Ингибиторы «переходного состояния»

Существует много аналогов, препятствующих действию фер­ментов, занимая место нормального субстрата или кофермента и лишая их способности взаимодействовать с этим ферментом. Таким образом они блокируют нормальные биохимические ре­акции этого фермента.

метотрексата, который прочно связывается с дигидрофолатре- дуктазой, установлено, что сокристаллизация фермента, кофер­мента и субстрата не приводит к образованию ковалентной связи (разд. 9.33). Высокий индекс ингибирования, характер­ный для метотрексата, объясняется тем, что он более эффектив­но, чем субстрат, взаимодействует с активным центром фер­мента.

С этим же явлением связана способность некоторых ингиби­торов вызывать более сильные конформационные изменения фермента, чем те, которые происходят при действии субстрата. Так кинетика образования связи между аллопурннолом (9.51)—антиметаболитом гипоксантина (9.52), и ксантиноксида- зой указывает на то, что этот процесс происходит медленно, но в результате образуется прочная связь; устойчивое промежуточ­ное соединение не зафиксировано [Cha, Agarwal, Parks, 1975]. Авторы полагают, что подобное течение реакции свидетельству­ет о сильных конформационных изменениях.

Рассмотрим ингибиторы, которые создаются по аналогии не с самим субстратом, а с его переходным состоянием. Цель та­кой работы — получение ингибиторов, способных образовывать значительно более прочные связи с ферментом. Интерес к ним возник в связи с широко распространенным мнением о том, что активный центр свободного фермента комплементарен переход­ному состоянию субстрата, а не свободному субстрату [Pauling, 1948].

Во многих случаях неизвестно, какое именно переходное состояние образуется при соединении субстрата с ферментом. Поэтому обычно предполагают, что это состояние эквивалентно переходному состоянию, установленному для аналогичной реак­ции, проводимой в небелковом окружении в присутствии неорга­нического катализатора, такого как кислота или щелочь. Рас­смотрим некоторые общие случаи. При гидролизе амидной (или пептидной) связи на первой стади происходит присоединение молекулы воды по двойной связи С=О с образованием тетра­эдрического аддукта. Так, при взаимодействии амида (9.66) с водой происходит образование интермедиата (9.67), который быстро диссоциирует до соответствующей карбоксильной кисло­ты (9.68). Другим примером может служить конденсация пер­вичного амина с соединением, содержащим альдегидную груп­пу (9.69) (как в пиридоксале) с образованием нестабильного интермедиата (9.70) и последующей его диссоциацией до азоме- тина (основания Шиффа) (9.71).

60

Пентостатин (4.18) (дезоксикоформицин) и его рибозидный аналог коформицин обладают сильным ингибирующим действи­ем по отношению к аденозиндеаминазе, ферменту, превращаю­щему аденозин (9.72) в инозин (9.74) предположительно через интермедиат (9.73). Эту реакцию, подобную гидролизу амидина с образованием амида, необходимо ингибировать при лечении больных препаратами, содержащими адениновый фрагмент, на­пример видарабином (4.16). Молекула пентостатина (4.18) по структуре напоминает молекулу интермедиата (9.73) в области протекания реакции.

Пентостатин и коформицин связаны с ферментом очень прочно, практически необратимо [Cha, Agarwal, Parks 1975].

Точно так же 3,4,5,6-тетрагидроуридин (9.76) — сильный и специфичный ингибитор реакции дезаминирования цитидина (9.75) цитидиндеаминазой [Carmenier, 1968]. Прочная связь, образуемая этим ингибитором с ферментом, объясняется его структурным сходством с тетраэдрическим интермедиатом, по­добным (9.75). Аналогично 6-гидроксиметил-1,6-дигидропурин. (9.77)—сильный ингибитор аденозиндезаминазы [Evans, Wol- fenden, 1970].

Борные кислоты обладают сильным ингибирующим дейст­вием на пептидазы за счет стабильности тетраэдрической струк­туры, образованной гидроксильными группами, что делает их аналогами нестабильных интермедиатов, образующихся при гидролизе пептидной связи (9.67). Соединение (9.78) специфич­но действует на химотрипсин, так как необходимым условием для субстрата химотрипсина служит наличие ароматического ядра в боковой цепи [Koehler, Lienhard, 1971].

Альдегиды также представляют собой сильнодействующие ингибиторы пептидазы и находятся в состоянии равновесия с тетраэдрической гидратированной структурой, например (9.79). При этом, чем больше электроноакцепторных замести­телей содержит молекула, тем сильнее равновесие смещено в сторону образования метиленгликоля. Некоторые организмы вырабатывают альдегиды в качестве специфичных ингибиторов протеолитических ферментов. Так, например, лейпептины (ти­пичный представитель — ацетил-Ь-лейцил-Ь-лейцилангиналь), вырабатываемые по меньшей мере 17 видами Streptomyces, эффективно ингибируют плазмин, трипсин и папаин, но не хи­мотрипсин. При пероральном введении мышам лейпептины ока­зывают противовоспалительное действие, кроме того, они обла­дают радиозащитными свойствами, ингибируют свертывание крови и возникновение опухолей [Umezava, 1972].

Механизм действия ингибиторов «переходного состояния» другого типа связан с карбанионами и карбениевыми катиона­ми.

ион (9.82), который, так же как и лактон (9.83), имеет конфор­мацию полукреола и положительный заряд на атоме кислорода в цикле.

Было высказано предположение, хотя и недостаточно обос­нованное, о том, что при взаимодействии пенициллина с пеп- тидогликантранспептидазой (разд. 13.1) сначала происходит ингибирование по типу «переходного состояния», а затем уже ацилирование антибиотика ферментом [Lee, 1971]. Некоторые 6-дигидро-8-азапурины показали высокие терапевтические ин­дексы при действии на опухоли мышей [Albert, 1980]. Эти экспериментальные препараты разрабатывались как ингибито­ры «переходного состояния» биосинтеза пуринов. Вероятно, такие ингибиторы «переходного состояния» имеют большое бу­дущее, однако достижения в этой области пока невелики.

Подробнее об ингибиторах «переходного состояния» см. Lindquist (1975) и Lienhard (1972). В некоторых случаях суще­ствует второе место связывания необратимо действующих инги­биторов ферментом (разд. 9.7).

9.6.