Литература / Albert_Izbiratelnaya_toxichnost_Tom_2_1989

( 12.49)

Вначале а-адреноблокаторы не разделяли на а1- и а2-типы.

В терапии их применяли редко, например при обморожениях

или в других случаях длительного нарушения циркуляции. Ти­ пичный пример имидазолины, такие как фентоламин ( 12.48),

у больных астмой, регулярно принимающих ~-адреномиметики,

или же у плохо переносящих обычно используемую комбина­ цию диуретиков с ~-адреноблокаторами. Поскольку а1-адрено­

блокаторы могут вызывать ортостатический коллапс, в легких случаях их не применяют. Интересен новый лекарственный пре­

парат лабеталол (12.20), сочетающий в себе а1- и ~2-блокиру­

ющие свойства. Его потенциальные возможности заключаются

вследующем:

а1-Адреноблокаторы понижают АД, ингибируя стимулирую­

щий эффект норадреналина на а-адренорецепторы сосудов. По­

этому они вызывают расширение периферических сосудов и та­

ким образом уменьшают периферическое сопротивление, в ре­

зультате чего у больных с повышенным давлением оно значи­ тельно понижается. Однако а1-адреноблокаторы имеют два

неприятных побочных эффекта: ортостатический коллапс (по­

этому больные после приема препарата должны находиться

некоторое время в положении лежа) и рефлекторная тахикар­

дия. Что касается ~-блокаторов, их антигипертензивный эффект

сопровождается урежением сердечных сокращений с одновре­

менным небольшим рефлекторным возрастанием периферичес­

кого сопротивления. Лекарственные препараты, блокирующие

и а1- и ~-адренорецепторы, оказывают благоприятное действие

на больных, так как при сохранении положительных качеств каждого блокатора их побочные эффекты взаимно компенсиру­

ются [Richards, Prichard, 1978].

222

НО

~ОНМе

а-Метилиорадрепалин

(12.52)

Для лечения тяжелых форм гипертонии применяют два а2адреномиметика - клонидин и метилдофа. Оба вещества изби­ рательно накапливаются и действуют в мозге.

Метилдофа ( 12.50), 3,4-дигидрокси-2-метилфенилаланин,

мому, расположены на ингибиторных нейронах, активация ко­

торых приводит к торможению периферической симпатической

структурного анализа). Любое заметное изменение структуры клонидина приводит к значительному уменьшению эффектив­

ности действия. Так, при замене азотного мостика на -СН2-

активность снижается в 25 раз. Два атома хлора, находящиеся в положениях 2 и 6, придают молекуле липофильность, доста­

точную для проникновения через ГЭБ. Наличие этих замести­

телей приводит к тому, что молекула становится непланарнойr

торсионный угол между плоскостями двух циклов равен 75°. В результате этого поворота нарушается резонанс гуанидиново­

В клинической практике а2-блокаторы назначают редко. Изучается возможность применения их в качестве антидепрес­

•Сантов, повышающих уровень норадреналина в мозге [Caroon

et al., 1982].

Б. ~-Рецепторы. Установлено существование двух типов ~-

рецепторов [Lands et al., 1967]. ~1-Рецепторы увеличивают

скорость и силу сердечных сокращений, расширяют коронар­ ные сосуды и расслабляют гладкую мускулатуру кишечника,

тогда как ~2-рецепторы расслабляют гладкую мускулатуру бронхов, матки и артерий, идущих к скелетным мышцам. Окру­

жение ~1-рецепторов менее липофильно, чем ~2-рецепторов

[Basil et al., 1976].

За последние годы были найдены эффективные ~-адреноми­ метики, применяемые в виде аэрозолей для расширения брон­

хов у больных астмой. В качестве основы при создании этих

препаратов была выбрана молекула изадрина (12.44), в кото­

рую вносились изменения для усиления взаимодействия с ~2- рецепторами. Прежде всего было необходимо устранить тахи­ кардию, вызываемую действием вещества на ~1-рецепторы.

Затем следовало изменить расположение гидроксильных групп

для повышения устойчивости содинений к действию фермента КОМТ, разрушающего катехоламины (для взаимодействия с

~2-рецепторами достаточно одного фенольного гидроксила).

Типичными примерами таких лекарственных веществ являются

салбутамол (12.54) и тербуталин (12.55). В общем, активность

.~2-адреномиметиков возрастает с увеличением размера N-ал­ кильной группы вплоть до трет-бутильной.

Вволокнах полосатых мышц (например, мышц диафрагмы)

имышце матки отсутствует симпатическая иннервация; эти

-мышцы содержат только ~2-рецепторы. Поэтому на них сильно действует гормон (адреналин) и не действует нейромедиатор

(норадреналин). В то же время ткани с симпатической иннер­ вацией (например, мышцы сердца и двенадцатиперстной киш­

ки) содержат больше ~1-рецепторов, чем ~2-рецепторов.

Многие ингибиторы адренергической передачи, сами по

себе или в комбинации с диуретиками, назначают для сниже­

ния небольших подъемов АД. Они известны под названием ~- <>локаторов и представляют собой наиболее широко применяе­

мый класс лекарственных веществ. При первых попытках син­ теза ~-блокаторов были получены лишь частичные агонисты.

