формы могут быть свободно растворенными в цитоплазме (видимо, эти молекулы в дальнейшем секретируются), а также связанными с наружной поверхностью клеточной мембраны через собственные гидрофобные аминокислотные последовательности или через присоединенный гликофосфолипид. Гетеромерный комплекс, широко представленный в межнейронных синапсах, образован тетрамером из каталитических субъединиц, связанным дисульфидным мостиком со структурной субъединицей с молекулярной массой 20 000, присоединенной, в свою очередь, к липидам наружной поверхности клеточной мембраны. С постсинаптической мембраной нервно-мышечного синапса связан другой гетеромерный комплекс Он также образован тетрамерами из каталитических субъединиц, связанными дисульфидными мостиками со структуру субъединицей, но последняя сходна по структуре с коллагеном, образована, как и он, тремя нитями (к ним и присоединяются тетрамеры из каталитических субъединиц), а ее молеку. лярная масса равна 1 000 000. | АХЭ существует в двух формах — гомомерных олигомеров (мономеров, димеров, тетрамеров) из каталитических субъединиц и гетеромерных комплексов из каталитических и структурных субъединиц (Massoulie, 2000; Taylor et al., 2000). Гомомерные формы могут быть свободно растворенными в цитоплазме (видимо, эти молекулы в дальнейшем секретируются), а также связанными с наружной поверхностью клеточной мембраны через собственные гидрофобные аминокислотные последовательности или через присоединенный гликофосфолипид. Гетеромерный комплекс, широко представленный в межнейронных синапсах, образован тетрамером из каталитических субъединиц, связанным дисульфидным мостиком со структурной субъединицей с молекулярной массой 20 000, присоединенной, в свою очередь, к липидам наружной поверхности клеточной мембраны. С постсинаптической мембраной нервно-мышечного синапса связан другой гетеромерный комплекс Он также образован тетрамерами из каталитических субъединиц, связанными дисульфидными мостиками со структуру субъединицей, но последняя сходна по структуре с коллагеном, образована, как и он, тремя нитями (к ним и присоединяются тетрамеры из каталитических субъединиц), а ее молеку. лярная масса равна 1 000 000. | ||
− | |||
Методами молекулярного клонирования показано, что АХЭ разных позвоночных кодируется одним геном (Schumachera al., 1986; Taylor et al., 2000). Вариантов же АХЭ (то есть продуктов этого гена) много, что объясняется альтернативным сплайсингом мРНК. Эти варианты различаются только строении С-концевого фрагмента; участок же, обеспечивающий каталитическую активность, одинаков. Поэтому у всех позвоночнш АХЭ должна обладать одинаковым сродством к субстратами ингибиторам. | Методами молекулярного клонирования показано, что АХЭ разных позвоночных кодируется одним геном (Schumachera al., 1986; Taylor et al., 2000). Вариантов же АХЭ (то есть продуктов этого гена) много, что объясняется альтернативным сплайсингом мРНК. Эти варианты различаются только строении С-концевого фрагмента; участок же, обеспечивающий каталитическую активность, одинаков. Поэтому у всех позвоночнш АХЭ должна обладать одинаковым сродством к субстратами ингибиторам. | ||
Строка 31: | Строка 31: | ||
'''''Описание к рис. 8.1.''' Активный центр АХЭ млекопитающих. Связанный с АХЭ ацетилхолин изображен облаковидной структурой, размеры которой соответствуют атомным радиусам. Приведена кристаллическая структура активного центра АХЭ мыши. Видны боковые цепи 1) каталитической триады (Сер<sup>203</sup>, Гис<sup>447</sup>, и Глу <sup>334</sup>), пунктиром изображены водородные связи, 2) ацильного кармана (Фен <sup>295</sup> и Фен<sup>297</sup>), 3)холинового участка (Трп<sup>86</sup>, Глу<sup>202</sup> и Тир<sup>337</sup>), 4)периферического анионного участка (Трп<sup>286</sup>, Тир<sup>72</sup>, Тир<sup>124</sup> и Асп<sup>74</sup>). Тир<sup>337</sup> и