Joillakin lääkkeillä on 'peilikuva' kemiallisia rakenteita, ja väärä voi olla haitallista

(Fahroni/Getty Images)

Lääkkeen tai kemiallisen yhdisteen vaikutukset kehoon riippuvat siitä, kuinka sen atomit on järjestetty avaruuteen. Joillakin yhdisteillä on tumma kaksoisosa, jolla on sama molekyylikaava, mutta erilainen 3D-rakenne – ja tällä voi olla seurauksia siihen, mitä ne tekevät tai eivät tee kehossa.

Ajattele traagista tarinaa talidomidi , aamupahoinvointilääke, joka aiheutti tuhansia synnynnäisiä epämuodostumia ja keskenmenoja. Sillä aikaa yksi lomake Talidomidin isomeerillä tai isomeerillä on rauhoittava vaikutus, toisen uskotaan aiheuttavan epänormaalia fysiologista kehitystä.

Koska kaksi versiota voivat muuntaa kehossa edestakaisin , on vaarallista ottaa kumpaa tahansa talidomidia raskauden aikana.



Minun tutkimukseni on keskittynyt yhteen sellaiseen yhdisteeseen, joka löytyy punaisista viinirypäleistä ja maapähkinöistä, resveratroliin. Se on ollut tieteellinen mysteeri miksi kliiniset tutkimukset resveratrolin käytöstä hoitoonAlzheimerin tautitaudilla on ollut epäjohdonmukaisia ​​tuloksia.

Osoittautuu, että se voi johtua siitä käytettiin kahta eri muotoa – toinen voi auttaa kognitiota ja muistia, mutta toinen voi olla myrkyllistä hermostolle.

Isomeerit ja aminohapot

Monilla lääkkeillä on samat atomit ja sidokset, mutta ne on järjestetty eri tavalla avaruudessa. Näitä lääkkeitä kutsutaan kiraalinen yhdisteet – mikä tarkoittaa, että ne ovat olemassa kahtena ei-päällekkäisenä peilikuvana.

Esimerkiksi kätesi ovat myös toistensa ei-päällekkäisiä peilikuvia. Vaikka ne näyttävät samalta, ne eivät mene päällekkäin, kun laitat toisen päällekkäin.

Yleensä näillä peilikuvaversioilla on hyvin samankaltaiset ominaisuudet, koska niillä on samat elementit ja sidokset. Mutta tapa, jolla ne on järjestetty avaruuteen, voi muuttaa dramaattisesti niiden vaikutuksia kehoon.

Aivan kuten et pystyisi sovittamaan vasenkätistä käsinettä oikeaan käteesi, vasenkätinen versio lääkkeestä ei mahdu kohteeseen, joka on muotoiltu sopivaksi oikeakätiselle molekyylille.

Kiraalisia molekyylejä on kaksi versiota tai isomeerejä, jotka määritellään niiden mukaan optinen aktiivisuus . Tämä tarkoittaa, että jos säteilet polarisoitua valoa kiraaliseen molekyyliin, toinen kiertää valoa vasemmalle (merkitty etuliitteellä L- eli vasemmalle kiertävä), kun taas toinen kääntää sitä oikealle (merkitty etuliitteellä D eli oikealle kiertävä). ).

Aminohappoja , proteiinien rakennuspalikoita, ovat kiraalisia molekyylejä. Elävät organismit valmistavat pääasiassa proteiineja aminohapot, joilla on L-konfiguraatio . D-konfiguraatiolla on kuitenkin monia muita toimintoja luonnossa.

Bakteerit käyttää esimerkiksi D-konfiguraation aminohappoja soluseinien valmistukseen. Nisäkkäät käyttävät D-konfiguraation aminohappoja lähettiläinä hermostossaan ja endokriinisissä järjestelmissään.

Aminohappotyrosiini on yksi tärkeä poikkeus L-konfiguraatiosäännöstä. Toisin kuin muut aminohapot, tyrosiinin sekä L- että D-konfiguraatiot voidaan aktivoida proteiinisynteesiä varten ns. tyrosyyli-tRNA-syntetaasi (TyrRS) .

D-tyrosiinin läsnäolo voi vaikeuttaa solujen syntetisoimista proteiineja, jotka käyttävät vain L-tyrosiinia. Solut ovat kuitenkin kehittäneet entsyymejä, jotka voivat erottaa molemmat versiot ja varmistaa, että käytetään vain L-tyrosiinia.

Kun tyrosiinia kuluttavat entsyymit puuttuvat, seurauksena voi olla lisääntynyt tyrosiinitaso kehossa. myrkyllisiä vaikutuksia , mukaan lukien hermoston vaurioita .

Äskettäin julkaistu teos laboratoriostani ehdottaa mahdollista syytä, miksi liian paljon tyrosiinia voi olla neurotoksista. Kun lisäsimme lisääntyviä määriä L-tyrosiinia rotan aivosoluihin petrimaljassa, havaitsimme, että se alensi TyrRS:n, entsyymin, joka aktivoi tyrosiinin muodostamaan proteiineja aiheuttamatta vahinkoa keholle, tasoja.

Yllättäen D-tyrosiinin lisääminen ei vain aiheuttanut TyrRS-tasojen putoamista, vaan myös tappoi neuronit.

Kun tarkastelimme Alzheimerin tautia sairastavien potilaiden aivoja, joilla oli kohonneita tyrosiinitasoja, havaitsimme myös, että TyrRS-entsyymitasot ovat tyhjentyneet. Hypoteesimme on, että kun aivojen tyrosiinitasot nousevat, TyrRS-entsyymitasot laskevat ja aiheuttavat haitallisia vaikutuksia Alzheimerin tautia sairastavien aivoihin.

Nämä havainnot osoittavat, että TyrRS:llä voi olla potentiaalisesti tärkeä rooli kognition ja muistin kannalta välttämättömien proteiinien synteesissä.

Viinirypäleet, maapähkinät ja Alzheimerin tauti

Nämä havainnot vaikuttavat tutkimuksiin resveratrolia , punaviinissä oleva yhdiste, jonka mahdollisia terveyshyötyjä tutkijat ovat tutkineet. Sillä aikaa joitakin kliinisiä tutkimuksia havaitsi, että resveratroli voi parantaa kognitiivista toimintaa ihmisillä, joilla on Alzheimerin tauti, toisten mielestä sillä oli päinvastainen vaikutus ja teki taudista vakavamman.

Miksi resveratrolilla voi olla niin erilaisia ​​vaikutuksia, on jäänyt tieteelliseksi arvoitukseksi.

Resveratrolia on kahdessa muodossa, cis-resveratrolia ja trans-resveratrolia. The 'cis-' ja 'trans-'-etuliitteet , aivan kuten L- ja D-, kuvaavat, kuinka samat atomit kahdessa isomeerissä on järjestetty eri tavalla avaruudessa.

Kollegani ja minä huomasimme, että koska kaksi resveratrolia sitoutua TyrRS:ään eri tavoin , ne voivat johtaa päinvastaisia ​​vaikutuksia neuroneissa . Vaikka cis-resveratroli pystyi lisäämään TyrRS-tasoja rotan hermosoluissa petrimaljassa, suuret trans-resveratrolipitoisuudet tyhjensivät TyrRS:ää ja aiheuttivat hermovaurioita.

Kuitenkin alhaiset pitoisuudet trans-resveratrolia voivat muuntaa cis-resveratrolia kehossa. Tämä tulos johtaa TyrRS-tasojen nousuun ja siihen liittyviin etuihin.

Oletamme, että monet kliiniset resveratrolia koskevat tutkimukset epäonnistuivat, koska yhdessäkään ei testattu cis-resveratrolia yksinään. Uskomme, että tämä voi myös selittää, miksi tutkimuksissa, joissa käytettiin suuria annoksia trans-resveratrolia, havaittiin haitallisia vaikutuksia, kun taas tutkimuksissa, joissa käytettiin pieniä annoksia trans-resveratrolia, jotka sitten muunnettiin cis-resveratroliksi elimistössä, havaittiin hyödyllisiä vaikutuksia.

Yksittäisten atomien ja molekyylien sidosten lisäksi keho välittää myös siitä, miten ne on järjestetty avaruuteen. Huumeiden eri muotoihin kiinnittäminen voi auttaa parantamaan hoitoja.

Sajish Mathew , lääketutkimuksen ja biolääketieteen apulaisprofessori, Etelä-Carolinan yliopisto .

Tämä artikkeli on julkaistu uudelleen Keskustelu Creative Commons -lisenssillä. Lue alkuperäinen artikkeli .

Meistä

Riippumattomien, Todistettujen Tosiasioiden Julkaiseminen Terveys-, Avaruudesta, Luonteesta, Tekniikasta Ja Ympäristöstä.