При этом стало ясно, что для достижения цели необходимо зна-

чительное изменение молекулы адреналина. Успех пришел

тогда, когда Дж. Блэк и его коллеги обнаружили, что боковая

Pпchard, G11lam (1964). Предполагают, что он действует одно­

временно по трем механизмам. Благодаря высокой липофиль­

ности [Р (октанол - вода) 3,6] пропранолол проникает в мозг

и оказывает слабое действие на ЦНС. Значительно более вы­ раженно он действует на ~1-рецепторы сердца, уменьшая час­

тоту сердечных сокращений, и на ~2-рецепторы мышц сосудов,

вызывая их расслабление [Lewis, Haeusler, 1975]. Пропрано­

лол широко применяют и для лечения стенокардии. Историче­

ский обзор открытия ~-блокаторов см. Le Count (1982).

·тнмолол

(12.59)

Невозможно перечислить все существующие лекарственные

вещества, молекулы которых являются модификациями молеку­

лы пропранолола. Надолол (12.57) имеет сходное фармаколо-

гическое действие, но более продолжительное. Атенолол и мето­

пролол (12.58) действуют более избирательно на ~~-рецепторы

сердца, поэтому некоторые врачи предпочитают назначать боль­ ным с заболеваниями бронхов именно эти препараты. Малое

(12.45) и соталол по действию напоминают пропранолол. _Тимо­

лол (12.59) также похож на пропранолол, но его деиствие

значительно сильнее. В составе глазных капель его применяют

для снижения внутриглазного давления при глаукоме. Исследо­

вания показали, что при регулярном приеме тимолол снижает

аденилатциклаза расположены недалеко друг от друга: рецеп­

тор на внешней, а аденилатциклаза на внутренней поверхности

мембраны. При связывании нейромедиатора с рецептором цик­

При блокировании аденилатциклазы гуанил-5'-ил имидодифос­ фатом в ней происходят конформационные изменения, ингиби­

рующие связывание агонистов с ~-рецептором, однако не влия­

ющие на связывание антагонистов [Lefkovitz, Mullikin, Caron, 1976]. Следует отметить, что антагонисты, включая пропрано­

мент может быть инактивирован нагреванием, однако при этом

связывание с рецептором не нарушается [Schramm et al., 1977]. Инъекция цАМФ может вызывать примерно такие же физиологические эффекты, как и катехоламины.

цАМФ

; (12.60)

Стимуляция а2-рецепторов ингибирует аденилатциклазу

(для этого требуется ГТФ), и одновременно уровень цАМФ

падает. Стимуляция а1-рецепторов не влияет на адеиилатцик­

лазу, а приводит к возникновению нервного импульса в резуль­

тате высвобождения ионов кальция.

Г. Циклический аденозинмонофосфат. Физиологическая роль цАМФ, высвобождение которого косвенно вызывается катехол­

аминами, заключается в активации фермента протеинкиназы,

который, как считают, может фосфорилировать специфический

постсинаптический мембранный белок. В результате этого в ме­

мбране открывается канал для неорганических катионов, за­ крывающийся при быстром ферментативном гидролизе фосфо­ эфирной группы [Greengard, 1976]. Много работ было посвяще­

но выяснению молекулярного механизма возникновения пост­

синаптического потенциала. Такие метилированные ксантины,

как кофеин (7.52, а) и теофиллин, специфично, но слабо пре­ пятствуют гидролизу цАМФ фосфодиэстеразой.

Предполагают, что стимулирующий эффект кофеина на ЦНС обусловлен его сильным антагонистическим действием на

аденозиновые рецепторы [Daly, Brons, Snyder, 1981].

цАМФ и родственный ему цГМФ являются вторичными мес­

сенджерами не только в эффектах катехоламинов, но и гормо­

нов. Например, они играют главную роль в регуляции выделе­

ния инсулина из поджелудочной железы in vivo. Бутамид ( 12.61) и подобные ему сульфонилмочевины (такие, как хлор­

пропамид, толазамид, глибенкламид), применяемые для лече­

ния диабета у пожилых людей, достаточно избирательно инги­ бируют панкреатическую фосфодиэстеразу и тем самым умень­

шают гидролиз цАМФ [Goldfine, Perlman, Roth, 1971]. В ряду

сульфонилмочевин активность соединений хорошо коррелирует

с липофильностью и со способностью этих соединений связы­

ваться с сывороточным альбумином [Seydel, Ahrens, Losert, 1975]. Эти циклические фосфаты являются вторыми мессенд­

жерами в диуретическом действии вазопрессина АКТГ и мно­

гих других гормонов [Sutherland, Qye, Butcher, 1965].

