Molekyylien maailma on pieni ja tahmea
Mielikuvat molekyyleistä biljardipallojen kaltaisina toisistaan kimpoilevina kappaleina ei ole järin todenmukainen. Oikeasti molekyylit tarrautuvat toisiinsa heikoin vuorovaikutuksin. Molekyylien tasolla kaikki paitsi kaasujen liike on kuin etenemistä tahmeassa siirapissa.
Monien lääkeiden toiminta perustuu juuri tällaisiin heikkoihin vuorovaikutuksiin, kuten vetysidoksiin, dipoli-dipoli-vuorovaikutuksiin sekä dispersiovoimiin. Lääkkeet suunnitellaan niin, että molekyylit voivat sitoutua vahvasti biologisiin kohteisiin, kuten entsyymeihin tai proteiineihin. Sopivasti sitoutuvalla molekyylillä voidaan näin estää tai voimistaa halutun biologisen prosessin toimintaa.
Alla esitetty sarjakuva havainnollistaa kuinka lääkeainemolekyyli asettuu biologisen kohdemolekyylin sisään ja tarrautuu kiinni heikoilla vuorovaikutuksilla.
Vetysidos
Vetysidokset ovat heikoista vuorovaikutuksista vahvimpia. Vetysidoksia muodostuu tyypillisesti amiineista ja alkoholeista. Vetysidokset ovat vahvasti suunnattuja.
Ioninen vuorovaikutus
Ioniset vuorovaikutukset ovat elektrostaattisia voimia joita muodostuu positiivisesti varautuneiden ja negatiivisesti varautuneiden funktionaalisten ryhmien välille. Ionisen vuorovaikutukset eivät ole vahvasti suunnattuja.
Dispersiovoimat
Dispersiovoimat muodostuvat sellaisten molekyylien osien välille joissa ei ole merkittäviä elektronitiheyseroja. Ne eivät ole kovin vahvoja, mutta ohjaavat silti molekyylien sitoutumista.
Sitoutumistaskumallit
Ennen kuin jatkat tarvitset paperiset sitoitumistasku- ja molekyylimallit.
Lataa ja tulosta sitoutumistaskut. Voit työskennellä sitoitumistaskujen kanssa myös kuvankäsittelyohjelmassa.
Morfiinin toiminta
Opioidireseptorin sitoutumistaskua voidaan mallittaa seuraavan kaltaisella sarjakuvamallilla. Sarjakuvamalliin on piirretty taskussa esiintyvät funktionaaliset ryhmät.
Morfiini on yksi voimakkaimmista tunnetuista kipulääkkeistä. Sen toiminta perustuu opioidireseptoriin sitoutumiseen. Morfiinin molekyylirakenne on esitetty alla.
Etsi paperimalleilla kuinka morfiinimolekyyli asettuu opioidireseptorin sisään.
Tunnista ja nimeä opioidireseptorin ja morfiinimolekyylin väliset heikot vuorovaikutukset.
Ketobemidonin rakenne on esitetty alla. Huomaa kuinka paljon sen kemiallinen rakenne poikkeaa morfiinista. Tutki paperimalleilla voisiko se sitoutua opioidireseptoriin?
Etsi paperimalleilla kuinka ketobemidoni voisi asettua opioidireseptorin sisään.
Mitä voit mallisi perusteella sanoa ketobemidonin mahdollisesta toiminnasta?
Morfiinista valmistettiin seuraava johdannnainen. Biologisissa kokeissa sen havaittiin sitoutuvan reseptoriin 16 kertaa voimakkaammin kuin normaalin morfiinin. Pystytkö keksimään mahdollisia selityksiä tälle havainnolle?
Etsi paperimalleilla kuinka morfiinijohannainen voisi asettua opioidireseptorin sisään.
Mitä voit mallisi perusteella sanoa sitoutumistaskun ulkopuolella vaikuttavista heikoista vuorovaikutuksista?