зь путем отрыва атомов водорода. Такое молекулярное образование напоминает ферментсубстратный комплекс, где геометрия структуры позволяет региоспецифически вводить двойную связь в алкильную цепь амина. Эта система действительно в упрощенном виде моделирует фермент десату-разу, которая превращает стеариновую кислоту в олеиновую путем введения цыс-двойной связи в положение 9—10 алкильной цепи.

5.6.1. Примеры других реакций, близких к биосинтезу

Примерами биосинтетических реакций могут служить реакции превращения алкалоидов, в которых фенольные кольца соединяются орто-орто-, орто-пара- или пара-пара-положениями по механизму одноэлектронного окисления металлнезависимыми фер' ментами. Окислительное соединение фенолов в течение долгого времени признавали важнейшим биосинтетическим процессом, характерным не только для алкалоидов, НО 8 некоторых случаях

Моделирование ферментативных систем

325

|также для таннинов, лигнинов и растительных пигментов. Что [касается химических методов, то различные окислители [Fe3+, [Fe(CN)!~, Pb02, Ag20] могут осуществлять «сшивание» фенолов, и недавно для стимулирования протекания такой реакции при син-¦гезе морфина была использована система с участием таллия(III) I [200]:

сн,о

СН,0

сн,о

он

но

сн.

морфий

Механизм включает образование и димеризацию феноксирадика-

flOB.

I В настоящее время известно множество стабильных радикалов. [Промышленное использование затрудненных фенолов, таких, как ЗЛ.б-три-трег-бутилфенол или 2,5-ди-грег-бутилокситолуол (БОТ),

326

Глава 5

в качестве антиоксидантов в пищевых продуктах и аналогичная функция витамина Е (а-токоферола) в клеточных тканях основаны на их способности образовывать стабильные свободные радикалы такого же типа, что и в реакциях окислительной рекомбинации.

ОН

2.,4,6-mpu-/7/?«w-бцггшлфенол

витамин Е

Другое практическое применение химического окисления следует искать в биосинтезе простагландинов [201, 202]. В природе они синтезируются путем селективного окисления предшественника — жирной кислоты Сго, содержащей три или четыре двойные связи. Полиненасыщенная жирная кислота в присутствии фермента циклооксигеназы окисляется молекулярным кислородом путем двух последовательных реакций радикальной циклизации с образованием бициклического промежуточного продукта — эндо-пероксида. Разлагаясь, он образует различные простагландины, в том числе PGF2 и PGF2a. а также тромбоксан Аг и простациклин (рис. 5.20).

модифицированный участок^* ^

ioj-

приростный энЭопероксио

некоторые синтетические аналоги

HN^ СН^

I / II у СН3-< > HN СН СГ

С/ NX у

О

f С»{ /

I У» "Ли | у

CHf СГ

у

относительная активность ~o,i

.0,1

з -4

4 -7

24

Простагландины открыты в 30-х годах. Как показали наблюдения, они участвуют во многих физиологических процессах, воздействуют на активность многих клеток, в которых синтезируются. Молекулярная основа различных способов действия простагландинов пока не известна, но они, по-видимому, контролируют действие гормонов, а не действуют как гормоны.

Позднее особый интерес к простагландинам был вызван их ролью в воспалительных процессах и иммунном ответе, поскольку онн стимулируют синтез ги-стаминов. Широко используемый аспирин (ацетилсалициловая кислота) обладает противовоспалительным и антипиретическим (жаропонижающим) действием. В настоящее время есть основание предполагать, что механизм действия ЭТ9Г9

торые фосфорипировсштае фосфолипаза А 1 многих клеточных мембран—

Веажбы аллильный npo-S-атом еобороба селективно уваляется ферментом

СООН

цис-А',А*,л 11,лх*- эйкозате тра-еновая (арахиЭоновая) кислота

+ -о-о-

циклоок.сиг.еназа (зноопероксийсцнтаза)

СООН

СООН

н ООН

энбопероксийный интермевиат

(PGG2)

Н' "ОН тромбоксан а2 (тха2) СООН

СООН

н'\>н

НО

простациклин (PGI?)

Рис. 5.20. Биосинтез простагландинов и их производных.

328

Глава 5

лекарства заключается в прекращении синтеза простагландинов путем ингибирования циклооксигеназы, которая ответственна за образование промежуточного продукта — эндопероксида. Эндопероксид и тромбоксан Аг, продукт непроста-гландиновой природы, являются мощными физиологически активными агентами, которые, как известно, стимулируют агрегацию тромбоцитов и сужение сосудов. Оказалось, что синтетические аналоги эндопероксида, в которых пероксидная группа замещена, обладают аналогичными свойствами. Некоторые из них даже более активны.

Другое производное, простациклин, обладает противоположным действием, растворяя агрегаты тромбоцитов. Это самый мощный среди всех известных антн-агрегирующих агентов. Открытие этих двух новых классов соединений, тромбо-ксанов и простагландинов, их противоположное действие на сердечно-сосудистую систему и ингибирование их синтеза определенными противовоспалительными агентами, — все это позволит по-новому взглянуть на возможность предотвращения и лечения атеросклероза [1203]. Есть надежда, что другие синтетические аналоги этих новых соединений найдут интересное терапевтическое применение для контроля тромбоза и других нарушений сердечно-сосудистой системы в целом.

Кроме того, синтетические модифицированные аналоги простагландинов можно рассматривать как потенциальные контрацептивы. В небольших дозах онн вызывают искусственное прерывание беременности.

Большой вклад в описание свойств и синтез производных простагландинов сделали Самуэльсон и Кори [201].

Поскольку циклизация пероксидного радикала занимает важное место в процессах биологического окисления, то для объяснения механизма реакции были использованы простые органические модели. Такие модельные исследования помогают химикам также понять общие принципы активности радикалов.

Портер и сотр. [204] сообщили о методе получения определенных ненасыщенных пероксидных радикалов. Самое главное в этом методе то, что атомы водорода в пероксидной функции (ROOH) гораздо легче отрываются трет-бутоксильными радикалами, чем атомы водорода, присоединенные к углероду. Ди-трет-бутилпер-оксалат (ДБПО) генерирует пероксидные радикалы, способствуя протеканию двух последовательных реакций радикальной циклизации.

ноо

+ ДБПО

аналогично:

Моделирование ферментативных систем

329

[Следовательно, эти модельные системы пригодны для систе-¦тического изучения радикальной циклизации, приводящей к об-азованию эндопероксидов, промежуточных продуктов биосинтеза фостагландинов.

[Вполне приемлем следующий механизм, согласующийся с экспериментальными данными:

нею ^ -ост ^

+

-j-o«

оо-

ООН

vo

о

о

о

4- ROO-

циклизация у-гидроперокси-

ci у^н рь «гн" нх V^Ph н н

Кроме того, были получены другие простаноидные эндопер-оксидные модельные соединения. Очень важна реакция гидропер-•оксибромирования циклопропанов ¦юмидов в 1,2-диоксоланы [205]. Из приведенной схемы синтеза Тщно, что циклопропановые Жльца могут также служить как Трфективные и удобные синтоны Ля получения модельных соединений эндопероксидов.

Наконец, следует упомянуть о попытке синтезировать несколько производных 2,3-диокса-бицикло [2.2.1] гептана, напряженного бициклического перекидного ядра простагландинового ндопероксида [206]. Эти производные получаются из 2,3-диоксабицикло [2.2.1] гептена-5 ривным восстановлением диимидом или хлорированием.

| Следует учитывать, что исследования Портера и сотр. по внутри-Влекулярному катализу проводились с целью выявления раз-ичных аспектов функции ферментов, а не с целью воспроизведения ферментативного катализа. Тем не менее иногда именно

Ph

PhimV"^--р

'-О

1.2-биоксалан

Ag,0

HjOj/NBS

Ph IlllllPh

-^Mll

Br

ООН

селек-

330

Глава 5

Ph

Ph

Ph

""'"Cl -Cl

о

Ph

такого рода задачи следует решать прежде, чем переходить к созданию «искусственных ферментов».

5.7. Биомиметические реакции полиеновой циклизации

Биомиметический синтез можно определить как планирование и проведение в лабораторных условиях реакций, в основе которых лежат уже установленные или предполагаемые биохимические процессы. Это подразумевает создание новых для небиологических систем химических превращений и разработку изящных методов полного синтеза предшественников различных природных соединений. В этом направлении были сконцентрированы усилия Ван Тамелена и сотр. [207] и Джонсона и сотр. [208, 209].

5.7.1. От сквалена до ланостерина

Сквален — предшественник стеринов и полициклических три-терпенов. В 50-х годах Сторк и Эшенмозер предположили, что биогенетическое превращение сквалена в ланостерин включает синхронную окислительную циклизацию. Процесс катализируется кислотой и протекает через образование ряда карбониевых ионов, обеспечивающих замыкание всех четырех колец. В настоящее время существует убедительное доказательство того, что первой стадией является селективное эпоксидирование двойной связи с образованием сквален-2,3-оксида (рис. 5.21).

Ранние исследования Ван Тамелена [210] показали, чтосквален может быть превращен химическим путем в 2,3-бромгидрин обработкой бромноватистой кислотой в водном растворе глима. Кроме того, при обработке сквалена N-бромсукцинимидом (NBS) в воде селективно образуется желаемый конечный бром-гидрин. Обработка основанием в этаноле приводит к образованию рацемического сквален-2,3-оксида. При использовании гомогената крысиной печени в стандартных аэробных условиях рацемический сквален-2,3-оксид в конечном счете дает стериновые фракции, которые могут быть очищены хроматографически.

Более того, было показано, что сквален-2,3-оксид синтезируется непосредственно из сквалена в стеринобразующей системе кры-

332

Глава 5

синой печени и служит предшественником стеринов; он гораздо эффективнее, чем сквален, участвует в процессах, протекающих в анаэробных условиях. Следовательно, весьма вероятно, что именно промежуточный сквален-2,3-оксид циклизуется под действием фермента, что приводит к образованию ланостерина, предшественника холестерина и других стероидных гормонов. Естественно, что при ферментативном процессе образуется только один изомер эпоксида — 3-5-изомер