;=\

Me~-S0 2NH-CO-NHBu

Бутамид

(12.61)

Д. Дофамин. Этот нейромедиатор (7.48) менее изучен, чем

норадреналин, поэтому в настоящее время широко исследуется

природа его рецепторов. Как недостаток, так и избыrок дофа­

мина может быть причиной различных заболеваний. Болезнь

Паркинсона возникает от недостатка этого медиатора в поло­

сатом теле и черном веществе головного мозга; введение лево­

дофы восполняет этот недостаток. Считают, что шизофрения

связана с нарушением метаболизма дофамина, приводящим к

увеличению содержания в мозге [Haracz, 1982]. Такие нейро­

лептики, как аминазин, применяемые для лечения шизофрении.

блокируют в полосатом теле рецепторы дофамина. Ведутся ис"

следования по выделению дофаминовых рецепторов.

Ципроrептадна

(12.64)

Существует несколько классификаций дофаминовых рецеп­

торов. Широко применяют классификацию, предложенную КеЬаЬlап, Calne (1979), в основу которой положено различие в активации аденилатциклазы: D-1 дофаминовые рецепторы ее активируют, а D-2 не активируют. Для облегчения пользова-­

ния этой классификацией см. Leff, Creese (1983). В альтерна­

тивной классификации периферических дофаминовых рецепто­ ров, предложенной Goldberg, Kohli (1983), выделяют два типа

рецепторов - DA 1 и DA2. Воздействие на первые вызывает ре­

лаксацию мышц, приводящую к расширению сосудов. Для этих

рецепторов апоморфин -слабый агонист, (R)-сульпирид (12.62) - сильный антагонист, а домперидон (12.63) не акти­

вен. Возбуждение DА2-рецепторов ингибирует действие норад­

реналина, высвобождающегося из симпатических нервных окон­ чаний. Для этих рецепторов сильным агонистом служит апо­ морфин, а (S )-сульпирид и домперидон - сильными антагонис­

тами. Дофаминовые рецепторы ЦНС относятся, по-видимому,

к ПА2-типу.

2-Амино-6,7-дигидрокси-1,2,3,4-тетрагидронафталин пред-

ставляет собой жесткий циклический аналог дофамина. При

введении в мозг интактным крысам это соединение захватыва­

ется синаптосомами мозга и действует подобно дофамину

[Elkhawad, Woodruff, 1975]. Olsen и сотр. (1981) предложили

гипотетическую трехмерную модель D-2-рецептора.

'228

лечении шизофрении см. разд. 12.9.

Е. 5-Гидрокситриптамин (серотонин). Этот аминофенол (7.49) является лишь отдаленным родственником катехолами­ нов. Предполагают, что существует два типа его рецепторов,

но они практически не изучены. Из них 5-НТ1-рецептор опре­ деляют как место связывания с 5-гидрокситриптамином и дру­

гими агонистами, что вызывает сужение периферических кровя­

ных сосудов. Рецептор 5-НТ2 определяют по его способности

связывать такие специфические ингибиторы, как метизергид

(сложное производное эрготалкалоидов) и ципрогептадин

(12.64), препятствующие захвату изотопномеченого 5-гидрокси­

триптамина [Fozard, 1983].

Ни 5-г,идрокситриптамин, ни его агонисты в клинике не

применяют. Предполагают, что трициклические антидепрессан­

ты (разд. 12.9) ингибируют захват как 5-гидрокситриптамина,

так и катехоламинов. Для профилактики мигрени и снятия

демпинг-синдрома назначают перорально два его антагониста:

ципрогептадин (12.64) и метизергид (бутаноламид-1-метил­ лизергиновой кислоты).

Более подробно об адренорецепторах, их агонистах и анта­

гонистах см. Kunos (1981-1983), Cooper, Вloom (1982) и Уamamura, Enna, Kuhar (1978) 1•

12.5. Ацетилхолинэстераза

Хотя АХЭ можно выделить в чистом виде, ее высокая ОММ

(320 ООО) сильно затрудняет изучение структуры с помощью

дифракции рентгеновских лучей. По данным С-концевого ами­

нокислотного анализа в состав фермента входят два различ­

ных полипеп11ида с одинаковой ОММ. Молекула АХЭ состоит

из четырех пепт.идных цепей, по две каждого типа [Leuziпger,

1971]. В высокоочищенном состоянии АХЭ можно выделить

экстракцией из электрического органа угря Electrof orus electricus. Она представляет собой фермент, гидролизующий эфирные

связи в различных соединениях, однако отличается от других

эстераз значительно большей эффективностью действия на АХ. АХ (12.65) всегда существует в виде катиона: степень его

ионизации не зависит от рН среды. Исследования молекулярно­

го механизма гидролиза АХ начались с работы Wilson, Bergmann (1950), определивших константу диссоциации комплекса

АХ - фермент, как равную 2,6 Х 10- 4 • Изучая зависимость ско-

1 Использование теоретического конформационного анализа для изучения

строения связывающего центра сt-адренорецепторов см. в работе: В. А. Говы­ рин, Б. С. Жоров. Физиол. журн. СССР им. Сеченова, 1984, т. 70, с.

551.- Примеч. ред.

229

Рис. 12.3. Активный участок

ацетилхолинэстеразы [Wilson,

Bergmann 1950; Wilson, 1962]

(символ GH обозначает ими­

дазольный цикл гистидинового

остатка).

