Jonofor - Ionophore

Jonofory nośnikowe i kanałowe
(a) Jonofory nośnikowe w sposób odwracalny wiążą jony i przenoszą je przez błony komórkowe.
(b) Jonofory kanałowe tworzą kanały w błonach komórkowych, aby ułatwić transport jonów.

Jonofor (od greckiego jonów i -phore , „nośnik jonów”) jest chemiczne gatunków, które w sposób odwracalny wiąże jony. Wiele jonoforów to jednostki rozpuszczalne w tłuszczach, które przenoszą jony przez błonę komórkową . Jonofory katalizują transport jonów przez membrany hydrofobowe, takie jak płynne błony polimerowe (elektrody jonoselektywne oparte na nośnikach) lub dwuwarstwy lipidowe znajdujące się w żywych komórkach lub syntetycznych pęcherzykach ( liposomy ). Strukturalnie jonofor zawiera centrum hydrofilowe i część hydrofobową, która oddziałuje z membraną.

Niektóre jonofory są syntetyzowane przez mikroorganizmy w celu importowania jonów do ich komórek. Przygotowano również syntetyczne nośniki jonów. Jonofory selektywne względem kationów i anionów znalazły wiele zastosowań w analizie. Wykazano również, że związki te mają różne efekty biologiczne i efekt synergiczny w połączeniu z jonem, który wiążą.

Klasyfikacja

Budowa kompleksu sodu (Na + ) i antybiotyku monenzyny A
Struktura kompleksu potasowego eteru koronowego , syntetycznego kompleksu jonofor-jon

Aktywność biologiczną związków wiążących jony metali można zmieniać w odpowiedzi na wzrost stężenia metalu i na podstawie tych ostatnich związki można klasyfikować jako „jonofory metali”, „ chelatory metali ” lub „wahałki metali”. Jeśli efekt biologiczny jest wzmocniony przez zwiększenie stężenia metalu, jest on klasyfikowany jako „jonofor metalu”. Jeśli efekt biologiczny jest zmniejszony lub odwrócony przez zwiększenie stężenia metalu, jest on klasyfikowany jako „chelator metali”. Jeśli na efekt biologiczny nie ma wpływu zwiększenie stężenia metalu, a kompleks związek-metal wnika do komórki, jest on klasyfikowany jako „przenośnik metalowy”. Termin jonofor (z greckiego nośnik jonów lub nośnik jonów ) został zaproponowany przez Bertona Pressmana w 1967 roku, kiedy wraz z kolegami badał mechanizmy działania antybiotyków walinomycyny i nigerycyny .

Wiele jonoforów jest wytwarzanych naturalnie przez różne drobnoustroje , grzyby i rośliny i działa jako obrona przed konkurencyjnymi lub chorobotwórczymi gatunkami. Zsyntetyzowano również wiele syntetycznych jonoforów obejmujących błony. Dwie szerokie klasyfikacje jonoforów syntetyzowanych przez mikroorganizmy to:

  • Jonofory nośnikowe, które wiążą się z konkretnym jonem i chronią jego ładunek przed otaczającym środowiskiem. Ułatwia to przejście jonu przez hydrofobowe wnętrze błony lipidowej. Jednak te jonofory stają się niezdolne do transportu jonów w bardzo niskich temperaturach. Przykładem nośnika jonoforowego jest walinomycyna , cząsteczka transportująca pojedynczy kation potasu . Jonofory nośnikowe mogą być białkami lub innymi cząsteczkami.
  • Substancje tworzące kanały, które wprowadzają hydrofilowy por do membrany, umożliwiając przechodzenie jonów bez kontaktu z hydrofobowym wnętrzem membrany . Jonofory tworzące kanały są zazwyczaj dużymi białkami . Ten typ jonoforów może zachować swoją zdolność do przenoszenia jonów w niskich temperaturach, w przeciwieństwie do jonoforów nośnikowych. Przykładami jonoforów tworzących kanały są gramicydyna A i nystatyna .

Jonofory przenoszące jony wodorowe (H + , czyli protony) przez błonę komórkową nazywane są protonoforami . Jonofory żelaza i czynniki chelatujące są zbiorczo nazywane syderoforami .

Jonofory syntetyczne

Wiele jonofory syntetyczne na podstawie eterów koronowych , kryptandami i kaliksarenów . Pirazolu - pirydyna i bis-pirazolu również zostały zsyntetyzowane. Te syntetyczne gatunki są często makrocykliczne . Niektóre środki syntetyczne nie są makrocykliczne, np. cyjanek karbonylu- p- trifluorometoksyfenylohydrazon . Nawet proste związki organiczne, takie jak fenole , wykazują właściwości jonoforowe. Większość syntetycznych receptorów stosowanych w opartych na nośniku anionoselektywnych elektrodach wykorzystuje pierwiastki przejściowe lub metaloidy jako nośniki anionów, chociaż znane są proste receptory organiczne na bazie mocznika i tiomocznika .

