48. Удаление или маскировка как один из механизмов биологического действия хелатирующих агентов. Характеристика антидотов.

Механизм I Большинство хелатирующих агентов, биологическое действие которых осуществляется по механизму I, получили распространение в качестве антидотов, предназначенных для «маскировки» или удаления из организма токсичных металлов, случайно попавших в организм, т. е. в этом случае происходит уменьшение токсического действия металла в результате хелатообразования.

Первый антидот - димеркапрол был синтезирован в 1940 г. в каче­стве антидота при отравлениях мышьяксодержащим боевым отрав­ляющим веществом. В настоящее время его часто применяют для ле­чения отравлений соединениями золота, ртути, сурьмы и мышьяка.

Ряд хелатирующих агентов широко используются в клинике в ка­честве антидотов при профессиональных и бытовых отравлениях, хро­нических интоксикациях металлами, вызванных передозировками ле­карственных препаратов, а также для ускорения выведения из орга­низма радиоактивных элементов. Для этих целей хелатирующие веще­ства начали применять только с 1945 г. Такие антидоты должны цир­кулировать в крови, не вызывая уменьшения концентрации жизненно важных тяжелых металлов. При этом необходимо строго контролиро­вать их дозу. Для того чтобы антидот смог проникать в клетку в не­больших количествах и быстро выводиться из организма, его молеку­лы должны содержать полярные (желательно легко ионизирующиеся) группы, например ОН, СООН, SH, NH₂. Эти группы должны присутст­вовать в избытке, чтобы по меньшей мере одна из них оставалась сво­бодной после насыщения антидота металлом. Кроме того, обычно соз­дают такой антидот, чтобы его хелатные комплексы не могли прони­кать в клетки из кровотока и легко выводились почками.

Лишь в редких случаях сам агент, связывающий металл, оказывает­ся токсичным для организма. Однако «маскировка» может приводить и к негативным результатам.

Наиболее изученное соединение, чье повреждающее действие свя­зано с явлением «маскировки», — синильная кислота. Она связывает свободные валентности железа в цитохромоксидазе, не затрагивая при этом четырех его связей с порфириновым ядром. Таким образом, фер­мент лишается возможности соединяться со своим субстратом, и ды­хание прекращается. У многих видов это приводит к немедленной ги­бели организма.

Билет 22

1. Аденилциклазные и ионизитодфосфатные пути передачи внутриклеточного сигнала

Выделенные рецепторы оказались гликопротеинами или гликоли­пидами. Молекула любого рецептора состоит из двух частей. Одна из них, наружная, служит для связывания вещества (гормона). Основную роль в этом играют полисахаридные цепи моле­кулы рецептора. Вторая, менее полярная часть молекулы рецептора, служит для ее закрепления в липидном бислое и передачи принятого сигнала внутрь клетки. Взаимодействие между связывающими и передающими участками осуществляется благодаря конформационным перестройкам, происходящим в результате «посадки» эффектора (аго­ниста) на связывающий участок рецептора,

В этом случае происходят небольшие изменения на отдельных уча­стках мембран, результаты которых передаются внутрь клетки, усили­ваясь с помощью определенного («релейного») механизма, и в конце концов определяют течение внутриклеточных процессов. В основе передачи в ряде случаев лежит активация и инактивация фермента - аденилатциклазы (АЦ), расположенного в мембране. Этот фермент отвечает за синтез нуклеотида - цАМФ. Этот нуклеотид образуется в организме из АТФ при участии аденилатцик­лазы, которая расположена на внутренней поверхности мембраны и работает только в присутствии фосфолипидов и ионов магния.

В нормальном состоянии активность аденилатциклазы подавлена. Но при взаимодействии агониста с рецептором Р на поверхности мем­браны аденилатциклаза активируется. В результате усиливается синтез цАМФ, увеличивается концентрация последнего внутри клетки и ак­тивируется один или несколько ферментов, расположенных внутри клетки. Таким образом, химический сигнал передается от одного по­сыльного к другому. Первичным посыльным является эффектор (гормон, медиатор), через ГТФ-связывающий G-белок и аденилатциклазу он передает сообщение внутрь клетки.

