Б. Механизм связывания акридинов и их аналогов с нуклеи­новыми

Акридины в лекарствах

Б. Механизм связывания акридинов и их аналогов с нуклеи­новыми

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГАОУ ВО «СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» ИНСТИТУТ ЖИВЫХ СИСТЕМ

КАФЕДРА ХИМИИИ

РЕФЕРАТ

по курсу дисциплины«Плановая научно-исследовательская работа»

на тему: «Акридины в лекарствах»

Работу выполнил:

Кузнецов Антон Сергеевич

студент 3 курса,

группы ХИМ-б-о-14-1,

специальности химия,

Проверила:

ассистент кафедры химии

кандидат химических наук

Авакян Елена Кимовна

Ставрополь 2017f

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Акридин, свойства и способы его получения и общее применение

1.1 Способы получения акридина

1.2 Химические свойства

1.3 Важнейшие производные акридина

1.4 Общее применение акридина

2. Структурно-функциональный анализ биологической активности производных акридина

3. Биологическая активность N9-замещенных акридин-9-аминов

Заключение

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

Одним из наиболее перспективных и важных направлений в области медицинской химии является поиск новых иммуностимуляторов, веществ обладающих противовирусной активностью. К числу веществ, обладающих указанными свойствами относиться акридин и его производные.

Производные акридина и акридона в настоящее время привлекают внимание исследователей, так как обладают целым рядом полезных свойств: биологической активностью (противоопухолевой, антибактериальной, противовирусной, антипаразитарной и др.), способностью к флуоресценции, позволяющей применять их в качестве флуоресцентных меток, индикаторов и реагентов в аналитической химии. Некоторые производные акридина – эффективные и ценные красители.

Также одним из перспективных направлений в последнее время является исследование новых фармакологических свойств производных акридонуксусной кислоты: противоопухолевой активности и иммуномодулирующего действия при лечении бактериальных инфекций.

Поэтому целенаправленный поиск и разработка удобных методов синтеза новых биологически активных веществ среди производных акридона и акридина, в частности, производных акридонуксусной кислоты, является весьма актуальной задачей.

Цель работы: изучить применение акридина и его производных в фармакологии. акридин химический биологический активность

Задачи:

1. Подбор и анализ источников литературы, данной теме.

2. Рассмотреть основные свойства акридина и его производных.

3. Изучить их применение в фармакологии и привести примеры лекарственных средств на их основе.

Реферат состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы, который насчитывает 12 источников.

Объем работы – 23 страницы печатного текста, включающий 19 схем.

1. АКРИДИН, СВОЙСТВА И СПОСОБЫ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ И ОБЩЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Акридин (схема 1) представляет собой конденсированную систему из двух бензольных и одного пиридинового ядер. Акридин подобен антрацену, в котором группа =СН- замещена на атом азота (10-азаантрацен).

Нумерацию атомов проводят таким образом, чтобы азот получил наибольший номер – 10. Положения 9 и 10 называют мезо-положениями.

Схема 1

Акридин – светло-желтое кристаллическое вещество с tпл =111°С и характерным запахом, легко возгоняется. Хорошо растворяется в органических растворителях, мало растворим в воде.

Разбавленные растворы имеют синюю флуоресценцию.

Растворы солей обладают зеленой флуоресценцией, при разбавлении водой происходит гидролиз и зеленая флуоресценция переходит в синюю, характерную для свободного акридина.

Акридин оказывает на слизистые оболочки и на кожу раздражающее действие, вызывает чувство жжения.

Акридин выделяют из антраценовой фракции каменноугольной смолы.

1.1. Способы получения акридина

Чаще акридин получают синтетическим путем, используя следующие методы:

1. Конденсация дифениламина с карбоновыми кислотами (схема 2). Акридин получают по способу Бернтсена при нагревании дифениламина с одноосновными карбоновыми кислотами в присутствии ZnCl2 как водоотнимающего средства.

Схема 2

2. Циклизация N-фенилантраниловой кислоты по реакции Дроздова-Магидсона-Григоровского (схема 3):

Схема 3

В молекуле 9-хлоракридина атом хлора проявляет большую подвижность, поэтому его используют для получения производных по положению 9 (схема 4):

Схема 4

1.2 Химические свойства

Реакции с участием гетероатома. Акридин является слабым основанием. Он обладает более слабыми основными свойствами, чем пиридин и хинолин.

Акридин, подобно пиридину, взаимодействуя с кислотами, образует соли, которые называются акридиниевыми. С надкислотами образует N-оксид акридина:

Схема 5

С электрофильными реагентами акридин взаимодействует с большим трудом и неоднозначно.

Реакции нуклеофильного замещения для акридина идут достаточно легко по положению 9. Например, при действии на акридин амида натрия образуется 9-аминоакридин (схема 6):

Схема 6

Акридин достаточно устойчив к действию окислителей.

При действии дихромата калия в уксусной кислоте акридин окисляется в акридон-9, который является таутомерным веществом:

Схема 7

Хотя в акрилоне-9 и содержится группа С=О, однако она не обладает кетонным характером. Это объясняется тем, что необобщенная электронная пара атома азота сопряжена с карбонилом, что снижает ее электрофильные свойства.

