Ouabain on sydänglykosidi, joka estää ATP: stä riippuvaista natrium-kaliumin vaihtoa solukalvoilla. Ouabainin sitoutuminen natrium-kaliumpumppuun (kutsutaan myös nimellä Na+/K+ ATPase) estää konformaatiomuutokset, jotka ovat tarpeen sen oikean toiminnan kannalta. Tämä vaikuttaa solunsisäiseen ionikoostumukseen eri tavoin eri vaikutuksin solusta ja annoksesta riippuen. Yhdistettä onkin hyödynnetty lääketieteessä sekä terapeuttisena että aktiiviseen kalvoliikenteeseen liittyvässä tutkimuksessa.

Kohdeproteiini: Na+ /K+ATPaasi

Na+ / K + ATPaasi kuljettaa aktiivisesti kaliumia soluun ja natriumia solun ulkopuoliseen tilaan alla kuvatun yleiskaavan mukaisesti. Tämä transmembraaniproteiini koostuu kolmesta alayksiköstä, alfasta, beetasta ja gammasta, jotka voivat dimerisoitua muiden pumppujen kanssa In vivo. Kiderakenne on säteittäisesti symmetrinen heksameeri, kun elävissä kudoksissa proteiinit todennäköisimmin yhtyvät kahdenvälisesti. Alfa-ketju näkyy vaaleanpunaisena / sinisenä ja beta-ketju keltaisena/vihreänä. Näistä kahdesta alfa-alayksiköllä on johtava rooli proteiinin toiminnassa. Nippu alfa helices keskellä proteiinin kannan hydrofobinen jäämiä ulkopuolella motiivi, avaamalla portaalin kautta lipidikerros. Alfa-alayksikön jäämät koordinoivat natrium-tai kaliumioneja tämän transmembraanidomeenin sisällä. Kaksikerroksen sytoplasmapuolella oleva suuri domeeni (kauimpana beta-alayksiköstä) kelluu liuoksessa ja vastaa ATP: n sitomisesta ja hydrolysoimisesta. Kuten monilla fosfoesterihydrolyysin proteiinientsyymeillä, fosfaattiryhmät koordinoituvat a: n kanssa . Suurienergiaisesta fosfaatin pilkkoutumisesta vapautuva energia siirtyy konformaatiomuutoksilla transmembraanidomeen, jossa ionit pakotetaan niiden konsentraatiogradienttia vastaan. Solunulkoisella puolella liikkeet estävät kaliumionien dissosiaation niiden soluun tulon aikana. Kolmas gamma-alayksikkö (violetti/oranssi) yhdessä beta-alayksikön kanssa edistää transmembraanidomeenien ankkuroitumista fosfolipidikaksikerrokseen.

normaali toiminta Na+ / K+ ATPaasi muuttuu yksisuuntaisesti kahden faasin, E1: n ja E2: n välillä. E1-vaiheessa se sitoo solun sisäpuolelle Na+: n ja ATP: n. Hydrolyysin jälkeen fosforisoitu proteiini irtoaa ADP: stä ja muuttaa konformaatiota E2: ksi, jolloin 3NA+ dissosioituu solunulkoisella puolella kalvoa. Tämän jälkeen proteiini sitoutuu 2K+: aan ja hydrolysoi sitoutuneen epäorgaanisen fosfaatin aiheuttaen palautumisen E1: ksi. Juuri ennen K+: n sitoutumista E2-tilaan Ouabaiini sitoutuu pumpun sisällä oleviin jäämiin estäen siirtymisen takaisin E1: een (jolloin magnesiumin kofaktori koordinoi entsymaattisesti sitoutunutta ainetta )

Ouabainin rakenne ja sitoutuminen

alla on oubainin rakenne kahdessa ulottuvuudessa. Molekyyli koostuu glykosidisidoksella modifioituun kolesteroliin sitoutuneesta sokerista (siis glykosidista). Molekyyliä ympäröivät hydroksyyliryhmät sekä kummassakin päässä olevat esterit edistävät sen sitoutumista kalvoon sitoutuneeseen natrium-kalium-pumppuun. voidaan nähdä myös kolmessa ulottuvuudessa. Tällä tavalla esitetyn molekyyligeometrian ja stereokemian avulla voidaan nähdä selvemmin polaaristen hiili-happi-ja ei-polaaristen hiili-hiili-sidosten jakautuminen molekyyliä ympäröivässä tilassa. Tämä tekee inhibiittorin sitoutumisen visualisoinnista paljon helpompaa. Ouabain on alfa-helix-nipun sisällä olevalle proteiinille. jäämien komponentit auttavat jonkin verran ouabainin koordinoinnissa Van der Waalsin voimien avulla, mutta jäämät, glutamiini, asparagiinihappo ja treoniini sekä alaniinin amidisidos ympäröivät ligandin hydroksyyli-ja karbonyyliryhmät muodostaen vetysidoksia, joiden pituus on 2-4 angstromia. Tämä ei ainoastaan pidä lääkettä paikallaan, vaan estää proteiinin toiminnan edellyttämän konformaatiomuutoksen.

sydänlihaksen ja Ionipumpun esto

Na+/K+ ATPaasin esto vaikuttaa epäsuorasti sydänlihassolujen supistumiskykyyn eli inotrofiaan. Sytoplasmisen natriumpitoisuuden kasvun kautta aktivoituu natrium-kalsiumsiirrin, mikä lisää kalsiumin solukonsentraatiota. Kalsium on toinen viestinviejä monissa signalointi – / säätelypoluissa. Sen vapautuminen lihassolujen sytoplasmaan on merkki supistumisesta, mikä selittää pienten ouabain-annosten myönteisen vaikutuksen sydämen introfiaan. Alla oleva kuva kuvaa tätä kaikkien sydänglykosidien vaikutusta sydänlihaskudokseen. Kuten on osoitettu, natrium-kalium-pumpun inhibitio aiheuttaa kohonnutta sytoplasmanatriumia, joka aktivoi natrium-kalsium-pumpun aiheuttaen sytoplasmisen kalsiumin lisääntymistä. Tämä lisää voimaa, jolla solu supistuu.

oikein annosteltuna ouabain osoittautuu tehokkaaksi sydämen vajaatoiminnan ja rytmihäiriöiden hoidossa. Ouabain-aktiivisuus voi kuitenkin epäsuorasti vaikuttaa sydänlihaksen solujen ylikuormittumiseen natriumin kanssa. Passiiviset Na+ – kanavat inaktivoituvat yleensä kalvopotentiaalin ollessa suurimmillaan. Kun ne avautuvat uudelleen tai eivät sulkeudu, liikaa natriumia voi vuotaa soluun, mikä aiheuttaa ATP: n tuhlailevaa menoa ja/tai koordinoimatonta lihasten supistumista. Tämän nimi on late I-Na. Natriumin ja kalsiumin noustessa aktivoituu Ca2+-kalmoduliinista riippuvainen kinaasi, joka puolestaan fosforyloi ja aktivoi passiivisia Na+-kanavia. Kun ouabainin vaikutukset voimistuvat tällä tavalla, lääke voi aiheuttaa enemmän haittaa kuin hyötyä. Tutkimus on osoittanut, että tehokas tapa torjua myöhäistä I-Na: ta on Ca2+-kalmoduliinista riippuvaisen kinaasin esto (Hoyer et al. 2011).