3.1.6. Ингибиторы клеточного деления
В организации внутренней структуры клеток и в процессе клеточного деления (митоза) важную роль играют микротрубочки – цилиндрические структуры с внешним диаметром около 24 нм, образованные расположенными по спирали глобулами двух гликопротеинов – α- и β‑тубулина. Энергию для сборки глобул тубулинов в микротрубочки поставляет гуанозинтрифосфат. Содержание этих гликопротеинов в клетке изменяется в очень узких пределах и сборка новых микротрубочек возможна только за счёт разборки тех, которые выполнили свою функцию.
В частности, перемещение клеток без участия жгутиков и ресничек, а также деление клеток (митоз и мейоз) осуществляются с помощью микротрубочек. При делении клеток идентичные наборы хромосом разводятся к разным полюсам клетки с помощью состоящего из микротрубочек веретена деления. Если нарушить сборку новых трубочек (или разборку старых), процесс расхождения хромосом останавливается, не образуется внутренняя разделительная стенка и клетка не может разделиться. Чаще всего такие клетки с прерванным процессом деления погибают. Понятно, что природа не могла пройти мимо такого чувствительного механизма, и некоторые растения содержат токсичные вещества, механизм действия которых основан на блокировке процесса клеточного деления за счёт нарушения сборки микротрубочек.
Алкалоиды безвременника (Colchicum) колхицин (R = COCH3) и колхамин (R = H)
связываются с субъединицами микротрубочек и препятствуют сборке из них новых микротрубочек. С β‑тубулином связываются и также останавливают сборку новых микротрубочек алкалоиды барвинка розового.
Токсичные соединения, препятствующие делению клеток с удвоенным набором хромосом, используются в генетике и в медицине. С помощью алкалоидов безвременника можно получать диплоидные гаметы), которые представляют широкие возможности селекционерам и генетикам для выведения более продуктивных сортов растений. Алкалоиды барвинка розового винкристин (R = CНO) и винбластин (R = CH3) используются в терапии некоторых видов злокачественных опухолей:
Активным веществом ещё одного противоракового препарата Таксола является выделяемый из коры тисового дерева алкалоид паклитаксел. Его цитостатическое действие основано на блокировке разборки выполнивших свою функцию микротрубочек
Несмотря на очевидное сходство тубулинов у различных видов живого, удалось найти избирательные ингибиторы сборки микротрубочек в клетках растений. В частности, такой механизм действия имеют замещенные нитроанилины, используемые для химической прополки овощных культур. Основным представителем этой группы гербицидов является трифлуралин. Его получают из п-хлортолуола, который сначала итсчерпывающе хлорируют по метильной группе, затем полученный п‑хлорбензотрихлорид фторированием фтористым водородом в присутствии галогенидов сурьмы переводят в п-хлорбензотрифторид, его нитруют и замещают атом хлора действием дипропиламина:
Последняя реакция идёт очень легко благодаря активации атома хлора в 2,6-динитро-4-трифторметилхлорбензоле тремя электроноакцепторными группами.
Еще одна группа ингибиторов деления клеток растений представлена производными карбаминовой кислоты. В качестве примеров можно привести формулы 3-хлорфенилизопропилкарбамата (хлор-ИФК) и N‑4‑аминосульфонилметилкарбамата (азулам):
и
В настоящее время хлор-ИФК потерял свой значение, но азулам в ограниченных объёмах всё ещё применяется для борьбы с щавелем и папоротниками. Его получают ацилированием натриевой соли п-амино-сульфониламида (стрептоцид) метилхлорформиатом. В растениях это вещество гидролизуется с образованием п-аминосульфониламида, который проявляет бактерицидные свойства, блокируя биосинтез фолиевой кислоты.
Ингибитором клеточного деления является также флуфенацет:
Обычно его используют в композиции с другими гербицидными действующими веществами, например, с метрибузином.