Избирательная токсичность. Физико-химические основы терапии Том 2 - Альберт А.
ISBN 412-26010-7
Скачать (прямая ссылка):
Для каждой пары веществ существует свой специфический индекс ингибирования, определяемый как соотношение числа молекул аналога к числу молекул метаболита, при котором достигается 50% ингибирование. Это соотношение имеет разные значения для различных биологических видов, но она всегда одинаково для каждого данного вида. Оно характеризует относительное сродство аналога и метаболита к рецептору и, кроме того, отражает различия в способности двух веществ проникать к месту действия, особенно тогда, когда это место труднодоступно. Поэтому уровень ингибирования, вызванного аналогом, определяется двумя факторами: во-первых, относительным сродством аналога и метаболита к рецептору и, во-вто-рых, относительными количествами аналога и метаболита в месте реакции.
Сродство субстрата к ферменту характеризуется уравнением: где [Е]—концентрация фермента, [S]—концентрация субстрата, a [ES]—концентрация комплекса, который они образуют. Естественно, сродство лекарственного препарата, являющегося ингибитором (I) фермента, может быть описано аналогичным выражением и тогда константа ингибирования (Ki), т. е. константа диссоциации комплекса фермент — ингибитор будет представлена уравнением:
[El [I]
В отличие от ингибитора субстрат под действием фермента превращается в продукт (P) и последовательность событий становится:
[е] + [s] [es] -V [е] + [р] (III)
Соотношение констант скоростей к'/к" есть ничто иное, как константа Михаэлиса — Ментен (Км). Она отражает диссоциацию комплекса фермент — субстрат [ES] на компоненты [Е] и [S] и может быть представлена равенством (IV), формально аналогичным приведенному выше для Ki(II):
к тл
Km- [ES] (IV)
22 Индекс ингибирования, характерный для каждой пары ингибитор — метаболит, — это соотношение Ki: Km— чем ниже его величина, тем эффективнее ингибитор.
Константа Михаэлиса, очевидно, обратно пропорциональна сродству фермента к субстрату и численно равна концентрации субстрата в тот момент, когда скорость реакции достигает половины максимальной. Размерность величин Ki и Km выражается в г-моль/л. Однако это не истинные константы равновесия, а отношения констант скоростей прямой и обратной реакций фермента с субстратом или ингибитором. Наиболее удобно определять Km графическим методом Lineweaver, Burk (1934), согласно которому строится график зависимости обратной величины начальной скорости образования комплекса [ES] от обратных величин концентрации субстрата. На графике должна получиться прямая линия, при этом точка пересечения полученной прямой с осью абсцисс соответствует величине Km-
Поскольку интенсивные метаболические процессы в клетках гораздо чаще приводят к «стационарному» состоянию, чем к равновесному, целесообразно использовать уравнение Бриггса — Холдейна [Briggs — Haidane, 1925], которые показали, что совсем необязательно предполагать наличие равновесия между [Е] и [S]. Они вывели уравнение (V), формально аналогичное уравнению Михаэлиса — Ментен, но предполагающее условия стационарного состояния, а не равновесия.
к" + к"'
Kbh=-^ (V)
Константа Кьь имеющая более общий характер, чем предыдущая, является показателем степени одновременной диссоциации комплекса [ES], протекающей в двух противоположных направлениях. Если Km заменить на Kbh, то индекс ингибирования становится равным соотношению Ki: Кьь. При проведении этих расчетов предполагается, что ни ингибитор, ни его комплекс с ферментом не разрушаются даже частично под действием других биологических веществ, которые могут присутствовать при реакции.
Молярный индекс ингибирования малоновой кислоты равен '/з [Thron, 1953]. Еще более эффективно ингибирует оксид углерода, когда замещает кислород в гемоглобине (1/210). Величины индекса ингибирования меньше единицы необычны, потому что очень редко аналог обладает большим сродством к природному рецептору, чем нормальный субстрат. Беспрецедентно высокий индекс ингибирования (1/10 000) для метотрексата (4.7) обусловлен, вероятно, тем, что самым основным атомом азота в молекуле этого ингибитора является N-1, в отличие от дигидрофолиевой кислоты, у которой таковым служит N-5. Очевидно, в этом заключена причина столь больших различий в соответствии метотрексата и дегидрофолиевой кислоты месту связывания их с рецептором (разд. 4.2 и 9.3.3). Такие индексы
23 ингибирования как у метотрексата (1/10 000)—предел обычно наблюдаемых для лекарственных веществ. Индексы ингибирования, величины которых лежат выше единицы, такие как, например, сульфаниламида по отношению к ПАБ (300/1) — другой предел, ниже которого не следует ожидать высокого терапевтического эффекта аналога.
Почему желательны минимальные величины индексов ингибирования для лекарственных препаратов? Потому что эволюция обусловила появление ферментов, использующих соответствующие природные субстраты с максимальной эффективностью. Другая причина относительно малой эффективности многих конкурентных ингибиторов — стационарное состояние живой клетки. Атакуемый фермент постоянно снабжается субстратом (от предыдущего фермента в цепи), а его продукт непрерывно удаляется последующим ферментом. Фермент, атакуемый ингибитором, обычно недостаточно насыщен субстратом и поэтому имеет большую резервную активность. При введении конкурентного ингибитора в стационарную систему целевой фермент сначала ингибируется, но по мере накопления нереагирующего нормального субстрата это ингибирование фермента прекращается. Таким образом, возникает новое стационарное состояние, в котором общий итог действия данного метаболического пути остается неизменным, поскольку концентрация субстрата для атакуемого фермента поддерживается на более высоком уровне с тем, чтобы уравновесить эффект ингибирования [Cleland,. 1970]. В качестве примера можно привести различия между химией модельных систем, изучаемых в лаборатории, и более сложных систем, образовавшихся в живой клетке в процессе эволюции.