Mechanizm akcji

Jonofory to związki chemiczne, które w sposób odwracalny wiążą i transportują jony przez błony biologiczne przy braku porów białkowych. Może to zaburzyć potencjał błonowy , a tym samym substancje te mogą wykazywać właściwości cytotoksyczne. Jonofory modyfikują przepuszczalność błon biologicznych wobec pewnych jonów, do których wykazują powinowactwo i selektywność. Wiele jonoforów jest rozpuszczalnych w lipidach i transportuje jony przez błony hydrofobowe, takie jak dwuwarstwy lipidowe znajdujące się w żywych komórkach lub syntetyczne pęcherzyki ( liposomy ) lub płynne błony polimerowe (elektrody jonoselektywne oparte na nośnikach). Strukturalnie jonofor zawiera centrum hydrofilowe i część hydrofobową, która oddziałuje z membraną. Jony są związane z centrum hydrofilowym i tworzą kompleks jonofor-jon. Struktura kompleksu jonofor-jon została zweryfikowana za pomocą krystalografii rentgenowskiej .

Chemia

Na aktywność jonoforu wpływa kilka czynników chemicznych. Aktywność kompleksu jonofor-metal zależy od jego konfiguracji geometrycznej oraz miejsc koordynujących i atomów, które tworzą środowisko koordynacyjne otaczające centrum metalu. Wpływa to na selektywność i powinowactwo do określonego jonu. Jonofory mogą być selektywne dla określonego jonu, ale nie mogą być wyłącznie dla niego. Jonofory ułatwiają transport jonów przez błony biologiczne najczęściej poprzez transport bierny , na który wpływa lipofilność cząsteczki jonoforu. Wzrost lipofilności kompleksu jonofor-metal zwiększa jego przepuszczalność przez błony lipofilowe. Hydrofobowość i hydrofilowość kompleksu określa również, czy spowolni, czy ułatwi transport jonów metali do przedziałów komórkowych. Potencjał redukcyjny kompleksu metali wpływa na jego stabilność termodynamiczną i wpływa na jego reaktywność . Zdolność jonoforu do przenoszenia jonów zależy również od temperatury.

Właściwości biologiczne

Jonofory są szeroko stosowane w eksperymentach z zakresu fizjologii komórki i biotechnologii, ponieważ związki te mogą skutecznie zaburzać gradienty jonów w błonach biologicznych, a tym samym modulować lub wzmacniać rolę kluczowych jonów w komórce. Wiele jonoforów wykazuje działanie przeciwbakteryjne i przeciwgrzybicze. Niektóre z nich działają również przeciwko owadom , szkodnikom i pasożytom . Niektóre jonofory zostały wprowadzone do produktów leczniczych do użytku dermatologicznego i weterynaryjnego . Wiele badań skierowano na zbadanie nowych właściwości przeciwwirusowych, przeciwzapalnych, przeciwnowotworowych, przeciwutleniających i neuroprotekcyjnych różnych jonoforów.

Chlorochina jest lekiem przeciwmalarycznym i przeciwamebowym. Jest również stosowany w leczeniu reumatoidalnego zapalenia stawów i tocznia rumieniowatego . Pyrithione jest stosowany jako środek przeciwłupieżowy w szamponach leczniczych na łojotokowe zapalenie skóry . Służy również jako środek przeciwporostowy w farbach do pokrywania i ochrony powierzchni przed pleśnią i algami . Kliochinol i PBT2 są pochodnymi 8-hydroksychinoliny . Kliochinol ma właściwości przeciwpierwotniacze i przeciwgrzybicze do stosowania miejscowego, jednak jego zastosowanie jako środka przeciwpierwotniaczego jest szeroko ograniczone ze względu na obawy neurotoksyczne. Kliochinol i PBT2 są obecnie badane w chorobach neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Alzheimera , choroba Huntingtona i choroba Parkinsona . Gramicidin jest stosowany w pastylkach do ssania na gardło i był stosowany w leczeniu zakażonych ran. Galusan epigallokatechiny jest stosowany w wielu suplementach diety i wykazuje niewielkie działanie obniżające poziom cholesterolu. Kwercetyna ma gorzki smak i jest stosowana jako dodatek do żywności oraz w suplementach diety . Hinokitiol ( ß-thujaplicin ) jest stosowany w komercyjnych produktach do pielęgnacji skóry, włosów i jamy ustnej, w środkach odstraszających owady i dezodorantach. Jest również stosowany jako dodatek do żywności, środek przedłużający okres przydatności do spożycia w opakowaniach do żywności oraz środek do konserwacji drewna w obróbce drewna .

