Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Кристаллическое строение гальмовных медиаторов и их действие на глициновые и ГАМК-рецепторы

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Кристаллическое строение гальмовных медиаторов и их действие на глициновые и ГАМК-рецепторы"

Р Г о О Л

АКАДИЯ Я НАУК ■ УКРА1Ш Институт ф1з1олог!1 1м.0.0.Богомольца

На правах рукопису

КЖЦЕР С0.1ЕН ЛЕ0Н1Д0ЕИЧ

УДК 612.82:1615.217+541.61

КРИСТАЛ1ЧНА БУДОВА ГАЛЫПВНИХ МЩ1АТ0Р1В ТА IX ДГЯ НА ШЦИК0В1 I ГАМК-РЕЦЕПТОРИ.

03.00.02.- б1оф1а;тка

Автореферат дасертацИ на здобуття вчеяого ступеня кандидата 01олог1чшсс наук

Науков! кер1вннки:

доктор б1ол. наук, проф. К.В.БА6В

доктор х1м. наук,

чл.-кор. АН Укра1ни Л.1.БУДАР1Н

Ки1в -

1994

ЛмсертацХею с рукояис.

Робота виконана у в1дц1л1 ф1з1олог11 спинного мозку 1нституту Ф.1н1о.яогГ1 1м.О.О.Богомолыдя АН Укра1ни.

Наунов1 квр1вники - доктор О1олог1чних. наук, проф.Баев К.В. доктор х!м. наук, член.-кореспондент. АН Укра'1ни Л.1.Будар1н

0ф1ц1йшш.1 опонэнти: - член-кореспондент, доктор б1ол. наук, Кршталь 0.0.

доктор ф1зико-математичних наук Тесленко В.1.

ПроЫдна установа - 1нститут • б1оорган!'шо1 х1м11 та нафтох1мГ1 АН Укра'1ни.

Захист в1дбудеться Л-Л^.у^Л, 1994р. в /Л^один на зае1данн1 спец1ал1зовано1 рада Д ' 016.15.01 при 1нститут1 ф1з1олог11 1м.0.0.Богомольдя АН Укра1ш за адресою: 252601,Ки1в, вул.Богомольця,4.

3 дисертац1сю • можна ознайомитись у науков1й 010л1отец1 1НСТ! угу. - _ , .

Автореферат раз1слано "У..". 1994р.

Вчений секретар. Ш9ц1ал1зовано1 ради доктор 01олог1чних наук

3.0.Сорок1на-Мар1на'

г

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОВОТИ.

Актуадьн1сть проблема. Функц1оздвання безл!ч1 б1ологлчних систем, зокрема мед!аторних систем нейронних с!тей, збудовано на принцип1 молекулярного "розп1знавання". який засновуеться ' на ся1цеф1чному зв'язку молекул л1ганда. Вважаеться що такий зв'язок визначаеться особливостями будови молекул речовини. 0дн1ею з квобк1дник умов цього процасу с комш1вментарн1сть л1ганда до рецептора. Положения комшшентарност1 л1ганд-рецепторних комплекс1в п1дтвврджуеться результатами багатьох рентгено-структурних досл1джень /Blake et al, 1978, Blanely et al, 1982/..

Вкрай важливим моментом у розум1нн1 механ1зм1в рецепцП е з'ясування будови рецелтор1в. Однак, лряме визначення будови рецептор!в в наш час немозкливе у зв'язку з- труднощами 1х вид1лення в чистому вид1. Звичайно використовують непрям1 метода визначення топологи рецептор1в, так! як х1м!ко-фармацевтичний метод, метод конформац1йного анал1зу речовин як1 д1ють на рецептори. Пор1внюючи активн1оть близышх по будов1 .речовин,. можна з'ясувать значения того чи 1ншого угрупування, на п1дстав1 чого висунути припущення про-присутн1сть комплементарно1 групп на рецептор1 з рахунком розм1щення угрупувань та в1дстан!в м1ж шага. Под1бн1 й1дхода використов'увались у р1зних роботах, де з'ясовувалась тополог1я активних центр1в адрено- та ацетилхол1нових та ГАМК- рецептор1в (Жоров, 1986, Кац, 1989).

Але вс1 ц1 метода мають серйозн1 недол1ки: у зв'зку з там що зм1ни енерг11 при конфордац1йних перетворюваннях незначне, то проблематичним е достов1рне визначення продуктивних конформер1в. До того ж розрахунки виконуються для одиночно! 1зольовано1 молекули, а це не в1дпов1дае реалыпш умовам, особливо при виншшеян! м!жмолекулярних взаемод1й з утворенням асоц1ат1в.

