(Fahroni/Getty Images) Die Wirkung eines Medikaments oder einer chemischen Verbindung auf den Körper hängt davon ab, wie seine Atome im Raum angeordnet sind. Einige Verbindungen haben einen dunklen Zwilling mit derselben Molekülformel, aber unterschiedlicher 3D-Struktur – und dies kann Auswirkungen darauf haben, was sie im Körper tun oder nicht tun.
Betrachten Sie die tragische Geschichte von Thalidomid , ein Medikament gegen morgendliche Übelkeit, das Tausende von Geburtsfehlern und Fehlgeburten verursachte. Während ein Formular , oder das Isomer von Thalidomid, hat eine sedierende Wirkung, das andere soll eine abnormale physiologische Entwicklung verursachen.
Weil die beiden Versionen es können im Körper hin und her wandeln , ist es gefährlich, während der Schwangerschaft beide Formen von Thalidomid einzunehmen.
Meine Forschung hat sich auf eine solche Verbindung konzentriert, die in roten Trauben und Erdnüssen vorkommt: Resveratrol. Es war ein wissenschaftliches Rätsel, warum klinische Versuche über die Verwendung von Resveratrol zur Behandlung Alzheimer Krankheit hatten inkonsistente Ergebnisse.
Es stellt sich heraus, dass es möglicherweise daran liegt Es wurden zwei unterschiedliche Formen verwendet – Während das eine die Wahrnehmung und das Gedächtnis fördert, kann das andere giftig für das Nervensystem sein.
Isomere und Aminosäuren
Viele Medikamente haben die gleichen Atome und Bindungen, sind aber im Raum unterschiedlich angeordnet. Diese Medikamente heißen chiral Verbindungen – das heißt, sie existieren als zwei nicht überlagerbare Spiegelbilder.
Auch Ihre Hände sind zum Beispiel nicht übereinandersetzbare Spiegelbilder voneinander. Obwohl sie gleich aussehen, überlappen sie sich nicht, wenn man sie übereinander legt.
Normalerweise haben diese spiegelbildlichen Versionen sehr ähnliche Eigenschaften, da sie dieselben Elemente und Bindungen aufweisen. Doch die Art und Weise, wie sie im Raum angeordnet sind, kann ihre Wirkung im Körper drastisch verändern.
Genauso wie es nicht möglich wäre, einen linkshändigen Handschuh an die rechte Hand zu stecken, könnte eine linkshändige Version eines Medikaments nicht in ein Ziel im Körper passen, das so geformt ist, dass es zu einem rechtshändigen Molekül passt.
Chirale Moleküle gibt es in zwei Versionen oder Isomeren, die durch ihre Eigenschaften definiert werden optische Aktivität . Das heißt, wenn man polarisiertes Licht auf ein chirales Molekül richtet, dreht eines das Licht nach links (angezeigt durch das Präfix L- oder linksdrehend), während das andere es nach rechts dreht (angezeigt durch das Präfix D oder rechtsdrehend). ).
Aminosäuren , die Bausteine von Proteinen, sind chirale Moleküle. Lebende Organismen stellen hauptsächlich Proteine her Aminosäuren mit L-Konfiguration . Die D-Konfiguration hat jedoch in der Natur noch viele andere Funktionen.
Bakterien Beispielsweise verwenden sie Aminosäuren mit D-Konfiguration, um ihre Zellwände herzustellen. Säugetiere verwenden Aminosäuren der D-Konfiguration als Botenstoffe in ihrem Nerven- und Hormonsystem.
Die Aminosäure Tyrosin ist eine wichtige Ausnahme von der L-Konfigurationsregel. Im Gegensatz zu anderen Aminosäuren können sowohl die L- als auch die D-Konfiguration von Tyrosin für die Proteinsynthese durch ein Enzym namens aktiviert werden Tyrosyl-tRNA-Synthetase (TyrRS) .
Das Vorhandensein von D-Tyrosin kann es Zellen erschweren, Proteine zu synthetisieren, die nur L-Tyrosin verwenden. Allerdings haben Zellen Enzyme entwickelt, die zwischen beiden Versionen unterscheiden und sicherstellen können, dass nur L-Tyrosin verwendet wird.