Polienowe leki przeciwgrzybicze , takie jak nystatyna , natamycyna i amfoterycyna B , stanowią podgrupę makrolidów i są szeroko stosowanymi lekami przeciwgrzybiczymi i przeciw leiszmaniom. Leki te działają jak jonofory, wiążąc się z ergosterolem w błonie komórkowej grzyba i czyniąc ją nieszczelną i przepuszczalną dla jonów K + i Na + , co w rezultacie przyczynia się do śmierci komórek grzyba.

Jonofory karboksylowe, tj. monenzyna , lasalocid , salinomycyna , narazyna , maduramycyna , semduramycyna i laylomycyna, są sprzedawane na całym świecie i szeroko stosowane jako dodatki do pasz przeciw kokcydiozie w celu zapobiegania i leczenia kokcydiozy u drobiu . Niektóre z tych związków były również stosowane jako promotory wzrostu i produkcji u niektórych przeżuwaczy , takich jak bydło i kurczęta, jednak to zastosowanie było ograniczone głównie ze względu na kwestie bezpieczeństwa.

Wykazano , że jonofory cynku hamują replikację różnych wirusów in vitro , w tym wirusa Coxsackie , wirusa zapalenia tętnic koni , koronawirusa , HCV , HSV , HCoV- 229E , HIV , mengowirusa , MERS- CoV , rinowirusa , SARS- CoV-1 , wirusa Zika .

Jonofor Kationy Źródła
To nie jest pełna lista wszystkich znanych jonoforów.
Jony metali wymienione dla każdego jonoforu nie są wyłączne.
Beauvericin Ba 2+ , Ca 2+ Beauveria bassiana ,gatunki Fusarium
Kalcimycyna Mn 2+ , Ca 2+ , Mg 2+ , Sr 2+ , Ba 2+ , Zn 2+ , Co 2+ , Ni , 2+ , Fe 2+ Streptomyces chartreusensis
Chlorochina Zn 2+ Cinchona officinalis
Kliochinol Zn 2+ , Cu 2+ , Fe 2+ Syntetyczny jonofor
Dijodohydroksychinolina Zn 2+ Syntetyczny jonofor
Ditiokarbaminiany ( ditiokarbaminian pirolidyny i inne pochodne) Zn 2+ , Cu 2+ Syntetyczny jonofor
Enniatin NH4 + Gatunki Fusarium
Galusan epigallokatechiny Zn 2+ Camellia sinensis , jabłka , śliwki , cebula , orzechy laskowe , orzechy pekan , chleb świętojański
Gramycydyna A K + , Na + Brevibacillus brevis
Hinokitiol Zn 2+ gatunki Cupressaceae
Jonomycyna Ca 2+ Streptomyces conglobatus
Laidlomycyna Li + , K + , Na + , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ Gatunki Streptomyces
Lasalocid K + , Na + , Ca 2+ , Mg 2+ Streptomyces lasaliensis
Maduramycyna K + , Na + Actinomadura rubra
Monensin Li + , K + , Na + , Rb + , Ag + , Tl + , Pb 2+ Streptomyces cinnamonensis
Narasin K + , Na + , Rb + Streptomyces aureofaciens
Nigerycyna K + , Pb 2+ Streptomyces higroskopijny
Nonaktyna K + , Na + , Rb + , Cs + , Tl + , NH4 + Streptomyces tsukubaensis , Streptomyces griseus , Streptomyces chrysomallus , Streptomyces werraensis
Nystatyna K + Streptomyces noursei
PBT2 Zn 2+ , Fe 2+ , Mn 2+ , Cu 2+ Syntetyczny analog 8-hydroksychinoliny
Pirazol - pochodne pirydyny i bis-pirazolu Cu 2+ Syntetyczny jonofor
Pyrithione Zn 2+ , Cu 2+ , Pb 2+ Allium stipitatum
Kwercetyna Zn 2+ Szeroko rozpowszechniony w przyrodzie, występujący w wielu warzywach, owocach, jagodach, ziołach, drzewach i innych roślinach
Salinomycyna K + , Na + , Cs + , Sr 2+ , Ca 2+ , Mg 2+ Streptomyces albus
Semduramycyna Na + , Ca 2+ Actinomadura roseorufa
Walinomycyna K + Gatunki Streptomyces
Zinkoforyna Zn 2+ Streptomyces griseus

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki