Станислав Галактионов - Биологически активные
Очевидно, что воспользоваться определением, данным Водом, на практике довольно непросто.
Условие 1 – действие в низких концентрациях – является необходимым, но недостаточным; в конце концов, тот же цианистый калий действует в микромолярных концентрациях. Далее, если мы хотим определить, являются ли центры связывания некоторого вещества рецепторами или нет, нам нужно получить каким-то образом соединение-антагонист, что зачастую весьма и весьма сложно. А главное, в принципе процесс связывания любого вещества любыми центрами взаимодействия можно подавить добавлением другого вещества, также способного связываться этими центрами. Если биологический эффект в обоих случаях будет выражен в разной степени – условие 3 можно считать выполненным.
Обратимся теперь к другому определению, принадлежащему П. Куатреказасу, им перечисляются пять основных признаков рецепторов:
«Первый: взаимодействие биорегулятора с рецептором должно отвечать требованиям определенной пространственной и структурной специфичности. Второй: количество связывающих мест должно быть ограниченным, и, следовательно, связывающие места должны быть насыщаемыми. Третий: связывание биорегулятора должно иметь тканевую специфичность, соответствующую его биологической специфичности. Четвертый: связывающие места должны обладать высоким сродством к гормону, а их концентрация должна соответствовать физиологической концентрации гормона. Пятый: связывание биорегулятора с рецептором должно быть обратимым».
Четвертый признак равнозначен первому условию Вода: агенты должны действовать в низких концентрациях. Что касается признаков второго и пятого, то они как будто очевидны; ясно, что количество мест связывания чего угодно чем угодно в организме будет ограничено, а любое связывание в принципе обратимо.
Первое требование сформулировано несколько расплывчато; по-видимому, имеется в виду взаимное пространственное соответствие центра связывания и связываемой молекулы. Можно, однако, предположить, что этот фактор играет важную роль и в более простых процессах адсорбции.
Как видно, нелегкое это дело – дать четкое определение понятия «рецептор». К чести исследователей, работающих над раскрытием механизмов действия биологически активных соединений, это нисколько не помешало изучению организации рецепторных систем многих конкретных биорегуляторов и созданию целого автономного раздела эндокринологии, молекулярной фармакологии и смежных дисциплин – теории рецепторов. Одна из книг, посвященных изложению основ этой теории, начинается так:
«Нередко на прилавках книжных магазинов или библиотечных полках встречаются издания типа «Частотный англо-русский словарь по ядерной физике», «Частотный словарь современного белорусского языка», «Частотный словарь Адама Мицкевича» и т.п.
Нам ничего не известно о существовании «Частотного словаря терминов из области биофизики, биохимии, физиологии и фармакологии». Впрочем, может быть, он и существует – в виде, например, приложения к диссертации, защищенной где-нибудь в Ванкувере или Каракасе, так что воспользоваться им в данный момент может не каждый. Однако, даже не заглядывая в такой словарь, берем на себя смелость утверждать: термин «рецептор» наверняка фигурирует в нем среди наиболее часто употребляемых».
И все это, повторяю, без наличия точного определения самого термина «рецептор». Автор рассмотренной выше попытки дать такое определение. Вод, и сам видел несовершенство своих формулировок; отчаявшись, он завершил свои рассуждения на эту тему словами: «Каждый автор имеет свое собственное определение понятия «рецептор». Я определяю его как содержащуюся в ткани структуру, которая ведет себя как R в рассматриваемых здесь схемах. Это аналогично определению температуры как того, что ведет себя как T в распределении Максвелла – Больцмана».
Далее следует несколько десятков страниц текста, насыщенных уравнениями (теория рецепторов – наука умеренно точная), в которых и в самом деле постоянно встречается буква R.
Существует, впрочем, и ещё один подход к определению понятия «рецептор». Его идея также принадлежит нескольким крупным авторитетам в области молекулярной фармакологии и заключается в следующем: если исследователь, обсуждая результаты своего эксперимента, утверждает, что изучаемый агент связывается в клетке, просто с «чем-то», масштабы его незнания ясны сразу; если же речь идет о взаимодействии с рецептором, создается иллюзия глубокого понимания молекулярной картины процесса. Таким образом, можно рассматривать термин «рецептор» и как средство улучшения самочувствия определенной группы профессионалов.