Основна в1дм1нн1сть запропонованого п1дходу в1д 1снуючих у тому, що розглядаеться не одна, а дек1лька молекул (кластер), враховуючи 1х мэжмолекулярн1 взаемодП. При цьому виконуеться гор1вняльний анал1з не Плыси внутр1шньомолекулярних, а також м1жмолекуляршх в1дстаней з урахуванням можливост! створювання

ассц1ат1в, що характерно, зокрема, для ам!нокислот. Про роль молекулярних 'всоц1аг1в у специф1чному зв'язуванн1 речовин рецепторами св1дщть також те, що так! ам1нокислоти як гл1цин, гама-ам1номасляна кислота (ГАМК), таурин при дГ1 на в1дпов1дн1 рецептори проявляють позитивну кооперативн1сть - для активац11 гл1цин та ГАЩ-рецвптор1в необх1дний зв'язок дек1лькох молекул речовшш. (N13ег а1.,1979).

3 1ншого боку, ниэькомолекулярн1 ам!нокислоти в1д1грають важливу роль у функц1онува:ш1 центрально! нервово! системи. Як в1домо, вони мають здатн1сть активувати ам1ноккслотн1 рецептори, як1 керують 1онними каналами, вбудованши в кл1тинн1 мембрани.

В1домо, що для селективно! взасмодП необх!дно принайми! три точки зв'язувашш речовини з рецептором. Утворювання молекулярних асоц1ат!в та 1х взаемод!я з рецептором, очевидно, мае принципове значения, так як приводить до зС!льшення числа точок зв'язування, що дозволяе пояснити високу селективн1сть рецептор1в до простих за будовою молекул, як1 • утримують не б1льше двох, спроможних до взаемодИ з активними центрами угрупувань.

Оск!льки <5лижн!й порядок розташування молекул в асоц!атах 1 кристалах схожий, то, для речовин, аналогично д1ючих на сп1льний рецептор, треба чекати схожост1 1х крисгал!чних структур. 3 розрахунком на це було Щкаво з'ясувати взаемозв'язок м1ж кристал1чною структурою гл1цину, ГАМК, таурину, /з-алан1ну, мусцимолу та 1х д!ею на рецептори.

Мета досл!джешя.

Метою ц1е! роботи е з'ясування взаемозв'яку м1к будовою кристально! реш!ткк гл1цину, таурину, р-алан!ну, ГАМК, мусцимолу та 1х д1ею на гл1цинов! та ГАМК рецептори збуджуваних мембран.

• Для досягнення поставлено! мети необх!дно було вир1шити наступн1 завдання:

1.РозроОити метода пор1вняння кристал1чних структур з використанням таких критерИв пор!вняння, котр1 спроможн1 визначати мозш1в1сть специфичного зв'язування простих молекул з в1дпов!дшш рецептором з високою селекишн1стю.

2. Внкористовуючи вибран! критерИ' провести пор1вняльшй1

анал1з кристал1чних структур гл!щшу, таурину, 0-алзн1ну, ГАМК, мусцшолу та сп1встаБити результата такого аналогу а О!олог1чною д1сю дашх речовин на гл1цинов1 1 ГАМК-рецептори.

Наукова новизна.

У робот! впершэ показаний зв'язок м!ж б1олог1чною д1ею гЛцину, тауршу, .(5-алан1ну, ГАМК, муецимолу та оудовою кристал1чно! реш!тки цих речовин.

Висунуто пршгущення, що у вшгадку кооперативно! д!1 агон!ста на рецептор, взаемне розташування молекул на поверхн1 рецептора схоже з 1х розташуванням у кристал! агон!ста.

Запропонован! нов! п1дходи та методи ймов1рносно1 ощнки б1олог1чно! д11 на гл1цинов1 1 ГАМК-рецептори р!зних речовин з викориетанням даних рентгено-структурного аяал1зу !х кристал1в.

' Тооретичке то практична значения роботи.

Отриман! результата дозволяють глиОшо зрозум!тн механ1зми д11 р1зних речовин на ам!нокислстн! рецептори. Практична значения роботи полягас у тому, що вона в1дкривае нов1 можливост! б!льш точного Еизначення топологи актившх центр!в рецептор1в, пошуку та ц!леспрямованного синтезу нових агон1ст!в гл1цину, ГАМК, а також чутливих покритт!в для х!м1чних сенсор1в.

Апробац!я роботи. Основн! положения дисертац11 представлен! на семинар! 1нституту ф1з!олог!1 1м. О.О.Еогомольця АН Укра1ни, (Ки!в, 1992р.), на м1ждержавному сем!нар1 "Х1м1чн1 сепсори, первинний х!м!чний мон1торинг" (м.Алушта, 1993р.), на сем1нар1 1нституту ф!з1олог11 1м. О.О.Еогомольця АН Укра1ни, (Ки1в, 1993р.)

Структура та об'см дисертаяИ. Дисертац1я склэдаеться з вступу, огляду л1тератури, опису мэтод!в розрахунк1в, результат1в розрахунк!в, обговорення, висновк1в та списку процитовано1 л1тератури. Робота викладона на 133 стор!шсах машинописного тексту, 1люстрована 22 малинками та б таблицями. У робот! процитовано 123 л1тературних джерела.

