Стереоспецифичность связывания лигандов. Пространственная конфигурация заместителей

Комплементарность связывания малых и больших молекул в биологических системах в значительной степени зависит от стереоспецифических свойств первых. Это уже хорошо известный факт, на основе которого объясняются также фундаментальные проблемы как стереоспецифичность действия лекарств, стереохимическая специфичность ферментов.
Различают несколько видов изомерных химических соединений: химическая, таутомерия, оптическая, геометрическая и конформационная.

Химическая изомерия может быть проиллюстрирована на примере бензола. Все углеродные атомы в бензольном кольце равноценны, замещение любого водородного атома любой группой (гидроксил, аминогруппой, метил) приводит к одному и тому же монозамещенному продукту. В случае уже имеющегося в конце бензола заместителя, вторая группа может находится в орто-, мета- и пара-положениях относительно его. Это три так называемых химических изомера, имеющих одинаковую химическую формулу, но отличающихся различными физико-химическими свойствами.
Для оптических изомеров могут быть использованы проекции Фишера (D—L-номенклатура) и терминология Канна—Ингольда—Прелога (R—S-обозначения).

Поскольку пользоваться D—L-номенклатурой, не установив направление ориентации проекционной формулы нельзя, и поскольку многие соединения содержат более одного асимметрического углерода, в 1956 г. Р. С. Канном, Д. К. Ингольдом и В. Прелогом была разработана R—S-система обозначений пространственной конфигурации соединений, в которой R обозначает правый (rectus), a S — левый (sinister).
Определяют, как расположены атомы в порядке убывания атомного номера — по часовой стрелке (правая конфигурация R) или против часовой стрелки (левая конфигурация S).

связывание лигандов

Например, в глицериновом альдегиде порядок заместителей, присоединенных к асимметрическому атому углерода, в соответствии с приведенными выше правилами будет ОН, СНО, CR2OH и Н. Для того чтобы определить, каким будет асимметрический углерод, — R или S, расположим молекулу так, чтобы атом Н находился внизу в двумерной формуле или позади асимметрического атома углерода в трехмерной формуле.

Если молекула содержит атомы углерода, связанные двойной связью, и два различающихся атома или группы, присоединенные к этим углеродным атомам, то такая пространственная изомерия называется геометрической, или цис-, транс-изомерией. Геометрические изомеры, подобно химическим изомерам, отличаются по физическим свойствам, например по температурам кипения.

Приставки цис- и транс- указывают, что одинаковые заместители находятся по одну сторону двойной связи или накрест по отношению к двойной связи. Цифра в названии транс-бутен-2 указывает положение двойной связи.

В связи с возможностью вращения вокруг одинарных (простых) связей молекулы насыщенных ациклических соединений способны существовать в самых разнообразных формах, легко превращающихся одна в другую. В отличии от производных чтилена эти соединения не удается выделить в виде стабильных цис- и транс-изомеров. На этом основании долгое время считали, что вращение вокруг углерод—углеродных и иных простых связей совершенно свободно. Однако в действительности оказалось, что вращение вокруг простых связей в той или иной степени заморожено. Даже в случае простейшего соединения этого типа — этана — существует энергетический карьер для свободного вращения, равный приблизительно 3 ккал/моль.

Наличие этого барьера связано с тем, что при крашении метильных групп относительно друг друга их атомы кодорода поочередно располагаются то в шахматном порядке, то заслоняя друг друга.

Заслоненная форма является невыгодной, неустойчивой в сняли с наличием сил отталкивания между тремя парами максимально сближенных атомов водорода. Напротив, форма молекулы, в которой атомы водорода расположены в шахматном порядке, обладает минимумом потенциальной энергии и поэтому является наиболее устойчивой, «заторможенной».

- Читать далее "Конформация белков в организме. Конформация лиганд в фармакологии"

Оглавление темы "Структура белков в организме":
1. Термодинамика фармакологии. Классическая термодинамика
2. Термохимия. Второй закон термодинамики в фармации
3. Термодинамическое равновесие. Критерии равновесия в фармации
4. Строение воды. Водородные связи воды
5. Комплементарность связывания лекарств. Связывание лекарств в организме
6. Гидрофобность лекарств. Мембранные белки и лекарства
7. Вторичная структура белков. Организация полипептидной цепи
8. Третичная и четвертичная структура белков. Ион-индуцированный диполь и диполь-индуцированный диполь
9. Стереоспецифичность связывания лигандов. Пространственная конфигурация заместителей
10. Конформация белков в организме. Конформация лиганд в фармакологии

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: