В середине 60-х гг. P.S. Portoghese исследовал JI-P взаимодействие опиоидов, обладающих жесткой структурой, и конформационно подвижных, содержащих одинаковые заместители у атома азота, и установил, что активность первых изменялась симбатно смене заместителя, в то время как для вторых такая закономерность не отмечена. На основании этого P.S. Portoghese предложил свою модель опиоидного рецептора, согласно которой для жестких и лабильных молекул лигандов существуют свои места связывания. Развивая данную концепцию в отношении энкефалинов и эндорфинов, исследователь предположил, что тирозиновые производные взаимодействуют с мишенью подобно жестким структурам, а фенилаланиновые аналоги — подобно конформационно подвижным. Общим для обоих типов лигандов является анионный центр.
Гипотезой, наиболее наглядно объясняющей минимальные структурные различия между агонистом и антагонистом, является предположение, высказанное S. Snyder. Согласно этой модели, с «плоской областью» рецептора связывается липофильная часть молекулы L как агониста, так и антагониста. Кроме того, в составе рецептора есть локус (местоположение) AG, соответствующий месту связывания боковой цепи агониста, и локус AN — для антагониста. Агонист — морфин — связывается с L-областью, слабо взаимодействуя с AG- частью за счет N-CH3 группы. Мощный агонист — циклазоцин одинаково прочно связывается с L- и AG-фрагментами рецептора. Слабый агонист метадон не может принять конформацию, необходимую для прочного связывания. Эта модель хорошо объясняет эффект «аномально мощного» агониста — фентанила. Частичные агонсты типа налорфина могут иметь как аксиальное, так и экваториальное расположение заместителей у атома азота. У «чистого» антагониста налоксона этот заместитель всегда в экваториальном положении и изменять конформацию ему не позволяет 14-ОН группа. Представления о взаимодействии лигандов с опиоидным рецептором изменялись по мере накопления новых данных. Было установлено, что большое значение имеет ориентация электронной пары атома азота для реакции переноса протона к N-атому, обеспечивающему связывание с анионным центром рецептора и несущему ответственность за проявление анальгетического эффекта. Исходя из этого, предложен так называемый Zip-механизм взаимодействия. Согласно ему контакт протонированной аминогруппы с анионным центром вызывает дальнейшие конформационные изменения, обеспечивающие сначала связывание ароматического фрагмента субстрата с рецептором, а затем и той части молекулы, которая окружает третичный атом азота.
Эндорфины и энкефалины не имеют третичного атома азота и при физиологических значениях рН представляют собой биполярные ионы. Следовательно, для того, чтобы эти эндогенные лиганды могли взаимодействовать с опиоидными рецепторами, последние, кроме анионного центра и двух плоскостей для связывания с агонистом и антагонистом, должны содержать еше один элемент. В настоящее время в нативном виде выделены три типа опиоидных рецепторов и предприняты попытки их клонирования. Возможно, в ближайшие годы структура этих мишеней будет раскрыта. Окончательное установление строения всех типов опиоидных рецепторов, вероятно, позволит приблизиться к созданию «идеального» анальгетика. Однако уже сейчас ясно, что искать такие вещества надо среди частичных агонистов, обладающих мощным обезболивающим действием и не вызывающих психической и физической зависимости. Анализ взаимодействия наркотических анальгетиков с рецепторами позволяет подойти к понятию «фармакофор» с учетом конформационного фактора. Фармакофор — это определенное пространственное расположение функциональных групп в молекуле, которое обеспечивает взаимодействие с биологической мишенью. Существующие на сегодняшний день методы компьютерного моделирования G-протеинов пока не настолько точны, чтобы быть полезными для моделирования фармакофоров методами ab initio. Поэтому при воссоздании подходящих фармакофоров основываются на сведениях о третичной структуре белковых молекул, образующих биологическую мишень. Наиболее информативным является сопоставление данных о третичной структуре протеинов, полученных как с .соответствующими лигандами, так и без них. Однако сведения о пространственной структуре активных мест связывания имеются далеко не для всех типов рецепторов. И это заставляет специалистов в области медицинской химии искат
ь другие пути. Используя уточненные сведения о взаимосвязи «структура — активность» для уже известных комплексов JI-P, исследователи переносят их на новые модели и на этом основании достраивают полную картину взаимодействующих функциональных групп, варьируя их расположение в пространстве. Наибольшие трудности возникают тогда, когда частично перекрывающиеся данные соответствуют разным, но очень гибким молекулам, при этом реконструируется сразу несколько фармакофоров. Возникает необходимость проверить каждый из вариантов с помощью синтеза пространственно «ограниченных» молекул, которые имеют строго определенные функциональные группы в потенциально «активных» конформаци- ях. В случае положительного результата может быть выявлен фармакофор.
Много проблем при усовершенствовании лидирующей структуры связано с повышением селективности ее взаимодействия с тем или иным Ф или рецептором. Последние могут содержать разные функциональные группы, но иметь очень малые различия в аминокислотной последовательности. Например, различие между 5-НТ!В и 5-НТшв триптаминовыми рецепторами заключается в одной аминокислоте. Ясно, что малые молекулы с высокой конформационной лабильностью, обычно способны взаимодействовать более чем с одним типом белков, т.е. обладают низкой селективностью. Так, миансерин (11.29) способен связываться с 5-НТ2-серотониновыми, с-адренергически- ми и Н,-гистаминовыми рецепторам. При определенных конфор- мационных ограничениях, реализованных в структуре (11.30), сродство к 5-НТ2- и а,-мишеням удалось сохранить, а к Hj- сродство было утрачено [8]. Аналогичная селективность достигнута и в случае агонистов 5-НТ, – и 5-НТш-рецепторов. Установлено, что замена в гидрокситрипта- мине (серотонине) 5-ОН группы на 5-карбоксиамидную (11.31) приводит к более сильному взаимодействию с 1А-подтипом мишеней.
Замыкание этиламинового фрагмента в кольцо с образованием 3-ами- Повышения аффинности взаимодействия при реализации метода конформационных ограничений можно ожидать по двум причинам: • снижение неблагоприятного энтропийного фактора при фиксированной конформации; • стабилизации «активной» конформации. Когда гибкая молекула связывается с рецептором, она теряет ряд степеней свободы, приобретая неблагоприятные изменения энтропии, которые снижают величину свободной энергии связывания. Этот эффект особенно заметен для веществ, у которых вклад энтропийной составляющей в общую энергию связывания высок, что имеет место у соединений с разветвленной структурой и значительной липофиль- ностью. Примером простой конформационной перестройки, значительно повышающей сродство к рецептору, а, следовательно, положительно сказывающейся на активности, может служить введение СН3 группы в а-положение молекулы ингибитора АПФ — каптоприла. Для него отмечается повышение активности в 10 раз по сравнению с неметилированным аналогом, и в 100 раз по сравнению с оптическим антиподом. Отмечены различия в активности между Е и Z изомерами: в случае хлорпросиксена Z-форма более активна. Введение двойной связи, снижающее гибкость углеродной цепи или цикла, также существенно сказывается на активности.
Так, преднизалон в 30 раз более активен, чем кортизол. Существует большое количество эндогенных лигандов биологических мишеней, которые представляют собой белковые молекулы с определенной третичной структурой. Однако связывание с рецептором обеспечивает лишь небольшой участок такой молекулы. Воспроизвести пространственное строение такого участка, используя короткие пептиды с несколькими аминокислотными остатками, довольно сложно, т. к. малые молекулы не образуют третичной структуры. Ее нет и у органических соединений небелковой природы. В этом случае необходимо построение фиксированной конформации с определен- За счет структурной перестройки молекулы можно добиться существенной метаболической устойчивости лидера. Так, в качестве специфической стратегии повышения стабильности амид ной связи пептидов, предназначенных для перорального применения, используется циклизация. Этот подход основан на предположении, что образование цикла предотвращает выравнивание пептида на активном центре пептидазы, тем самым предохраняя структуру от разрушения и сохраняя фармакологическую активность. Вообще циклизация — широко распространенный способ, позволяющий избежать нежелательных метаболических превращений отдельных функциональных групп.
Добавить комментарий