Схватка с призраком
Механизмы реализации первого этапа действия биорегулятора на клетки-мишени – образование комплекса его молекулы с соответствующим рецептором – в основных чертах почти одинаковы почти у всех биорегуляторов («Раввин Исайя так мудр, так мудр, – читаем у И. Уткина. – Почти наизусть знает почти весь Талмуд»).
Напротив, второй этап – «пострецепторные» события, то есть развитие реакции клетки на образование комплекса, – может осуществляться многими путями, хотя и здесь у самых разнообразных групп биологически активных соединений можно часто заметить далеко идущие элементы сходства организации внутриклеточных процессов.
Рассмотрим вначале более детально первый этап.
Итак, одним из условий прочного связывания молекулы биорегулятора рецептором является взаимное соответствие их пространственной структуры. Рецептор в той части, которая непосредственно взаимодействует с молекулой биорегулятора, должен представлять собой как бы слепок с этой молекулы – полностью аналогично упоминавшемуся соответственно типа «рука –перчатка» или «ключ – замок», в случае фермента и субстрата.
Разумеется, для полного понимания молекулярных механизмов действия гормонов и других соединений, выполняющих регуляторные функции в организме, важно было бы знать детали такого соответствия; в конце концов, молекула ведь может быть повернута относительно рецептора различными способами, интересно бы выяснить, на какую глубину она «входит» в толщу рецептора и т.д.
Такого рода информацию удалось получить экспериментальным путем, с помощью методов рентгеноструктурного анализа для весьма сходного акта: взаимодействия некоторых ферментов с соединениями – субстратами. Точнее, не с «нормальными», «хорошими» субстратами, с которыми ферментам приходится иметь дело в организме, такие комплексы существуют очень недолго; немедленно после их образования, как уже писалось, происходит реакция, изменяющая структуру молекулы субстрата, комплекс же фермента с модифицированной молекулой весьма непрочен и быстро распадается.
Иначе обстоит дело в случае упоминавшихся уже ингибиторов ферментов – соединений, близких «хорошим» субстратам по строению и образующих с молекулой фермента прочный комплекс. Только вот на месте атакуемой ферментом связи или функциональной группы оказывается нечто чужеродное, совершенно не поддающееся атаке и не вовлекаемое в реакцию. Молекула фермента оказывается блокированной на значительное время.
Таким образом, по механизму действия ингибиторы полностью аналогичны только что рассмотренным конкурентным антагонистам. Комплексы ингибиторов с ферментом можно получить в кристаллическом виде – а этого только и ждут кристаллографы-рентгеноструктурщики.
Методы рентгеноструктурного анализа позволяют воссоздать пространственную структуру молекулы белка (в обсуждаемом случае – вместе с молекулой связывающегося с ней ингибитора) с точностью до положения отдельных атомов. Благодаря этому стали ясны многие конкретные подробности актов ферментативного катализа. Однако ферменты (и их комплексы с ингибиторами) сравнительно легко выделить в достаточных количествах, а затем получить в кристаллическом виде («закристаллизовать», говорят профессионалы).
Совершенно иным образом обстоит дело с рецепторами – даже наиболее хорошо изученными. Чаще всего, по-видимому, рецептор – это не одна молекула, а сложное образование, состоящее из нескольких молекул, встроенных в мембрану. Преимущественно это белковые молекулы, но не только. Чаще предполагается, что с молекулой биорегулятора непосредственно взаимодействует именно белковый компонент. В настоящее время выделены рецепторные белки ряда биорегуляторов, однако достаточно подробный рентгеноструктурный анализ комплекса гормона с его специфическим рецептором – все еще дело будущего.
И все же, если нельзя получить сведения о пространственной организации связывающего центра рецептора прямыми экспериментальными методами, не следует ли поискать каких-либо косвенных подходов?
