SD mimetiki doc.dr. Janez Mravljak, mag.farm. Priporočena literatura Pregledni članek: A. Perdih, S. Pečar: Katalitični antioksidanti kot nove zdravilne učinkovine; farm vestn 2006; 57, 24-29. doc. dr. Janez Mravljak 1
Superoksidna dismutaza Funkcija: odstranjuje 2 2 2 + 2 + 2 2 + 2 k ~ 2-4 10 9 M -1 s -1 Edini poznani encim, ki reagira s 2, kinetično eden najhitrejših encimov v naravi hitrost dismutacije je omejena le z difuzijo. Več oblik encima SD: v aktivnem mestu lahko imajo Cu-Zn, Fe, ali i (prokarionti) Mehanizem delovanja SD SD-katalizirano dismutacijo superoksidnega radikala lahko zapišemo s sledečima polovičnima reakcijama: M (n+1)+ -SD + 2 M n+ -SD + 2 M n+ -SD + 2 + 2 + M (n+1)+ -SD + 2 2. Kjer je M = Cu (n=1) ; (n=2) ; Fe (n=2) ; i (n=2). V tej reakciji oksidacijsko število kovinskega kationa oscilira med n in n+1. Aktivno mesto encima lahko naenkrat sprejme eno molekulo 2, zato je produkt encimske redoks reakcije odvisen od oksidacijskega stanja iona kovin prehoda ping-pong mehanizem doc. dr. Janez Mravljak 2
Lokacija SD oblik v celici CuZn-SD (SD1) Citoplazma, jedro, lizosomi -SD (SD2) Matriks mitohondrijev EC-SD [CuZn] (SD3) Ekstracelularno, celična membrana EC -SD Ekstracelularno, celična membrana Fe-SD samo pri prokariontih Aktivnost izoencimov SD So tkivno specifični. ajvečja encimska aktivnost SD je v jetrih, kjer je obremenitev z radikali zaradi intenzivnega i metabolizma visoka. Ekstracelularna aktivnost SD pa je največja v pljučih, kar kaže na njeno fiziološko vlogo v medceličnih prostorih pljuč pri preprečevanju pljučnih obolenj Aktivnost SD se z leti zmanjšuje (naglo po koncu rodne dobe) STARAJE IZJEMA: školjka vrste Arctica islandica doseže v naravi starost 400 let! Aktivnost SD ostane na visokem nivoju celo življenje. doc. dr. Janez Mravljak 3
Katalitični antioksidanti Širša opredelitev, vključuje tudi mimetike SD Mimetiki SD selektivno oponašajo delovanje SD (nimajo katalazne aktivnosti) uvrščamo jih med umetne encime, saj so nadomestek nativnega encima. Primeren je tudi izraz encimomimetiki (ang. synzymes - sintezni encimi). Prve potencialne učinkovine so v fazah kliničnega testiranja na ljudeh. Katalitični antioksidanti a začetku razvoja so terapevtsko uporabljali kar sam encim ni bilo pričakovanih rezultatov dkrili so več skupin kompleksov, ki vsebujejo ion kovine prehoda, največkrat mangan, kordinativno vezan v različna ciklična ogrodja, in s katerimi oponašajo delovanje encimskih antioksidantov Katalitične antioksidante delimo na selektivne in neselektivne: selektivni so reakcijsko specifični za reakcijo s 2 v in vitro pogojih. V to skupino uvrščamo makrociklične katalitične antioksidante. Skupino neselektivnih katalitičnih antioksidantov pa predstavljajo saleni, metaloporfirini in nitroksidi. doc. dr. Janez Mravljak 4
Selektivnost Ker imajo RS in RS pomembno vlogo tudi v nekaterih fizioloških procesih, pri transdukciji signalov, izražanju genov in imunskem odgovoru, je zagotavljanje selektivnosti katalitičnih antioksidantov prav tako nujen pogoj za uspešen nadaljnji razvoj. Skupine učinkovin Makrociklični mimetiki SD Saleni Metaloporfirini itroksidi doc. dr. Janez Mravljak 5
