ИОНОФОРЫ
Описание
Ионофоры — вещества, связывающие различные ионы в растворах и придающие биологическим или искусственным мембранам свойство проницаемости по отношению к связанному иону. Термин «ионофор» был предложен в 1967 г. для группы веществ, способствующих переносу щелочных металлов через мембраны, когда была открыта их способность образовывать специфические комплексы с транспортируемыми катионами.
К Ионофорам относятся многие вещества: антибиотики валиномицин, нигерицин, моненсин, А 23187, X—537А, энниатины, нактины, грамицидины А, В и С, ряд родственных им антибиотиков и их синтетических аналогов, а также многие макроциклические и макробициклические полиэфиры. Свойства И. обнаружены у полипептидов, получаемых при расщеплении белков, осуществляющих транспорт ионов в клетках (металлзависимые АТФ-азы бактерий и саркоплазматического ретикулума, белки возбудимых мембран и т. д.). Предполагается, что простагландины (см.) также являются И.
Ионофоры проявляют свое действие при весьма низких концентрациях (10-11-10-6 М), обладают высокой ионной избирательностью. Напр., валиномицин переносит ионы калия в 10 тыс. раз активнее, чем ионы натрия, нактины обнаруживают высокую аммониевую специфичность, моненсин избирателен по отношению к ионам натрия, а А 23187 является наилучшим И. для ионов кальция.
Механизм действия И. включает несколько этапов. Вначале транспортируемый ион взаимодействует с И., находящимся на поверхности мембраны. При этом ион полностью или частично лишается своей гидратной оболочки, внедряется в молекулярную полость И. и удерживается там за счет взаимодействия с полярными группами ИОНОФОРОВ. Устойчивость и другие свойства образуемого комплекса определяются особенностями его пространственной организации. Напр., углеводородные радикалы И. располагаются на поверхности комплекса и обеспечивают его липофильность, т. е. способность входить в липидные зоны мембран. Размеры молекулярной полости точно соответствуют диаметру связываемого иона. Под действием электрохим. градиента ион в составе комплекса проходит сквозь мембрану и освобождается на противоположной стороне.
По механизму действия И. делят на две группы (рис.): к первой относят И., которые перемещаются вместе со связанным ионом («механизм переносчика»); ко второй — И., встроенные в мембрану таким образом, что образуют «канал», вдоль к-рого нон свободно перемещается через мембрану («канальный механизм»). Типичными представителями И. первой группы являются валиномицин и нактины, а второй — грамицидины А, В и С.
И. применяют в химической технологии для экстракции и разделения редких металлов, для создания новых катализаторов, а в приборостроении — для создания высокоэффективных ионизбирательных датчиков. В частности, электроды, изготавливаемые на основе валиномицина, используются для определения уровня калия в биол, объектах (в крови, клетках и т. д.). С их помощью удается активировать или подавлять те или иные ферментные системы, регулировать величину электрического мембранного потенциала, влиять на транспорт протонов, нейтральных веществ и анионов, а также на внутриклеточное осмотическое давление и т. д.
С помощью И. можно с принципиально новых позиций изучать механизмы внутриклеточной проницаемости и влияние различных факторов (напр., токсических веществ) на состояние внутренней среды организма. Открытие веществ класса И. способствовало более глубокому изучению механизма действия антибиотиков, позволило производить синтез новых антибиотиков с заданными свойствами и их отбор для мед. практики.
Высокая биол, активность Ионофоров дает возможность применять их в качестве лекарственных средств. Так, полиэфирные И. оказались эффективным средством для выведения вредных металлов из организма. Валиномицин способен снижать внутриглазное давление при глаукоме, лазалоцид — стимулировать сердечную деятельность и т. д. Возможности практического использования ионофоров далеко не исчерпаны, и следует ожидать дальнейшего расширения сферы их применения в различных областях науки, техники и медицины.
См. также Транспорт ионов.
Библиография: Овчинников Ю. А., Иванов Б.Т. и Шкроб А. М. Мембрано-активные комплексоны, М., 1974, библиогр.: Pressman В. С. Biological applications of ionophores, Ann. Rev. Biochem., v. 45, p. 501, 1976, bibliogr.
В. Т. Иванов.