Тир<sup>449</sup> удалены от активного центра,однако они, видимо, участвуют в стабилизации связи с некоторыми лигандами. Каталитическая триада, ацильный карман и холиновый участок располагаются на дне каталитического кармана, а периферический анионный участок - у входа в него. Глубина каталитического кармана, расположенного в центре каталитической субъединицы АХЭ, составляет 18-20 ангстрем.'' | '''''Описание к рис. 8.1.''' Активный центр АХЭ млекопитающих. Связанный с АХЭ ацетилхолин изображен облаковидной структурой, размеры которой соответствуют атомным радиусам. Приведена кристаллическая структура активного центра АХЭ мыши. Видны боковые цепи 1) каталитической триады (Сер<sup>203</sup>, Гис<sup>447</sup>, и Глу <sup>334</sup>), пунктиром изображены водородные связи, 2) ацильного кармана (Фен <sup>295</sup> и Фен<sup>297</sup>), 3)холинового участка (Трп<sup>86</sup>, Глу<sup>202</sup> и Тир<sup>337</sup>), 4)периферического анионного участка (Трп<sup>286</sup>, Тир<sup>72</sup>, Тир<sup>124</sup> и Асп<sup>74</sup>). Тир<sup>337</sup> и Тир<sup>449</sup> удалены от активного центра,однако они, видимо, участвуют в стабилизации связи с некоторыми лигандами. Каталитическая триада, ацильный карман и холиновый участок располагаются на дне каталитического кармана, а периферический анионный участок - у входа в него. Глубина каталитического кармана, расположенного в центре каталитической субъединицы АХЭ, составляет 18-20 ангстрем.'' | ||
− | Другой (хотя и близкий по структуре) ген кодирует псевдохолинэстеразу. Последняя образуется в печени, а содержится в основном в плазме (Lockridge et al., 1987). Холинэстеразы относятся к суперсемейству белков, для которых характерен общие структурный мотив из β-слоев, окруженных | + | Другой (хотя и близкий по структуре) ген кодирует псевдохолинэстеразу. Последняя образуется в печени, а содержится в основном в плазме (Lockridge et al., 1987). Холинэстеразы относятся к суперсемейству белков, для которых характерен общие структурный мотив из β-слоев, окруженных а-спиралями; этот мотив называется а,β-гидролазной складкой (Cygleret al., 1993). В это суперсемейство входят также некоторые другие эстеразы, отсутствующие в ЦНС гидролазы и, как ни странно, белки 6с гидролазной активности (например, тиреоглобулин и белки семейства нейролигина; Taylor et al., 2000). |
− | |||
При реконструкции трехмерной структуры АХЭ видно, что активный центр располагается почти строго в центре каждой каталитической субъединицы на дне узкого кармана глубиной около 20 ангстрем (каталитического кармана) (Sussman et aL, 1991; Bourne etal.. 1995). Здесь находится «каталитическая триада» — Сер , Гис447 и Глу334 (рис. 8.1). Механизм ее активности такой же, как у других гидролаз, — гидроксильная группа серина приобретает высокую нуклеофильность благодаря системе с переносом заряда, образованной карбоксильной группой глутамата, имидазольной — гистидина и гидроксильной — серина (рис. 8.2, А). | При реконструкции трехмерной структуры АХЭ видно, что активный центр располагается почти строго в центре каждой каталитической субъединицы на дне узкого кармана глубиной около 20 ангстрем (каталитического кармана) (Sussman et aL, 1991; Bourne etal.. 1995). Здесь находится «каталитическая триада» — Сер , Гис447 и Глу334 (рис. 8.1). Механизм ее активности такой же, как у других гидролаз, — гидроксильная группа серина приобретает высокую нуклеофильность благодаря системе с переносом заряда, образованной карбоксильной группой глутамата, имидазольной — гистидина и гидроксильной — серина (рис. 8.2, А). | ||
В процессе гидролиза сложноэфирной связи ацетилхолина, молекула которого имеет вид треугольника, между ним и активным центром вначале образуется промежуточное соединение тетраэдрической структуры (рис. 8.2, Б). Затем оно распадается, и остается ацетилированный фермент и свободный холин (рис. 8.2, В). Ацетилированный фермент быстро гидролизуется с образованием активного фермента и остатка уксусной кислоты (рис. 8.2, Г; см. также Froede and Wilson, 1971; Rosenberry, 1975). АХЭ — это один из самых быстродействующих известных ферментов. Одна его молекула способна расщеплять 6 х 105 молекул ацетилхолина в 1 мин (то есть одну молекулу ацетилхолина в 150 мкс). | В процессе гидролиза сложноэфирной связи ацетилхолина, молекула которого имеет вид треугольника, между ним и активным центром вначале образуется промежуточное соединение тетраэдрической структуры (рис. 8.2, Б). Затем оно распадается, и остается ацетилированный фермент и свободный холин (рис. 8.2, В). Ацетилированный фермент быстро гидролизуется с образованием активного фермента и остатка уксусной кислоты (рис. 8.2, Г; см. также Froede and Wilson, 1971; Rosenberry, 1975). АХЭ — это один из самых быстродействующих известных ферментов. Одна его молекула способна расщеплять 6 х 105 молекул ацетилхолина в 1 мин (то есть одну молекулу ацетилхолина в 150 мкс). | ||
− | |||
− | |||
=== Механизм действия === | === Механизм действия === | ||
Строка 44: | Строка 41: | ||
Молекулярные механизмы действия всех трех групп (см. ниже) ингибиторов АХЭ приведены на рис. 8.2, Д—М. | Молекулярные механизмы действия всех трех групп (см. ниже) ингибиторов АХЭ приведены на рис. 8.2, Д—М. | ||
− | Ингибиторы АХЭ связываются с тремя доменами этого фермента: ацильным карманом активного центра, холиновым участком активного центра и периферическим анионным участком (Taylor and Radic, 1994; Reiner and Radic, 2000). Эти же три домена и определяют различия в специфичности между АХЭ и | + | Ингибиторы АХЭ связываются с тремя доменами этого фермента: ацильным карманом активного центра, холиновым участком активного центра и периферическим анионным участком (Taylor and Radic, 1994; Reiner and Radic, 2000). Эти же три домена и определяют различия в специфичности между АХЭ и псеадохолинэстеразой. Обратимые ингибиторы АХЭ типа эдрофония и такрина связываются с холиновым участком (в области Трп86 и Глу202) (Silman and Sussman, 2000) (рис. 8.2, Д). Действие эдрофония на АХЭ непродолжительно, поскольку опосредованная электростатическими взаимодействиями связь между четвертичной аммониевой группой ингибитора и активным центром фермента быстро распадается. Существуют обратимые ингибиторы АХЭ этой группы, обладающие более высоким сродством к активному центру АХЭ, например донепезил. |
Другие обратимые ингибиторы АХЭ, например пропидий и пептидные токсины фасцикулины, связываются с периферическим анионным участком этого фермента, расположенным у входа в каталитический карман (см. выше). Основные составляющие этого участка — Трп286, Тир72 и Тир124 (рис. 8.1). | Другие обратимые ингибиторы АХЭ, например пропидий и пептидные токсины фасцикулины, связываются с периферическим анионным участком этого фермента, расположенным у входа в каталитический карман (см. выше). Основные составляющие этого участка — Трп286, Тир72 и Тир124 (рис. 8.1). | ||
Строка 61: | Строка 58: | ||
'''Нековалентные ингибиторы АХЭ'''. Все препараты данной группы образуют обратимую нековалентную связь с АХЭ, различаются же они по сродству к этому ферменту и фармакокинетическим свойствам. Эдрофоний — это четвертичное аммониевое основание, действующее только в области периферических синапсов и обладающее умеренным сродством к АХЭ. Объем его распределения невелик, и он быстро выводится почками — поэтому и действие его сравнительно кратковременно. Такрин и донепезил обладают более высокими сродством к АХЭ и жирорастворимостью. Благодаря этому они, с одной стороны, проникают через гематоэнцефалический барьер и действуют на центральные синапсы, с другой — действуют продолжительнее. | '''Нековалентные ингибиторы АХЭ'''. Все препараты данной группы образуют обратимую нековалентную связь с АХЭ, различаются же они по сродству к этому ферменту и фармакокинетическим свойствам. Эдрофоний — это четвертичное аммониевое основание, действующее только в области периферических синапсов и обладающее умеренным сродством к АХЭ. Объем его распределения невелик, и он быстро выводится почками — поэтому и действие его сравнительно кратковременно. Такрин и донепезил обладают более высокими сродством к АХЭ и жирорастворимостью. Благодаря этому они, с одной стороны, проникают через гематоэнцефалический барьер и действуют на центральные синапсы, с другой — действуют продолжительнее. | ||
− | |||
'''Карбаматы'''. Препараты этой группы приведены на рис. 8.3. Стедман (Stedman, 1929, а, b) показал, что свойства физостигмина обусловлены метилкарбамоильной группой фенолового эфира. Неостигмин — это четвертичное аммониевое основание, обладающее такой же или большей активностью и большей стабильностью. Близкое по строению вещество пиридостигмин применяют при миастении. | '''Карбаматы'''. Препараты этой группы приведены на рис. 8.3. Стедман (Stedman, 1929, а, b) показал, что свойства физостигмина обусловлены метилкарбамоильной группой фенолового эфира. Неостигмин — это четвертичное аммониевое основание, обладающее такой же или большей активностью и большей стабильностью. Близкое по строению вещество пиридостигмин применяют при миастении. | ||
Строка 70: | Строка 66: | ||
'''Фосфорорганические соединения'''. Общая формула веществ этой группы приведена в табл. 8.1. В качестве радикалов R, и R2 могут выступать алкильная, алкоксильная, арилоксильная, амидная сульфгидрильная и другие группы, а в качестве уходящей группы Х-галогенидная, цианидная, тиоцианатная, фосфатная, тиохолиновая, карбоксильная, фенокси- или тиофенокси-группа. Подробные сведения об этих соединениях содержатся в статье Gallo and Lawryk (1991). | '''Фосфорорганические соединения'''. Общая формула веществ этой группы приведена в табл. 8.1. В качестве радикалов R, и R2 могут выступать алкильная, алкоксильная, арилоксильная, амидная сульфгидрильная и другие группы, а в качестве уходящей группы Х-галогенидная, цианидная, тиоцианатная, фосфатная, тиохолиновая, карбоксильная, фенокси- или тиофенокси-группа. Подробные сведения об этих соединениях содержатся в статье Gallo and Lawryk (1991). | ||
− | |||
Диизопропилфторфосфат вызывает почти необратимую инактивацию АХЭ и других эстераз, связываясь с серином активного центра фермента. Благодаря его высокой жирорастворимости и летучести и низкой молекулярной массе он легко всасывается из легких и через кожу и проникает через гематоэнцефалический барьер. | Диизопропилфторфосфат вызывает почти необратимую инактивацию АХЭ и других эстераз, связываясь с серином активного центра фермента. Благодаря его высокой жирорастворимости и летучести и низкой молекулярной массе он легко всасывается из легких и через кожу и проникает через гематоэнцефалический барьер. | ||
Строка 179: | Строка 174: | ||
При разработке новых препаратов для применения при болезни Альцгеймера стремятся к тому, чтобы у них было наибольшее соотношение между центральным и периферическим действием. Исследуются сочетания ингибиторов АХЭ с избирательными М-холиноблокаторами и М-холиностимуляторами, а также всех этих препаратов со средствами, способными замедлить прогрессирование дегенеративных процессов в ЦНС. | При разработке новых препаратов для применения при болезни Альцгеймера стремятся к тому, чтобы у них было наибольшее соотношение между центральным и периферическим действием. Исследуются сочетания ингибиторов АХЭ с избирательными М-холиноблокаторами и М-холиностимуляторами, а также всех этих препаратов со средствами, способными замедлить прогрессирование дегенеративных процессов в ЦНС. | ||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
== Литература == | == Литература == |