рости гидролиза от рН среды1, они установили, что этот фер­ мент имеет основную группу с рКа 7,2 (вероятнее всего, имид­

азольный цикл остатка гистидина) и кислотную группу с

РКа 9,3 (по-видимому, остаток тирозина). Они предположили,

что фермент-субстратный комплекс образуется ионной связью между четвертичной аммониевой группой АХ и анионной груп­

пой с рКа 9,3 фермента, а также диполь-дипольным взаимодей­

ствием атома азота при двойной связи имидазольного цикла (в

ферменте) с дробным положительным зарядом атома углерода С=О группы эфира. Таким образом, у фермента предполага­

ется наличие двух связывающих мест, а именно анионного,

взаимодействующего с катионной группой субстрата, и «эстер­

атического», сначала связывающего, а потом гидролизующего

сложноэфирную группу [термин «эстератический» введен Wil-

son, Bergmaпn (1950)].

Схематическое изображение активного уча,стка АХЭ пока­

зано на рис. 12.3 [Wilson, 1962]. С помощью ингибиторов с

жесткими молекулами типа цис- и трансизомеров йодида 2-три­

метиламмонийциклопентанола было установлено, что расстоя­

ние между связывающими местами фермента составляет около

0,25 нм [Friess, В aldridge, 1956].

Позднее было высказано предположение об образовании

ковалентной связи между атомом кислорода карбонильной

группы ацетилхолина и гидроксильной группы остатка серина.

Основанием для этого послужила способность органических фосфатов, например диизопропилфторфосфата (13.26), фосфо­

рилировать остаток серина в ферменте на участке с аминокис­ лотной последовательностью (Glu-Ser-Ala) [Schaffer, Мау,

Summersoп, 1954; см. разд. 9.0]. Был сделан вывод, что аце­

ти·льная группа АХ притягивается к гидроксильной группе се­

ринового остатка и ацетилирует ее. Функция имидазольной группы, расположенной на другой складке ферментативного

белка, видимо, заключается в облегчении гидролиза ацетилиро­

ванной группы серина [Wilson, Cablb, 1956].

о

групп в ферменте возможны изменения конформаций с;~мого фермента.

После того как было обнаружено, что 3,3-диметилбутилаце•

тат (12.66) и АХ одинаково легко гидролизуются АХЭ, стало

ясно, что ван-дер-ваальсовы взаимодействия метильных групп

(присутствующих в катионной головке АХ) могут играть более

важную роль в связывании природного медиатора с ферментом,

чем положительный заряд [Whittaker, 1951]. В настоящее вре­

мя считают, что «анионное место связывания» в действитель­ ности является «липофильным местом связывания», взаимодей­

ствующим с высоколипофильной частью молекулы АХ, и не за­ висит от ее заряда [O'Brieп, 1971].

В отсутствие фермента АХ в холодном водном растворе ус­

тойчив в кислой среде, но неустойчив в щелочной при рН более 10,0. Величины констант скорости его гидролиза указывают на

то, что заряженный атом азота притягивает атакующие гид­ роксильные ионы к соседней сложноэфирной группе; поэтому

АХ в 1 мсек, что в тысячу раз превышает число молекул АХ, необходимое для деполяризации концевой пластинки [N ach-

mansohn, 1940].

Кроме ингибирования органическими фосфатами и другими ацилирующими агентами (разд. 13.3), АХЭ может обратимо

блокироваться и простыми четвертичными аммонийными соеди­

нениями. Установлено, что при увеличении размера алкильных групп в бисчетвертичных соединениях повышение сродства (из­

меряемое как -ЛF) на каждую метиленовую группу (СН2) со­

ставляет более 300 кал/мол. При данной длине цепи моночет­

вертичные ингибиторы связываются сильнее, чем бисчетвертич­

ные [Bergmaпn, Segal, 1954]. Об изучении гидрофобной облас­

ти холинэстераз см. Kabachпik и сотр. ( 1970).

Прекращение действия АХ в сердце бивалентных моллюс­ ков, не имеющих АХЭ, осуществляется по иному механизму.

Высвобождение АХ из нервных окончаний вызывает выделение

из мышцы АТФ-подобного вещества, снижающего чувствитель­ ность холинорецептора по аллостерическому механизму. Такой

же механизм существует и в сердце высших животных, однако

там его перекрывает более эффективное действие АХЭ [Turpa-

ev, Sakharov, 1973].

12.6. Холинорецепторы

АХ служит природным медиатором в нескольких различных

ьыполняет роль медиатора и в ЦНС, например между волок­

Мускариновые и никотиновые рецепторы работают в совершен­ но различных временных режимах. Единичный нервный им­ пульс в мускариновом рецепторе длится 500 мсек с латентным

периодом около 100 мсек. В противоположность этому время

стимуляции никотинового рецептора в произвольном нервно­

мышечном соединении составляет около 0,2 мсек и даже в

медленных ганглионарных синапсахтолько 60 мсек. Счита­

ют, что в возникновении ответов мускариновых рецепrоров при­

нимает участие второй мессенджер цГМФ. Гладк;ие мышцы реагируют на действие АХ значительно медленнее, чем попе­

речнополосатые. АХ уменьшает поляризацию во всех мышцах,

кроме сердечной, где под его действием поляризация усилива­

ется, что приводит к замедлению частоты сердечных сокраще­

ний.

