Батрахотоксин
![]() Скелетная формула батрахотоксина | |
![]() Палочная модель батрахотоксина на основе кристаллической структуры батрахотоксинина А О - п -бромбензоата. [1] | |
![]() Шаровидная модель батрахотоксина, как указано выше. [1] | |
Имена | |
---|---|
Другие имена 3α,9α-эпокси-14β,18-(2′ - оксиэтил- N -метиламино)-5β-прегна-7,16-диен-3β,11α,20α-триол 20α-2,4-диметилпиррол-3-карбоксилат | |
Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
ХимическийПаук | |
ПабХим CID | |
НЕКОТОРЫЙ | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
Характеристики | |
С 31 Н 42 Н 2 О 6 | |
Молярная масса | 538.685 g·mol −1 |
Плотность | 1304 г/мл [2] |
Опасности | |
Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH): | |
Основные опасности | Высокотоксичный |
Летальная доза или концентрация (LD, LC): | |
ЛД 50 ( средняя доза ) | 2 мкг/кг (мышиный, подкожный) |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). |
Батрахотоксин ( БТХ ) — чрезвычайно мощный кардиотоксичный и нейротоксический стероидный алкалоид, обнаруженный у некоторых видов жуков, птиц и лягушек. Название происходит от греческого слова βάτραχος , bátrachos , «лягушка». [3] Структурно родственные химические соединения часто называют батрахотоксинами. У некоторых лягушек этот алкалоид присутствует главным образом на коже. Такие лягушки относятся к числу тех, которые используются для отравления дротиков . Батрахотоксин связывается и необратимо открывает натриевые каналы нервных клеток и предотвращает их закрытие, что приводит к параличу и смерти. Противоядие не известно.
История
[ редактировать ]Батрахотоксин был открыт Фрицем Мярки и Бернхардом Виткопом в Национальном институте артрита и метаболических заболеваний Национального института здравоохранения, Бетесда, Мэриленд , США. Мерки и Виткоп выделили сильнодействующую токсичную фракцию алкалоидов из Phyllobates bicolor и определили ее химические свойства в 1963 году. [4] Они выделили четыре основных токсичных стероидных алкалоида, включая батрахотоксин, изобатрахотоксин, псевдобатрахотоксин и батрахотоксинин А. [5] Из-за сложности обращения с таким мощным токсином и незначительного количества, которое можно было собрать, комплексное определение структуры было сопряжено с рядом трудностей. Однако Такаси Токуяма, который присоединился к исследованию позже, превратил одно из родственных соединений, батрахотоксинин А, в кристаллическое производное, и его уникальная стероидная структура была решена с помощью методов рентгеновской дифракции (1968). [6] Когда масс-спектр и ЯМР-спектр батрахотоксина и производных батрахотоксинина А сравнили, выяснилось, что они имеют одинаковую стероидную структуру и что батрахотоксин представляет собой батрахотоксинин А с присоединенным одним дополнительным пиррольным фрагментом . Фактически, батрахотоксин удалось частично гидролизовать с помощью гидроксида натрия до материала с идентичной ТСХ и цветными реакциями, что и батрахотоксинин А. [5] Структура батрахотоксина была установлена в 1969 году путем химической рекомбинации обоих фрагментов. [5] Батрахотоксинин А был синтезирован Мичио Куросу, Лоуренсом Р. Марцином, Тимоти Дж. Гринштейнером и Ёсито Киши в 1998 году. [7]
Токсичность
[ редактировать ]По данным экспериментов на грызунах , батрахотоксин является одним из наиболее сильнодействующих известных алкалоидов: его внутривенная ЛД 50 у мышей составляет 2–3 мкг/кг. [8] Между тем, его производное, батрахотоксинин А, обладает гораздо меньшей токсичностью: LD 50 составляет 1000 мкг/кг. [5]
Токсин выделяется через бесцветные или молочные выделения желез, расположенных на спине и за ушами лягушек рода Phyllobates . Когда одна из этих лягушек возбуждена, чувствует угрозу или испытывает боль, токсин рефлекторно высвобождается через несколько каналов.
Активность батрахотоксина зависит от температуры, с максимальной активностью при 37 ° C (99 ° F). Его активность также быстрее при щелочном pH, что позволяет предположить, что непротонированная форма может быть более активной.
Нейротоксичность
[ редактировать ]Как нейротоксин , он поражает нервную систему . Неврологическая функция зависит от деполяризации нервных и мышечных волокон вследствие повышения натрия проницаемости для ионов мембраны возбудимых клеток . Жирорастворимые токсины, такие как батрахотоксин, действуют непосредственно на натриевые ионные каналы. [9] участвуют в генерации потенциала действия и изменяют как их ионную селективность, так и чувствительность к напряжению. Батрахотоксин необратимо связывается с Na. + каналы, что вызывает конформационные изменения в каналах, которые заставляют натриевые каналы оставаться открытыми. Батрахотоксин не только сохраняет открытыми потенциалзависимые натриевые каналы, но и снижает одноканальную проводимость. Другими словами, токсин связывается с натриевым каналом и сохраняет мембрану проницаемой для ионов натрия по принципу «все или ничего». [10]
Это оказывает прямое влияние на периферическую нервную систему (ПНС). Батрахотоксин в ПНС вызывает повышенную проницаемость (селективную и необратимую) мембраны покоящейся клетки для ионов натрия без изменения концентрации калия или кальция . Этот приток натрия деполяризует ранее поляризованную клеточную мембрану. Батрахотоксин также изменяет ионную селективность ионного канала, увеличивая проницаемость канала для более крупных катионов. Потенциал-чувствительные натриевые каналы становятся постоянно активными при мембранном потенциале покоя. Батрахотоксин убивает, навсегда блокируя передачу нервного сигнала в мышцы.
Батрахотоксин связывается и необратимо открывает натриевые каналы нервных клеток и предотвращает их закрытие. Нейрон больше не может посылать сигналы, что приводит к параличу. Более того, массивный приток ионов натрия вызывает осмотические изменения в нервах и мышцах, что вызывает структурные изменения. Было высказано предположение, что возможно также влияние на центральную нервную систему , хотя в настоящее время неизвестно, каким может быть такое воздействие.
Кардиотоксичность
[ редактировать ]Хотя батрахотоксин обычно классифицируется как нейротоксин , он оказывает заметное воздействие на сердечные мышцы , и его действие опосредовано активацией натриевых каналов. Нарушается сердечная проводимость, что приводит к аритмиям , экстрасистолам , фибрилляции желудочков и другим изменениям, которые приводят к асистолии и остановке сердца . Батрахотоксин вызывает массивное высвобождение ацетилхолина разрушение синаптических пузырьков . в нервах и мышцах, а также [ нужна ссылка ] Батрахотоксин R более токсичен, чем родственный батрахотоксин А. [ нужна ссылка ]
Уход
[ редактировать ]Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( ноябрь 2022 г. ) |
В настоящее время не существует эффективного противоядия для лечения отравления батрахотоксином. [11] Вератридин , аконитин и грайанотоксин, подобно батрахотоксину, представляют собой жирорастворимые яды, которые аналогичным образом изменяют ионную селективность натриевых каналов, что указывает на общее место действия. Из-за этих сходств лечение отравления батрахотоксином лучше всего моделировать или основывать на лечении одного из этих ядов. Лечение также можно смоделировать по образцу лечения наперстянки , которая оказывает схожие кардиотоксические эффекты.
Хотя это не противоядие, деполяризацию мембраны можно предотвратить или обратить вспять с помощью тетродотоксина. [11] (из рыбы фугу ), который является неконкурентным ингибитором , или сакситоксином (« красный прилив »). [ нужна ссылка ] Оба они оказывают антагонистическое действие на поток натрия по отношению к батрахотоксину. Некоторые анестетики могут действовать как антагонисты рецепторов действия этого алкалоидного яда, тогда как другие местные анестетики полностью блокируют его действие, действуя как конкурентные антагонисты.
Источники
[ редактировать ]Батрахотоксин был обнаружен у четырех видов папуасских жуков, все из рода Choresine семейства Melyridae ; C. pulchra , C. semiopaca , C. Rugiceps и C. sp. А. [12] [13]
У некоторых видов птиц, эндемичных для Новой Гвинеи , токсин содержится в коже и перьях: ифрит с синей шляпкой ( Ifrita kowaldi ), маленький сорокопут (он же рыжий сорокопут, Colluricincla megarhyncha ) и следующие виды питохуи : хохлатый дрозд. питохуи ( Pitohui dichrous , самая ядовитая из птиц), питохуи хохлатый ( Ornorectes cristatus ), питохуи чёрный ( Melanorectes nigrescens ), [14] питохуи ржавый ( Pseudorectesferrugineus ), и питохуи переменный, [15] который сейчас разделен на три вида: северный изменчивый питохуи ( Pitohui kirhocephalus ), Раджа Ампат питохуи ( P. cerviniventris ) и южный изменчивый питохуи ( P. uropygialis ). [16]
Хотя цель токсичности у этих птиц не ясна, присутствие батрахотоксинов у этих видов является примером конвергентной эволюции . Считается, что эти птицы получают токсин от насекомых, содержащих батрахотоксин, которых они едят, а затем выделяют его через кожу. [13] [17]
Батрахотоксин также обнаружен у всех описанных видов ядовитых лягушек рода Phyllobates от Никарагуа до Колумбии , в том числе у золотой ядовитой лягушки ( Phyllobates terribilis ), черноногой ядовитой лягушки ( P. bicolor ), ядовитой лягушки милой ( P. lugubris ). , ядовитая лягушка Гольфодульсе ( P. vittatus ) и ядовитая лягушка Кокое ( P. aurotaenia ). [12] [13] [18] Раньше ядовитая лягушка Кокое включала P. sp. аф. aurotaenia , теперь признанная отдельной. Все шесть этих видов лягушек относятся к семейству ядовитых древолазов .
Сами лягушки не производят батрахотоксин. Считается, что, как и у птиц, эти лягушки получают токсин от насекомых, содержащих батрахотоксин, которых они едят, а затем выделяют его через кожу. [13] Жуки рода Choresine не встречаются в Колумбии, но считается, что лягушки могут получить токсин от жуков других родов того же семейства ( Meyridae ), некоторые из которых обитают в Колумбии. [12]
Лягушки, выращенные в неволе, не производят батрахотоксин, и поэтому с ними можно обращаться без риска. Однако это ограничивает количество батрахотоксина, доступного для исследования, поскольку 10 000 лягушек дали только 180 мг батрахотоксина. [19] Поскольку эти лягушки находятся под угрозой исчезновения, их сбор неэтичен . Биосинтетические исследования также осложняются медленной скоростью синтеза батрахотоксина. [5]
Родной средой обитания ядовитого древолаза являются теплые регионы Центральной и Южной Америки , в которых влажность составляет около 80 процентов.
Использовать
[ редактировать ]Чаще всего этот токсин используют Ноанама Чоко и Эмбера Чоко из Эмбера-Вунаан в западной Колумбии для отравления дротиков из духового оружия , используемых на охоте.
Ядовитые дротики Чоко готовят, сначала пронзая лягушку куском дерева. [20] По некоторым сведениям, лягушку затем держат или жарят заживо на огне, пока она не заплачет от боли. Пузырьки яда образуются, когда кожа лягушки начинает покрываться волдырями. Кончики дротиков готовят, прикасаясь ими к токсину, либо токсин можно собрать в контейнер и оставить для брожения. Ядовитых дротиков, сделанных из свежего или ферментированного батрахотоксина, достаточно, чтобы сбить с толку обезьян и птиц. Нервный паралич возникает почти мгновенно. В других источниках говорится, что палка сиурукида («бамбуковый зуб») вводится в рот лягушки и выходит через одну из ее задних ног. Из-за этого лягушка обильно потеет на спине, которая покрывается белой пеной. Дротики обмакивают или катают в пене, сохраняя свою смертоносную силу до года.
См. также
[ редактировать ]- Тетродотоксин — токсин, действие которого противоположно батрахотоксину.
Цитаты
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Карл, Иллинойс ; Карл, Дж. (1969). «Структурная формула и кристаллическая структура O - p -бромбензоатного производного батрахотоксинина А, C 31 H 38 NO 6 Br, лягушачьего яда и стероидного алкалоида». Акта Кристаллогр. Б. 25 (3): 428–434. Бибкод : 1969AcCrB..25..428K . дои : 10.1107/S056774086900238X . ПМИД 5820223 . S2CID 28609553 .
- ^ Дейли, Дж.В.; Виткоп, Б.; Боммер, П.; Биманн, К. (январь 1965 г.). «Батрахотоксин. Активное начало колумбийской ядовитой лягушки-стрелы, Phyllobates bicolor». Журнал Американского химического общества . 87 (1): 124–126. дои : 10.1021/ja01079a026 . ПМИД 5826972 .
- ^ Индекс Merck . Запись 1009. с. 167.
- ^ Мярки, Ф.; Виткоп, Б. (июль 1963 г.). «Яд колумбийской стрелы-яда лягушки Phyllobates bicolor ». Эксперименты . 19 (7): 329–338. дои : 10.1007/BF02152303 . ПМИД 14067757 . S2CID 19663576 .
- ^ Jump up to: а б с д и Токуяма, Такаси; Дейли, Дж.; Виткоп, Б. (1 июля 1969 г.). «Структура батрахотоксина, стероидного алкалоида из колумбийской стрелковой лягушки, филлобата ауротении, и частичный синтез батрахотоксина и его аналогов и гомологов». Журнал Американского химического общества . 91 (14): 3931–3938. дои : 10.1021/ja01042a042 . ПМИД 5814950 .
- ^ Токуяма, Такаси; Дейли, Джон; Виткоп, Б.; Карл, Изабелла Л.; Карл, Дж. (март 1968 г.). «Структура батрахотоксинина А, нового стероидного алкалоида из колумбийской стреловидной лягушки Phyllobates aurotaenia». Журнал Американского химического общества . 90 (7): 1917–1918. дои : 10.1021/ja01009a052 . ПМИД 5689118 .
- ^ Куросу, Мичио; Марцин, Лоуренс Р.; Гринштейнер, Тимоти Дж.; Киши, Ёсито (июль 1998 г.). «Полный синтез (±)-батрахотоксинина А». Журнал Американского химического общества . 120 (26): 6627–6628. дои : 10.1021/ja981258g .
- ^ Токуяма, Такаси; Дейли, Джон; Виткоп, Б.; Карл, Изабелла Л.; Карл, Дж. (март 1968 г.). «Структура батрахотоксинина А, нового стероидного алкалоида из колумбийской стреловидной лягушки Phyllobates aurotaenia ». Журнал Американского химического общества . 90 (7): 1917–1918. дои : 10.1021/ja01009a052 . ПМИД 5689118 .
- ^ Ван, Шо-Я; Митчелл, Джейн; Тихонов Денис Б.; Жоров Борис С.; Ван, Гинг Го (март 2006 г.). «Как батрахотоксин изменяет путь проникновения натриевых каналов: компьютерное моделирование и сайт-направленный мутагенез». Молекулярная фармакология . 69 (3): 788–795. дои : 10.1124/моль.105.018200 . ПМИД 16354762 . S2CID 6343011 .
- ^ Ван, Шо-Я; Тихонов Денис Б.; Митчелл, Джейн; Жоров, Борис; Ван, Гинг Куо (23 мая 2007 г.). «Необратимая блокада сердечных мутантных Na+-каналов батрахотоксином» . Каналы . 1 (3): 179–188. дои : 10.4161/chan.4437 . ПМИД 18690024 .
- ^ Jump up to: а б Додд-Бутера, Т.; Бродерик, М. (2014). «Животные ядовитые и ядовитые». Энциклопедия токсикологии . стр. 246–251. дои : 10.1016/B978-0-12-386454-3.00984-2 . ISBN 978-0-12-386455-0 .
- ^ Jump up to: а б с Дамбахер, Джон П.; Вако, Авит; Дерриксон, Скотт Р.; Самуэльсон, Аллан; Спанде, Томас Ф.; Дейли, Джон В. (9 ноября 2004 г.). «Жуки-мелириды ( хорезин ): предполагаемый источник алкалоидов батрахотоксина, обнаруженных у ядовитых древолазов и токсичных воробьиных птиц» . Труды Национальной академии наук . 101 (45): 15857–15860. дои : 10.1073/pnas.0407197101 . ПМЦ 528779 . ПМИД 15520388 .
- ^ Jump up to: а б с д Пликус Максим В.; Астровский, Александр А. (июль 2014 г.). «Смертельные волосы, смертоносные перья – конвергентная эволюция ядовитых покровов млекопитающих и птиц». Экспериментальная дерматология . 23 (7): 466–468. дои : 10.1111/exd.12408 . ПМИД 24698054 .
- ^ Уэлдон, Пол Дж. (21 ноября 2000 г.). «Птичья химическая защита: Ядовитые птицы неподалёку» . Труды Национальной академии наук . 97 (24): 12948–12949. дои : 10.1073/pnas.97.24.12948 . ПМК 34071 . ПМИД 11087849 .
- ^ Дамбахер, Джон П.; Билер, Брюс М.; Спанде, Томас Ф.; Гарраффо, Х. Мартин; Дейли, Джон В. (30 октября 1992 г.). «Гомобатрахотоксин рода Pitohui: химическая защита птиц?». Наука . 258 (5083): 799–801. дои : 10.1126/science.1439786 . ПМИД 1439786 .
- ^ Гилл, Ф .; Донскер Д., ред. (2017). «Иволги, дронги и трубастые хвосты» . Всемирный список птиц МОК (версия 7.2) . Проверено 10 июня 2017 г.
- ^ «Академические исследования: мощный яд» . Калифорнийская академия наук. Архивировано из оригинала 27 августа 2012 г. Проверено 10 мая 2013 г.
- ^ Маркес, Роберто; Рамирес-Кастаньеда, Валерия; Амескита, Адольфо (2019). «Сочетается ли ауторезистентность к батрахотоксину с токсичностью у лягушек Phyllobates?» . Эволюция . 73 (2): 390–400. дои : 10.1111/evo.13672 . ПМИД 30593663 . S2CID 58605344 .
- ^ Дюбуа, Джастин и др., изобретатель; Попечительский совет Стэнфордского университета Леланда, правопреемник. Аналоги батрахотоксина, композиции, применение и их получение. Патент США 2014/0171410 А1. 19 июня 2014 г.
- ^ Крамп, М. (2000). В поисках золотой лягушки . Издательство Чикагского университета. п. 12 . ISBN 978-0226121987 .
Общие и цитируемые ссылки
[ редактировать ]- Дейли, Дж.В.; Виткоп, Б. (1971). «Химия и фармакология лягушачьих ядов» . В Бюхерле, В.; Бакли, Э.Э.; Деулофе, В. (ред.). Ядовитые животные и их яды . Том. 2. Нью-Йорк: Академик Пресс. LCCN 66014892 . OCLC 299757 .
- Карбоксилатные эфиры
- Циклогексены
- Циклопентены
- Энонес
- Эфиры
- Токсины ионных каналов
- Нейротоксины
- Небелковые токсины ионных каналов
- Кислородные гетероциклы
- Пирролы
- Вторичные спирты
- Открыватели натриевых каналов
- Стероидные алкалоиды
- Третичные спирты
- Токсины позвоночных
- Токсины земноводных
- Токсины насекомых
- Гетероциклические соединения с 6 кольцами