МЕДИЦИНСКАЯ ХИМИЯ

									41
								Таблица 6
Возбуждающее или тормозное действие медиаторов
Медиатор	Возбуждающее действие				Тормозное действие
Ацетилхолин	Глубокие слои коры мозга позвоноч-				Полиморфные невроциты глубоких
	ных, новая кора, ядра зрительного				слоев коры, ствол мозга, хвостатое
	бугра (таламуса), ствол мозга, боковое				ядро, блуждающий нерв сердца
	коленчатое тело, центральные синап-				позвоночных, центральные синап-
	сы моллюсков, нервно-мышечные				сы моллюсков.
	синапсы позвоночных, нейроны Веге-
	тативных	ганглиев,	мотонейроны
	спинного мозга.
Дофамин	Хвостатое тело мозга позвоночных,				Подкорковые ядра, полосатое тело
	некоторые синапсы нервной системы				мозга,	центральные			синапсы
	моллюсков.				моллюсков.
Серотонин	Боковое	коленчатое	тело	мозга	Кора головного мозга, спинной
	позвоночных, центральные			синапсы	мозг (нисходящие пути от кауда-
	моллюсков.				льного	отдела		продолговатого
					мозга).
Глицин	Некоторые нейроны гастропод.				Вставочные		нейроны		(клетки
					Рэншоу) спинного мозга, сетчатое
					образование			(ретикулярная
					формация) ствола мозга, нервная
					система моллюсков.
ГАМК		-			Спинной мозг, нервно-мышечные
					синапсы ракообразных; мозжечок и
					кора мозга позвоночных.
Глутаминовая	ЦНС позвоночных и беспозвоночных.				Кора головного мозга позвоноч-
кислота					ных, некоторые синапсы нервной
					системы моллюсков.
Норадреналин	Подбугорная область (гипоталамус)				Грушевидные		невроциты		(клетки
	мозга, надзрительные ядра, симпа-				Пуркинье) мозжечка, перифери-
	тические нервы сердца, симпа-				ческие	ганглии,		спинной мозг
	тические нейроны спинного мозга,				(нисходящие		пути каудального
	гладкие мышечные клетки (гладкие				отдела	продолговатого			мозга),
	миоциты) позвоночных.				гладкие миоциты позвоночных.

5.4. Рецепторы.

На постсинаптической мембране имеются специальные места связывания медиатора - рецепторы.

Рецепторы (от латинского receptio – восприятие) - макромолекулы (белки или липопротеиновые комплексы), локализованные на внешней стороне постсинаптической

42

мембраны и имеющие связывающие центры для медиатора (либо другого лиганда). Различают рецепторы каналообразующие и метаботропные. В первом случае при вза-

имодействии медиатора с рецептором (рис. 8) изменяется конформация последнего, в результате чего свойства мембраны постсинаптического нейрона изменяются. Происходит открытие ионного канала, через который из внеклеточного пространства поступают ионы и, как следствие, - изменение потенциала мембраны. Когда рецептор освобождается от медиатора канал закрывается и потенциал покоя мембраны восстанавливается. Медиатор дезактивируется либо поглощается пресинаптическим окончанием. Восстановление потенциала покоя мембраны достигается с помощью ионных насосов, работающих за счёт энергии митохондрий.

43

Электрический импульс

Везикулы

Митохондрия

	Молекулы
Каналообразующий	медиатора
рецептор
Фермент
дезактиватор	Ионы

Рис. 8. Схема синаптической передачи импульса.

Общая схема синаптической передачи:

-поступление электрического импульса по аксону, деполяризация мембран и изменение потоков ионов пресинаптической мембраны, поступление ионов Са++ внутрь терминалей;

-регуляция кальциевого контакта синаптического пузырька с комплементарными участками пресинаптической мембраны И. как следствие этого, секреция медиаторов в синаптическую щель (экзоцитоз);

-диффузия медиатора к постсинаптической мембране и его реакция с соответ-

44

ствующим рецепторов;

-изменение ионных токов в области постсинаптической мембраны, образование постсинаптического потенциала и последующая генерация потенциала действия;

-изменение обмена в эффекторной клетке;

-инактивация отработанного медиатора;

-изменение обмена в нервных окончаниях для возобновления секреции медиатора при следующей импульсации (синтез медиатора, его депонирование в СП, ...).

