19.4.3. Реакции цикла кребса

Конечным продуктом р-окисления жирных кислот в мито­хондриях является ацетилкофермент А. Полное окисление его ацетильного остатка до С0₂ и Н₂0 осуществляется другим мультиферментным ансамблем, обеспечивающим протекание серии реакций, которая называется циклом Кребса. За открытие этого цикла Г. Кребс стал в 1953 г. лауреатом Нобелевской премии. Цикл Кребса также называют циклом лимонной кислоты или циклом ди- и трикарбоновых кислот.

Мультиферментный ансамбль цикла Кребса, так же как ан­самбли ферментов р-окисления жирных кислот, электронотранс портной цепи (ЭТЦ) и синтеза АТФ, расположен на внутренней мембране митохондрий. Все указанные ансамбли ферментов со­пряжены друг с другом не только за счет единой мембраны, но и благодаря тому, что возникающие продукты одного ансамбля необходимы для деятельности других.

Заключительный этап окисления ацетильного фрагмента ацетилкофермента А до СО2 и Н2О начинается с конденсации ацетилкофермента А с оксалоацетатом, т. е. анионом щавелево-уксусной кислоты (рис. 19.2). Участвующие в цикле ди- и трикарбоновые кислоты в митохондриях находятся в виде анионов (рН = 6-7), поэтому все реакции цикла Кребса даны для ани­онных форм.

О бразовавшийся оксалоацетат опять вступает в реакцию (I стадия) с новой молекулой ацетилкофермента А. Таким обра­зом, из 11 реакций цикла Кребса девять сопровождаются окис­лительно-восстановительной дисмутацией за счет углеродных атомов, причем пять имеют межмолекулярный, а четыре - внут­римолекулярный характер.

Кратко и наглядно схема превращения ацетилкофермента А и оксалоацетата в цикле Кребса представлена на рис. 19.2.

В результате реакций одного цикла Кребса образуется 12 мо­лекул АТФ, из них одна молекула синтезируется в результате экзэргонической реакции стадии V, а остальные - за счет окис­ления образовавшихся трех молекул НАД(Н) и одной молеку­лы ФАД(2Н), которое протекает в электронотранспортной це­пи. Всего за счет полного окисления одной молекулы стеари­новой кислоты С17Н35СООН, включая реакции ее B-окисления (разд. 19.4.2) и цикла Кребса, в митохондрии синтезируется 146 молекул АТФ, а пальмитиновой кислоты C₁₅H31COOH -129 молекул АТФ.

Работа ансамбля ферментов цикла Кребса чрезвычайно на­дежна, так как не известны патологические состояния, связан­ные с недостатком активности какого-либо из этих ферментов. Это указывает на важность реакций цикла Кребса для организ­ма и хорошую их защищенность от внешних воздействий.

Рис. 19.2. Схема превращений в цикле Кребса

19.5. Кислоты ароматического ряда и их производные как лекарственные средства

Среди многообразия фармакологических средств особое место занимают производные бензола, кислоты ароматического ряда. Прежде всего это производные салициловой (о-гидроксибензойной) кислоты, n-аминобензойной кислоты, n-аминобензолсульфо-кислоты и n-аминофенола.

Салицилаты, содержащиеся в листьях ивы, использовались врачами еще в древние времена как обезболивающие и ослабляю­щие лихорадку соединения. Сама салициловая кислота оказыва­ет жаропонижающее, антигрибковое, антиревматическое и болеутоляющее действие. Однако как сильная кислота (рК_а = 2,98) она раздражает слизистую желудка и поэтому внутрь применяет­ся в виде производных: солей, эфиров или амидов.

Салициловая кислота образует производные по каждой функ­циональной группе:

Наиболее широкое распространение в медицинской практике нашел аспирин, синтезированный еще в 1869 г., который менее токсичен, чем салицилат натрия. Ацетилсалициловая кислота в организме легко подвергается гидролизу с освобождением сали­циловой кислоты. Метилсалицилат из-за раздражающего дейст­вия используется наружно в виде мазей. Фенилсалицилат (салол) применяется как дезинфицирующее средство при кишечных за­болеваниях, так как в кислой среде желудка не гидролизуется. Салициламид лучше переносится, чем другие салицилаты, и труднее гидролизуется.

Кроме перечисленных производных салициловой кислоты большое значение имеет натрий n-аминосалицилат (ПАСК) как противотуберкулезное средство.

П АСК является антагонистом n-аминобензойной кислоты, участвующей в биосинтезе фолиевой кислоты в микроорганизмах и необходимой им для нормальной жизнедеятельности. В орга­низме человека фолиевая кислота (витамин В_с) не синтезируется. Ее молекула включает три структурных фрагмента: птери-диновый, n-аминобензойной кислоты и глутаминовой кислоты, причем обе функциональные группы n-аминобензойной кисло­ты участвуют в образовании связей с двумя остальными компо­нентами.

Особенно эффективными антиметаболитами* n-аминобензой­ной кислоты являются сульфамиды (сульфаниламиды), имею­щие с ней структурное сходство:

С ульфамиды, попадая в микроорганизмы, конкурируют с n-аминобензойной кислотой и препятствуют ее взаимодействию с глутаминовой кислотой. Вследствие этого в микроорганизмах прекращается синтез фолиевой кислоты, что ведет к их гибели. Высокая избирательность действия, сульфамидов связана с тем, что они блокируют синтез важного для микроорганизмов мета­болита и в то же время не влияют на организм человека, так как фолиевая кислота в нем не синтезируется, а поступает с питанием в готовом виде.

Эфиры n-аминобензойной кислоты (ПАБК) проявляют спо­собность вызывать местную анестезию подобно кокаину. Осо­бенно это выражено у этилового эфира ПАБК - анестезина и гидрохлорида р-диэтиламиноэтилового эфира ПАБК - ново­каина:

Молекулы перечисленныханестезирующих средств дифильны, что позволяет объяснить их действие с двух позиций. Во-первых, теория «ключа и замка», часто называемая теорией специфической комплементарности, основанная на близком геометрическом подобии дифильной структуры препарата и рецептора, что способствует их активному межмолекулярному взаимодейст­вию с блокированием рецептора препаратом. Во-вторых, препарат, попадая в клетку, гидратируется за счет дегидратации рецептора, вызывая появление новой границы раздела вокруг рецептора (разд.11.3 и 11.4). В результате исключается электролитический контакт рецептора с нервной системой. Этот подход имеет более общий характер. В действительности, по-видимому, имеют место оба механизма в той или иной степени.

Лекарственные средства - производные n-аминофенола: фенетидин, парацетамол и фенацетин — широко используются в медицине (сам n-аминофенол ядовит):

Фенетидин и парацетамол оказывают обезболивающее и жа­ропонижающее действие, а по противовоспалительной активности они значительно уступают салицилатам.

Рассмотренные лекарственные препараты - производные бен­зола - могут служить хорошей иллюстрацией успешного целена­правленного синтеза эффективных лекарств исходя из принципа соответствия "структура - свойства". При этом необходимо учи­тывать не только природу и расположение функциональных групп в молекулах, но и гидрофильно-гидрофобные свойства молекул в целом.