Ouabain je srdeční glykosid, který inhibuje výměnu sodíku a draslíku závislou na ATP napříč buněčnými membránami. Vazebné místo pro ouabain na sodno-draselná pumpa (také volal Na+/K+ Atpáza) zabraňuje konformační změny nutné pro jeho správnou funkci. To ovlivňuje intracelulární iontové složení různými způsoby s různými účinky, v závislosti na buňce a dávce. Sloučenina byla proto použita v medicíně, a to jak jako terapeutická, tak ve výzkumu týkajícím se aktivního aktivního membránového transportu.

cílový Protein: Na+/K+ Atpázy

Na+/K+ Atpázy aktivně transportuje draslíku do buňky a sodíku v mimobuněčných prostor podle obecné schéma je znázorněno níže. Tento transmembránový protein se skládá ze tří podjednotek, alfa, beta a gama, které mohou dimerizovat s jinými pumpami in vivo. Krystalová struktura je radiálně symetrický hexamer, když se v živých tkáních proteiny s největší pravděpodobností spojují bilaterálně. Řetězec alfa je zobrazen v růžové / modré barvě a řetězec beta ve žluté / zelené barvě. Z těchto dvou hraje alfa podjednotka vedoucí roli ve fungování proteinu. Svazek alfa šroubovice ve středu polohy proteinu hydrofobní zbytky na vnější straně motivu, otevření portálu přes lipidovou dvojvrstvu. Uvnitř této transmembránové domény jsou zbytky alfa podjednotky koordinovány ionty sodíku nebo draslíku. Velká doména na cytoplazmatické straně dvojvrstvy (nejdále od beta podjednotky) plave v roztoku a je zodpovědná za vazbu a hydrolyzaci ATP. Stejně jako u mnoha proteinových enzymů hydrolýzy fosfoesteru jsou fosfátové skupiny koordinovány s a . Energie uvolněná z vysoce energetické fosfátové štěpení je předáváno prostřednictvím konformační změny v transmembránové domény, kde ionty jsou nuceny proti jejich koncentračnímu gradientu. Na extracelulární straně se pohybuje, aby se zabránilo disociaci iontů draslíku během jejich vstupu do buňky. Třetí gama podjednotku (fialová/oranžová), spolu s beta podjednotky, přispívá k ukotvení transmembránové domény do fosfolipidové dvojvrstvy.

normální fungování Na+/K + ATPázy se mění jednosměrně mezi dvěma fázemi, E1 a E2. Ve fázi E1 se váže Na + a ATP na vnitřní straně buňky. Po hydrolýze fosforelovaný protein vysune ADP a změní konformaci na E2, což umožňuje disociaci 3Na+ na extracelulární straně membrány. Protein pak váže 2K+ a hydrolyzuje vázaný anorganický fosfát, což způsobuje reverzi na E1. Těsně předtím, než vazba k+ E2 státu, Ouabain se váže na zbytky uvnitř čerpadla, zabraňuje přechodu zpět na E1 (tedy hořčík je kofaktorem koordinuje enzymově vázané )

Ouabain Struktura a Vazby

Níže je struktura oubain ve dvou rozměrech. Molekula sestává z cukru vázaného na modifikovaný cholesterol glykosidovou vazbou(tedy glykosidem). Hydroxylové skupiny v okolí mnohem molekuly, spolu s estery na obou koncích, přispívají k jeho vazba na membránové sodno-draselná pumpa. lze také vidět ve třech rozměrech. S takto zobrazenou molekulární geometrií a stereochemií lze jasněji vidět distribuci polárních vazeb uhlík-kyslík a nepolární vazby uhlík-uhlík v prostoru obklopujícím molekulu. To usnadňuje vizualizaci vazby inhibitoru. Ouabain je k proteinu podél vnitřku svazku alfa-šroubovice. komponenty reziduí pomoci poněkud v koordinaci ouabain prostřednictvím Van der Waalsových sil, ale zbytky, glutamin, kyselina asparagová, threonin, spolu s amid dluhopisů z alanin, surround hydroxylových a karbonylových skupin na ligandu, které tvoří vodíkové vazby 2 až 4 nm na délku. To nejen udržuje léčivo na místě, ale zabraňuje konformační změně nezbytné pro funkci proteinu.

inhibice srdečního svalu a iontové pumpy

inhibice Na+/K + ATPázy má nepřímé účinky na kontraktilní sílu nebo inotrofii buněk srdečního svalu. Zvýšením koncentrace cytoplazmatického sodíku se aktivuje výměník sodíku a vápníku, čímž se zvyšuje buněčná koncentrace vápníku. Vápník je druhým poslem v mnoha signálních / regulačních drahách. Jeho uvolňování do cytoplazmy svalových buněk signály kontrakce, vysvětluje pozitivní účinek nízkých dávek ouabain na srdeční introphy. Níže uvedený obrázek zobrazuje tento účinek všech srdečních glykosidů na tkáň myokardu. Jak je uvedeno, inhibice sodno-draselná pumpa způsobuje zvýšené cytoplazmatické sodíku, který aktivuje sodno-vápenato čerpadla způsobuje zvýšení cytoplazmatické kalcium. To zvyšuje sílu, se kterou se buňka Stahuje.

Pokud je dávkované správně, ouabain se ukázalo být účinné v léčbě srdečního selhání a arytmií. Aktivita ouabainu však může nepřímo přispět k přetížení buněk myokardu sodíkem. Pasivní kanály Na+ jsou obvykle inaktivovány, když je membránový potenciál nejvyšší. Když se znovu otevřou nebo se nepodaří zavřít, může do buňky prosakovat příliš mnoho sodíku, což způsobuje plýtvání ATP a/nebo nekoordinovanou svalovou kontrakcí. Tomu se říká pozdní I-Na. Se vzestupem sodíku a vápníku se aktivuje kináza závislá na Ca2+ – kalmodulinu, která zase fosforyluje a aktivuje pasivní kanály Na+. Když jsou účinky ouabainu zesíleny tímto způsobem, lék může způsobit více škody než užitku. Výzkum ukázal, že účinným způsobem boje proti pozdnímu I-Na je inhibice kinázy závislé na Ca2+ – kalmodulinu (Hoyer et al. 2011).