Поскольку рецептор в отличие от АХЭ не гидролизует АХ,

-то, следовательно, он не обладает эстератическим центром.

Другие их существенные различия заключаются в следующем:

а) диметилбутилацетат (12.66) - хороший субстрат для фер­ мента, но он не активирует рецептор (для этого требуется ос­ новная группа; б) мускарин не является субстратом для фер­

мента, но проявляет свойства сильного агониста мускариновых

рецепторов; в) диизопропилфторфосфат (13.26) связывается с активным центром АХЭ, но не холинорецептора; г) ацетил­

бунгаротоксин специфично связывается с никотиновым холино­

рецептором, но не с ферментом.

Создается впечатление, что структурные требования к аго­

нистам никотиновых рецепторов менее жесткие, чем для мус­

кариновых агонистов. К. тому же никотиновый рецептор, кото­ рый можно выделять из рыб, более доступен. Однако наличие

в никотиновом рецепторе нескольких мест связывания (реаги­

рующих с разными скоростями) осложняет его изучение.

12.6.1. Мускариновый холинорецептор

Среди отличительных особенностей мускаринового рецепто­ ра следует отметить не только длительность его ответа на АХ,

но и быстроту возникновения этого ответа [Greengard, 1976].

Этот рецептор выделяют экстракцией из мозга быка, при этом берут только каудатные ядра, содержащие основную часть АХ

мозга. Эти ядра являются частью полосатого тела, структуры

лимбической системы. Ткань этих ядер экстрагируют водным

раствором халата натрия, и после центрифугирования еазделя­

ют на фракции электрофорезом. Затем добавляют [3НJ-хинук-

лидин-3-иловый эфир бензиловой кислоты (12.67), специфично

связывающийся с мускариновыми рецепторами. (Это соедине­

ние появилось в результате поиска специфичных для мускари•

нового рецептора эфиров холина.) Вначале был найден холи~

новый эфир бензиловой кислоты (метацин), а соединение

(12.67) можно рассматривать как его производное, так как

структура холина входит в структуру хинуклидинола. После

очистки комплекса реагент отмывают диализом и выделяют

чистый мускариновый рецептор. Мускариновые антагонисты (атропин, гиосцин, изопропамид) блокируют связывание соеди­ нения (12.67) с рецептором, тогда как никотиновые антагонис­ ты (тубокурарин, гексаметоний) и агонист (никотин) на связы­

вание не влияют [Carson, 1982; Yamamura, Snyder, 1974].

Мускариновый рецептор выделен также из головок фрукто'­

вой мушки Drosophila [Dudai, Ben-Barak, 1977], но в головках

обычной мухи - совершенно другой тип холинорецепторов

(разд. 12.6.2).

Ph

Бетанехол (натион)

(12.69)

Большинство сведений о структуре мускаринового рецепто•

ра получено при изучении связи структура - активность аго­

нистов, имитирующих действие АХ в постганглионарных синап­

сах. Эти рецепторы традиционно называются мускариновыми;

однако следует помнить, что это название чисто историческое,

так как мускарин в медицине для лечения больных не применя­

ется. Антагонисты мускариновых рецепторов очень сильно

различаются по структуре и поэтому среди них трудно устано­

вить связь структуры с активностью. Однако из данных о дей­

ствии антагониста пирензипина (бензодиазепинона) можно сделать вывод, что существуют два подтипа мускаринового ре­

цептора.

Наиболее типичный мускариновый агонист - метахолин

(12.68), а-ацетил-~-метилхолин. Эта простая молекула, отлича­

ющаяся от А~ наличием дополнительной метильной группы,

об~адает такои же мускариновой активностью, что и природ­

ныи медиатор, но совершенно не проявляет никотиноподобное

действие. Следует отметить, что L-изомер в 200 раз активнее

D-изомера [Ellenbroek, Van Rossum, 1960]. В медицинской

практике метахолин в основном применяют в послеоперацион­

ном периоде для понижения тонуса кишечника. Чистым муска­

риновым агонистом является и бетанехол (12.69), гибрид мета­

холина и карбахолина (2.11), применяющийся в клинике по тем же показаниям, что и метахолин. Эти лекарственные ве­

щества обладают важным преимуществом перед АХ: они зна­ чительно медленнее гидролизуются АХЭ.

Равновесное расстояние между четвертичным атомом азота

в молекуле АХ и отрицательно заряженной группой рецептора

рассчитано no разности свободных энергий взаимодействия ре­ цептора с ацетилхолином (12.65) и с диметилбутилацетатом

(12.66): оно равно 0,329 нм. Диметилбутилацетат имеет не об­

ладающую основными свойствами головку, изостеричную кати­

онной головке АХ. Это расстояние практически равно расстоя­

нию максимального сближения, найденному на молекулярных

моделях [Burgen, 1965].

В последние годы структура многих жестких аналогов АХ

была определена рентгеноструктурным анализом для предска­

зания: а) конформации молекулы АХ (из множества возмож­

шых для такой гибкой молекулы), взаимодействующей с дан­

шым рецептором, и на основании этого б) стереохимии самого

рецептора. Такой подход к установлению структуры рецептора

достаточно дискуссионен, так как известна способность рецеп­

торов деформироваться при взаимодействии с агонистами

(разд. 12.3).

Формулой (12.70) представлена двумерная проекция моле­ кулы ацетилхолинбромида no данным рентгеноструктурного

анализа [Сапера, Pauling, Sorum, 1966]. Межатомное рассто­

яние между N-метильной группой и эфирным атомом кисло­ рода (т. е. атом кислорода, связанный с двумя атомами угле­ рода) равно 0,302 нм, а между атомом азота и эфирным ато­ мом кислорода 0,329 нм (оба эти расстояния короче, чем обыч­

но). Оба атома кислорода находятся в одной плоскости с

ближайшими тремя атомами углерода, расположенными в пра­

вой части формулы (12.70). Таким образом, геометрии моле­ кул ацетилхолина и мускарина (12.72) [рентгеноструктурные

данные Jellinek, 1957] в твердом состоянии похожи. Однако в

водном растворе конформация молекулы АХ может быть со­ вершенно иной, что обусловлено отсутствием влияния соседних молекул того же самого вещества. Поэтому конформации АХ изучали no анализу вицинальных констант в спектрах ЯМР в растворе D20 [Culvenor, Нат, 1966]. Полученные результаты

подтверждают данные рентгеноструктурного анализа, за иск­

лючением того, что сложноэфирная группа находится в кон­ формации, более свойственной сложным эфирам. Гаш-конфор­

мация цепи +NCCO, существующая во всех трех структурах (12.70), (12.71) и (12.72), является предпочтительной для мно-

гих 1,2-дизамещенных этанов в растворе. Таким образом, пред­

почтительная конформация АХ весьма обычна· однако взаимо­

действие с рецептором может изменить ее полн'остью.

Ме '-с о,153 с/ "-с/

\ 1

с-·с,_

·-о

Мускарин

(по даниым рентгеноструктурного анализа)

·(12.72)

Жесткая циклическая структура молекулы мускарина по­

зволяет получить более полную информацию о структуре мус­

каринового холинорецептора, чем гибкая молекула АХ [Waser,

1961]. Из семи стереоизомеров мускарина только природный

L- (+)-изомер обладает высокой ацетилхолиноподобной актив•

ностью. Атом азота должен быть четвертичным, а атом кисло-•

рода в цикле нельзя заменить даже на серу, иначе активность соединения пропадает. На основе этих данных Waser постули­ ровал связывание мускарина с рецептором посредством атомов азота и кислорода, входящего в цикл. Конформационные воз­

можности молекулы мускарина значительно меньше, чем у

молекулы АХ, в нем подвижна лишь боковая цепь с триметил­

аммонийной головкой [Waser, 1961].

Величины отношений активности L-мускарина к активности

АХ для разных постганглионарных холинорецепторов изменя­

ются от 0,1 до 5,4. Из возможных изомеров и аналогов муска­

рина активностью обладают лишь те, в которых метильная, гид­

роксильная и ониевая группы (боковой цепи) расположены так

же, как и в молекуле мускарина.

Какие еще структурные модификации молекул АХ и муска­

рина можно проводить, сохраняя при этом сильную ацетилхо­

линоподобную активность? Все эти данные являются лишь по­

луколичественными, и для их уточнения требуется проведение

дополнительных исследований. Дело в том, что «активi~ость»

каждого соединения складывается из двух составляющих: эф­

фективности и сродства (разд. 7.5.2). Так, катион диметилами­

ноэтилацетата (12.73), нечетвертичноrо аналога АХ (12.65),

практически не обнаруживает мускариновой активности.

В действительности же его внутренняя активность выше, чем

У АХ, а низкая активность обусловлена малым сродством­

Особый интерес представляет 2-ацетоксициклопропилтри­

метиламмоний-йодид (12.74), так как в этом соединении струк­

тура N-C-C-O АХ жестко закреплена ковалентными связя­ ми. Это соединение было получено в виде смеси четырех изо­

меров, конфигурация которых была определена рентгенострук­

турным анализом [Chothia, Pauling, 1970].

ры еще менее активны.) Поэтому был сделан вывод что по

крайней мере мускариновая активность АХ связана 'с конфор­

мацией, похожей на таковую активного (1 S, 2S )-изомера со­

единения ( 12.74). 5-Метил-2-триметиламмониометилфуран

(12.75) (5-метилфурметид) обладает такой же мускариновой

активностью, как и АХ, и почти не обладает никотиновой ак­

тивностью [Armitage, lпg, 1954]. Подобно мускарину это со­

единение имеет в молекуле жесткий плоский цикл, но (благо­

даря двойным связям) -СН2-rруппа фрагмента -CH 2-+NMe 3

жестко закреплена в плоскости цикла, и поэтому форма моле­

кулы четко определена. Следует отметить, что в отличие от мускарина в соединении (12.75) отсутствует гидроксильная

группа и стереоизомерия здесь невозможна. Из данных крис­

таллографических исследований молекулы 5-метилфурметида

[Baker et al., 1971] видно, что, хотя строение некоторых фраг­

ментов этой молекулы совпадает со строением молекул муска­

рина и АХ, в другом она сильно от них отличается, поэтому эти

данн~ ничего не дали для выяснения структуры мускарин.,.

вых хо.линорецепторов. Удаление метильной группы из соедине­

ния (12.75) резко снижает мускариновую активность, так как

приводит ,к понижению электронной плотности на эфирном ато­

ме кислорода, но не меняет конформацию. Из этого можно

сделать вывод, что для проявления мускариновой активности

значительно важнее распределение электронов в молекуле, чем

ее конформация. Как фурметид, так и 5-метилфурметид слу­ жат примерами, подтверждающими правило «пяти атомов боко­ вой цепи» (см. ниже).

Синтез жестких агонистов АХзадача довольно сложная.

Обширные конформационные возможности молекулы АХ

(12.76) зависят от четырех торсионных углов: C5-C4-N-C3, Ol-C5-C4-N, С6-O1-С5-С4 и O2-С6-O1-С5. По ана­

логии со всеми похо~ими структурами первый из этих углов,

вероятнее всего, постоянен - это ан11и-планарная вытянутая

цепочка с торсионным углом 180°. Причиной этой жесткости являются стерические препятствия, создаваемые N-метильными

группами, так как их ван-дер-ваальсовы радиусы мешают бо­ лее плотной упаковке (разд. 8.0). Из-за планарности эфирных

таллов различных агонистов АХ показали, что два других тор­

сионных угла могут изменяться в широких интервалах. Одна

из групп исследователей пришла к выводу, что для проявления мускариновой активности необходимо только расположение

атомов Cl и С7 АХ по одну сторону молекулы [Baker et al., 1971]. Другая группа на основании похожих доказательств (в

сочетании с данными для антагонистов, менее значимыми) по­

стулировала, что АХ взаимодействует с мускариновыми рецеп­

А. Катионная головка ацетилхолина. Целесообразно срав­ нить действие АХ и неорганических катионов, находящихся, по-видимому, на поверхности рецептора. В то время как калий

оказывает стимулирующее действие на всю мышцу, действие

АХ обычно ограничивается незначительной областью мышцы -

концевой пластинкой. Экранирующее влияние алкильных групп

(при атоме азота четвертичного амина) приводит к тому, что

в водных растворах ион фактически не гидратируется [Roblnson, Stokes, 1959]. Поэтому можно считать, что эффективный

ионный радиус в растворах равен ионному радиусу, получен-

в Rb+.

ному из данных рентгеноструктурного анализа. Ионный радиус

тетраметиламмония равен 0,241 нм (табл. 12.2), и таким же должен быть радиус катионной головки АХ.

Радиусы всех неорганичес1<:их ионов в безводном состоянии

хорошо известны, однако ионы легких металлов сильно гидра­

тированы в водных растворах и их эффективный радиус зна­

чительно больше. Насколько больше - сказать определенно

нельзя, та1к как точных методов для таких измерений пока не

существует. Все же величины, приведенные для ионов Li+ и Na+ в последнем столбце табл. 12.2, показательны. Катионная головкасамая большая часть молекулы АХ. Что произойдет. если она станет еще больше? Но прежде чем это обсуждать,

несколько слов об ацетилхолиноподобном действии простых

алифатических четвертичных аминов. Они оказывают лишь сла­ бое действие на мускариновые рецепторы и сильное - на нико­ тиновые (см. ниже). Например, действие солей тетраметилам­

мония на кишечник и сердце примерно в тысячу раз слабее,

чем действие АХ [Clark, Raventos, 1937]. Соли тетраэтиламмо­

ния и его высших гомологов являются только антагонистами.

Тем не менее гомологический ряд солей алкилтриметиламмония ( 12.77) представляет большой интерес. Сродство к рецептору

в этом ряду увеличивается с возрастанием длины алкильной

цепи, а эффективность снижается от тетраметиламмония к три­

метилэтиламмонию, а затем возрастает, достигая максимума

у солей н-пентилтриметиламмония; исследовали их действие на

же). Однако активность даже самых эффективных соединений

этого ряда не превышает 1% активности АХ.

Б. Изменение катионной головки ацетилхолина. Последова­ тельная замена метильных групп в молекуле АХ (12.65) на

атомы водорода или этильные группы приводит к резкому сни­

женикi'рсех видов парасимпатомиметической активности [Ing,

1949]. tlь1ше упоминалось, что замещение на атомы водорода

уменьшает сродство и увеличивает эффективность. Этильная

группа, П°':ВИдимому, увеличивает сродство, но снижает эффек­

снижения сродства. Холинорецептор, вероятно, связан сильным

ван-дер-ваальсовым взаимодействием с головкой АХ [Holton, lпg, 1949]. На основании этих данных можно предположить

наличие в рецепторе чашеобразного углубления, форма кото­

рого обеспечивает максимальное ван-дер-ваальсово взаимодей­

ствие с четырьмя атомами углерода, расположенными в верши­

нах тетраэдра относительно четвертичного атома азота [Bel-

lea u, Рurапеп, 1963].