Wenn Tyrosin verbrauchende Enzyme fehlen, kann dies zu einem erhöhten Tyrosinspiegel im Körper führen toxische Wirkungen , einschließlich Schädigung des Nervensystems .
Kürzlich veröffentlichte Arbeit Ergebnisse aus meinem Labor legen einen möglichen Grund nahe, warum zu viel Tyrosin neurotoxisch sein kann. Als wir Rattengehirnzellen in einer Petrischale zunehmende Mengen L-Tyrosin zufügten, stellten wir fest, dass dadurch der TyrRS-Spiegel sank, das Enzym, das Tyrosin zur Herstellung von Proteinen aktiviert, ohne den Körper zu schädigen.
Überraschenderweise führte die Zugabe von D-Tyrosin nicht nur zu einem Rückgang der TyrRS-Spiegel, sondern tötete auch die Neuronen.
Als wir die Gehirne von Alzheimer-Patienten untersuchten, die einen erhöhten Tyrosinspiegel aufwiesen, stellten wir auch fest, dass der TyrRS-Enzymspiegel erschöpft war. Unsere Hypothese ist, dass mit steigendem Tyrosinspiegel im Gehirn der TyrRS-Enzymspiegel sinkt und schädliche Auswirkungen auf das Gehirn von Alzheimer-Patienten hat.
Diese Ergebnisse weisen auf die möglicherweise wichtige Rolle von TyrRS bei der Synthese von Proteinen hin, die für Kognition und Gedächtnis wichtig sind.
Trauben, Erdnüsse und Alzheimer
Diese Ergebnisse haben Auswirkungen auf Studien zu Resveratrol , eine in Rotwein enthaltene Verbindung, deren potenzielle gesundheitliche Vorteile von Forschern untersucht wurden. Während einige klinische Studien fanden heraus, dass Resveratrol die kognitiven Funktionen bei Menschen mit Alzheimer-Krankheit verbessern kann. andere stellten fest, dass es den gegenteiligen Effekt hatte und verschlimmerte die Krankheit.
Warum Resveratrol so unterschiedliche Wirkungen haben kann, bleibt ein wissenschaftliches Rätsel.
Resveratrol gibt es in zwei Formen: cis-Resveratrol und trans-Resveratrol. Der 'cis-' und 'trans-' Präfixe , ähnlich wie L- und D-, beschreiben, wie die gleichen Atome in zwei Isomeren unterschiedlich im Raum angeordnet sind.
Meine Kollegen und ich fanden das heraus, weil es zwei Formen von Resveratrol gibt binden auf unterschiedliche Weise an TyrRS , sie können dazu führen gegensätzliche Wirkungen in Neuronen . Während cis-Resveratrol die TyrRS-Spiegel in Rattenneuronen in einer Petrischale erhöhen konnte, verringerten hohe Konzentrationen von trans-Resveratrol TyrRS und verursachten Nervenschäden.
Niedrige Konzentrationen von Trans-Resveratrol können jedoch in cis-Resveratrol umwandeln im Körper. Dieses Ergebnis führt zu einem Anstieg der TyrRS-Spiegel und den damit verbundenen Vorteilen.
Wir gehen davon aus, dass viele klinische Studien zu Resveratrol fehlgeschlagen sind, weil keiner cis-Resveratrol allein getestet hat. Wir glauben, dass dies auch erklären könnte, warum Studien, in denen hohe Dosen von Trans-Resveratrol verwendet wurden, schädliche Wirkungen zeigten, während Studien, in denen niedrige Dosen von Trans-Resveratrol verwendet wurden, die dann im Körper in cis-Resveratrol umgewandelt wurden, positive Wirkungen zeigten.
Über die einzelnen Atome und Molekülverbindungen hinaus kümmert sich der Körper auch um deren Anordnung im Raum. Die Beachtung der unterschiedlichen Formen eines Arzneimittels könnte zu wirksameren Behandlungen führen. 
Sajish Mathew , Assistenzprofessor für Arzneimittelforschung und biomedizinische Wissenschaften, Universität von South Carolina .
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