На захист викосяться положения:

1. Запропоновано метод обчислювального эксперименту длл виявлення кореляцИ м!ж кристальною структурою ам1нокиолот та ! Ф1з1олог1чною Д1сю на глЩинов! та ГАМК-рецентори.

h

2. При noplBHffiffil кристал1чних структур агон1ст1в д1ючих на crilJíbHl диферэнц1йован1 гл1цинов1 рвдептори - гл1цину та таурину, знайдена б1льша к!льк1сть зС1г1в внутр1шньоком1ркових I межком1ркових в1дстаней м1ж окремими атомами, н1ж у гл1цину та ГАМК, д1кгах на р1зн1 тили ам1нокислотних рецептор1в.

3. Кристал1чн1 ком1рки гл1цину 1 таурину, а також ГАМК 1 мусцимолу мають С1льш близы<1 л1нейн1 параметри, н1ж кристал1чн1 ком1рки гл1цину та ГАМК.

4. Низькомолекулярн1 полярн1 сполуки утворюють асоц1ати, як! спромокн! багатоточково взаемод1яти з рецептором.

МЕТОДИКА.

Bol розрахунки виконан1 на персональна ЕОМ за допомогою ориг1нальних програм. Результата пор1вняльного анал1зу кристал1чно! структура гл1цину, таурину, ГАМК, р-алан1ну, мусщшолу та ряду 1нших речовин сп1вставлялися з характеристиками д11 цих речовин на гл1цинов1 та ГАШ-рецептори.

Вих1дними величинами для пор1вняння кристал1чно1 структури речовин с дан1 ix рентгено-структурного анал1зу - л1н1йн! параметри та кути кристал1чно1 ком1рки, к1льк1сть в них молекул та агом1в, Ixhí координати 1 закони симетрП.

В основу оц1нки схожост1 кристал1чних структур було закладено три ocuoehI принципи:

1.пор1вняння пер1одичност1 Оудови кристал1чно! реш1тки.

2.П0р1ВНЯННЯ просторово! будови кристал1чних KOMipOK.

3.пор1вняння л1н1йних в1дстаней м1ж окремими .атомами кристал1чно! структури.

1.Пор1вняння пер1одичност1 будови кристально! р0Ш1ТКИ.

В пер1одичн1сть будови кристал1чно1 реш1тки основний внвсок вносять л!н1йн1 параметри ком1рки, яки, по сут1, в1дпов1дають реальним в1дстаням м1ж аналог1чними атомами однаково ор1снтованих молекул сус1дн!х ком1рок.

Пор1вняння параметр1в проводилось для 167 р1зних речовин. Дана група включала в себе ам!нокислоти (у тому числ1 з в1домою нейротрансм1терною активн1стю), алкало1ди, нуклеотиди та 1х пох1дн1, сульфан1лам1ди, ряд орган1чних кислот, елемеяторган1чних сполук, вуглеводи, ароматичн1 та гетероцикл1чн1 сполуки. П1дб1р речовин зд1йснювався таким чином, щоб у виб1рку в1йшш сполуки, як1 належать до р1зних х1м1чних та структурних клас!в.

Л1н1Ян1 параметри кристал1чно1 ком!рки кожного з цих речовш з1ставлялись з параметрами гл1цину, ГАМК, 1х - агон1ст1в та антагон!ст1в. Для цього обчислювався модуль р1зниц1 (МР) л1н1йних параметр1в кожно1 з пари пор1внюваних речовин. 31ставлення структур при одномерн1му пор1внянн1 досягалося шляхом обчислювання МР одного з параметра, при двохм1рному - половши суш МР двох параметр1в, при трьохм1рному - третьо1 частили суми МР ус1х трьох параметр1в ком1рок, узятих в р1зних комб1нац1ях.

2.Пор1вняння просторово1 будови кристал1чних ком1рок.

Моделювання кристал1чно1 ком!рки, зводилося до задания координат восьми вершин паралелеп1педа у трьохм1рному простор1. Очевидно, що так1 координата визначають л1н!йн1 параметри кристал1чно1 ком1рки у випадку кож кути м1ж осями координат -в1дпов1дають 11 кутам. Значения параметр1в ком1рок для гл1щшу, таурину, р-алан1ну, ГАМК, мусцимолу в1дпов1дали приведет™ в роботах /Лопззоп, Ку1ск, 1972; Окауа, 1966; Раг1то1а, Рап1;, 1962; ТотШ е1; а1., 1973/. Чим нижче отриманэ значения усереднэно1 в1дстан1 м1ж найбликчими вузлами ком1рок, тим точн1шв ц1 ком1рки "вписуються" одна в одну. За результатами п1драхунку будувалось комп'ютерне зображення розташування одн1е1 ком1рки в1дносно 1ншо1, що дас можлив1сть в!зуалыюго бачення проведешх

Шдрахушав.

3. Пор1вняння лШШгах в!дстаней м!ж окремими атомами кристал1чно1 структури.

ЬикористовуЕались два скособи п!драхунку в1дсганей: перший -¡идрахунок в1дстаней м1;к атомами азоту та кисню всередан! ком!рок (ьнутр1шньоиом1рков1 Б1дстан1), другий - м!ж атомами сус1дн1х KOMipoK (м1ж<ом1рков1 в1дстан1).

ГлЩин га ГААН викорисговувались. як еталони, в1дотан1 м1ж атомами в 1х кристал1чних структурах нор1внювалися з в1дстанями м1ж атомами в кркстал1чних структурах р-алан1ну, таурину, мусцшолу.

4. Розрэхунок Енутр1шьоком1ркових в!дстаней м!ж атомами.

Використан1 в розрахунках параметри ком1рки та координата атом1в-у кристал1чн1й структур! перечислили речовин м1стяться в роботах /JonsBon, Kvlck, 1972; Okaya, 1966; Parimola, Pant, 1962; Tomlta et al.. 1973/.

Внутр1шньоком1рков1 в!дстан1 Sj_2 Mix вс1ма можливими ком<51нац1ями атом1в азоту та кисню б кристал1чн1й ком1рц1 речовин обчислювались по формул! (1).

Б1_2=/а2(х1~л2)^ + Ь^(угу2)г + +

+ ab{x1-x2)(y1-y2)cosr + aa(z1-z2)(X]-x2)cosp +

+ bo(z^-z2){y1-y2)^BoL n (1) де а,Ъ,о - параметры кристал1чно'1 ком1рки речовиш а.р.у - кути кристал1чно! ком1рки X-j.ypZj - координата атома 1 x2,y2,z? - координата атома 2

В!дстан1 п1драховувались м1к атомами азоту та кисню, оск1лыш на них локал!зований заряд, позитивний - на атомах азоту,

негатившй - на атомах кисню.

5. Розрахунок м1жком1ркових в1дстаной.

М!кком1рков! в!дстан1 в1д центрально! ком1рки 1 до ком!рки 2 Шдраховувались за формулою (2):

/ о р эр р ? U7_2=/ a l~ + ir« + о п + albm coa? + alen созр + Ьтсп cosa(2)

де 1,т,п - координата ком!рки 2 в1даосно ком!рки 1 ц1л1 значения, як! зм!нюються в межах в1д -4 до 4 одиниць.

Розрахунок м!жком1ркових в1дстаней базусться на тому, що ком!рка с елементом кристально! структур«, який иовторюеться, тому в1дстан1 м1ж будь якою парою аналог!чно розташованих атом1в в сус!дн!х ком!рках однаков!, та, як вит1кае з формули (2), не залежать в!д координат конкретних атом!в, а дор1внюють в1дстаням м1ж ком1рками, як1, в свою чергу, залежать в1д параметра ком1рок та 1х взаемного розташування.'

Наступн1 п!драхунки при пор!внянн! внутр1шньоком!ркових та м!кком!ркових в!дстаней виконувались однаково. Проводилось пор!вняння кожно! в1дстан!, яка складала не 01льша 3 юл.-, м!ж атомами та ком!рками речовин з кокною в1дстанню розрахованою м1ж аналог1чними атомами чи ком!рками еталон1в. В!дстан1 вважались совпавшими, ящо модуль р1зкиц1 м1ж тт не перевищував точиост! пор!вняння, яка р1внялась 0.02 нм.

Розраховувався наведений коеф!ц1ент сп1впад1нь К^ за формулою:

%=

к1а 100

-(3)

кее К11 коб

де Kíe - к1льк!сть зб1г1в отриманних при пор!вншш1 кристал1чних структур речовини, що розглядсться та еталону.

Кде та К^ - к1льк1сть зб1г!в отримана при пор1внянн1 кристал1чних структур по в1дношешш до себе, в1дпов1дно еталону та речовини, що розглядсться.

К0(5 - коеф!ц!снт поправки, за допомогою якого

ьраховувалися в1дм1нност1 об'ем1в з яких вибирались пор1внюван1 и1дстан1, дор1внював в1дношенню цих об'ем1в один до одного. Для ком!рок р1вного об'ему Ко0 дор!внюе одиниц1, в 1нших випадках К0(5

М0НШ9 ОДИНЙЦ1.

Значению КЗ р1вному 100% в1дпов1дае результат пор1вняння однакових криотал1чш!х структур.

РЕЗУЛЬТАТ! ТА II ОБГОВОРЕННЯ

В даной робот1 отримай дан! численого експерименту, як1 дозволяють провести кореляц!ю м1ж кристал1чною структурою декТлькох агон1ст1в та 1х д1ею на гл1цинов1 1 ГАМК-рецептори (табл.1,2).

Б залежносП в1д величини МР, отриманого в ход1 пор1вняння параметров кристал1чних ком1рок то'1 чи 1ншо1 речовини з параметрами кристал1чних ком1рок агон1ст1в мембрашшх рецепторТв

- гл1щшу та ГАЖ, вс1 речовини розташовувались в ряди, починаючи в1д м1н1мального та зак1нчуючи максимзльним значениям МР. В цьому вшаяку досгатньо 1нформативною характеристикою, яка в1дображае схож1сть т1е1 чи 1ншо1 речовини 1з . указашши вице в1домими нейроиередавачами по досл1дкуваномому показнику - пер1одичност1 будови кристал1чно1 реш1тки, може служити в1дносне число сполук, як1 знаходяться у цих рядах нище р1вня речовини, що розглядаеться (очевидно, що при пор1внянн1 речовини само1 до себе цей показник

- 1ндекс розм1щення, 1Р - буде дор1внювати 100Ж, оск1льки МР у цьому випадку дор1внюс нулю, то речовина опинеться в ряду першою). Таким чином, було отримано два ряди речовин для кожного з трьох вим1р1в. Для одного ряду еталонною кристал1чною ком1ркою була ком1рка гл1цшу, для 1ншого - ГАМК.

Зрозум1ло, що значения МР та 1Р, як1 розраховувалися по описэн1й в ц!й робот1 методиц1, не можуть бути единим критер1ем для оц1нки нейротрансм1торно1 "спроможност1" речовин, 1 т1льки комплексне урахування вс1х характеристик речовин може давати п1дстави для прогнозування 1х б1олог1чно1 д11.

3 урахуванням вище сказаного були складен1 таблиц1, куда ув1йтли т1 речовини, як1 мають не т!льки низьк! значения МР

Таблица 1. Модул1 р1зниц1 (МР) параметр1в та 1ндекси розм1щення (1Р) речовин в ряд1, отриман1 шляхом порЛвняшя 1х параметр1в з параметрами ком1рют гл1щшу

Розм1рн1сть, що враховуеться у розрахунках Д1я на * гл1ци- Н0В1 рецептора

Назви речовин одном!рн1сть двохм1рн!сть трьохм1рн1сть

МР.нм. 1РД МР.нм. 1Р,% МР.нм. 1РД

Гл1цин 0 100 0 100 0 100 аг

Ь-алан1лгл1цин 0,004 92,8- 0,010 98,2 0,012 99,4 ?

Таурин 0,017 78.5 0,024 97,0 0,098 95,8 аг

Мусцимол 0,122 20,2 0,127 54,1 0,146 90,4 н

П1р1д1ндикарбонова 0,076 кислота 43,4 0,135 50,0 0,182 82,2 ан

Гл1цин 0,002 96,4 0,005 99,4 0,193 79,7 аг

ГАЖ 0,173 10,7 0,173 28,0 0,224 69,0 н

Тал1дом1д 0,189 7,7 0,233 13,7 0,354 33,9 ?

Д1азепам 0,096 31.5 0,173 29,1 0,390 28,5 н

1м1дазолбарб1тал 0,070 43,4 0,268 7,7 0,419 23,8 н

Псевдострихя1н 0,003 95,8 0,318 2,9 0,435 22,6 ан

Шкротоксин 0,082 39,8 0,142 44,0 0,441 20,8 н

Б1кукул1н 0,106 26,7 0,301 4,7 0,442 20,2 н

"аг - агоШстична д1я ан - антагонистична д1я н - рочовина не д1е ? - ,1нформац1я про д!ю в1доутня

* - Раевский К.С., Георгиев В.П. Медиаторные аминокислоты: нейрофармакологические и нейрохимическин аспекты.-М.: Медицина, 1986.

(менше н!ж 0,1 нм.) та велик1 значения 1Р (б1лыие н1ж 50%), що вказуе на схож!сть пер!одичност1 будови 1х кристал!чно! реш!тки з пер1одичн1стю будови реш!тки гл1цину або ГАМК (Табл. 1; 2), а також рэчовини, як! в1дносяться до тих х1м1чних клас1в, що 1 в!дом! агон1сгш-.та антагон!сти глЩинових та ГАМК-рецептор1в.

Гл1цин у таблицях згаданий дв1ч1, оск1льки в1н може Юнувати в р1з;шх кристал1чшх модиф1кац!ях.

Для кожно! речовини, що розглядаеться в таблицях, наведен! значения МР параметр1в при одно-, двак- та трьохм!риому пор!внянн1 з параметрами гл!цину та ГАМК 1 значения 1Р в1добракаючк розм1щення !х у ряд!. Таблиц! рангован1 в1дпов!дно до результатов трьохм!рного пор!вняшш параметр1в кристал1чних ком!рок.

Ф1зична природа процес1в, як! прот1кають на поверхн! рецептора, нЮи вказуе на те, що основний внесок сл1д чекати в1д двохм!рних характеристик структури. Отриман! результата, принаймн1 не суперечать цьому. Розм!щення агон!ст1в у в1дпов1дних рядах при двохм1рому пор!внянн! добре коредюеться з 1х нейроф!з1олог!чною д!ею. Напршслад, таурин - агон1ст гл1щшу, при пор!внянн1 пер!одичност1 його кристал1чно! реш1тк! з ц1ею характеристикою гл1цшу, мае МР, -який дор1внюе 0,024 нм, 1Р - 97% (табл. 1), в той час як при аналог!чному його пор1внянн1 з ГАМК № складае 0,092 нм I 1Р - 47% в1дпов1дно (табл. 2). Кр!м того, сп!вставлення р1зничних кристал1чних модиф!каций гл!цшу дае думе велику схож1сть параметр1в саме у випадку 1х двохм1рного пор1вняння. В той же час сл!д рахувати, що рельефн!сть рецепторно1 поверхн1 не може не позначитись на рол! 1 третього вим!ру. Д1йсно, результат трьохм1рного пор1вняння для цих агон!ст1в також добре кореюються з направлен1стю !х д1! на рецвптори (достаткьо врахувати результат« такого пор1вняння кристал1чних ком1рок гл!цину та таурину, ГАМК та мусцимолу). Як видно з табл. 1, таурин - в1домий агон1ст гл1цину, в значн1й м1р1 схожий на нього за д1ею на рецептори, в умовах як одно-, так 1 двох- та трьохм1рного пор1вняння мае низький МР (0,017; 0,024; 0,098 нм в1дпов1дно). 1Р у випадках трьох- та двохм!рного порШышш перевищуе 95% 1 лише ири одном!рному пор!внянн! майже

