Хиральность (она же оптическая изомерия) молекул играет важнейшую роль в биохимии

Хиральность (она же оптическая изомерия) молекул играет важнейшую роль в биохимии. Лево- (L-, левовращающие) и право- (D-, правовращающие) формы одной и той же молекулы могут проявлять совершенно разные свойства в организмах.

Ловите несколько примеров.

1. Глюкоза (D-глюкоза и L-глюкоза):

D-глюкоза (декстроза) — это основная энергетическая молекула в организме человека. Она участвует в гликолизе, цикле Кребса и других метаболических путях. Именно D-глюкоза активно захватывается клетками благодаря специализированным ферментам и транспортерам.

L-глюкоза является оптическим изомером D-глюкозы, но она не метаболизируется организмом таким же образом (наши ферменты не способны эффективно распознать эту форму). L-глюкоза даже рассматривалась как возможный заменитель сахара, поскольку её метаболизм сильно отличается.

2. Молочная кислота (L-молочная кислота и D-молочная кислота)

L-молочная кислота — это основной изомер, который образуется в организме человека как продукт гликолиза при недостатке кислорода. Она может быть переработана в печёночных клетках обратно в глюкозу.

D-молочная кислота у человека практически не метаболизируется и, если накапливается, то может быть токсичной. Некоторые бактерии продуцируют D-молочную кислоту, что в некоторых случаях вызывает «D-молочный ацидоз».

3. Аминокислоты (L- и D-формы)

В человеческом организме для синтеза белков используются в основном L-аминокислоты. L-изомеры распознаются рибосомами и включаются в структуру белков.

D-аминокислоты гораздо реже встречаются в природе, но они содержатся, например, в клеточных стенках бактерий или в некоторых антибиотиках. Несмотря на химическую схожесть, D-аминокислоты не «узнаются» ферментами, которые работают с L-формами.

4. Терпены и эфирные масла на примере лимонена (D-лимонен и L-лимонен).

D-лимонен обладает характерным цитрусовым ароматом (запах апельсина).

L-лимонен пахнет хвоей или терпентином.

Отличия в запахе обусловлены взаимодействием изомеров со специфическими рецепторами обоняния, чувствительных к их пространственной ориентации.

5. Талидомид являет собой очень печально известный пример последствий от недостатосного учета эффекта изомерии фармакологами прошлого.

Речь идет о препарате, который раньше широко использовался как успокоительное средство и средство от утренней тошноты у беременных женщин.

R-талидомид (правовращающий изомер) обладает заявленным эффектом и не имеет опасных побочек.

S-талидомид (левовращающий изомер) тератогенен — то есть приводит к порокам развития плода.

Несмотря на то, что фармакологи смогли изолировать R-изомер, они долгое время не знали, что в организме происходит спонтанное преобразование R-формы в S.

Это имело катастрофические последствия оказался катастрофическим, привел к ужесточению контроля за лекарствами и послужил важным уроком.

На примере этой истории можно обсудить в целом значение хиральности молекул в фармакологии.

Оптические изомеры могут иметь разные свойства в организме. Это влияет на их фармакодинамику и фармакокинетику.

Лекарство взаимодействует с рецептором или ферментом как «ключ с замком». Только один изоморф может подходить к активным центрам ферментов/рецепторов, в то время как второй будет неэффективен или даже вреден. Например, (S)-ибупрофен является активным соединением, снимающим воспаление, в то время как (R)-ибупрофен практически неактивен.

Разные изомеры могут метаболизироваться с разной скоростью. Например, (R)-изомер определённого соединения может разрушаться медленнее, что иногда приводит к накоплению в организме или нежелательным побочным эффектам.

Отсюда разная токсичность и разные побочные эффекты одного и того же лекарства с одной и той же формулой, но изготовленного по разным технологиям.

Неправильный изомер иногда вызывает токсические эффекты, особенно если попадает в состоящие из хиральных молекул ферменты или рецепторы. Это хорошо демонстрируется описанным выше случаем талидомида.

Современные фармакологические стандарты требуют тщательного исследования всех хиральных форм новых лекарств. Многие лекарства сегодня выпускаются в форме чистого энантиомера (состав, в котором все молекулы имеют одну хиральность), чтобы избежать побочных эффектов или токсичности «неправильного» изомера. Например, вместо рацемата (смеси D- и L-форм) проявляют предпочтение в использовании только активной формы, как это сделано для левофлоксацина (активного изомера антибиотика офлоксацина).

Кстати, по этой же причине нежелательно использовать лекарства с истёкшим сроком годности. Многие молекулы с течением времени или под воздействием факторов внешней среды меняют свою хиральность.

Короче говоря, #хиральность (нет, совсем не та, что в компьютерной игре Хидео Кодзимы) определяет, сможет ли вещество эффективно взаимодействовать с целевыми молекулами в организме и окажет ли оно желаемый эффект без побочных действий. Понимание тонкостей оптической изомерии помогает фармакологам создавать более безопасные и эффективные лекарства.

***

Друзья, поддержите этот паблик ежемесячной платной подпиской на доступную вам сумму. Это поможет его редакции и дальше радовать вас длинными познавательными текстами.

Источник: vk.com

Комментарии: