Молекулярные механизмы биологического действия кофеина. Компьютерное моделирование конкуренции с аденозином за места связывания с рецепторами

Кофеин — это известное с древних времен и применяемое большинством населения биологически активное вещество с широким спектром действия. Кофеин (К) влияет на функционирование белков, нуклеиновых кислот и мембран. Основной фармакологический эффект К — стимуляция центральной нервной системы — определяется его антагонистической конкуренцией с аденозином (Ado) на аденозиновых рецепторах А1 и А2а. Наша работа направлена на выяснение атомно-молекулярных механизмов этого эффекта. Основной вопрос, который мы при этом ставим и на который стараемся ответить с помощью компьютерного моделирования, — как сравнительно небольшая, практически жесткая молекула К с ограниченными возможностями участия в сильных невалентных взаимодействиях может конкурировать за рецепторные сайты связывания с молекулой Ado, имеющей большее количество центров образования водородных связей и обладающей заметной конформационной подвижностью. С этой целью методом молекулярной механики были найдены минимумы энергии взаимодействия молекул К и Ado с участками трансмембранных фрагментов рецепторa A1, ответственными за связывание Ado. Оказалось, что значения энергии в наиболее глубоких из этих минимумов близки для К и Ado. Рассмотрение геометрических характеристик молекулярных моделей отдельной молекулы Ado и комплексов, соответствующих этим минимумам, показывает, что Ado, как и К, образует не более трех водородных связей с соответствующими участками рецепторов. Качественное объяснение этим результатам дает образование в наиболее выгодных конформациях молекулы Ado двух внутримолекулярных водородных связей, которое ограничивает взаимодействие с рецепторами участвующих в них атомов. Поэтому две разные по количеству гидрофильных центров и конформационным возможностям молекулы оказываются близкими с точки зрения энергии комплексообразования с участками аденозинового рецептора А1.