Makrociklični mimetiki SD Makrociklični mimetiki SD 3+ je koordinativno vezan v center 15-členskega obroča s petimi dušiki (pentaaza makrocikel). Sistem omogoča prenos le enega elektrona v redoks reakciji, zato selektivni za odstranjevanje le 2. (Lovljenje - in 2 2 zahteva prenos dveh elektronov.) Spojine z večjim številom substituentov na makrocikličnem obroču so termodinamsko in kinetično stabilnejše. Stereokemija vezave dodatnih obročev vpliva na SD aktivnost. doc. dr. Janez Mravljak 6
M40403 ajuspešnejši makrociklični antioksidant, ki je učinkovit pri zdravljenju mnogih patoloških stanj. Ima katalitično aktivnost primerljivo s SD, prehaja celične bariere in ne povzroča imunskih reakcij. Zaključuje II. fazo kliničnih testiranj kot potencialni analgetik 2 je namreč mediator bolečine na ravni centralnega in perifernega živčevja. Saleni Me Me EUK-8 F F Me Me EUK-122 EUK-124 Me Me EUK-134 Ac Me Me EUK-159 Ac Et Et EUK-189 Saleni so substituirani aromatski, bis(saliciliden)etilendiaminski kovinski kompleksi. doc. dr. Janez Mravljak 7
Saleni Lahko odstranjujejo tako 2 kot tudi 2 2. Reagirajo tudi s -, 2 2 in peroksidi v maščobah. Mangan je v salenovih spojinah koordiniran i s 4 aksialnimi i i ligandi: z dvema kisikovima in dvema dušikovima atomoma. To omogoča tvorbo več valenčnih stanj, ki vsa omogočajo odstranjevanje velikega števila RS/RS. Čeprav imajo le 1 % SD aktivnosti, so še vedno učinkoviti pri preprečevanju oksidativnega stresa. Spojina EUK 189 je bila v in vivo študijah učinkovita pri zaščiti mikroglije pred poškodbami z β-amiloidom in je pomemben kandidat za zdravljenje Alzheimerjeve bolezni. Saleni so učinkoviti tudi pri terapiji endotoksičnega šoka in različnih kardiovaskularnih zapletih. Metaloporfirini Kemijsko jih uvrščamo v skupino mezo-substituriranih protoporfirinov z manganovim 3+ ionom v sredini porfirinskega obroča, ki ga koordinirajo štirje aksialni dušikovi atomi. doc. dr. Janez Mravljak 8
Metaloporfirini So najbolj raziskovana skupina katalitičnih antioksidantov Lahko odstranjujejo 2, 2 2, - in lipidne perokside. Spojine so učinkovite in vivo v primeru mnogih bolezenskih stanj. Ker so inhibitorji lipidne peroksidacije, lahko zaščitno delujejo v primeru endotoksičnega šoka ter akutne odpovedi ledvic. Učinkoviti so v primeru vnetja ter uspešno zavirajo apoptozo. Metalopofirini (spojina AEL 10113) zakasnijo klinično manifestacijo sladkorne bolezni tipa 1. i pomembno le katalitično odstranjevanje radikalov, ampak tudi inhibicija avtoimune reakcije, ki vodi do razvoja sladkorne bolezni. Metaloporfirini preprečujejo aktivacijo T-celic imunskega sistema in so tudi potencialni imunomodulatorji. itroksidi 2 2 2 TEMP + + TEMPL itroksidi oz. hidroksilamini (reducirana oblika) vstopajo v enoelektronske redoks reakcije s 2. V kliničnem preizkušanju so učinkovine (tempol, tempon) kot antioksidanti za preprečevanje radikalskih poškodb ob ishemiji/reperfuziji. 2 2 TEMP doc. dr. Janez Mravljak 9
Sklep Pomen poznavanja vloge superoksidnega radikala pri nastanku in razvoju bolezenskega procesa ter v procesih signaliziranja. i standardiziranih postopkov za kvantifikacijo količine antioksidantov v in vivo pogojih ter za oceno stopnje oksidativnega stresa. SD mimetiki še vedno v začetnih stopnjah razvoja. Do eliksirja mladosti je še dolga pot! doc. dr. Janez Mravljak 10