Метаботропные рецепторы не включают в своей структуре ионный канал. Взаимодействие с такими рецепторами нейромедиатора или иного агониста передаёт сигнал через сопряжённый с рецептором G-белок на ферменты, регулирующие образование вторичных месенджеров (передатчиков, посланников). Так, например, взаимодействие норадреналина с

β2-адренорецептором через Gi-белок ингибирует аденилатциклазу, которая ингибирует образование ц-АМФ-зависимых протеинкиназ, фосфорилирование белков и приводит к биологическому ответу.

Всинапсах реализуется на молекулярном уровне действие литических и миметических веществ, т.е. веществ способных, подобно нейромедиаторам взаимодействовать с рецепторами постсинаптических мембран.

Миметические вещества при этом оказывают действие, аналогичное действию самих медиаторов. Литические же вещества, взаимодействуют с рецептором как конкурентные антагонисты медиаторов, блокируя синаптическую передачу. Они не способны вызывать конформационные перестройки молекул рецепторов, приводящие к генерации трансмембранного потенциала.

Кроме описанных выше синаптических рецепторов существуют и другие типы рецепторов. Так физиологическая активность ряда гормонов реализуется при взаимодействии с соответствующими мембранными рецепторами. При этом лиганд (гормон) доставляется к ним кровью. Рецепторы инсулина и факторов роста непосредственно связаны

стирозинкиназой и регулируют фосфорилирование белков. Рецепторы фибриногена ответственны за агрегацию тромбоцитов. Транскрипцию ДНК контролируют внутриклеточные рецепторы (ядерные или цитозольные). Лигандами последних являются стероидные и тиреоидные гормоны.

5.5.Кинетические параметры лиганд-рецепторного взаимодействия.

Втеории рецепции важное значение имеют методы описания кинетики лигандрецепторного взаимодействия. Первые работы в этой области связаны с именем А. Кларка, применившего закон действия масс к процессу образования лиганд-рецепторного взаимо-

45

действия. При достижении равновесия константа диссоциации Кd-комплекса LR описывается уравнением (9):

Kd =	K2				CLCR	(9)
			=
	K1				CLR

L – лиганд; R – рецептор;

К1 – константа скорости образования комплекса; К2 – константа диссоциации комплекса;

Кd – кажущаяся константа диссоциации (т.к. истинная величина СLR неизвестна); CL – концентрация лиганда;

CR – концентрация рецептора.

Величина, обратная константе диссоциации, - константа ассоциации характеризует аффинитет (сродство) L к R.

Основные положения классической теории действия лекарственных веществ (А. Кларк и Е. Ариенс) предполагают, что величина фармакологического эффекта L

пропорциональна концентрации комплекса LR (10)
Е = α СLR	(10)
и максимальный эффект Еmаx достигается при оккупации лигандом всех рецепторов (11).
Емах = α·r	(11)
r – общее количество рецепторов (свободных и ассоциированных с лигандом).

Коэффициент α по Ариенсу – внутренняя активность лиганда, т.е. мера эффективности взаимодействия L с R.

Эффективность лиганда Е с участием величины Еmаx может быть описана уравнением (12):

			o
E =	E max (CL)0		(12)
	(CL)0 + Kd

(СL)0 – общая концентрация лиганда (свободного и ассоциированного с рецептором). Зависимость Е от дозы по уравнению (12) описывается гиперболой (рис. 9).

46

Рис. 9. Зависимость величины фармакологического эффекта от концентрации лиганда.

Это же уравнение в координатах (график Хилла) графически представлено на рис. 10.

Рис. 10. График Хилла.

График Хилла даёт возможность определить наличие или отсутствие взаимодействия рецепторов между собой. Тангенс α(n) на графике равен количеству взаимодействующих между собой рецепторов. При n = 1 взаимодействия рецепторов нет, (взаимодействие лиганда с рецептором – не кооперативно), при n > 1 взаимодействие лиганда с рецептором характеризуется положительной, а при n < 1 – отрицательной кооперативностью.

Из уравнения (12) и графика на рис.10 следует, что константа диссоциации комплекса LR Kd количественно равна величине (CL)50, т.е. концентрации лиганда, при которой достигается полумаксимальный фармакологический эффект (Еmаx/2).

Уравнение (12), преобразованное Скэтчардом имеет вид (13):

47

E						E max
	=		1		E +		(13)
CL		Kd				K d

Оно весьма удобно для определения величины Kd (рис. 11). Величина тангенса угла α на графике Скэтчарда равна –1/Kd .

Рис. 11. График Скэтчарда.

(CL)F - равновесная концентрация свободного радиолиганда.

Сродство к рецептору немеченых лигандов определяется по их способности ингибировать связывание радиолиганда.

В большинстве случаев способность немеченого лиганда связываться с рецептором выражают величиной относительного сродства. Изменяя концентрацию немеченого лиганда, оценивают IC50 – концентрацию ингибитора, вызывающего 50%-ое уменьшение связывание радиолиганда с рецептором.

Значение IC50 находят обработкой зависимости специфического связывания (SB) от концентрации ингибитора методом Хилла. Константу ингибирования (Кi) специфического связывания радиолиганда находят по формуле (14):

K i	=	IC 50		(14)
			/ Kd
	1 + (CL)0

5.6. Аллостерическая теория.

Её принципы были впервые развиты А.Карлином. Они основаны на представлениях о существовании "активной" С1 и "неактивной" С2 конформаций рецептора, находящихся в состоянии равновесия:

С1				С2	(15)

48

В зависимости от аффинитета лиганда к рецептору в конформации С1 или С2 он проявляет свойства агониста или антагониста, соответственно. При комплексообразовании фиксируется одна из конформаций: С1 – в случае агониста или С2 – в случае антагониста вследствие смещения равновесия.

5.7. Скоростная теория

Разрабатывалась В.П. Пэтоном. В соответствии с ней величина эффекта лиганда зависит от скорости реакции образования комплекса LR. Соотношение скоростей ассоциации L + R и диссоциации LR определяет функцию лиганда: при низкой скорости диссоциации комплекса лиганд ведёт себя как антагонист рецептора, в противоположном – как агонист. Иными словами агонисты образуют короткоживущие, а антагонисты – долгоживущие комплексы. Очевидно, эта теория не применима в случаях, когда агонисты и антагонисты имеют различные места связывания.

5.8. Многоцентровое лиганд-рецепторное взаимодействие.

Выше рассмотренные теории основаны на предположении о бимолекулярном характере взаимодействия L-R. На самом деле большинство лекарственных веществ и других БАВ являются поливалентными соединениями, т.е. содержат не один, а два или более центров связывания и для каждого из них должен быть комплементарный участок на рецепторе. В соответствии с этим Де Леном была предложена теория взаимодействия многоцентровых лигандов с рецепторами.

Её основные положения:

1.Лиганд содержит несколько функциональных групп или иных фрагментов, которые узнаются соответствующими участками рецептора;

2.Взаимодействие фрагментов лиганда с участками рецептора должно происходить одновременно;

3.Эффект не определяется оккупацией всех рецепторов, а зависит от концентрации активных рецепторов, способных стимулировать эффектор;

4.С одним рецептором могут связываться несколько лигандов. При высокой концентрации лигандов, каждый из них мешает другому полностью связаться с рецептором и тем самым вызвать биологический ответ;

5.Число контактов L и R может быть большим, но только отдельные из них имеют определяющее значение для комплексообразования.

5.9.Теория активации рецепторов.

Теория предложена в 70-е годы А. Геро и в последующие годы развита им и другими исследователями. Её основное положение заключается в том, что лиганд, воздействуя на

49

рецептор, вызывает увеличение свободной энергии. При этом может происходить не только конформационное изменение молекулы рецептора, но и увеличение свободной энергии и уменьшение стабильности L-R-комплекса в процессе комплексообразования.

При переходе лиганд-рецепторного комплекса из высокоэнергетического в низкоэнергетическое состояние происходит десенситизация (снижение чувствительности) рецептора.

Благодаря этой теории стали понятными эффекты снижения аффинитета лигандов (агонистов и антагонистов) при их повторных взаимодействиях с рецептором.

РЕЦЕПТОРЫ АЦЕТИЛХОЛИНА И ИХ ЛИГАНДЫ

Ацетилхолиновые рецепторы и холинергические механизмы наиболее изучены.

Вконце XIX – начале XX вв Лэнгли наблюдал судорожные и тонические мышечные сокращения при нанесении тончайшей кисточкой никотина и ацетилхолина (АХ) на нервномышечный контакт млекопитающих. Лэнгли высказал предположение о существовании “рецептирующих веществ”, вызывающих мышечные сокращения. Позднее Дэйл сформулировал положение о том, что передача нервного импульса осуществляется путём взаимодействия АХ со специальными рецепторами. Роль АХ как медиатора была доказана О. Лёви в 1921 г. в экспериментах на блуждающем нерве изолированного сердца лягушки. Ацетилхолин синтезируется в митохондриях нервных клеток и накапливается в везикулах нервных окончаний. Считается, что в везикуле содержится несколько тысяч молекул ацетилхолина. Максимальное содержание АХ в мозге - в стволе и в хвостовом ядре, меньше -

вкоре и продолговатом мозге, ещё меньше - в мозжечке.

Вмозге АХ находится в свободном состоянии (20-25%) в синаптической щели, а также в теле нейрона или в аксоплазме. Лабильно связанный АХ (20-40%) находится в цитозоле нервных окончаний в свободном виде или в виде комплексов с белками. Эта часть - АХ, не вошедший в везикулы (синаптические пузырьки). Стабильно связанный АХ локализован в синаптических пузырьках (стабильное депо АХ).

Существуют 2 типа АХР - никотиновые (Н-АХР) и мускариновые (М-АХР). Они различаются по своей структуре и свойствам (табл. 7) Н-АХР – чувствительны к никотину, М-АХР - к мускарину. В свою очередь М- и Н-АХР гетерогенны, подразделяясь на субпопулляции. М-Ацетилхолинорецепторы включают 4 подтипа: М1-, М2-. М3- и М4-АХР. Н-Ацетилхолинорецепторы подразделяются на АХР мышечные и нейрональные. Идентифицируются они с помощью специфических для каждого подтипа рецепторов лигандов (агонистов или антагонистов).

50

Таблица 7

Свойства М- и Н-ацетилхолинорецепторов

Свойства		М-ацетилхолинорецептор			Н-ацетилхолинорецептор
Миметические		Мускарин, ареколин, пилокар-			Никотин, субехолин, сукцинилхолин,
средства		пин, окситреморин, ацетилме-			тетраметиламмоний.
		тилхолин.
Анионный центр		Карбоксильная или фосфатная			Карбоксильная	или	SH-группа.
		группа. Малая гидрофобная			Большая гидрофобная		зона вблизи
		зона вблизи центра.			центра.
Литические		Атропин, скополамин, амизил.			D-тубокурарин, гексаметоний, ди-
средства					гидро-β-эритроидин,		тетраэтилам-
					моний.
Наличие	S-S	Отсутствуют.			Расположены на расстоянии 1,2 нм от
связей					анионного центра. Восстановление S-S-
					групп снижает	чувствительность		к
					ацетилхолину.
Конформация		Реагирует	в	трансподобной	Реагирует в цисподобной форме.
ацетилхолина		форме (по отношению к -СН2-			Двухточечная фиксация		медиатора	с
		СН2-группе).		Трёхточечная	рецептором.
		фиксация	молекулы ацетил-

холина с рецептором.

Локализация	Сердце, гладкие мышцы, же-
	лезы, постганглионарные па-
	расимпатические нервы, мозг:
	зрительный бугор, морской
	конёк, кора, продолговатый
	мозг.

Вегетативные ганглии, скелетные мышц, надпочечники, электрический орган ската, поверхностные слои коры.

Из всех известных рецепторов наиболее изученным является Н-АХР нервномышечных контактов и электрических органов позвоночных. Он был выделен и очищен до гомогенного состояния и охарактеризован биохимически, фармакологически и иммунологически. Многие свойства этого рецептора изучены in vivo и in vitro.

Известно, что Н-ацетилхолинорецептор представляет собой гетеропентамерный белок, содержащий α-, β-, γ- и δ-субъединицы в соотношении 2:1:1:1. Места связывания ацетилхолина содержатся на α-субъединицах. Параллельные субъединицы пентамера пронизывают мембрану, образуя ионный канал. Открытие канала происходит при изменении конформации белка.

Активными центрами АХ является катионная ″головка″ и сложноэфирная группа. Этим центрам АХ соответствуют активные центры АХР: