Основы биохимии - Филиппович Ю. Б. 1999

Коферменты, витамины и некоторые другие биоактивные соединения
Другие биоактивные соединения

Кроме коферментов и витаминов на процессы жизнедеятельности оказыва­ют влияние многие другие биологически активные соединения. Среди них огромная роль принадлежит гормонам (см. гл. XIII), антивитаминам, анти­биотикам, телергонам, гербицидам, дефолиантам, ростовым веществам и др. Их изучение позволяет не только более глубоко понять биохимические меха­низмы живой природы, но и обеспечивает разработку новых подходов к регу­ляции роста и развития организма, лечению болезней, борьбе с насекомыми- вредителями и т. п.

Антивитамины представляют соединения, конкурирующие с витаминами в соответствующих биохимических процессах или выключающие витамины из процессов обмена веществ путем, их разрушения или связывания.

Примером антивитаминов первого типа, конкурирующих, могут служить структурные аналоги витамина РР:

Соединяясь с адениловой кислотой, они способны образовывать псевдокоферменты, имитирующие НАД⁺ и блокирующие деятельность НАД⁺-зависи­мых оксидоредуктаз.

Примером антивитаминов второго типа, выключающих, является авидин — яичный белок, образующий с витамином Н нерастворимый биологиче­ски неактивный комплекс, препятствующий использованию этого витамина в обмене веществ.

Для многих витаминов существуют природные или полученные синтетиче­ским путем антивитамины. Поскольку возбудители инфекционных заболева­ний — бактерии и вирусы, а также клетки опухолей обладают повышенной чувствительностью к отсутствию ряда витаминов, антивитамины используют как терапевтические средства.

Антибиотики — вещества, образуемые микроорганизмами или получаемые из других природных источников, обладающие антибактериальным, антиви­русным и противоопухолевым действием. Они вмешиваются в обмен белков, нуклеиновых кислот и в энергетические процессы пораженных организмов и клеток, избирательно воздействуя на определенные молекулярные механиз­мы. Так, в биосинтезе белка (о поименованных ниже этапах биосинтеза белка см. гл. VII) пуромицин высвобождает недостроенные полипептиды, тетрациклины подавляют присоединение аминоацил-тРНК к рибосоме, хлорамфеникол (левомицетин) — пептидилтрансферазную реакцию в ней, эритромицин блоки­рует перемещение рибосомы по информационной РНК, стрептомицин искажа­ет считывание кода белкового синтеза. В биосинтезе нуклеиновых кислот (терминологию см. в гл. VI) противораковые и антибактериальные антибиоти­ки (актиномицины, митомицин, новобицин, рифамицин и др.) подавляют процессы репликации и транскрипции. На энергетические процессы в клетке воздействуют антимицин (подавляет перенос электронов в цитохромной сис­теме), олигомицин (подавляет сопряжение окисления с фосфорилированием) и другие антибиотики. Биосинтез гликопротеинов клеточных стенок бактерий приостанавливается под действием пенициллинов и D-циклосерина; проницаемость клеточных мембран нарушается грамицидинами, нистатином и многи­ми другими антибиотиками.

Химическая природа антибиотиков разнообразна и сложна, среди них есть пептиды, полиеновые соединения, полициклические вещества и т.п. Рассмотрение ее выходит за пределы учебника. Однако принцип действия антибиотиков может быть иллюстрирован на одном из простых примеров — механизме торможения биосинтеза гликопротеинов клеточной стенки бактерий D-циклосерином. В состав пептида, необходимого для биосинтеза пептидогликана клеточной стенки бактерий, входит D-аланин. Его образование из L-аланина, ускоряемое аланин-рацемазой, а также синтез D-аланил-D-аланина, катализируемый D-аланил-D-аланин-синтетазой, блокируется конкурентным ингибитором этих двух ферментов — D-циклосерином, структурно сходным с D-аланином:

В результате циклосерин полностью тормозит размножение ряда бактерий, выключая процесс сборки гликопротеинов их клеточных стенок. В целом антибиотики являются наиболее мощными химиотерапевтическими препара­тами против бактериальных и вирусных инфекций, а также для остановки опухолевого роста.

Телергоны — вещества, образуемые железами внешней секреции животных, оказывающие специфическое воздействие на другие организмы (от греч. теле — вдали, эрго — действие). Среди них представлены соединения, при­влекающие особей противоположного пола, а также стимулирующие про­цессы размножения и предопределяющие половое поведение (половые фе­ромоны), вещества тревоги и испуга, следовые вещества, вещества ублажения (псевдоферомоны) и др. Часто в количестве лишь нескольких молекул они воздействуют на рецепторные клетки, вызывая далеко еще неясные по мо­лекулярным механизмам, но совершенно однозначные по физиологической природе реакции.

Так, из пахучих желез 500000 самок тутового шелкопряда было выделено 12 мг кристаллического вещества, после омыления которого был получен бомбикол (от Bombyx mori — тутовый шелкопряд), в ничтожной концентрации (всего 1000 молекул/см³ воздуха) привлекающий самцов этого насекомого и возбуждающий у них соответствующее половое поведение (однообразное и длительное трепетание крыльев):

Один из продуктов желез пчелиной матки — транс-децен-2-он-9-овая кислота:

в незначительной концентрации тормозит развитие яичников у рабочих пчел, сохраняя соответствующую структуру пчелиной семьи.

Реакция тревоги у солдат муравьев-листорезов возникает под действием выделяемого их железами цитраля:

В ответ на запах этого феромона тревоги они кромсают на части все живое, что попадает в их мощные челюсти.    

Как следует из приведенных примеров, телергоны могут действовать на организм двумя путями — через посредство хеморецепторных клеток или про­никая в соответствующие ткани и органы. Интерес к этим веществам непре­рывно возрастает, и зарождается новая наука — телергонология, изучающая биологически активные вещества наряду с витаминологией, энзимологией и эндокринологией. Постепенно вырисовываются весьма впечатляющие прак­тические аспекты изучения телергонов: половые аттрактанты уже широко используют для борьбы с насекомыми-вредителями, не губя при этом, в силу видовой специфичности привлекающих веществ, полезную энтомофауну, а применение телергонов одомашненных млекопитающих перспективно для увеличения их плодовитости и регуляции численности.

К сожалению, во многих случаях сведения о биологическом действии тех или иных соединений либо ограничены, либо отсутствуют. Особую опасность представляют вещества, воздействующие на генетический аппарат организ­ма — мутагены и супермутагены. Их обнаружение и разработка методов защи­ты — одна из самых насущных задач современной экологической биохимии.

Сказанным далеко не исчерпываются сведения о биологически активных веществах. Структура и воздействие некоторых из них на обмен веществ и регуляцию роста и развитие организма (биогенные амины, рилизинг-факторы, опиоидные пептиды и др.) будут освещены в последующих главах, а ин­формация о гербицидах, дефолиантах, ростовых веществах, нейротрансмит­терах и т.п. дается в курсах физиологии растений и физиологии человека и животных.