Молекулы акридона-9 благодаря межмолекулярным водородным связям образуют димеры. Акридон-9 в свободном состоянии представляет собой димер с высокой температурой плавления (схема 8):

Схема 8

При окислении акридина в жестких условиях (КМnO4 в щелочной среде) затрагивается одно из бензольных ядер с образованием хинолин-2,3-дикарбоновой кислоты (схема 9):

Схема 9

Восстановление акридина происходит подобно антрацену по наиболее активным мезо-положениям. Так, при действии натрия в спиртовом растворе или при каталитическом гидрировании акридин легко восстанавливается в 9,10-дигидроакридин (акридан) (схема 10):

Схема 10

Акридан обладает очень слабыми основными свойствами. Так же, как и у дифениламина, неподеленная электронная пара атома азота участвует в сопряжении с р-электронами бензольных колец. Только с сильными кислотами он образует соли, которые легко гидролизуются.

1.3 Важнейшие производные акридина

9-Аминоакридин (схема 11)

Схема 11

9-Аминоакридин – желтое кристаллическое вещество с tпл 236-237°С, растворяется в этаноле, ацетоне.

9-Аминоакридин является более сильным основанием, чем акридин. Несмотря на то, что в нем имеется два основных центра, соль образуется только по кольцевому атому азота.

Пара электронов аминогруппы вступает в сопряжение с л-электронами пиридинового кольца, смещаясь к кольцевому атому азота и повышая на нем электронную плотность.

В результате чего аминогруппа утрачивает способность к образованию солей.

Ацилирование протекает по аминогруппе (схема 12):

Схема 12

Из производных акридина отметим лекарственные препараты акрихин и риванол (схема 13):

Схема 13

Солеобразование с кислотами идет по кольцевому и диэтиламинному атому азота.

Акрихин нашел применение при лечении малярии. Риванол – бактерицидный препарат [5].

1.4 Общее применение акридина

Акридин и соединения акридина применяются для производства органических красителей (основных красок, строение которых подобно строению молекулы антрацена, где в качестве хромофорной группы выступает пиридиновое кольцо), используемых в текстильной и кожевенной промышленности – акридин-оранж, бензолофлавин, акридиновый жёлтый, хризанилин.

В микроскопии используют водорастворимый краситель акридиновый красный (Acridinrot), для окраски ядер и коллоида по методу Трайна.

Раздражающее действие акридина.

Акридин и его соли при попадании на кожу и слизистые оболочки приводят к их раздражению и воспалению, вызывая слезотечение (лакриматор), повышенное слюноотделение, зуд, чихание, гиперестезии, в тяжёлых случаях – повышение артериального давления, расстройства дыхания и кровообращения. Иногда отмечается воздействие акридина на ЦНС.

Для предупреждения нежелательного воздействия акридина необходимо тщательно вентилировать помещения с целью удаления пыли и паров, герметизация аппаратуры, обязательное ношение спецодежды [3,4].

2. СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДНЫХ АКРИДИНА

Отобранные для клинического применения индукторы ИФН представляют собой довольно ограниченную группу природных и синтетических соединений. Как уже указывалось, наибольшую медицинскую значимость имеют низкомолекулярные синтетические индукторы ИФН двух близких соединений – акриданоны и флуореноны.

Химические модификации этих базовых групп открывают широкие возможности для создания новых, более совершенных препаратов, что показано ниже на примере структурно-функционального анализа биологической активности производных акридина.

1939-1944 годы стали поворотным периодом в изучении связи структуры и активности различных групп соединений. Значительно больше внимания начали уделять изменениям физических и биологических свойств, вызываемым введением тех или иных групп в молекулу фармакофора.

Для проявления биологического действия наиболее важны распределение электронной плотности и стерическое строение молекулы. От распределения электронной плотности зависит способность молекулы к ионизации, облегчающей или препятствующей ичаимодействию вещества с рецептором. Стерические свойства монекулы определяют степень ее комплементарности к рецептору.

Прекрасной иллюстрацией того, как в серии родственных соединений эти свойства влияют на биологическую активность, может служить корреляция структура – активность в ряду акридинов.

Широкое использование производных акридина в медицине началось с открытия противомалярийных свойств акрихина и антибактериальных свойств этакридина лактата.

Однако биологическая активность препаратов группы акридина оказалась значительно шире. Они обладают антибактериальной, антипаразитарной, противовирусной и противоопухолевой активностью, выраженной в разной степени.

В настоящее время исследования в направлении синтеза и дизайна новых противовирусных и противоопухолевых препаратов акридинового ряда и изучения взаимодействия соединений этой группы с ДНК-РНК активно продолжаются.

Перспективным направлением в дизайне акридинов является получение олигомеров, что приближает эти производные к полимерным препаратам на их основе, разработанным НИИ гриппа РАМН совместно с Институтом высокомолекулярных соединений РАН.

