Ķīmisko savienojumu hiralitāte

Brain

Expert Pharmacologist
Joined
Jul 6, 2021
Messages
240
Reaction score
270
Points
63
Ds94Tl0Cej


Ikviens no skolas laikiem atceras: vielas sastāv no molekulām, molekulas sastāv no atomiem. Ja sastāvs ir vienāds, tad arī viela ir vienāda. Tomēr viss ir sarežģītāk: no divām molekulām ar vienādu formulu viena var būt nepieciešamais medikaments, bet otra - bīstama inde.

Šodien mēs pētīsim, kāpēc molekulas spoguļattēls darbojas atšķirīgi, kāpēc astronautiem ik dienu izraksta amfetamīnu, kā ketamīna "spoguļattēla" versijas padara to par antidepresantu vai miega tableti un kas ir "talidomīda traģēdija".

Vai esi kādreiz, skatoties spogulī, domājis, kas būtu, ja tevi reālo un tevi no spoguļa apvienotu un salīdzinātu? Šķiet, ka jūs abi būtu vienādi - divas rokas, divas kājas... bet atspoguļotos horizontāli. Piemēram, dzimumzīme uz kreisā augšstilba tavā īstajā pārvietotos uz labā augšstilba tavā spoguļstiklā.

Situācija ir hipotētiska, bet tā izklausās pēc kāda slikta ceļojuma apraksta. Taču ķīmijas pasaulē iepriekš aprakstītā fantāzija ir ikdienišķa parādība, turklāt tai ir diezgan svarīga nozīme ķīmisko savienojumu īpašību noteik
šanā.

U9elXpSDZk


Kas ir "spoguļvielas"?
"Spoguļveida" vielas sauc par optiskajiem izomēriem. Šis termins, starp citu, nav pats veiksmīgākais, jo tas apraksta tikai gaismas polarizācijas rotāciju, kad tā iet cauri vienas un tās pašas vielas dažādu optisko izomēru šķīdumiem. Plašāk lietotais termins irenantiomēri .Šo jēdzienu vislabāk ilustrē attēls.

Ķīmijā savienojums ieņem tikai vienu konfigurāciju - enerģētiski izdevīgāko, ko izraisa atomu elektronu čaulu mijiedarbība. Šajā gadījumā šāda izdevīga ar centrālo oglekļa atomu saistīto atomu savstarpējā izvietojuma konfigurācija ir trihidrāla piramīda (tetraedrs). Un tās "stūru" izvietojums var būt vai nu kā kreisajā pusē, vai kā labajā pusē, un šos "atspulgus" nevar apvienot, lai kā tos arī savērptu.

Starp citu, ķīmiķi par to īpaši nedomā un optiskos izomērus sauc tā - kreisi rotējošie (L-izomēri) un labēji rotējošie (D-izomēri).

Tas var šķist kā kārtējais fizikas vai ķīmijas un to trīsstāvu vienādojumu mudžeklis, bet nebūt ne: kaut kāda brīnuma (patiesībā termodinamikas) dēļ izrādās, ka mēs visi sastāvam no aminoskābēm ar L-konformāciju un ogļhidrātiem ar D-konformāciju!
Skatīt pielikumu VoA0C6kGDy.jpeg
Protams, šim noteikumam ir izņēmumi: D-aminoskābes ir sastopamas dabā, bet to ir maz, tām piemīt ļoti specifiskas īpašības (piem, metabolisma regulēšana dažās baktērijās), un tās neietilpst olbaltumvielu sastāvā.

Slavenajā Millera eksperimentā, kurā tika atveidoti senās Zemes apstākļi un tā sauktais abiogenēzes posms - organisko savienojumu veidošanās no neorganiskajiem savienojumiem -, izejas rezultāts bija vienāds L- un D-amīnskābju maisījums.

Pastāv vairākas hipotēzes, kas izskaidro L-formu pārsvaru (piemēram, ka "jaunās" Saules starojums daļēji polarizējās un absorbēja D-amīnskābes ar to sekojošu iznīcināšanu), taču pagaidām tās ir maz sekmīgas, lai izskaidrotu, kāpēc agrīnie protoorganismi pašreprodukcijai tomēr "izvēlējās" L-amīnskābes.

Tomēr visi zinātnieki ir vienisprātis par vienu: "homohiralitātes" fenomens, tas ir, tikai L- vai D-amīnskābju izmantošana, ir viens no galvenajiem punktiem olbaltumvielu molekulu stabilitātē.

Interesanti, ka mūsu organisms nespēj sagremot D-amīnskābes un L-ogļhidrātus.Šis jaukais fakts noveda bioķīmijas zinātniekus pie ļoti sadistiska garīga eksperimenta, ko dēvē par "spoguļpasauli".

Iedomājieties, ka atrodaties uz planētas, kas ir identiska Zemei, bet kurā aminoskābju un ogļhidrātu ķiriskums ir apgriezts. Jūs mirtu badā (un, iespējams, saindētos) pat tad, ja būtu pārpilnība viegli sagremojamās pārtikas
.

1VQGM4bX7Y


Amfetamīna brāļi
Pacelsimies nedaudz virs bioķīmijas dzīlēm un aplūkosim, kā ķiriskums ietekmē mūsu ikdienas dzīvi. Piemēram, ņemsim tādu labi zināmu narkotiku kā amfetamīns. To ir apstiprinājusi FDA (Pārtikas un zāļu pārvalde) un pārdod ar zīmolu Adderall narkolepsijas ārstēšanai.

Tam ir divi enantiomēri - L-amfetamīns (levoamfetamīns) un D-amfetamīns (dekstroamfetamīns jeb deksedrīns).

Izmantojot klasiskās sintēzes metodes, iegūst tā saukto racēmātu, kas ir L- un D- enantiomēru maisījums aptuveni vienādās proporcijās. Pastāv arī "stereoselektīvās" sintēzes metodes, kas ļauj selektīvi iegūt vienu no enantiomēriem.

Attiecībā uz levoamfetamīna un deksedrīna bioloģiskajām īpašībām atšķirības ir diezgan būtiskas - levoamfetamīnam ir grūti šķērsot BBB (hematoencefalisko barjeru, specializētu šūnu un olbaltumvielu sistēmu, kas "filtrē" ķīmiskās vielas, kuras iekļūst smadzeņu audos), un tam ir galvenokārt perifēra iedarbība - paaugstināts asinsspiediens, paātrināta sirdsdarbība.

Savukārt D-enantiomēram ir galvenokārt CNS iedarbība: tas vairāk nekā četras reizes efektīvāk veicina dopamīna izdalīšanos nekā L-izomērs.
SOQ2gPqK9x

Tātad, kāpēc tas tā notiek? Viens no bioķīmijas pamatnoteikumiem ir tāds, ka substrātam ir jāpielāgojas fermentam kā atslēgai slēdzenei.Tas pats noteikums attiecas arī uz farmakoloģiju: zāļu vielai ir jābūt strukturāli radniecīgai savam mērķim.

Tā kā mērķa proteīna "saistīšanās vieta" neatpazīst visas molekulas struktūru, bet tikai atsevišķu atomu izvietojumu, un uz šī pamata proteīna molekula vai nu pārtrauc savu darbību, vai tiek aktivizēta, nelielai atšķirībai viena vai divu atomu telpiskajā stāvoklī var būt milzīga nozīme.

Ja uzmanīgi aplūkojat dažādu amfetamīna enantiomēru tilpuma struktūru, redzēsiet atomu stāvokļa atšķirības telpā (zilā krāsā ir slāpekļa atoms). Un tas ir būtisks aspekts, saistoties ar olbaltumvielām, piemēram, ar to pašu dopamīna pārnesēju (DAT).
57GJ8khoAi

Interesants fakts: Deksedrīns tika izmantots kosmosa medicīnā un amerikāņu astronautu lidojumos. Redziet, spēlēties ar spiedienu un hemodinamiku nulles gravitācijas apstākļos, aktīvi pārdalot ķermeņa šķidrumus, ir diezgan bīstami.Bet mums taču vajag kaut ko, kas uzturētu astronautu tonusu, vai ne?
.

Lūk, astronauta pirmās palīdzības aptieciņas sastāvs - kā redzamsslejās"Uzglabāts/izmantots",Mēness pētnieki labprāt sajauca deksedrīnu ar skopolamīnu.

Šis maisījums, kā ziņots, ir ārkārtīgi efektīvs slikta dūša ārstēšanai.
Pastāvējaarī noteikums, kas paredzēja, ka astronautiem, nolaižoties no orbītas, jāuzņem 10 mg deksedrīna.
BVYzi1qDvF

Drošs nomierinošs līdzeklis ar niansēm
Dažādu enantiomēru lietošanas vēsturē un farmakoloģijā bez amfetamīna jautrās Mēness iekarošanas ir bijušas arī dažas ļoti tumšas lappuses, piemēram, talidomīds.

Ir zināms, ka sievietes grūtniecības laikā kļūst "nosacīti vājprātīgas" lielas "hormonu vētras " dēļ, kas izpaužas kā bezmiegs, slikta dūša, nemiers un dīvainas garšas preferences, piemēram, pieprasot džema un šķiņķa sviestmaizi pulksten 1 naktī. Pagājušā gadsimta piecdesmito gadu beigās ārsti pievērsās arvien populārākajam talidomīdam - drošam nomierinošam līdzeklim bez nopietnām blakusparādībām.

Jā, tas mazināja trauksmi un dīvainus uzvedības traucējumus, bet lūk, kas ir galvenais - grūtniecības laikā tas nekad iepriekš netika lietots, pat žurkām ne.

Tikai 2-3 gadus pēc tā ieviešanas praksē ārstus pārsteidza milzīgs skaits dzimušu bērnu ar visdažādākajām deformācijām: dažiem nebija kāju, dažiem nebija roku, bet daži piedzima bez smadzenēm vispār (burtiski).Viņi sāka pētīt recepšu zāļu lietošanas vēsturi grūtniecības laikā un atrada talidomīdu.

PnuRgtc8vs

Protams, tā lietošana nekavējoties tika apturēta, un sākās vairākus gadus ilga izmeklēšana par to, kā tas vispār tika atļauts tirgū. Es nenogurdināšu lasītāju ar izmēģinājumu līkločiem, bet pāriešu pie lietas būtības.

Sintezē, kas nebija stereoselektīva, tika iegūti divi enantiomēri- D- un L-. Viens no tiem bija patiešām labs un piemērots nomierinošs līdzeklis bez blakusparādībām, otrs bija teratogēns, t. i., izraisīja iedzimtas kroplības.

Talidomīda (enantiomēra ļaunā brāļa) toksiskās iedarbības būtība bija tāda, ka tas, līdzīgi kā sinepju gāze, iekļūst DNS. Lai gan tas ir tikai viens no daudzajiem atklātajiem toksiskās iedarbības mehānismiem, situācijā, kad ir pastāvīgi dalītu šūnu masa, kas strauji aug, tas ir izšķirošais.
HpgZMVw8Q2

Šo zāļu izraisīto traģisko notikumu un invaliditātes virkni dēvē par talidomīda traģēdiju.Interesantākais ir tas, ka ražošanas uzņēmums nemaz nav bankrotējis, maksājot cietušajiem, turklāt Grünenthal joprojām labi un plaukstoši darbojas, ražojot opioīdu analgētiķi tramadolu.

Un dažkārt tas arī izsūc niecīgos 50 miljonus eiro dažādām invalīdu organizācijām.

Protams, arī mūsu "mīļotā"FDA ir ieviesusi vairākus papildu obligātos teratogenitātes testus, kas pirms talidomīda traģēdijas bija tikai un vienīgi farmācijas uzņēmumu atbildība.

Ketamīns: halucinogēns, antidepresants vai nomierinošs līdzeklis?

Turklāt ir daudz citu gadījumu, kad izšķiroša nozīme bija viena vai divu atomu atrašanās vietai molekulā, piemēram, citaloprāma un escitaloprāma (L-izomēra) sintēzē.

Otrais no pirmā atšķiras ar lielāku afinitāti (selektivitāti) pret serotonīna pārnesēju, kas pēc atbrīvošanas sūknē serotonīnu atpakaļ neironā. Ja transportieris tiek bloķēts, laiks, ko serotonīns uzturas starpsinaptiskajā telpā, pagarinās, un attiecīgi palielinās zāļu antidepresīvā iedarbība.

No citiem daudzsološiem antidepresantiem var minēt ketamīnu, ko iepriekš izmantoja tikai vispārējai anestēzijai. Tas eksistē arī kā divi optiskie izomēri - arketamīns (R-ketamīns) un esketamīns (S-ketamīns).

Ilgu laiku ārsti un farmakologi nepievērsa uzmanību atšķirībām starp racemāta un monoizomēra individuālajām formām, bet tagad, kad vielu aktīvi pēta kā antidepresantu un dažādu trauksmes traucējumu ārstēšanai, šīm atšķirībām pievērsta lielāka uzmanība.

Arketamīns ir vairāk nekā 4 reizes mazāk aktīvs nekā esketamīns attiecībā uz NMDA receptoriem, kuru blokāde ir feju halucināciju cēlonis.
DJhBpPFjQ3

Savukārt R-izomēram piemīt divas unikālas īpašības: AMPA-receptoru (receptoru, kurus parasti aktivizē glutamāts un kuri ir iesaistīti tā sauktā ilgtermiņa potenciāla - viena no atmiņas procesa bioloģiskajiem pamatiem - veidošanā) aktivācija un tikai arketamīnam raksturīga unikāla metabolīta - (2R,6R)-HNK-veidošanās.

Šis metabolīts, ko sauc vienkārši par hidroksinoketamīnu jeb, precīzāk, tā R-stereoizomēru, ir vidēji spēcīgs psihostimulants un labs antidepresants
.
8BV9QSACDm

Ir vērts pieminēt arī tā brāli dvīņu - esketamīnu. Tas ir spēcīgāks NMDA-antagonists un dopamīna atpakaļsaistes inhibitors. Tomēr, ja jūs domājat, ka tas ir labi, jūs kļūdītos. Ja šī neiromediatora ir daudz, cilvēks sāk justies, maigi izsakoties, ārpus saskares ar šo realitāti.

Šāda stāvokļa piemērs varētu būt alkoholiskais delīrijs - pēc sava mehānisma šis patoloģiskais stāvoklis daļēji atgādina tīra esketamīna lietošanas ietekmi.

Tomēr, ja pacientam injicē ļoti daudz esketamīna, viņš nonāks ļoti vieglā
(tolerances ziņā ) anestēzijā, pēc kuras iziešanas cilvēks būs gandrīz pilnībā brīvs no postnarkotiku uzbudinājuma, kas diezgan bieži novērojams, lietojot "klasisko" racēmisko ketamīnu.

DOg9CmUN7z


Un tā ir tikai neliela daļa no visiem iespējamajiem piemēriem par zāļu optisko izomēru bioloģiskās aktivitātes atšķirībām.

Pašlaik tiek veikti daudzi klīniskie pētījumi, kuriem vajadzētu atklāt šīs klīniski nozīmīgākās aktivitātes atšķirības vielām, kas līdz šim tika lietotas tikai kā racēmiskie maisījumi.

Un šīs atšķirības var būt nenozīmīgas savā stiprumā (pacientam nekas bīstams nenotiks, ja viņš lietos citalopramu escitaloprama vietā) vai ļoti nozīmīgas, kā tas ir talidomīda gadījumā
.
 
Top