Таблиця 2. Модул! р1зншЦ (МР) параметра та 1ндекси розм1щення (1Р) речовин в ряд1, отриман1 шляхом пор1вняння 1х параметр!в з параметрами ком!рки ГАМК

Назви речовин Розм1рн1сть, що враховуеться у розрахунках" Л1я на * ГАМК-рецеп-тори

одном!рн1сть двохм!рн!сть трьохм!рн!сть

МР.нм. 1РД МР.нм. 1Р.Ж МР.нм. 1Р.Ж

ГАМК - 0 100 0 100 0 100 аг

Мусцимол 0,024 61,4 0,043 76,2 0,077 94,7 аг

П1р.1д1ндикарбонова 0,023 64,8 0,032 89,2 0,108 86,9 н

кислота

Таурш 0,033 49,4 0,092 47,0 0,126 80,9 н

Ь-алан1лгл1цин 0,168 4,2 0,168 14,9 0,211 53,5 ?

Гл1цин 0,173 3,6 0,178 .12,5 0,224 51,7 н

Тал1дом1д 0.003 95,8 0,003 99,4 0,253 44,6 ?

Д1азепам 0.028 53,6 0,154 17,8 0,289 38,1 ?

Гл1цин 0,092 14,2 0,190 9,5 0,295 36,9 н

Им1дазолбарбитал 0,001 97,6 0,150 19,0 0,317 30,4 ?

Псевдострихн1н 0,168 4,8 0,261 3,6 0,334 27,3 н

Шкротоксин 0,029 52,4 0,065 60,2 0,340 25,0 ан

Бикукул1н. 0,031 50,0 0,147 21,5 0,341 24,4 ан

аг 1 агон1стична д!я ан - антагон!стична д1я н - речовина не д1е ? - 1нформац1я про дно в1дсутня

* - Раевский К.С., Георгиев В.П. Медиаторныэ аминокислоты: нейрофармакологические и нейрохимическин аспекты.-М.: Медицина, 1986.

досягге 80%, що вказуе на високу схож1сть пер1одичност1 будови кристал1чних реш1ток цих речовин. В табл. 2 аналог1чна схож1сть в1дм1чаеться для ГАМК та мусцимолу. Мусциыол - в!домий агон1ст ГАМК - також мае в1дносно низький МР при одно-, двуох-, 1 трьохм1рному пор1внянн1 з параметрами ГАМК (0,024; 0,043; 0,077 нм. в1дпов1дно) та розм1щений у верхн1й частин1 ряду, що характеризуется в1дпов1дними значениями 1Р при одно-, двох-, 1 трьохм1рному пор1внянн1 (61,4; 76,2; 94,7 %).

При оц1нц1 схожест1 кристал1чних ком1рок дек1лькох антагон1ст1в спостор!галась 1нша картина. На в1дм1ну в1д ефект1в розгляданих агон1ст1в д!я антагон1ст1в корелюеться в основному з результатами одном1рного пор1вняння 1х параметр1в з параметрами в1дпов1дних речовин. Наприкпад, як видно з табл. 1, пор1вняння парамотр1в псевдостр1хн1ну та гл1цину - (МР 0,003 нм, 1Р 95,8%) вказуе на велику схож!сть одного з 1х параметр1в. Пеевдостр1хн1н мае таку ж блокуючу д!ю на гл1цинов1 рецептори як 1 стр1хн1н. При пор1вняш!1 параметр1в псевдостр1хн1ну з параметрами ГАМК (МР 0,168 нм, 1Р 4,81) (Табл.2) под1бно1 схожост1 не спостер1гаеться. В1домо, що цей адкало1д на ГАМК-рецептори не д1е.

При одном1рному пор1внянн1 ГАМК. з п1кротоксином, 1 б1кукул!ном, як1 с антагон1стами ГАМК. МР с дуже низькши (0,029; 0,031 нм в1ддов1дно), що св1дчить про схож!сть пер1одичност1 будови 1х кристал1чних реш1ток з кристал1чною реш1ткою ГАМК (Табл. 2), тод1 як пор1вняння параметр!в гл1цину з цими к сполуками демонструе б1льш1 розб1жност1 (МР для п1кротоксину та б1кукул1ну 0,082 та 0,106 нм в1дпов1дно)(Табл. 1). Все це добре погодкуеться з антагон1стичною д!ею бик1кул1ну та п!кротоксину на ГАМК-рецептори.