В настоящее время ведется разработка комплексных препаратов солей акридоновой кислоты, не только стимулирующих противовирусную резистентность организма, но и обладающих прямой специфической противовирусной активностью. Более того, уже проходят клинические испытания препараты, комплексно влияющие на иммунитет и обеспечивающие защиту против особо опасных вирусных инфекций [1].

Молекулярно-биологические механизмы действия производных акридина.

В основе химического строения всей группы акридинов лежит положительно заряженное акридиновое ядро, несущее различные радикалы.

Родоначальник этого ряда соединений акридин представляет собой трициклическую ароматическую структуру. Акридин имеет плоскую молекулу и обладает слабыми основными свойствами.

Еще в начале XX века производные акридина применялись в качестве антибактериальных средств. Некоторые представители этого ряда веществ нашли применение и в современной медицине.

Простейшим представителем в плане химического строения является акридонуксусная кислота, представляющая собой плоскую трициклическую гетероароматическую молекулу с N-карбоксиметильным заместителем.

В настоящее время широко применяются в клинической практике соли незамещенной акридонуксусной кислоты: натриевая соль – препарат неовир, а также N-метилглюкаминовая соль – препарат циклоферон.

Более сложное строение имеют акрихин и этакридина мактат. Оба препарата содержат положительно заряженные аминогруппы в качестве заместителей, а азот в пиридиновом кольце остается незамещенным.

Акрихин был первым акридиновым противомалярийным средством, получившим широкое распространение, впервые применен в 1933 г. В настоящее время он используется как противоглистное средство и как препарат для лечения красной волчанки, кожного лейшманиоза, псориаза.

Противомалярийное действие акрихина обусловлено в основном его способностью к взаимодействию с ДНК.

Хорошо известный антисептик этакридин лактат широко применяется в хирургической практике, главным образом при инфекциях, вызванных, кокками, а также внутрь при инфекциях тонкой и толстой кишки, в основном в странах Западной Европы.

Из производных акридина важное примене­ние имел так называемый акрихин – 6-хлор-2-метокси-9-(1-метил-4-диэтиламино) бутиламиноакридин дихлоргидрат – желтое кристаллическое вещество с т. пл. 248–250 °С.

Риванол – соль молочной кислоты акридинового производного следующего строения: эффективный антисептик. Применяется также для лечения амебной дизентерии [9].

3. БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ N9-ЗАМЕЩЕННЫХ АКРИДИН-9-АМИНОВ

Производные 9-аминоакридина – достаточно интересная группа гетероциклических соединений, химическая структура которых обуславливает наличие у них разнообразной биологической активности.

Так, было установлено, что аминоакридины окрашивают только ДНК и РНК, содержащиеся в клетках позвоночных, таким образом, они могут селективно накапливаться в ядрах клеток и других клеточных органоидах, содержащих нуклеиновые кислоты.

Оказалось, что аминоакридины способны ингибировать ДНК-полимеразу бактерий путем связывания с матричной ДНК, а также интеркалировать между стойками оснований в двойную спираль ДНК.

Вследствие указанных выше особенностей производных 9-аминоакридина многие вещества данного ряда обладают противоопухолевым, противовирусным, антибактериальным, противовоспалительным действием [7].

Некоторые из соединений показали заметную специфическую активность против вируса бычьей диареи, прототипа пестивирусов, который ответственен за тяжелые заболевания скота. Анализ структуры полученных продуктов показал также, что введение заместителей в акридиновое ядро и аминогруппу в 9 положении приводит к снижению токсичности веществ [23].

Димерные акридиновые соединения также обладают противовирусой активностью, в частности исследования проводились в отношении бактериофага MS2 – одноцепочечного РНК- вируса, который поражает бактерии Escherichia coli.

N9-Замещенные акридин-9-амины, содержащие замещенную карбоксамидную функциональную группу (схемы 14,15), способны ингибировать распространение герпетической инфекции. Механизм действия данных веществ предположительно основан на блокировании связывания фермента топоизомеразы с ДНК [12].

Схема 14

Схема 15

В литературе описано большое число примеров использования N9-замещенных акридин-9-аминов в химиотерапии рака, причем наиболее часто исследуются различные 9-анилиноакридины.

Так, широко известен в медицинской практике препарат амсакрин (схема 16) – противоопухолевое средство, оказывающее цитостатическое действие и ингибирующее активность фермента топоизомеразы II. Его плоская кольцевая система может интеркалировать в ДНК опухолевых клеток, тем самым изменяя пропорции большой и малой канавок [3].

Амсакрин обычно используется при лечении различных лейкозов.

Схема 16

Высокой противоопухолевой активностью обладает также 3-(9-акридиниламино)-5-гидроксиметиланилин (схема 17) и его производные, которые наиболее эффективны против рака легких и груди.

Схема 17

Производные 2-метокси-6-хлор-аминоакридина, изображенные на схеме 18, проявляют антипролиферативную активность в отношении клеточной линии миелогенной лейкемии, гепатоцеллюлярной карциномы печени и рака молочной железы.

Схема 18

Ряд N9-замещенных акридин-9-аминов, содержащих пятичленный гетероциклический фрагмент, показал хорошую противоопухолевую активность против рака молочной железы, печени и толстой кишки.

Ценным свойством некоторых производных 9-аминоакридина является

антипротозойная активность. Так, в медицине активно применяется препарат акрихин (другие названия – мепакрин, хинакрин).

Первоначально он использовался в качестве противомалярийного средства, в настоящее время акрихин назначается как противоглистное средство, а также для лечения красной волчанки, кожного лейшманиоза, псориаза [8].

В литературе описаны примеры некоторых других фармакологических свойств акрихина и его производных [9], например, приведено исследование данных соединений как потенциальных средств для лечения болезни Альцгеймера.

Установлено, что N9-замещенные акридин-9-амины, содержащие 2-нитроимидазольный и 3-нитротриазольный фрагмент, обладают противотрипаносомной активностью.

Серия триазинов 9-анилиноакридина (схема 19) обладает противомалярийным действием и эффективна против Plasmodium falciparum, наиболее опасной формы паразита – возбудителя данной болезни.

Схема 19

R1R2
анилинN,N-диметилпропилендиамин
анилингидразин
анилин4-(2-аминоэтил)морфолин
п-фторанилин4-(2-аминоэтил)морфолин

Аналогичной активностью обладают и ряд других производных 9-аминоакридина.

Многие производные 9-аминоакридина ввиду особенностей своей структуры проявляют противомикробную активность в отношении различных штаммов микроорганизмов. Так, в медицине применяется препарат риванол – 2-этокси-6,9-диаминоакридина лактат.

Риванол не вызывает раздражения тканей, эффективен при инфекциях, вызванных кокками и стрептококками. Применяется в основном как наружное профилактическое и лечебное антисептическое средство в хирургии, гинекологии, урологии, офтальмологии, дерматологии.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, на основании выполненного анализа литературных

источников, можно сделать следующие выводы:

– недостаточно полно изучена антибактериальная активность и взаимосвязь структура-активность производных акридонуксусных кислот, 4-карбоксиакридона и N9-замещенных акридин-9-аминов, содержащих дополнительный гетероциклический фрагмент.

– вследствие ряда уникальных особенностей химической структуры 9-аминоакридин и его N9-замещенные производные обладают широким спектром биологической активности: противоопухолевым, противовирусным, антибактериальным, антипротозойным действием. В фармакологии активно применяются такие препараты, как акрихин, амсакрин, риванол, исследуются их различные модификации. В настоящее время данный ряд соединений продолжает активно изучаться.

– акридонкарбоновые кислоты и их производные обладают разнообразной биологической активностью и представляют интерес для исследователей.

Отдельно необходимо отметить акридонуксусную кислоту, соли которой обладают противовирусным и иммуномодулирующим действием и широко применяются в медицине, а также различные амиды 4- карбоксиакридона, проявляющие противоопухолевую и противовирусную активность.

Производные акридонкарбоновых кислот, обладающие интенсивной флуоресценцией, применяются в качестве флуоресцентных меток и аналитических реагентов.

Целенаправленный поиск и синтез новых продуктов в данном ряду соединений имеет важное научное и практическое значение, одним из перспективных направлений, например, является исследование новых фармакологических свойств производных акридонуксусной кислоты.

СПИСОКИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Воробьев А.А. Принципы классификации и стратегия применения иммуномодуляторов в медицине. ЖМЭИ, 2002, N4, c.93-98.

2. Colonna M., Krug A., Cella M. Interferon-producing cells: on the front line in immune responses against pathogens. Curr.Opin.Immunol. 2002, 14, 373-379.

3. Джилкрист Т. Химия гетероциклических соединений. М.: Мир, 1996, с.78-109, 203-205.

4. Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Химия органических соединений, учебник для ВУЗов. С.-Пб.: Иван Федоров, 2002, с.521-524.

5. Лернер И.М., Гонор А.А., Славачевская Н.М., Берлин А.И. Указатель препаративных синтезов органических соединений. 2-ое изд., перераб. и доп. Л.: Химия, 1982.

6. Свойства органических соединений: справочник /под ред. А.А. Потехина, Л.: Химия,1984.

7. Шабаров Ю.С. Органическая химия, учебник для ВУЗов: в 2 кн. М.: Химия, 1996.

8. Земцова М.Н. Органическая химия. Указания к курсовой работе. Самар. гос. техн. ун-т. Самара, 2005, с.23.

Источник: https://revolution.allbest.ru/chemistry/00851532_0.html

Катионные антибактериальные средства, действующие ло типу акридинов

Б. Механизм связывания акридинов и их аналогов с нуклеи­новыми

Выше была рассмотрена зависимость между степенью катионной ионизации и антибактериальной активностью производных акридина. Подобная зависимость существует также по крайней мере для семи других серий соединений: бензоакридинов (10.9) — (10.

11) (всего исследовано 16 представителей), фе- нантридинов (10.12) (исследовано 6 представителей) и трех изомерных бензохинолинов (10.13) — (10.15) (исследовано 21 соединение) [Albert, Rubbo, Burvill, 1949]. Некоторые из этих примеров приведены в табл. 10.

10.

А. Необходимость плоской структуры молекул. Albert и сотр. установили, что соединения, образованные удалением одного

Cl

Хлорцнклизнн Хлорфенамин

(9.56а) (9.57)

Антагонисты Н2-рецепторов. Н2-рецепторы гистамина ответственны за стимуляцию матки, предсердия и секрецию кислоты в желудке. Поиски антагонистов Н2-рецепторов гистамина были начаты Дж. Блэком в надежде, что эти лекарственные препараты смогут принести облегчение или даже полечить язву желудка. Так был создан циметидин (9.58), нашедший широкое применение в клинике [Gray et al., 1977].

Ключом к решению многих проблем стало открытие того, что 5-метилгистамин (9.59) представляет собой агонист только Нг-рецепторов (но не Ні-рецепторов). Подобное явление уже отмечали в случае метахолина [1-метилпроизводного АХ, проявляющего такую же, как у АХ, активность по отношению к мускариновым рецепторам, но не действующего на никотиновые (разд. 12.6).

Было обнаружено, что сильное агонистическое действие производных гистамина на Н2-рецепторы непосредственно определяется возможностью таутомерии (перемещение атома водорода от одного атома азота к другому).

Отсутствие такой возможности приводит к появлению агонистического действия на Hi-рецепторы, как, например, в случае 2-(2-аминоэтил) пиридина [Durant, Ganellin, Parsons, 1975].

Me ——- ■ CH2—S—CH2—CH2—NH—C—NHMe л

N—СН

Циметиднн

(9.58)

Меч

4——- —– ch2ch2nh2

N 'NH

4-Метнлгистамнн

(9.59)

j==|CH2CH2CH2CH2NH—C—NHMe

*4 s

Буринамнд

(9.60)

В разд. 7.5.2 обсуждался вопрос о том, что молекула антагониста должна иметь значительно более сложную структуру, чем молекула агониста. Примером этого могут служить антаго-
цисты Ні-рецепторов.

Агонистическое действие исчезает при наличии в молекуле лекарственного вещества неионизирующей- ся боковой цепи; антагонистическая активность повышается при удлинении боковой цепи.

Подходящим концевым фрагментом боковой цепи считают метилмочевину и некоторые другие плоские структуры с двойной связью, также способствующие адсорбции. На основе вышеизложенного был создан первый Н2-аго- нист-—буринамид (9.60).

Было показано, что он действует как конкурентный и специфический антагонист гистамина на предсердие морских свинок и матку крыс, на рецепторы которых Н i-антагонисты не действуют. К сожалению, действие буринами- да оказалось слишком слабым для применения его в клинике [Black et al., 1972], кроме того, при пероральном введении он плохо всасывается.

Те же исследователи заменили в молекуле буринамида одну группу—СН2 — боковой цепи атомом серы (—S—).

Это не только облегчило процесс синтеза, но и привело к снижению основности цикла, которая была слишком высокой (рКа = 7,3) по сравнению с гистамином (для имидазольного кольца рКа = 6). Введение метильной группы в положение 5 имидазольного кольца позволило получить новый лекарственный препарат метиамид (9.61) с рКа = 6,8, хорошо всасывающийся при пероральном применении.

Так, при pH 7,3 процент ионизированной формы (катиона) буринамида, метиамида и гистамина составляет 50, 24 и 5% соответственно. С помощью метиамида было вылечено несколько сотен больных с язвой желудка.

Однако после того, как было обнаружено, что этот препарат обладает способностью снижать количество гранулоцитов в крови у небольшой группы больных, он был изъят из применения [Durant et al., 1977].

Этот побочный эффект был вызван наличием в молекуле буринамида тиомочевинного фрагмента. Поиск неионизирую- щейся изостерной группы привел к замене ее цианогуанидиновым фрагментом. Полученный в результате циметидин (9.

58), М-метил-ЬТ-циано-М” – [(5-метилимидазол-4-ил) метилтиоэтил] гуанидин, имеет такую же величину рКа = 6,8, как и метиамид [Ganellin, 1981]. Аналогичными клиническими свойствами обладает препарат ранитидин (9.62), созданный несколько позднее.

Его молекула отличается от молекулы циметидина тем, что ее боковая цепь вместо группы С—N—CN содержит изостерную ей группу =СН—N02. Кроме того, имидазольный цикл молекулы циметидина заменен в этой молекуле фурановым, не обладающим основными свойствами и снижающим основность диметил- аминогруппы боковой цепи.

Способность ранитидина понижать секрецию кислоты в желудке обсуждается в работе Bohman (1980). Заменой имидазольного цикла мочевиной был получен препарат димаприт (7.45) (разд. 7.3).

Об антигистаминных лекарственных препаратах см. Rocha, Silva (1978).

Таблица 10.10. Зависимость бактериостатического действия от а) степей» ионизации и б) площади плоской поверхности молекулы в ряду катионных лекарственных средств1 [Albert et а 1.

, 1949]

СоединениеМинимальная бактериостатическая концентрация для Streptococcus pyogenes после 48-часовой инкубации при 37 °С (среда: бульон с 10% сыворотки, pH 7,3)Степень ионизации (pH 7,3, 37 °С), %Площадь плоской поверхности, рассчитанная, как указано на рис. 9.

5, им2

Акридин1в:5000і0,385
9-Амнноакридин (10.

16)

160 0001000,385
Бензо (с) акридинважен именно размер плоской поверхности этих молекул? Очевидно, что увеличение числа атомов в молекуле повышает ее способность адсорбироваться на рецепторе.

Это

объясняется тем, что слабые ван-дер-ваальсовы силы, связывающие каждый атом агента с каждым атомом рецептора, в совокупности становятся действительно мощной силой, если во взаимодействии с обеих сторон участвует большое число атомов.

Этой силе противостоит кинетическая энергия движения молекул, которая не увеличивается при возрастании размеров молекул. Ионные пары, образованные катионом (лекарственное вещество) и анионом рецептора, существовали бы очень недолго в отсутствие этих дополнительных связей (разд. 8.0). Для рассматриваемой серии веществ особенно важно копланарное расположение атомов лекарственного вещества. Это означает, что атомы биологической поверхности, с которыми они вступают во взаимодействие, также располагаются в одной плоскости.

Можно ли получить эффективные антибактериальные средства акридинового типа (т. е.

воздействующие и на грамполо- жительные и на грамотрицательные бактерии при большом разбавлении без ослабления эффекта в присутствии белка) из всех молекул с достаточной степенью катионной ионизации и плоскостью поверхности? К подобным веществам относится метиленовый синий, имеющий плоскую молекулу и высокую степень ионизации.

Однако его окислительно-восстановительный потенциал так высок, что катионы метиленового синего восстанавливаются продуктами метаболизма большинства бактерий, например Е. соН; метиленовый синий токсичен для родственного штамма Aerobacter aerogenes, не способного восстанавливать его катионы (продукт восстановления не ионизируется при pH 7).

Однако число плоских гетероароматических соединений, способных образовывать сильно ионизированные аминопроизводные, очень ограничено, поскольку введение добавочного гетероатома приводит к резкому снижению основности [Albert, Goldacre, Phillips, 1948; Albert, 1968].

Это можно преодолеть, введя короткую высокоосновную боковую цепь в плоское ароматическое ядро с площадью поверхности 3,8 нм2 таким образом, чтобы боковая цепь и ароматический цикл находились в сопряжении. Такой боковой цепью может быть остаток гуанидина или дигуанида.

В этом случае необязательно, чтобы цикл был гетероароматическим: пригоден ароматический углеводород подходящих размеров (например, антрацен).

Осуществляя эту гипотезу на практике, мы обнаружили соединения, обладающие истинной антибактериальной активностью акридинового типа, не содержащие гетероцикла; примерами могут служить два производных антрацена, представленные в табл. 10.10 [Albert, Rubbo, Burvill, 1949].

Удивительно сходство биохимического действия аналогов акридина с действием самих акридинов. Так, например, этидиум и профлавин, ингибируют одни и те же ДНК-зависимые полимеразы, а именно синтезирующие как ДНК, так и (менее эффективно) РНК (в обоих случаях они соединяются с ДНК-мат- рицей) [Elliott, 1963; Waring, 1965].

Б. Механизм связывания акридинов и их аналогов с нуклеиновыми кислотами. В экспериментах in vitro было продемонстрировано, что связывание профлавина (10.

7) (3,6-диаминоакри- дин) с ДНК идет по двум механизмам: во-первых, по реакции первого порядка, в которой равновесие достигается при соотношении 4 или 5 нуклеотидов на одну молекулу профлавина, и, во-вторых, в результате более медленной реакции высокого порядка, в которой одна молекула профлавина связывается с одной молекулой нуклеотида [Peacocke, Skerrett, 1956]. Второй процесс заключается в неупорядоченной адсорбции дополнительных молекул акридина на внешней стороне спирали ДНК.

/NH

h,

В 1961 г.

Lerman предположил, что молекулы 3,6-аминоак- ридина более прочно присоединяются к ДНК, благодаря интер- каляции между двумя слоями пар азотистых оснований, при этом первичные аминогруппы связываются ионной связью с двумя остатками фосфорной кислоты в спирали Уотсона — Крика, а плоский скелет акридинового цикла удерживается на молекулах пурина и пиримидина ван-дер-ваальсовыми силами [Lerman, 1964а]. На рис. 10.7 представлена эта структура (вид сбоку). Необходимость большой плоскости поверхности и высокой степени ионизации у молекул, обладающих антибактериальным действием, очевидно, и объясняется образованием этой структуры.

По данным рентгеноструктурного анализа слои азотистых оснований ДНК обычно связаны между собой сверху и снизу

Рис. 10.7. Схема вторичной структуры нормальной ДНК (слева) и ДНК, включающей интеркалироваиные молекулы профлавина

(справа). Спираль рассматриваетси с отдаленной точки под таким углом, что видны лишь боковые проекции пар азотистых оснований и интеркалированиых молекул профлавина,

а фосфорибозильный остов выглидит как регу- лирная спираль.

ван-дер-ваальсовыми силами. Расстояние между центрами атомов соседних пар оснований в цепи составляет 0,336 нм.

Это означает, что молекулы аминоакридинов, имеющие точно такую же толщину, что и пуриновые и пиримидиновые основания, могут проникать в оставшиеся 0,336 нм (от общего расстояния 0,672 нм).

Это пространство может образоваться за счет небольшого раскручивания двойной спирали (угол поворота варьируется для каждого вещества; так для этидиума он составляет 26° [Wang, 1974], для профлавина и алкалоида зллип- тицина он несколько меньше [Kohn et al., 1975]).

Теперь рассмотрим, как Lerman пришел к теории интерка- ляции. При взаимодействии профлавина с ДНК происходит трехкратное увеличение вязкости. Это объясняли тем, что внедряющиеся молекулы не только вытягивают спираль, но и делают ее жесткой и спрямленной.

Было установлено, что комплекс ДНК —профлавин имеет более низкий коэффициент седиментации, чем свободная ДНК- Это происходит за счет потери массы на единицу длины (ОММ профлавина составляет менее половины массы равного объема ДНК). Эти результаты были получены в разбавленном водном растворе.

Было также обнаружено, что нити, вытягиваемые из комплекса, дают значительно более простые рентгенограммы, чем получаемые для чистой ДНК.

Меридианальный рефлекс, соответствующий расстоянию 0,34 нм между соседними слоями, сохраняется, но новые положения первых экваториальных рефлексов свидетельствуют о том, что каждая молекула ДНК теперь имеет более плотную упаковку, а следовательно, и меньший диаметр, чем молекула чистой ДНК [Lerman, 1961]. В 1963 г.

Lerman показал, что соотношение интенсивностей флуоресценции движущегося и неподвижного раствора согласуется с представлением о перпендикулярном расположении молекул акридина по отношению к оси спирали. Затем он обнаружил резкое падение скорости диазотирования первичных аминогрупп профлавина в присутствии ДНК- Это означало, что ДНК защищает аминогруппы от действия азотистой кислоты [Lerman, 1964]. Было замечено, что для денатурации ДНК после образования комплекса с 9-амино- акридином требуется более высокая температура [Lerman, 1964b] (ср. Chambron, ниже).

Теория интеркаляции была подтверждена данными, полученными другими методами. Так, радиоавтография ДНК (содер
жащих [3Н]тимин), выделенной из Т2-колифага, проводилась до и после погружения в разбавленный раствор профлавина. При этом было показано, что аминоакридин удлиняет молекулу ДНК от 45 до 75 мкм [Cairns, 1962].

Столь же убедителен был и тот факт, что благодаря интеркаляции профлавина температура плавления (Тт) ДНК повышалась на 20°, а при «расплавлении» комплекса происходило внезапное выделение большей части связанного профлавина (т. е. нити двойной спирали разделялись) [Chambron, Daune, Sadron, 1966].

Впоследствии это явление было подтверждено Kleinwachter, Bakarova, Bohacek (1969).

Прямое доказательство правильности теории интеркаляции было получено при рентгеноструктурном изучении комплекса профлавин — ДНК, показавшем, что молекула аминоакридина располагается параллельно парам оснований ДНК в соотношении 1:3 [Neville, Davies, 1966].

Исследование растворов комплексов пяти моноаминоакридинов с ДНК методами линейного и кругового дихроизма подтвердило, что катионы акридина лежат в плоскостях, параллельных тем, в которых находятся пары оснований [Jackson, Mason, 1971].

И наконец, было обнаружено, что свободная энергия связывания аминоакридинов с ДНК близка энергии, характерной для процессов интеркаляции, но слишком высока для любого другого вида связывания на внешней стороне цепей ДНК [Jordan, 1968].

С точки зрения электростатических взаимодействий область ДНК, доступная для интеркаляции, несет высокий отрицательный заряд, образующийся не только за счет фосфат-анионов, пуриновых и пиримидиновых оснований (за исключением аде- нина) и частичных отрицательных зарядов атомов кислорода дезоксирибозы.

Именно в это отрицательно заряженное пространство и втягиваются катионы лекарственного вещества, почти полностью нейтрализуя избыточный отрицательный заряд.

Последующее образование ван-дер-ваальсовых связей с основаниями ограничивает дальнейшее продвижение молекулы и обеспечивает относительную устойчивость комплекса. На рис. 10.8 показана интеркаляции профлавина в молекулу ДНК (изображение построено по данным рентгеноструктурного анализа).

Согласно расчетам, средняя площадь пары оснований в спирали ДНК или РНК составляет около 0,5 нм2, что превышает площадь молекулы акридина (0,385 нм2), рассчитанную методом, показанным на рис. 10.5. Однако в любой одноцепочечной модели небольшая часть каждой молекулы акридина будет выпячиваться наружу.

Липофильные аналоги, такие как акридиновый оранжевый (3,6-бисдиметиламиноакридин), не только интеркалируют, но и прочно прикрепляются к внешней стороне ДНК.

В. Другие соединения, интеркалирующие в ДНК. Как это

часто случается с новыми идеями, концепция интеркаляция поначалу не получила должного признания. Однако вскоре, и это

Рис. 10.8. Интеркаляции 3,6-диамииоакридииа между слоями пар оснований ДНК.

Левое кольцо акридина противостоит почти точно иад цитозином, а правое кольцо — почти точно иад пиримидиновым циклом гуанина; область ван- дер-ваальсовых связей молекулы акридина обозначена сплошной линией [Ler-

man, 1964b].

тоже не редкость, после ее признания очень многим лекарственным веществам самых разных типов стали приписывать именно этот механизм действия.

Для проверки подобных утверждений был введен специальный тест на интеркаляцию, показывающий, вызывает ли исследуемое вещество локальное раскручивание двойной спирали суперспирализованной кольцевой ДНК, например ДНК колифага [Waring, 1970].

При первичном добавлении аминоакридина количество правозакрученных суперспиралей равномерно уменьшается; при достижении критического соотношения добавленных молекул суперспирали исчезают и ДНК превращается в раскрученное открытое кольцо, имеющее благодаря интеркаляции большой диаметр.

По мере дальнейшего добавления лекарственного вещества нарастание напряжений в кольце ДНК снова приводит к появлению суперспиралей, но теперь уже левозакрученных. Так как суперспирали более компактны, чем раскрытые кольца, они быстрее осаждаются, что позволяет судить о ходе процесса по изменению коэффициента седиментации, проходящего через минимум [Waring, 1970].

Применение этого метода позволило установить, что механизм интеркаляции характерен для некоторых аминофенантри- динов, включая (10.23), для антималярийного препарата хин- гамин (10.31), трех карциностатических антибиотиков: ногало- мицина, даунорубицина и актиномицина D (4.38) (разд. 4.0).

Однако для хлорпромазина и диэтиламида лизергиновой кислоты (ЛСД) такого подтверждения получено не было, хотя ранее им приписывали интеркаляционный механизм действия.

Было обнаружено, что спермин, стрептомицин, диминазен и митрами- цин активно взаимодействуют с ДНК, но не образуют интерка- лятов [Waring, 1970].

Рассмотрим другие, не менее важные примеры интеркаля- ции. Парафуксин (10.5), краситель трифенилметанового ряда, интеркалирует в ДНК, однако не так плотно, как профлавин [Armstrong, Panzer, 1972].

Антибиотик эхиномицин содержит полипептидную цепь, с которой связаны два хиноксалиновых цикла, далеко отстоящие друг от друга. Эти циклы одновременно интеркалируют в разные участки ДНК.

Происходящее вследствие этого раскручивание и удлинение спирали в два раза превышает то, которое вызывается действием аминоакри- AHHOBfWaring, Wakelin, 1974].

Путем введения акридиновых циклов в молекулы путресци- на (11.6) и спермина (11.4) были получены синтетические аналоги, способные ингибировать ДНК-зависимую РНК-полимера- зу и повышать температуру плавления ДНК сильнее, чем сами аминоакридины [Canellakis et al., 1976]. Противораковое действие соединений, образующих двойные интеркаляты, рассматривается в разд. 10.3.4.

Биологические свойства лекарственных веществ, действие которых основано на интеркаляции, обсуждаются в обзоре [Schwartz, 1979].

Почему же аминоакридины и соединения с подобным механизмом действия обладают такой высокой избирательностью действия по отношению к бактериям и практически не действуют на клетки млекопитающих? Установлено, что для серии аминоакридинов характерно наличие антибактериальных свойств,высокая степень ионизации и интеркаляционный механизм действия [Jackson, Mason, 1971]. Избирательность их действия обусловлена, по-видимому, двумя факторами: доступностью одиночных хромосом бактерий (разд. 5.3), а также тем, что эти лекарственные вещества действуют преимущественно на кольцевые ДНК [Waring, 1970]. Кроме избирательного действия на бактерии, аминоакридины действуют избирательно и на другие кольцевые ДНК: они способны отщеплять бактериальные плазмиды [Bouanchaud et al., 1968], а также вызывать наследственные изменения у дрожжей путем подавления репликации ДНК в митохондриях, не затрагивая при этом ядра (разд. 10.3.1) [Hollenberg, Borst, van Bruggen, 1970].

Далее, аминоакридины и аминофенантридины могут или подавлять кинетопласт в трипаносомах или (при более низких концентрациях) разрушать его кольцевую ДНК [Riou, Delain,

1969] .

Рассчитано, что, поскольку эти лекарственные вещества уменьшают суперспирализацию кольцевой ДНК, выделение свободной энергии повышает сродство к агенту, в то время как аналогичная однонитевая ДНК имеет пониженное сродство [Bauer, Vinograd, 1970]. По-видимому, этот случай можно отнести к проявлению избирательности за счет накопления (гл. 3).

Источник: https://medinfo.social/issledovaniya_863/kationnyie-antibakterialnyie-sredstva-47916.html

Medic-studio
Добавить комментарий