Kimyasal bileşiklerin kiralitesi

Brain

Expert Pharmacologist
Joined
Jul 6, 2021
Messages
256
Reaction score
279
Points
63
Ds94Tl0Cej


Okuldan herkes hatırlar: maddeler moleküllerden, moleküller de atomlardan oluşur. Eğer bileşim aynıysa, madde de aynıdır. Ancak işler daha karmaşıktır: aynı formüle sahip iki molekülden biri gerekli bir ilaç, diğeri tehlikeli bir zehir olabilir.

Bugün bir molekülün ayna görüntüsünün neden farklı çalıştığını, astronotlara neden günlük amfetamin reçete edildiğini, ketaminin "ayna" versiyonlarının onu nasıl bir antidepresan veya uyku hapı haline getirdiğini ve "Thalidomide trajedisinin" ne olduğunu keşfedeceğiz.

Hiç aynaya bakarken, gerçek olsaydınız ve aynadaki siz birleştirilip karşılaştırılsaydınız ne olacağını düşündünüz mü? Görünüşe göre ikiniz de aynı olurdunuz - iki kol, iki bacak... ama yatay olarak yansıtılırdınız. Örneğin, gerçek beninizin sol uyluğundaki ben, aynadaki beninizin sağ uyluğuna geçerdi.

Bu durum varsayımsaldır, ancak kulağa bir tür kötü yolculuğun tanımı gibi geliyor. Ancak kimya dünyasında, yukarıda anlatılan fantezi sıradan olmakla birlikte, kimyasal bileşiklerin özellikleri açısından oldukça önemli bir anlama sahiptir.

U9elXpSDZk


"Ayna" maddeler nedir?
"Ayna" maddelere optik izomerler denir. Bu arada bu terim, aynı maddenin farklı optik izomerlerinin çözeltilerinden geçerken ışığın polarizasyonunun sadece rotasyonunu tanımladığı için en başarılı terim değildir. Daha yaygın olarak kullanılan bir terim ise enantiyomerlerdir. Bu kavram en iyi şekilde bir resimle gösterilebilir.

Kimyada bir bileşik, atomların elektron kabuklarının etkileşiminden kaynaklanan, enerji açısından avantajlı olan tek bir konfigürasyon alır. Bu durumda üç yüzlü piramit (tetrahedron), merkezi karbon atomuna bağlı atomların karşılıklı diziliminin avantajlı bir konfigürasyonudur. Ve "köşelerinin" dizilişi ya sol taraftaki gibi ya da sağ taraftaki gibi olabilir ve bu "yansımalar", onları nasıl bükerseniz bükün birleştirilemez.

Buarada, kimyagerler bunun hakkında fazla düşünmezler ve optik izomerleri bu şekilde adlandırırlar - sola dönen (L-izomerler) ve sağa dönen (D-izomerler).

Bu, fizik ve kimyanın ve onların üç katlı denklemlerinin bir başka karmaşası gibi görünebilir, ama hiç de öyle değil: bir mucize eseri (aslında termodinamik) hepimizin L konformasyonlu amino asitlerden ve D konformasyonlu karbonhidratlardan oluştuğumuz ortaya çıktı!
Eki görüntüle VoA0C6kGDy.jpeg
Elbette bu kuralın istisnaları da vardır: D-amino asitler doğada bulunur, ancak az sayıdadırlar, çok spesifik özelliklere sahiptirler (örn, Bazı bakterilerde metabolik düzenleme) ve proteinlere dahil edilmezler.

Miller'ın eski Dünya'nın koşullarını ve abiyogenez aşaması olarak adlandırılan inorganiklerden organik bileşiklerin oluşumunu yeniden üreten ünlü deneyinde, çıktı L- ve D-amino asitlerin eşit bir karışımıydı .

L-formlarının baskınlığını açıklayan birkaç hipotez vardır (örneğin, "genç" Güneş'in radyasyonunun kısmen polarize olduğu ve D-amino asitler tarafından emildiği ve daha sonra yok oldukları), ancak şu anda erken protoorganizmaların neden hala kendi kendine üreme için L-amino asitleri "seçtiğini" açıklamada çok az ilerlemekaydetmişlerdir.

Bununla birlikte, tüm bilim insanları bir konuda hemfikirdir: "homokirallik" olgusu, yani yalnızca L- veya D-amino asitlerin kullanılması, protein moleküllerinin kararlılığındaki kilit noktalardan biridir.

İlginçtir ki, vücudumuz D-amino asitleri ve L-karbonhidratları sindiremez.Bu güzel gerçek, biyokimya bilimcilerini "ayna dünya"olarak bilinen çok sadist bir zihinsel deneye yönlendirdi.

Kendinizi Dünya ile aynı, ancak amino asitlerin ve karbonhidratların kiralitesinin tersine çevrildiği bir gezegende bulduğunuzu hayal edin. Kolayca sindirilebilen bol miktarda yiyeceğe sahip olsanız bile açlıktan (ve muhtemelen zehirlenerek) ölürdünüz.

1VQGM4bX7Y


Amfetamin Kardeşler
Biraz biyokimyanın derinliklerine inelim ve kiralitenin günlük hayatımızı nasıl etkilediğine bakalım. Örneğin, amfetamin gibi iyi bilinen bir ilacı ele alalım. FDA (Gıda ve İlaç Dairesi) tarafından onaylanmış ve narkolepsi tedavisi için Adderall markası altında satılmaktadır.

L-amfetamin (levoamfetamin) ve D-amfetamin (dekstroamfetamin veya deksedrin) olmak üzere iki enantiyomeri vardır.

Klasik sentez teknikleriyle, çıktı, yaklaşık olarak eşit oranlarda L- ve D-enantiyomerlerinin bir karışımı olan rasemat olarak adlandırılan bir üründür. Enantiyomerlerden birinin seçici olarak elde edilmesini sağlayan "stereoselektif" sentez yöntemleri de bulunmaktadır.

Levoamfetamin ve deksedrinin biyolojik özelliklerine gelince, farklılıklar oldukça önemlidir - levoamfetamin BBB' yi (kan-beyin bariyeri, beyin dokusuna giren kimyasal maddeleri "filtreleyen" özelleşmiş hücreler ve proteinlerden oluşan bir sistem) geçmekte zorlanır ve esas olarak periferik etkilere sahiptir - artan kan basıncı, artan kalp hızı.

D-enantiyomerinin ise esas olarak MSS etkileri vardır: dopamin salınımında L-izomerine kıyasla dört kattan fazla daha etkilidir.
SOQ2gPqK9x

Peki bu neden oluyor? Biyokimyanın temel kurallarından biri, bir substratın bir enzime bir kilide anahtar gibi uyması gerektiğidir.Aynı kural farmakoloji için de geçerlidir: bir ilaç maddesinin hedefine yapısal yakınlığı olmalıdır.

Hedef proteinin "bağlanma bölgesi" tüm molekülün yapısını değil, yalnızca tek tek atomların düzenini tanıdığından ve bu temelde protein molekülü ya çalışmasını durdurur ya da aktive olur, bir veya iki atomun uzamsal konumundaki küçük bir fark büyük bir rol oynayabilir.

Farklı amfetamin enantiyomerlerinin toplu yapısına yakından bakarsanız, atomların uzaydaki konumlarındaki farkı görürsünüz (mavi, nitrojen atomudur). Ve bu, proteinlere, örneğin aynı dopamin taşıyıcısına (DAT) bağlanmada kilit bir noktadır.
57GJ8khoAi

Eğlenceli bilgi: Dexedrine uzay tıbbında ve Amerikan astronot uçuşlarında kullanılmıştır. Gördüğünüz gibi, vücut sıvılarının aktif olarak yeniden dağıtıldığı sıfır yerçekiminde basınç ve hemodinamik ile oynamak oldukça tehlikelidir.Ama astronotları zinde tutmak için bir şeye ihtiyacımız var, değil mi?

İşte astronotun ilk yardım çantasının bileşimi - "Stowed/Used"sütunlarındagörebileceğiniz gibi,Ay kaşifleri deksedrini skopolamin ile karıştırmayı severlerdi.

Bu karışımın mide bulantısı tedavisinde son derece etkili olduğu bildirilmiştir.Ayrıca astronotların yörüngeden inerken 10 mg Dexedrine almalarını gerektiren bir düzenleme de vardı.
BVYzi1qDvF

Nüanslı ve güvenli bir sakinleştirici
Çeşitli enantiyomerlerin kullanım tarihi ve farmakolojisinde, amfetamin ile ayın eğlenceli fethinin yanı sıra, talidomid gibi bazı çok karanlık sayfalar da olmuştur.

Kadınların hamilelik sırasında uykusuzluk, mide bulantısı, huzursuzluk ve gece 1'de reçelli ve jambonlu sandviç istemek gibi garip tat tercihleri şeklinde kendini gösteren büyük bir "hormonal fırtına " nedeniyle "şartlıolarakaklı başında" hale geldikleri bilinmektedir. 1950'lerin sonlarında doktorlar dikkatlerini, ciddi yan etkileri olmayan güvenli bir sakinleştirici olan ve giderek daha popüler hale gelen talidomide çevirdiler.

Evet, bu ilaç anksiyeteyi ve garip davranış anormalliklerini hafifletiyordu, ancak işin can alıcı noktası şuydu: bu ilaç daha önce hamilelikte, hatta farelerde bile hiç kullanılmamıştı.

Uygulamaya girmesinden sadece 2-3 yıl sonra, doktorlar her türlü deformasyona sahip çok sayıda çocuğun doğumuyla şaşırdılar: bazılarının bacakları, bazılarının kolları yoktu ve bazıları da (kelimenin tam anlamıyla) beyinsiz doğmuştu.Hamilelikte reçeteli ilaçların geçmişini araştırmaya başladılar ve thalidomide buldular.

PnuRgtc8vs

Doğal olarak, kullanımı derhal durduruldu ve piyasada bulunmasına nasıl izin verildiğine dair uzun yıllar süren bir soruşturma başlatıldı. Okuyucuyu denemelerin cilveleriyle sıkmayacağım, ancak konuya geleceğim.

Stereoselektif olmayan sentez, D- ve L- olmak üzereiki enantiyomer üretti. Bunlardan biri yan etkisi olmayan gerçekten iyi ve uygun bir sakinleştiriciydi, diğeri ise teratojendi, yani doğuştan deformasyonlara neden oluyordu.

Talidomidin (enantiyomerin kötü kardeşi) toksik etkisinin özü, hardal gazı gibi DNA'ya dahil olmasıydı. Bu, keşfedilen birçok toksik etki mekanizmasından yalnızca biri olsa da, sürekli bölünen ve hızla büyüyen bir hücre kitlesine sahip olduğunuz bir durumda, kritik olan budur.
HpgZMVw8Q2

Bu ilacın neden olduğu trajik olaylar ve sakatlıklar dizisi talidomid trajedisi olarak adlandırılmıştır.İşin en ilginç yanı, üretici şirketin kurbanlara yaptığı ödemeler nedeniyle iflas etmemiş olmasıdır; dahası, Grünenthal opioid analjezik tramadol üreterek hala iyi durumda ve başarılıdır.

Ve bazen de çeşitli engelli örgütlerine 50 milyon avro gibi cüzi bir miktar hortumlamaktadır.

Ayrıca, elbette, "sevgili" FDA'mız, talidomid trajedisinden önce yalnızca ilaç şirketlerinin sorumluluğunda olan birkaç ek zorunlu teratojenite testi getirmiştir.

Ketamin: halüsinojen, antidepresan veya yatıştırıcı?

Buna ek olarak, sitalopram ve essitalopram (L-izomer) sentezinde olduğu gibi, bir moleküldeki bir veya iki atomun konumunun kritik olduğu birçok başka durum da vardır.

İkincisi, serotonini salındıktan sonra nörona geri pompalayan serotonin taşıyıcısına olan daha büyük afinitesi (seçiciliği) bakımından ilkinden farklıdır. Taşıyıcı bloke edildiğinde, serotoninin intersinaptik boşlukta kalma süresi artar ve ilacın antidepresan etkileri de buna bağlı olarak artar.

Diğer umut verici antidepresanlar arasında, daha önce yalnızca genel anestezi için kullanılan ketaminden bahsedebiliriz. Ayrıca iki optik izomeri de mevcuttur - arketamin (R-ketamin) ve esketamin (S-ketamin).

Uzun bir süre boyunca, doktorlar ve farmakologlar rasemat ve tek kullanımlık bireysel formlar arasındaki farklara dikkat etmediler, ancak şimdi madde aktif olarak bir antidepresan olarak ve çeşitli anksiyete bozukluklarının tedavisi için araştırılıyor, bu farklılıklar daha fazla dikkat çekti.

Arketamin, blokajı peri halüsinasyonlarının nedeni olan NMDA-reseptörleri açısından esketamine göre 4 kat daha az aktiftir.
DJhBpPFjQ3

Buna karşılık, R-izomerinin iki benzersiz özelliği vardır: AMPA-reseptörlerinin aktivasyonu (normalde glutamat tarafından aktive edilen ve hafıza sürecinin biyolojik temellerinden biri olan uzun vadeli potansiyelin oluşumunda rol oynayan reseptörler) ve sadece arketamin için karakteristik olan benzersiz bir metabolit oluşumu - (2R,6R)-HNK.

Basitçe hidroksinoroquethamin veya daha kesin olarak R-stereoizomeri olarak adlandırılan bu metabolit, orta derecede güçlü bir psikostimülan ve iyi bir antidepresandır.
8BV9QSACDm

İkiz kardeşi esketamin de kayda değerdir. Daha güçlü bir NMDA-antagonisti ve dopamin geri alım inhibitörüdür. Ancak, bunun iyi bir şey olduğunu düşünüyorsanız, yanılırsınız. Bu nörotransmitterden çok fazla olduğunda, kişi, en hafif tabirle, bu gerçeklikle temas halinde değilmiş gibi hissetmeye başlar.

Böyle bir duruma örnek olarak alkolik deliryum verilebilir - mekanizması itibariyle bu patolojik durum, saf esketamin uygulamasının etkilerine kısmen benzemektedir.

Bununla birlikte, hastaya çok fazla esketamin enjekte edilirse, çok hafif
(tolerans açısından) biranesteziyegirecekve bundan çıktıktan sonra kişi, "klasik" rasemik ketamin kullanıldığında oldukça sık görülen postnarkotik ajitasyondan neredeyse tamamen kurtulacaktır.

DOg9CmUN7z


Ve bu, ilaçların optik izomerlerinin biyolojik aktivitesindeki farklılıkların tüm olası örneklerinin sadece küçük bir kısmıdır.

Daha önce sadece rasemik karışımlar olarak kullanılan maddelerdeki bu klinik olarak en önemli aktivite farklılıklarını ortaya çıkarması gereken birçok klinik çalışma şu anda devam etmektedir.

Ve bu farklılıklar güçleri bakımından ihmal edilebilir (essitalopram yerine sitalopram kullanırsa hastaya tehlikeli bir şey olmaz) veya talidomid durumunda olduğu gibi çok önemli olabilir.
 
Top