Хорошо известное всем высказывание “структура химического соединения определяет его биологическую активность” можно дополнить одним коротким вопросом: “Каким образом ?” Действительно, зачастую изучение зависимости структура - активность для большой серии веществ (как природных, так и синтетических) сводится к простому количественному анализу “больше-меньше”. Но что же лежит в основе увеличения или уменьшения биологической активности вещества? Чтобы ответить на этот вопрос, требуются длительные биохимические исследования in vivo и in vitro. Для проведения биологических испытаний in vitro очень важен выбор модельной системы. Такой удобной моделью может служить, с нашей точки зрения, натриевый насос или, иными словами, Na,K-АТФаза. Этот фермент, расположенный в плазматической мембране животных клеток, осуществляет водно-солевой обмен, транспортируя ионы калия и натрия через клеточную мембрану за счет энергии гидролиза АТФ. А ведь именно мембрана является первым барьером на пути проникновения биологически активных веществ в клетку, именно на мембране располагаются многочисленные фармакологические, иммунологические и гормональные рецепторы. Итак, с одной стороны, к Na,K-АТФазе как ферменту применим полный арсенал методов ингибиторного анализа. С другой стороны, активность этого мембранного фермента зависит от состояния липидного матрикса, что позволяет выявить и охарактеризовать мембранотропную активность биологически активных соединений. К числу безусловных удобств при работе с Na,K-АТФазой можно отнести и очень простой, удобный и доступный метод контроля за изменением ферментативной активности. Активность Na,K-АТФазы определяется по нарастанию неорганического фосфата в инкубационной среде, образующегося в результате гидролиза АТФ. Реакция гидролиза АТФ протекает в условиях, не требующих сложных инкубационных систем. Кроме того, Na,K-АТФаза является мишенью для действия лекарственных кардиоактивных стероидов, таких как строфантины G и К.
     В настоящей статье мы хотели бы на примере двух тритерпеновых гликозидов - псолюсозидов А и В, выделенных из дальневосточной голотурии Psolus fabricii, продемонстрировать, насколько чувствительна Na,K-АТФаза к действию двух близкородственных соединений. Тритерпеновые гликозиды голотурий являются мембранотропными веществами. Как правило, они образуют комплексы с холестерином клеточной мембраны, что приводит к возникновению пор и каналов, через которые из клетки вытекают ионы калия. Появление в липидном окружении Na,K-АТФазы таких структуризующих мембрану образований приводит к ингибированию активности фермента.
     При сравнении ингибирующего действия двух гликозидов мы отметили, что псолюсозид А в три раза более активен псолюсозида В при торможении активности Na,K-АТФазы. Но самое поразительное различие в действии этих веществ мы обнаружили на молекулярном уровне. Так, псолюсозид А значительно увеличивал взаимодействие субстрата Na,K-АТФазы - меченого тритием АТФ с Na,K-АТФазой, в то время как псолюсозид В тормозил этот процесс. Влияние псолюсозидов на связывание с ферментом сердечного гликозида - меченого тритием строфантина G также было различным: псолюсозид А увеличивал связывание кардиоактивного гликозида, псолюсозид В не влиял на эту реакцию. Псолюсозид А, подобно другим тритерпеновым гликозидам голотурий, незначительно ингибировал К-чувствительную стадию гидролиза АТФ, в то время как псолюсозид В тормозил К-фосфатазную реакцию параллельно с реакцией гидролиза АТФ. Физико-химические характеристики взаимодействия псолюсозидов с Na,K-АТФазой были также полностью противоположны. Полученные результаты позволили сделать заключение, что только псолюсозид А вызывает изменение физико-химических свойств липидной фазы мембраны.
    Такую разницу в действии двух родственных соединений можно объяснить тонкими структурными особенностями их молекул. Агликон псолюсозида А содержит обычный для тритерпеновых гликозидов 18(20)-лактон. Этот гликозид, как мы показали, формирует комплекс с холестерином. Псолюсозид В, имеющий 18(16)-лактон, не взаимодействует с холестерином и его действие на Na,K-АТФазу связано не с изменением свойств липидного микроокружения фермента, а с влиянием непосредственно на белковую молекулу.
Таким образом, используя в качестве модели для исследования биологически активных природных соединений один из самых интересных мембранных ферментов, мы можем определить значительные отличия в действии этих веществ на молекулярном уровне.

Некоторые публикации по теме исследований
 

• Gorshkov B.A., Gorshkova I.A., Stonik V.A., Elyakov G.B. Effect of marine glycosides on ATPase activity // Toxicon 20 (3): 655-658; 1982
• Gorshkova I.A., Ilyin S.G., Kalinovsky A.I., Gorshkov B.A., Stonik V.A. Physicochemical characteristics of interaction of toxic triterpene glycosides from holothurians with rat brain Na,K-ATPase // Toxicon 27 (8): 937-945; 1989
• Gorshkova I.A., Kalinin V.I., Gorshkov B.A., Stonik V.A. Two different modes of inhibition of the rat brain Na,K-ATPase by triterpene glycosides, psolusosides A and B from the holothurian Psolus fabricii // Comp Biochem Physiol 1998 (in press)