Дія ліків на клітини

Фармакологічна дія на клітинному рівні

Метою фармакотерапії є усунення симптомів захворювання шляхом впливу на механізми його виникнення. Клітка найменша життєздатна структурна одиниця організму. Зовнішня клітинна мембрана - плазмапемма - відокремлює клітину від позаклітинного середовища, що необхідно для збереження гомеостазу клітини. Обмінні процеси між клітиною і зовнішнім середовищем контролюються вбудованими в клітинну мембрану транспортними білками, такими як енергетично залежні насоси (наприклад, Na / K-АТФа через), транспортні системи (котранспорт глюкози) або іонні канали (Na-канал; Са-канал) (1).

Функціональна узгодженість клітини є основою існування всього організму. Управління клітинними функціями здійснюється за допомогою цитозольних контактів і речовин-посередників, що передають інформацію. До них відносяться звільняються в нервових закінченнях «трансмітери». На поверхні клітинних мембран є спеціальні освіти, сприймають інформацію, рецептори. До сигнальних речовин відносяться також гормони, що виділяються ендокринними залозами і надходять до клітин через кров і позаклітинне рідина. Сигнальні речовини надходять також з сусідніх клітин: паракрінний ефект (виділення ендокринними залозами локально діючих речовин, наприклад простагландинів).

Ефект лікарського речовини часто обумовлений його впливом на клітинні функції. Ділянками дії ліків можуть бути рецептори (антагоністи або агоністи рецепторів). Зміна активності мембранних транспортних систем також впливає на функціонування клітини (серцеві глікозиди; петльові діуретики; антагоністи кальцію). Ліки можуть діяти всередині клітини, впливаючи на клітинний метаболізм, наприклад блокуючи дію ферментів (інгібітори фосфодіестерази) або активуючи їх (органічні нітрати) (2); можуть впливати на клітинне ядро (пошкодження ДНК цитостатиками).

Ліки, які мають внутрішньоклітинний механізм дії, повинні проникати через клітинну мембрану.

Клітинна мембрана являє собою двошарову фосфоліпідну мембрану (товщиною

50 А = 5 нм), в яку включені інтегральні мембранні білки, наприклад рецептори або транспортні білки. Молекули фосфоліпідів містять дві довголанцюгові жирні кислоти, пов'язані з гліцерином за двома його гідроксильних груп. До третьої гідроксильної групі гліцерину приєднана фосфорна кислота, що має зв'язок з ще одним залишком, наприклад холін (Фос-фатіділхолін, т. Е. Лецитин), амінокислотою серином (фосфатіділсерін) або цукром інозитом (фосфатидилинозитол). У розчинах фосфоліпіди виявляють амфіфільних властивості, оскільки неполярная частина їх молекули - ланцюг жирної кислоти - ліпофільні, а полярна головка гідрофільна. Тому молекули фосфоліпідів «автоматично» утворюють подвійний шар: полярні головки звернені назовні, до полярної водному середовищі, а ланцюжка жирної кислоти звернені всередину клітини (3).

Гідрофобний внутрішній шар фосфоліпідної мембрани непроникний для полярних сполук (дифузний бар'єр). Неполярні сполуки легко проходять через мембрану, що має велике значення для надходження, розподілу і виведення ліків.

ДІЯ ЛІКІВ НА КЛІТИНИ [ред]

Більшість молекулярних мішеней пов'язано різними біохімічними механізмами з компонентами клітинної відповіді (G-білки, ферменти, іонні канали та ін.). Ці реакції зв'язування називають трансдукцией.

G-білок-пов'язана трансдукция [ред]

G-білки - це молекули, пов'язані безпосередньо зі специфічною групою рецепторів або опосередковано з іншими молекулярними мішенями. Активоване G-білок ініціює (або пригнічує) різні каскади клітинних реакцій, що в підсумку змінює функцію іонних каналів, ферментів, ДНК і інших компонентів клітини, наприклад відкриття К + -каналу в серцевому м'язі після зв'язування ацетилхоліну з муськаріновим рецептором або збільшення активності протеїн- кінази після зв'язування адреналіну з β-адренорецепторів.

Мал. 2.25 Приклад трансдукції, ініційованої ферментом.

G-білок складається з трьох субодиниць - а, β і у- і працює як перемикач сигналів клітини (рис. 2.25)

При активації агонистом G-білок-зв'язаного рецептора конформаційні зміни в рецепторі обумовлюють активацію G-білка, що призводить до виходу гуанозиндифосфат і зв'язування гуано-зінтріфосфата (ГТФ) з а-субодиницею і дисоціації цієї субодиниці від гетеродимера? У. а- і βy-субодиниці активують компоненти трансдукції. а-Субодиниця гидролизует ГТФ до ГДФ, який, в свою чергу, інактивує а-субодиницю, сприяючи відновленню її зв'язку з? у-комплексом і інактивації G-білка.

Стимуляція або пригнічення G-білка веде до модуляції ферментних систем, відповідальних за продукцію наступних компонентів трансдукції (іноді їх називають вторинними месенджера):

циклічних нуклеотидів;
діацілгліцерола;
інозітолфосфата.

Наприклад, активація β2-адренорецептори активує G-білок. Це, в свою чергу, активує аденілілціклазу - фермент, що каталізує утворення цАМФ. Трансдукція протікає шляхом активації цАМФ за рахунок протеїнкінази і фосфорилювання ферментів, типи яких залежать від виду тканини.

У клітинах існує кілька підтипів G-білків. а-Підтип визначає основні характеристики G-білка. Наприклад, β-адренорецептори зазвичай взаємодіють з G-білками, що несуть аs-субодиниці, які активують аденілілціклазу.

Опис до рис. 2.25 Приклад трансдукції, ініційованої ферментом. Ферменти фосфодіестерази (а) беруть участь в обміні циклічних нуклеотидів (наприклад, цАМФ). Ця група ферментів відзначено зниження теофіліном. Пригнічення веде до накопичення циклічних нуклеотидів в клітці (б). Слід врахувати, що циклічні нуклеотиди накопичуються у відповідь на дію препаратів на ферменти нуклеотідціклази, пов'язані з С-білком. АМФ - аденозинмонофосфат; АТФ - аденозинтрифосфат; цАМФ - циклічний аденозинмонофосфат.

Са2 + -зв'язано трансдукция [ред]

Мобілізація внутрішньоклітинного Са2 + як вторинного месенджера - остання ланка в ланцюзі реакцій, які продукують компоненти трансдукції.

Іон Са 2+ залучений в трансдукцію в наступних процесах:

скорочення гладких м'язів;
прискорення скорочення і розслаблення кардіо-міоцитів;
секреція трансмиттеров і залозиста секреція;
викид гормонів;
цитотоксичность;
активація деяких ферментів.

Мобілізація Са2 + пов'язана з активністю інших компонентів трансдукції. Са2 + накопичується в ЕПР гладких м'язів і виходить при дії IР3 на специфічний РСК, званий IР3-рецептором.

Викид ДАГ відбувається при прямому дії фосфоліпази С (або D) на активність мембранозв'язаних протеїнкінази С, яка забезпечує фосфорилювання залишків серину і треоніну і наступну активацію більше 50 різних білків. Існує як мінімум шість типів протеїнкінази С, кожен з яких має субстратне специфічність.

Дія важливих G-білків

Gs стимулює адеіілілціклазу і активує Са2 + -канали
Gi пригнічує адеіілілціклазу і активує К + -канали
Gq активує фосфоліпазу С
Go пригнічує ток Са2 +
Gt стимулює адеіілілціклазу очі
Gdf стимулює адеіілілціклазу носа
β-, а-субодиниці активують багато компонентів трансдукції

Трансдукція, пов'язана з протеїнкіназою З [ред]

Протеїнкіназа З є важливим компонентом трансдукції в наступних реакціях:

модуляції викиду ендокринних гормонів і нейротрансмітерів;
скорочення гладких м'язів;
запалення;
іонного транспорту;
зростання пухлин.

Трансдукція, що ініціюється ДНК-пов'язаними рецепторами [ред]

Активація ДНК-пов'язаної трансдукції тягне за собою зміну синтезу білка. Наприклад, стероїди переміщують HSP90 і утворений комплекс стероїд-рецептор в ядро. У ядрі комплекс стероїд-рецептор може розрізняти специфічні послідовності підстав і активувати специфічні гени. Цей процес йде повільніше, ніж мілісекундним відповіді, які спостерігаються при інших формах трансдукції. наприклад:

глюкокортикостероїди збільшують продукцію липокортина, що пояснює їх протизапальну дію;
мінералокортикостероїдів збільшують в нирках продукцію специфічних молекул, залучених в тубулярний транспорт іонів Na + і К +.

Трансдукція, що ініціюється рецепторами з тірозінкіназной активністю [ред]

Активація тірозінкіназная рецепторів забезпечує автофосфорилювання залишків тирозину, які служать селективними центрами для різних внутрішньоклітинних білків. Фосфорілірованний рецептор діє як платформа для зв'язування інших білків, що веде до фосфорилювання і активації складних реакцій через каскад інших протеинкиназ. Багато з утворених реакцій схожі з реакціями, ініційованими G-білками.

Багато тірозінкіназная рецептори несуть зв'язують центри для інших білків, залучених до сигнальну трансдукції. Один з таких зв'язують центрів називають SH2. Приєднання неактивного ферменту до SH2 веде до високоселективною активації ферменту. Часто активовані ферменти залучені в транскрипцію генів. Ряд протеинкиназ, IР3 і Са2 + можуть брати участь в проміжних етапах трансдукції. Багато факторів росту діють за допомогою цього механізму. У зв'язку з цим інтерес представляє розробка препаратів, що взаємодіють з SH2 або повторюють активність SH2, тому що ці препарати впливають на ріст і диференціювання клітин, тому можливе застосування таких препаратів при злоякісних пухлинах, імунологічної патології та інших захворюваннях. До протеїнів, які беруть участь в трансдукції через тірозінкіназная рецептори, відносять невеликий G-білок ras.

Трансдукція, що ініціюється РСК [ред]

Коли РСК ініціює трансдукцію, запускаються реакції внаслідок зміни потенціалу мембран, пов'язаного зі збільшенням (або зменшенням) проникності до тих іонів, які проходять через РСК. Таким чином, трансдукція починається зі зміни заряду, що веде до деполяризації або гіперполяризації мембрани. Типовою локалізацією РСК є плазматична мембрана, але РСК також знайдені в мітохондріях і інших внутрішньоклітинних органелах.

Зміна мембранного потенціалу може прямо модулювати функцію тканини. У скелетних м'язах активація нікотинових РСК деполяризує мембрану кінцевої пластинки, а отже, і саркоплазматичного ретикулума (після генерації потенціалу в антисарколемальних), що призводить до виходу Са2 + в цитоплазму і скорочення м'язів.

Приклади інтеграції клітинного і молекулярного механізмів [ред]

Мал. 2.26 Кілька типів траісдукціі можуть привести до фосфорилювання білків.

Деякі приклади інтеграції молекулярного і клітинного механізмів описані далі (рис. 2.26). Швидкість трансдукції і прояв тканинної відповіді визначаються молекулярною мішенню (рецептором) і механізмом трансдукції. Ця швидкість визначає початок тканинної відповіді. наприклад:

Мал. 2.27 Взаємозв'язок молекулярних і клітинних механізмів

взаємодія агоніста з РСК призводить до швидкої (мілісекунди) клітинної деполяризації або гіперполяризації;
взаємодія агоніста з G-білок-пов'язаним рецептором може привести до одного з багатьох відповідей, які тривають секунди;
взаємодія препарату безпосередньо з ферментом може привести до змін протягом декількох хвилин;
взаємодія препарату безпосередньо з ДНК може змінити експресію генів і синтез нового білка протягом декількох годин. Приклади інтеграції між молекулярними і клітинними відповідями показані на рис. 2.26, 2.27, 2.28.

Мал. 2.28 Приклад трансдукції, асоційованій з рецептор-пов'язаним іонним каналом

Опис до рис. 2.26 Кілька типів траісдукціі можуть привести до фосфорилювання білків. Циклічний аденозинмонофосфат (цАМФ) і фосфатидилинозитол є важливими компонентами трансдукції (вторинні месенджери). Продукція цАМФ зростає у відповідь на активацію багатьох С-білок-зв'язаних рецепторів (наприклад, активацію а2 або Рррецепторов адреналіном, як показано в центрі малюнка, внаслідок агонізма до p-адреноблокатори). Протеїнкінази (наприклад, протеинкиназа А), активовані цАМФ, є вторинними месенджера, які беруть участь в клітинному відповіді. Певні типи агонізма (наприклад, активація А2-адренорецептора) ведуть до пригнічення продукції цАМФ через активації інгібіторних G-білків (Gi) (верхня ліва частина малюнка). Фермент фосфоліпаза С (локалізована на клітинній мембрані) активується агоністом, продукуючи вторинні месенджери lns (l, 4,5) P3 (інозитол-1,4,5-трифосфат, 1Р3) і диацилглицерол (ДАГ) (права частина малюнка). Внутрішньоклітинний 1Р3 виводить внутрішньоклітинний Са2 +, в той час як ДАГ залишається на мембрані, де активація протеїн С. 1Р3 піддається подальшого дефосфорілірованіе внутрішньоклітинними фосфатази з утворенням IP2, IP і инозитола, який потім може бути укладений в мембрану з утворенням фосфатидилинозитола (PI), який фосфорилюється через аденозинтрифосфат (АТФ) до фосфатіділінозітолдіфосфата (р1р2). Перехід 1Р3 і ДАГ в PI блокується літієм, який виснажує інозітоловие ліпіди в мозку. Літій використовують як засіб лікування маніакальних депресій (див. Розділ 8). Gs - стимулюючий G-білок.

Опис до рис. 2.27 Взаємозв'язок молекулярних і клітинних механізмів, (а) Дуже швидка трансдукция, асоційована з рецептор-пов'язаними каналами, (б) Швидка трансдукция, пов'язана з С-білком. (В) Повільна трансдукция, пов'язана з ферментами і насосами, (г) Дуже повільна трансдукция, пов'язана з дезоксирибонуклеїнової кислотою. мРНК - матрична рибонуклеїнова кислота.

Опис до рис. 2.28 Приклад трансдукції, асоційованій з рецептор-пов'язаним іонним каналом, (а) У відповідь на електричний імпульс, що надходить з нервового закінчення, везикули з ацетилхоліном (АХ) зливаються з мембраною термінальної пластинки, що веде до викиду АХ в синаптичну щілину, (б) АХ зв'язується з рецептором в ділянці а-субодиниці рецептор-пов'язаного каналу (РСК), викликає його відкриття і, як наслідок, вхід Na + і вихід к +, що веде до локальної деполяризації (в). Деполяризація ініціює трансдукцію, яка веде до відкриття Na + -n3K в сусідніх ділянках мембрани скелетних м'язів, викликаючи подальше вхід Na + і запускаючи велику деполяризацию, активацію Са2 + -ПЗК і скорочення м'язових волокон (г). ПЗК - потенціал-залежний канал.