Снижение эффективности при замещении трех метильных

групп тремя этильными наблюда,'IИ и у многих других веществ

с ацетилхолиноподобными свойствами [Barlow, 1968].

Хотя пр о стые третичные амины не проявляют заметной

мускариновой активности, она может возникнуть, если осталь­ ная часть молекулы этих аминов приобретет способность проч­

но связываться с рецептором. Такое увеличение способности

к связыванию карбонильной группы может быть достигнуто, если неподеленная пара электронов на атоме кислорода будет делокализована сильнее, чем это имеет место в сложных эфи­

ложительный заряд, чем атом кислорода. О величине этого эф­ фекта можно судить по положению полосы карбонильной груп­

пы в ИК-спектре. Смещение полосы поглощения от частоты,

типичной для эфиров ( 1735 см-1 ), до частоты, типичной для амидов (1690 см-1 для свободных и 1650 см-1 для ассоцииро­

ванных амидов), сопровождается резким повышением мускари­

новой активности третичных оснований, вплоть до активности

тальной фармакологии; амидная группа включена в пирроли­

доновый цикл [Cho, Haslett, Jenden, 1962]. Необходимо упо­

мянуть и два мускариновых антагониста, имеющих третичную

аминогруппу и сложноэфирную группу. Жители Во чной

Индии для достижения легкой эйфории жуют листья етеля_, содержащие ареколин (12.80). Высокая мускаринова акти&­ ность ареколина становится очевидной, если рассматр вать его

как «обращенный ацетилхолин», прототипом .котороr ~вляетс.1}

( 12.85). Ареколин обладает и слабым никотиновым деиствием,

однако оно в медицине не используется. В пилокар~(ине (12.81),

слабом мускариновом агонисте, сложноэфирная группа вклю7

чена в цикл (лактон). Он используется преимущественно дл~

снижения внутриглазного давления при глаукоме.

J

Активность аналогов ацетилхолина, в которых атом азота

замещен атомом фосфора или мышьяка, составляет всего лишь

от 1 до 10% активности АХ (на различных участках). В таких

соединениях замена атома азота не приводит к изменению углов

наличия пяти атомов в боковой цепи для высокой эффектив­

ности ацетилхолиноподобных соединений впервые была отмече­

на Alles, Knoefel (1939), а затем подтверждена Ing (1949).

У АХ и его аналогов типа R-+N (СН3)з самым активным чле­

ном в любом гомологическом ряду обычно оказывается тот,

укоторого заместитель R представлен цепью из пяти атомов

(не считая атомов водорода). Эта закономерность уже обсуж~

далась выше для соединений, у которых R-алкильная группа.

однако это ,справедливо и для случаев замены атомов углерода

другими атомами, например кислородом. Так, АХ (12.65) зна­

чительно активнее формилили пропионилхолинов, а бутирил­

и валероилхолины имеют едва выраженную мускариновую ак­

тивность. И азотистый, и азотнокислый эфиры холина, содер­

жащие боковую цепь из 5 атомов, обладают значительной мус­

кариновой активностью [Dale, 1914]. Уксусные эфиры спиртов

veau, 1911].

Точно так же этоксихолин, этиловый эфир холина (12.82), более активен, чем метиловый или пропиловый эфиры [Dale, 1914], а и-пропиловый эфир - самый активный в ряду эфиров

HO-CH 2-+NMe 3 • В ряду производных диоксолана (или «аце-

суждаются диже в разделе «Антагонисты ацетилхолина» (ни одно из упомянутых в этом параграфе соединений не применя­

ется в медицинской практике).

Ме-СН2-0-СН2-СНг-N+Ме8

Г. Оптимальное положение атома кислорода в боковой це­ пи. Активность эфира (12.82) составляет примерно от 1 до,, 10% ак-гивности АХ, причем у него более выражено мускари­

новое, а не никотиновое действие. Эта активность снижается,.

если атом кислорода переместить из положения 3 в положение·

2 или 4. Кетон (12.84) обладает слабой мускариновой актив­

ностью, а величина его никотиновой активности на разных пре­

паратах составляет от 0,2 до 100% активности АХ. Его актив­

ность снижается, если карбонильную группу переместить из по­

ложения 4 в положение 3 или 2 [Ing, Kordik, Williams, 1952].

Таким образом, активность этих соединений максимальна, еслw эфирный и карбонильный атомы кислорода расположены в мо­ лекуле так же, как и в АХ (12.65).

Это согласуется с измерениями, проведенными на моделях_,

Beers, Reich (1970), сделавших вывод, что мускариновый и ни­

котиновый рецепторы связываются ацетилхолином через атомы:

вующими фрагментами, содержащимися во всех мускариновых;

и никотиновых агонистах и антагонистах.

Расстояния между атомом азота. и эфирным атомом кисло­

рентгеноструктурного анализа, вероятно, из-за того, что на мо-­

делях не учитывается частично двоесвязанный характер эфир-­