Niektoré lieky majú „zrkadlový obraz“ chemických štruktúr a ten nesprávny môže byť škodlivý

(Fahroni/Getty Images)

Účinky lieku alebo chemickej zlúčeniny na telo závisia od toho, ako sú jej atómy usporiadané v priestore. Niektoré zlúčeniny majú tmavé dvojča s rovnakým molekulárnym vzorcom, ale odlišnou 3D štruktúrou – a to môže mať dôsledky na to, čo robia alebo nerobia v tele.

Zamyslite sa nad tragickým príbehom talidomid , liek na rannú nevoľnosť, ktorý spôsobil tisíce vrodených chýb a potratov. Zatiaľ čo jeden formulár alebo izomér talidomidu má sedatívny účinok, o druhom sa predpokladá, že spôsobuje abnormálny fyziologický vývoj.

Pretože dve verzie môžu konvertovať tam a späť v tele , je nebezpečné užívať ktorúkoľvek formu talidomidu počas tehotenstva.



Môj výskum sa zamerala na jednu takúto zlúčeninu nachádzajúcu sa v červenom hrozne a arašidoch, resveratrol. Bolo vedeckou záhadou prečo Klinické štúdie o používaní resveratrolu na liečbuAlzheimerova chorobachoroba mala rozporuplné výsledky.

Ukázalo sa, že to môže byť preto boli použité dve rôzne formy – zatiaľ čo jeden môže pomôcť s kogníciou a pamäťou, druhý môže byť toxický pre nervový systém.

Izoméry a aminokyseliny

Mnohé lieky majú rovnaké atómy a väzby, ale sú inak usporiadané v priestore. Tieto lieky sú tzv chirálny zlúčeniny – čo znamená, že existujú ako dva nepreložiteľné zrkadlové obrazy.

Napríklad, vaše ruky sú tiež nepreložiteľné zrkadlové obrazy jeden druhého. Hoci vyzerajú rovnako, neprekrývajú sa, keď položíte jeden na druhý.

Zvyčajne majú tieto zrkadlové verzie veľmi podobné vlastnosti, pretože zdieľajú rovnaké prvky a väzby. Ale spôsob, akým sú usporiadané v priestore, môže drasticky zmeniť účinky, ktoré majú v tele.

Tak, ako by ste si na pravú ruku nezmestili ľavácku rukavicu, ľavoruká verzia lieku by sa nezmestil do terča v tele tvarovanom tak, aby sa tam zmestila molekula praváka.

Chirálne molekuly prichádzajú v dvoch verziách alebo izoméroch definovaných ich optická aktivita . To znamená, že ak svietite polarizovaným svetlom na chirálnu molekulu, jedno bude otáčať svetlo doľava (označené predponou L- alebo ľavotočivé), zatiaľ čo druhé ho bude otáčať doprava (označené predponou D alebo pravotočivé). ).

Aminokyseliny , stavebné kamene proteínov, sú chirálne molekuly. Živé organizmy vyrábajú bielkoviny predovšetkým z aminokyseliny s L konfiguráciou . Konfigurácia D má však v prírode mnoho ďalších funkcií.

Baktérie napríklad používajú aminokyseliny s konfiguráciou D na vytvorenie svojich bunkových stien. Cicavce používajú aminokyseliny s konfiguráciou D ako poslov vo svojom nervovom a endokrinnom systéme.

Aminokyselina tyrozín je jednou dôležitou výnimkou z pravidla L konfigurácie. Na rozdiel od iných aminokyselín môžu byť L aj D konfigurácie tyrozínu aktivované na syntézu proteínov enzýmom tzv tyrozyl-tRNA syntetáza (TyrRS) .

Prítomnosť D-tyrozínu môže bunkám sťažiť syntézu proteínov, ktoré používajú iba L-tyrozín. Bunky si však vyvinuli enzýmy, ktoré dokážu rozlíšiť medzi oboma verziami a zabezpečiť, že sa použije iba L-tyrozín.

Keď enzýmy konzumujúce tyrozín chýbajú, výsledné zvýšené hladiny tyrozínu v tele môžu byť toxické účinky , počítajúc do toho poškodenie nervového systému .

Nedávno publikovaná práca z môjho laboratória naznačuje potenciálny dôvod, prečo príliš veľa tyrozínu môže byť neurotoxické. Keď sme pridali rastúce množstvá L-tyrozínu do mozgových buniek potkanov v Petriho miske, zistili sme, že to znížilo hladiny TyrRS, enzýmu, ktorý aktivuje tyrozín na tvorbu bielkovín bez toho, aby došlo k poškodeniu tela.

Prekvapivo, pridanie D-tyrozínu nielen spôsobilo pokles hladín TyrRS, ale tiež zabilo neuróny.

Keď sme sa pozreli na mozgy pacientov s Alzheimerovou chorobou, ktorí vykazujú zvýšené hladiny tyrozínu, zistili sme tiež, že hladiny enzýmu TyrRS sú vyčerpané. Naša hypotéza je, že keď sa hladiny tyrozínu v mozgu zvyšujú, hladiny enzýmu TyrRS klesajú a spôsobujú škodlivé účinky na mozgy ľudí s Alzheimerovou chorobou.

Tieto zistenia naznačujú potenciálne dôležitú úlohu, ktorú môže TyrRS hrať pri syntéze proteínov nevyhnutných pre kogníciu a pamäť.

Hrozno, arašidy a Alzheimerova choroba

Tieto zistenia majú dôsledky pre štúdie o resveratrol , zlúčenina nachádzajúca sa v červenom víne, u ktorej vedci skúmali potenciálne prínosy pre zdravie. Zatiaľ čo niektoré klinické štúdie zistili, že resveratrol môže zlepšiť kognitívne funkcie u ľudí s Alzheimerovou chorobou, iní zistili, že to malo opačný účinok a robil ochorenie závažnejším.

Prečo môže mať resveratrol také rôzne účinky, zostáva vedeckou záhadou.

Resveratrol prichádza v dvoch formách, cis-resveratrol a trans-resveratrol. The predpony „cis-“ a „trans-“. , podobne ako L- a D-, opisujú, ako sú rovnaké atómy v dvoch izoméroch usporiadané odlišne v priestore.

Moji kolegovia a ja sme to zistili, pretože dve formy resveratrolu viažu sa na TyrRS rôznymi spôsobmi , môžu mať za následok opačné účinky v neurónoch . Zatiaľ čo cis-resveratrol dokázal zvýšiť hladiny TyrRS v neurónoch potkanov v Petriho miske, vysoké koncentrácie trans-resveratrolu vyčerpali TyrRS a spôsobili poškodenie nervov.

Nízke koncentrácie trans-resveratrolu však môžu premeniť na cis-resveratrol v tele. Tento výsledok vedie k zvýšeniu hladín TyrRS a súvisiacich výhod.

Predpokladáme, že mnohé klinické štúdie s resveratrolom zlyhali, pretože žiadna netestovala samotný cis-resveratrol. Veríme, že to môže tiež vysvetliť, prečo štúdie, ktoré používali vysoké dávky trans-resveratrolu, zaznamenali škodlivé účinky, zatiaľ čo štúdie, ktoré používali nízke dávky trans-resveratrolu, ktoré sa potom v tele premenili na cis-resveratrol, zaznamenali priaznivé účinky.

Okrem jednotlivých atómov a väzieb molekúl sa telo stará aj o to, ako sú usporiadané v priestore. Venovanie pozornosti rôznym formám, ktoré liek užíva, by mohlo pomôcť viesť k efektívnejšej liečbe.

Sajish Mathew , odborný asistent v oblasti objavovania liekov a biomedicínskych vied, Univerzita v Južnej Karolíne .

Tento článok je znovu publikovaný z Konverzácia pod licenciou Creative Commons. Čítať pôvodný článok .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.