В сукупност1 розглянутих речовин д11 агон1ст1в на рецептори краще в!дпов1дали результати двох- 1 трьохм1рного пор1вняння, а д11 антагон1ст1в - одном1рного. Можливо це пов'язано з тим, що у випадку агон1с*ично1 д11, для активац11 рецептор1в потр!бна б1льш повна в1дпов1да1сть у розташуванн1 ы1сць зв'язування рецептора та активних груп речовини, н1ж при антагон1стичн!й д11 речовин. На основ! отриманих результат!в можна прогнозувати д!ю речовин на

рецептори. 3 практичней точки зору необх1дно звернути увагу на ти речовини, як1 розташован1 на початку ряду. Очевидно, ц1 сполуки можуть бути агон1сташ або антагон1стами по в1днои!енню до гл1цинових чи ГАМК-рецептор1в.

Результата пор1вняння просторово1 будови крнстал1чних ком1рок гл1щшу, таурину, ГАМК та мусцимолу, отриман1 для вс1х вар1ант1в попарного сполучення перел1чених речовин зведен1 у таблицю 3. К1льк1сна характеристика результат1в пор1вняння наводиласял у вигляд1 м1н1мально1 усереднено1 в1дстан1 (МУВ). Чим нижче значения МУВ, тим точн1ше вписуються ком1рки одна в одну .

Таблиця 3 Результати пор1вняння прооторово1 будови

кристал!чних ком1рок гл1цину, таурину, ГАМК та мусцимолу.

Пор1внюван1 речовини М1н1мальна усереднена в1дстань м1к найближчими вершинами ком1рок, им.

Гл1цин Таурин 0.126

ГАМК Мусцимол 0.113

Гл1щш Мусцимол 0.142

ГАМК Таурин 0.148

Гл1щш ГАМК 0.205

Таурин Мусцимол 0.108

Пари речовин гл1цин - таурин, ГАМК - мусцимол 1 таурин -мусцимол мають наиб1льш низьк1 значения м1н!мально1 усереднено! в1дстан1, тод1.. це значения для пар речовин гл1цин - мусцимол, ГАМК - таурин 1 гл1цин - ГАМК значно вшце. Таким'Ч1Ш0М, речовини, д1ючи на сп1льн1 ам1нокислотн1 рецептори, зокрема ГАМК та мусцимол - на ГАМК-рецептори, глицин та таурин - на

гл1цинорг1чн!, мають кристал1чв1 ком1рки, як1 добре, "влисуються" одна в одну. В той же час дв1 ам1нокислоти - гл!цин та ГАМК, д!ючи на незалежн1 рецептори, мають суттево р1зн! по просторов!® будов! ком1рки.

1з наведених розрахунк1в такок випливае, що кристал!чн1 кошркп таурину та мусщшолу просторово дуие близьк! одна до одно1, що не вшиючае моюмвост! 1снування сйльних рецептор1в, по в!дношэшю до яких обидв1 рочовини здатн! ПрОЯВЛЯТИ активн!сть.

Значения КС внутр!шньоком1ркових та м1жком1ркових в1дстаней пар речовин та 1х д1я на гл!щшое! та ГАМК-рецептори наводиться в таблиц! 4.

Найвищий наведений коеф!ц!ент зб!г!в м!жком1ркових в1дстаней (МКЗ) було отримано при пор!внянн1 кристал!чних структур двох найб1льш розповсюджених у природ1 галыЛвних ыед!атор1в - гл!цину та ГАМК, дор1внюе 72.7%. При цьому в1домо, що гл1цин та ГАМК активують одн! й т1 ж рецепторно-канальн1 комплекси в нейронах спинного мозку м1ноги, при ще не сформирована незалежних рецепторах для цих мед1атор!в.

У вищих тварин е незалежн1 рецептори, як1 активуються або гл!цшом або ГАМК. Д!йсно, наведений коефШент З01г!в внутр1шньоком!ркових в1дстаней (ВКЗ) для гл!цину та ГАЖ виявився найнижчим - 13.3%. Под!бна законом1рн1сть властива для ГАЖ 1 таурину, МКЗ для цих речовин досить великий - 43.4Ж, в той час як ВКЗ мае низьке значения - 16.7%.

Розглянемо тепер речовини, як1 одночасно д1ють на диферекц1йован1 рецептори. Як ВКС так 1 МКС мають велик1 значения. При пор1внянн1 гл1щшу 1з таурином - 81.4% 1 54.9% в1дпов1дно.

Пршускаеться, що одним 1з критерИв "розп1знавання" у цьому випадку с одночасно як внутр1шньоком1рков1, так 1 м1жком1рков! в1дстан1 в структурах речовин.

Результати описаних вще розрахунк!в вказують на взаемозв'язок м1к кристал!чною структурою агон1ст1в та 1х д1ею на гл1цшюв1 та ГАМК-рецептори. Гснування такого взаемозв'язку

Таблиця 4. Значения КЗ пар речовин та 1х нейроф1з1олог1чна активн1сть.

Назви зр1внюваемих речовон Наведений коеф1Щснт зб1г1в внутр1и-ньоком1ркових в1дстаней % Наведений коэф1ц1ент зб1г!в м1:кком1р- кових в1дстанеи % АгоШстична д1я пари речовин на тили рецептор1в *

ГЛ1Ш1Н таурин ГАМК таурин 81.4 16.7 54.9 43.4 гл1цинов1 рецептори слабо диферен- ц!йован1 рецептори

ГЛ1ЦИН ГАМК 13.3 72.7 слабо диферен- ц1йован1 рецептора

Д-алан1н таурин 88.1 41.3 ГЛ1ЦШЮВ1 рецептори

гл1цин р-алан1н ГАМК р-алан1н 66.0 57.5 30.9 18.8 ГЛ1.ЦШОВ1 рецептори слабо диферен- ц1йован1 рецептори

ГЛ1ЩШ мусцимол ГАМК мусцимол - 46.0 64.7 слабо диферен- ц1йован1 рецептори ГАМК-рецептори

* - Сафронов Б.В. 0со0ливост1 впливу гальм1вних мед1атор!в на Ззольован1 нейрони сп1ного мозку м1ноги: Лис. на здобуття наук.ст.канд.б1ол.наук. Ки'1в. 1н-т ф1з!ол.АН Укра1ни 1989.

Г6

св1дчить про те, що полярн! сполуки утворюють асоц1ати, як1 здатн1 багатоточково взаемод1яти з цими рецепторами.

ШСНОВКИ

1. Запропоновано метод обчислювального эксперименту, дан1 якого дозволяють провести кореляц1ю м1ж крстал1чною структурою ам1нокислот 1 1х ф1з1олог1чною д1сю на гл1цинов1 та ГАМК-рецептори.

2. Низькомолекулярн1 сполуки, як1 мають полярн1 молекули, утворюють асоц1ати, як1 багатоточково взасмод1ють з рецепторами, що п!двищус спэциф1чн1сть взасмодИ.

3.При пор1внянн! криотал1чних ком!рок гл1цину та таурину -д1ючи2 на сп1льзий днфврвнцШований рецептор, отримшо б1льша к1льк!сть зб1г1в внутр1шньоком1ркових в1дстанвй м1ж атомами азоту та кисню, н1к таких зб1г1в у кристал1чних ком1рках тих речовин, як1 д1ють на р1зн1 диференц1йован1 рецептори. Це так! пари речовин, як гл1цин та ГАМК, таурин та ГАМК, 0-алан1н та ГАМК.

4. В кристал1чних ком1рках гл1цину, таурину, ГАМК, р-алан1ну, муецимолу б1льша к1льк1сть зб1г!в м1жком1ркових в1дстаней отримано для гл!цину та ГАМК, д1ючих на сп1льний слабодиференц1йований рецептор, н1к для пар перэрахованих речовин взятих в 1нших сполученнях.

5. Л1н1йн1 параметри кристал!чних ком!рок гл!цину та таурину, д1ючих на гл1цинов1 рецептори, а також ГАЩ ! муецимолу, д1ючих на ГАМК-рецептори, 01льш близьк1 м1к собою, н1к у гл1цину та ГАМК - д1ючих на р1зн1 типи рецептор1в.

6. Для гл1цину та ГАЖ, таурину та ГАМК, р-алан1ну та ГАМК - пар речовин сп1льно д1ючих на слабо диференц1йован1 рецептори м1жком1рков1, або внутр1шньоком1рков1 в1дстан1 сп1впадають р1дше, н1ж у речовин, д!ючих на диференц1йован1 рецептори - гл!цину та таурину, гл1цину та р-алан1ну.

7. Кристал1чн1 структури двох агон!ст1в гл1цинових рецептор1в -гл1цину та 0-алан1ну мають значну схож1сть взаемного р«зташування молекул в кристал1чних ком!рках.

Список основних робот по тем1 диеертацИ.

1. Керцер С.Л., Баев К.В. Связь между строением кристаллической решетки и биологическим действием некоторых агонистов аминокислотных рецепторов // Нейрофизиология.- 1992.- 24, N1.-0.51-57.

2. Керцер С.Л. Пространственное сходство кристаллических ячеек некоторых агонистов аминокислотных рецепторов и биологическое действие этих веществ // Нейрофизиология. -1992.- 24, N4 , С

3. Керцер С.Л. Периодичность строения кристаллической решетки агонистов и антагонистов глицина и ГАМК и их действие на мембранные рецепторы // Нейрофизиология // КеигорЬуз1о1оЕУ.~ 1993.-1, N5.- С. 371 - 375.

Пуш. до друку. ¡¡.ч.и.'яз Форматах Пашрм*«- '

Лрук. офс. Умови. друк. арк. о, 9 Л Обл.-впд. арк. о, Ю тир./ро ' Зам. 3■^r^JY

КШпська кннжкова друкзрпл пауковоГ кпнгп. КШв, Реп1па, 4.