Вторичные посредники не только способствуют передаче внешнего сигнала во внутриклеточный, но и обеспечивают значительное усиле­ние первоначального сигнала. Каждая молекула рецептора, присоеди­нившая сигнальную молекулу, активирует много молекул аденилатциклазы, которые, в свою очередь, катализируют образование множе­ства молекул цАМФ. В итоге, по всей цепи от рецептора до клеточной реакции происходит усиление сигнала в 10⁷—10⁸ раз. Таким образом, несколько сигнальных молекул гормона или медиатора могут изменять функциональную или метаболическую активность всей клетки.

Однако постоянная активация АЦ не только не нужна, но и небезо­пасна для клетки. Так, течение одного из особенно опасных заболева­ний - холеры - связано с необратимой активацией АЦ. Для нормаль­ной жизнедеятельности клетки ингибирование АЦ может быть не ме­нее важным моментом, чем ее активация. Поэтому внутриклеточный уровень цАМФ регулируется также с помощью фосфодиэстеразы (ФДЭ) циклических нуклеотидов, которые катализируют гидролитиче­ское превращение цАМФ в нециклический АМФ в определенных ус­ловиях, чем и поддерживается его постоянный уровень.

Циклический АМФ регулирует внутриклеточные реакции всех изу­ченных прокариотических и эукариотических клеток Действие его основано на активации специфических ферментов цАМФ зависимых протеинкиназ которые формируют многие белки, в частности белки рибосом, ряд ферментов, транспортные мембранные белки и др Фосфорилирование белков - это их активации. В неактивированное со­стояние они возвращаются путем дефосфорилирования с помощью фосфопротеинфосфотазы (ФПФ).

Признанными вторичными мессенджерами являются ионы кальция. Кальций участвует в регуляции внутриклеточных процессов в комби­нации с двумя другими вторичными посредниками: инозитолтрифосфатом(ИФ₃) и диацилглицеролом(ДАГ).

На поверхности плазматических мембран разных клеток число ре­цепторов варьирует. Так, на поверхности одной клетки печени имеется 250 ООО рецепторов инсулина, тогда как на поверхности клеток щито­видной железы их число не превышает 500 Часть рецепторов может «плавать» в плоскости мембраны, но большее их количество фиксиро­вано системой микрофиламентов и микротрубочек.

Основные КРИТЕРИИ, по которым можно судить о наличии ре­цепторов:

1)высокое сродство, характер.тем, что агент действует при низкой концентрации (10'⁹М и ниже);

2)кри­вая, описывающая процесс взаимодействия эффектора с местами свя­зывания на мембране от концентрации, должна выходить на плато, поскольку количество рецепторов (мест связывания) ограничено;

3)различная биологическая активность пар оптических изоме­ров (стереоспецифичность) (так, например, право- и левовращающиеся формы атропина, морфина и адреналина сильно отличаются друг от друга по биологической активности);

4)тканевая специ­фичность биологического действия веществ (например, адреналин оказывает мощное действие на сердечную мышцу, но очень слабо дей­ствует на поперечно-полосатые мышцы).

отметить, что взаимодействие возможно только при строгом соответствии простран­ственных и зарядовых геометрий. Нужно учитывать, что связывание эффектора с рецептором должно быть обратимым. Так, одна и та же химическая группа в зависимости от своего химического окружения может обусловливать действие как агониста, так и антаго­ниста; как пример можно привести ацетилхолин и тубокурарин. Эти соединения действуют на один и тот же рецептор, но меньшая молеку­ла (ацетилхолин) точно соответствует участку связывания и активиру­ет рецептор; большая молекула (тубокурарин) перекрывает рецептор и оказывает блокирующее действие.

Отд. Вопрос Механизм II (накопление) перевод вещества из одной формы в другую хелатирующего агента

Механизм II (накопление) перевод вещества из одной формы в другую, и облегчает поступление ксено­биотика в организм.

пример - использование хелатообразова­ния для подкормки деревьев железом. железо содержится в почве в больших количествах, но оно часто не поступает в растения. при нахождении в почве бактерий железо становится дос­тупным для растений, так как микроорганизмы растворяют его с помо­щью гидроксаматсидерофоров. Такие железоорганические комплексы накапливаются в почвах в количествах, достаточных для питания расте­ний. Отсутствие полезных бактерий можно компенсировать опрыскива­нием почвы этилендиаминтетрауксусной кислотой (ЭДТА), экстраги­рующей железо путем образования комплекса железо - ЭДТА, который поглощается корнями растений. В процессе метаболизма органическая часть комплекса разрушается, а неорганическая (железо) — остается, используется растением.

Растения содержат специальные химические соединения, спо­собные связывать железо. Многие злаковые культуры выделяют в поч­ву мугиниевую кислоту, способную образовывать с ионом железа (Fe³⁺) комплекс, который затем поглощается и используется растения­ми. Из-за отсутствия необходимого количества железа у растений на­ступает хлоротическое состояние, и они увядают.

Некоторые природные агонисты млекопитающих, а именно тирок­син, норадреналин и гистамин, способны связывать металлы.

Сущ­ность второго механизма связана с явлениями, как коо­перативный эффект и эффект распределения.

Кооперативный эффект — явление возрастания химической актив­ности ксенобиотика вследствие хелатообразования. Это подтверждает­ся на примере неорганических солей железа, обладающих некоторой каталазной и пероксидазной активностью, возрастающей во много раз при включении железа в порфириновое ядро, связанное со специфич­ным белком. Аналогично ионы меди катализируют окисление аскор­биновой кислоты на воздухе, но этот эффект многократно увеличива­ется при включении меди в аскорбиноксидазу.

Токсическим действием обычно обладают металлы, способные изме­нять валентность, особенно медь и железо. Кооперативный эффект чаще всего проявляется в тех случаях, когда прибавляется недостаточ­ное количество комплексообразующего агента, т. е. образуется нена­сыщенный комплекс.

Эффект распределения. клеточные мембраны точно регулируют поглощение катионов тяжелых металлов, даже жизненно важные катионыв избытке оказываются токсичными. железо токсичнее, чем обычно полагают; пероральное введение больших доз сульфата двухвалентно­го железа может привести к некрозу печени человека, наступающему через 48 ч. комплексы, не имеющие заряда, жирорастворимы и поэтому способны проникать через клеточные мембраны, которые не могут регулировать их проникновение.

необходимо создания новых хелатирующих агентов, при этом нужно иметь в виду биологическую активность этих соединений. Ни один хелатирующий агент не активен в биологической среде, если констан­ты устойчивости его компонентов не столь же высо­ки, как у комплексов обычных аминокислот, например глицина. Одна­ко и у веществ с очень высокими константами устойчивости трудно ожидать наличия биологической активности, так как потеря таких ве­ществ в результате их насыщения металлом происходит еще до того, как они достигнут места действия.

При поиске новых хелатирующих агентов нужно знать место их биологического действия: например, внутри или снаружи клетки. Если молекула должна проникнуть в клетку, то необходимо ввести липофильные группы. Для этой используют атомы углерода, га­логенов, водорода и серы, а атомы азота и кислорода придают молеку­лам гидрофильные свойства.

изменения в химической структуре молекулы ксенобиотиков могут вызывать значительные сдвиги в величинах ко­эффициентов распределения.

Увеличить способность вещества проникать в клетки можно не только повышая коэффициент распределения, но и используя лиганды, сходные с природными субстратами, например аминокислоты, углеводороды и т. д.

Современные проблемы поиска хелатирующих средств связаны, с одной стороны, с вопросами детоксикации и обезвреживания тканей, поврежденных химически токсичными или радиоактивными металла­ми, и, с другой, необходимостью предупреждения хелатообразования, как, например, в случае кариеса зубов, преждевременного старения из-за потерь кальция из костной ткани и т. д.