Ouabain är en hjärtglykosid som hämmar ATP-beroende natrium-kaliumutbyte över cellmembran. Bindningen av ouabain till natrium-kaliumpumpen (även kallad Na+/K+ ATPas) förhindrar de konformationsförändringar som är nödvändiga för dess korrekta funktion. Detta påverkar intracellulär jonkomposition på olika sätt med olika effekter, beroende på cellen och doseringen. Föreningen har därför använts i medicin, både som terapeutisk och i forskning relaterad till aktiv aktiv membrantransport.

målprotein: Na+ / K + ATPas

Na+/K+ ATPas transporterar aktivt kalium i cellen och natrium till det extracellulära utrymmet enligt det allmänna schemat som visas nedan. Detta transmembranprotein består av tre subenheter, alfa, beta och gamma, som kan dimeriseras med andra pumpar in vivo. Kristallstrukturen är en radiellt symmetrisk hexamer, när de i levande vävnader associerar proteinerna troligen bilateralt. Alfa-kedjan visas i rosa / blå och beta-kedjan i gul / grön. Av de två spelar alfa-subenheten den ledande rollen i proteinets funktion. Bunten av alfa-spiraler i mitten av proteinpositionen hydrofoba rester på utsidan av motivet, öppnar en portal genom lipidbiskiktet. Det är inuti denna transmembrandomän som rester av alfa-subenheten samordnar natrium-eller kaliumjoner. Den stora domänen på den cytoplasmiska sidan av dubbelskiktet (längst bort från beta-subenheten) flyter i lösning och är ansvarig för bindning och hydrolysering av ATP. Som med många proteinenzymer av fosfoesterhydrolys samordnas fosfatgrupperna med A . Den energi som frigörs från fosfatklyvning med hög energi överförs via konformationsförändringar till transmembrandomänen, där joner tvingas mot deras koncentrationsgradient. På den extracellulära sidan rör sig för att förhindra dissociation av kaliumjoner under deras inträde i cellen. En tredje gamma-subenhet (lila/orange), tillsammans med beta-subenheten, bidrar till förankringen av transmembrandomäner till fosfolipid-dubbelskiktet.

Normal funktion Na + / K + ATPas ändras enkelriktat mellan två faser, E1 och E2. I E1-fasen binder den Na + och ATP på insidan av cellen. Efter hydrolys matar det fosforerade proteinet ut ADP och ändrar konformation till E2, vilket möjliggör 3Na+ att dissociera på den extracellulära sidan av membranet. Proteinet binder sedan 2K + och hydrolyserar det bundna oorganiska fosfatet, vilket orsakar återgången till E1. Strax före bindningen av K+ till E2-tillståndet binder Ouabain till rester inuti pumpen, vilket förhindrar övergången tillbaka till E1 (sålunda samordnar magnesiumkofaktorn en enzymatiskt bunden )

Ouabain-struktur och bindning

nedan är oubains struktur i två dimensioner. Molekylen består av ett socker bundet till ett modifierat kolesterol genom en glykosidbindning (därav glykosid). Hydroxylgrupperna som omger mycket av molekylen, tillsammans med estrarna i vardera änden, bidrar till dess bindning till den membranbundna natrium-kaliumpumpen. kan också ses i tre dimensioner. Med den molekylära geometrin och stereokemi som visas på detta sätt kan man tydligare se fördelningen av polärt kol-syre och icke-polära kol-kolbindningar i utrymmet som omger molekylen. Detta gör det mycket lättare att visualisera bindningen av hämmaren. Ouabain är till proteinet längs insidan av en alfa-helix bunt. komponenter av rester hjälper något i att samordna ouabain genom Van der Waals krafter, men rester, glutamin, asparaginsyra och treonin, tillsammans med amidbindningen av en alanin, omger hydroxyl-och karbonylgrupperna i liganden och bildar vätebindningar av 2 till 4 Ångström i längd. Detta håller inte bara läkemedlet på plats utan förhindrar konformationsförändring som är nödvändig för proteinets funktion.

hämning av hjärtmuskeln och Jonpumpen

hämningen av Na+ / K + ATPas har indirekta effekter på hjärtmuskelcellernas kontraktila styrka eller inotrofi. Genom ökningen av cytoplasmatisk natriumkoncentration aktiveras en natriumkalciumbytare, vilket ökar cellkoncentrationen av kalcium. Kalcium är en andra budbärare i många signalerings – / regleringsvägar. Dess frisättning i cytoplasman av muskelceller signalerar sammandragning, vilket förklarar den positiva effekten av låga doser ouabain på hjärtintrofi. Bilden nedan visar denna effekt av alla hjärtglykosider på myokardvävnad. Såsom visas orsakar inhiberingen av natrium-kaliumpumpen förhöjt cytoplasmatiskt natrium, vilket aktiverar natrium-kalciumpumpen och orsakar ökning av cytoplasmiskt kalcium. Detta ökar kraften med vilken cellen kontraherar.

om det doseras korrekt visar sig ouabain vara effektivt vid behandling av hjärtsvikt och arytmier. Ouabain-aktivitet kan emellertid indirekt bidra till överbelastning av myokardceller med natrium. Passiva Na + – kanaler inaktiveras vanligtvis när membranpotentialen är högst. När de öppnar igen eller misslyckas med att stänga kan för mycket natrium läcka in i cellen, vilket orsakar slöseri med ATP och/eller okoordinerad muskelkontraktion. Detta kallas sen I-Na. Med uppkomsten av natrium och kalcium aktiveras ett Ca2+-kalmodulinberoende Kinas, i sin tur fosforylerande och aktiverande passiva Na+-kanaler. När effekterna av ouabain förstärks på detta sätt kan läkemedlet orsaka mer skada än nytta. Forskning har visat att ett effektivt sätt att bekämpa sen i-Na är genom inhibering av Ca2+-kalmodulinberoende Kinas (Hoyer et al. 2011).