Роль пептидів у функціонуванні нервової системи

У категорію НП включають звичайно малі та середні за розміром пептиди - від 2 до 50-60 амінокислотних залишків. Більші пептиди, до числа яких входить ряд гормонів, деякі фактори росту клітин і ряд інших факторів, містять, як правило, понад 100 а.о., і їх відносять звичайно до категорії регуляторних білків. Більшість НП представляє собою лінійні пептиди. -концевые остатки глутаминовой кислоты часто представлены в виде пироглутамата. З-кінцеві амінокислоти в них нерідко амідіровани, N-кінцеві залишки глутамінової кислоти часто представлені у вигляді піроглутамата. Інші модифікації амінокислотних залишків зустрічаються рідко.

Багато хто з НП виконують функції нейромедіаторів, що передають сигнал у межах синапсу, подібно класичним нейромедіатора непептидним природи. При цьому вони, як правило, "співпрацюють" з непептидним медіаторами. В одному і тому ж нервовому закінченні локалізовані певні комбінації непептидним нейромедіатора з одним, двома, а іноді і трьома НП. У залежності від частоти і тривалості імпульсації вони виділяються спільно або роздільно, іноді такі НП називають ко-нейротрансмітерами або ко-нейромедіаторами. Крім участі в передачі сигналу в синапсі НП здатні здійснювати передачу інформації та на більш значні дистанції - в невеликих зонах, в органі і навіть у межах цілого організму. У цьому випадку їх функції не відрізняються від функцій гормонів (у тому числі гістогормонов). Об'єктом дистантного дії НП є пре-і постсинаптичні зони нейронів, а також інші клітини. НП можуть при цьому полегшувати або гальмувати передачу імпульсу та надавати інші впливу на стан нейрона, тобто функціонувати як нейромодудятори.

Класифікація нейропептидів заснована на поєднанні трьох принципів: функціонального, структурного і топологічного:

Перше сімейство

Ліберіни і статини (релізінг-фактори) гіпоталамуса - об'єднує спільність однією з головних функцій, що складається в регуляції виходу гормонів гіпофіза і спільність місця утворення встановленого першими дослідниками цих НП. Ліберіни стимулюють вихід (а в ряді випадків і синтез) певних гормонів з клітин гіпофіза, а статини гальмують його. За структурою вони дуже різні. Що стосується місця їх утворення, то синтез цих НП відбувається не тільки в гіпоталамусі, але і в багатьох інших відділах мозку та організму в цілому. У гіпоталамусі синтезується та частина ліберинів і статинів, переважною (але не єдиною) функцією яких є дія на гіпофіз. Тим не менш асоціація ліберинів і статинів перш за все з гіпоталамусом стала традицією.

Крім дії на вихід гіпофізарних гормонів кожен з ліберинів і статинів володіє великим числом біологічних активностей, здійснюваних прямою дією на певні нейрони та інші клітини мозку та організму. Так, тіроліберін є потужним стимулятором емоційної поведінки, рухової активності, дихального центру та ін

Люліберіна - головний фактор, що підсилює статеву поведінку не тільки через посилення секреції гонадотропних гормонів, а й безпосередньою дією на відділи мозку. Кортіколіберін, відкритий як індуктор виходу АКТГ, безпосередньо пригнічує статеву поведінку і споживання їжі, будучи одночасно антидепресантом і стимулятором емоційної поведінки. Типовим статинів широкого спектру дії є соматостатин. Крім придушення виходу гормону росту він є помірним інгібітором настільки великого числа інших функцій, що його називають іноді пангібіном. У їх число входить здатність пригнічувати моторику і секрецію шлунково-кишкового тракту, що знайшло вже застосування при лікуванні важких форм виразкової хвороби, пов'язаних з кровотечами. Розвиток деяких форм раку (наприклад передміхурової залози) гальмується соматостатином.

Друге сімейство - опіати

На відміну від ліберинів і статинів ці НП мають загальні особливості структури. - или Leu -энкефалиновые последовательности или (в группе параэнкефалиновых опиоидов) аналоги этих последовательностей. Вони містять в якості активного центру Met - або Leu-енкефаліновимі послідовності або (у групі параенкефалінових опіоїдів) аналоги цих послідовностей. Першими були виділені два аналогічних пентапептіда, названі енкефалінів і мають амінокислотні послідовності:

энкефалин Tyr-Gly-Gly-Phe-Met Met-енкефалінів

энкефалин Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu Leu-енкефалінів

Більшість з опіоїдів має більш-менш вираженим знеболюючою дією, реалізованим через рецептори, вперше описані у зв'язку з вивченням механізмів дії класичних непептидним опіатів - морфіну, налоксон і ін Однак не менш важливими представляються їх активності у відношенні вищих функцій мозку: зниження емоційної поведінки ( "внутрішні нейролептики"), індукція "почуття задоволення, винагороди", тобто и α -эндорфин) ведут себя как частичные антагонисты классических опиоидов. функція внутрішніх факторів підкріплення, та ін Деякі з представників цього сімейства (наприклад "гепта-" і "октапептиду", FMRF і α-ендорфін) ведуть себе як часткові антагоністи класичних опіоїдів. Особливо показовим у цьому відношенні α-ендорфін. Якщо β-ендорфін, γ-ендорфін і дез-тирозил-γ-ендорфін знижують емоційну поведінку, то α-ендорфін його посилює, викликаючи ефекти, подібні ефектів такого психостимулятору, як фенамін. Нарешті, такий НП, як β-ендорфін, виявився потужним активатором різновиди лімфоцитів, що вбивають ракові клітини, тобто одним з важливих регуляторів системи імунітету, хімічним посередником між цією системою та нервовою системою. Зауважимо, що здійснення такої гуморальної зв'язку - "нервова система - сома" - характерно і для інших НП.

Джерела опіоїдних НП в організмі різноманітні: велика частина ендорфінів і частина мет-енкефаліну утворюється в гіпофізі; динорфінів, неоендорфііи, леуморфін, ріморфін - переважно в мозку (або виключно в ньому); адренорфін, "окта-" і "гептапептіди" - переважно в наднирнику; велика частина лей-енкефаліну і частина мет-енкефаліну має джерелом наднирник і мозок. Особливої ​​згадки заслужіваніе такий харчовий джерело опіоїдних НП, як продукти неповного гідролізу казеїну і глютену в шлунково-кишковому тракті, серед яких виявлені аналоги енкефалінів - казаморфін і глюторфін. Поки неясні кількості, в яких вони можуть утворитися, ступінь їх всмоктування і їх внесок у баланс опіоїдів організму.

Для енкефалінів виконуються деякі основні критерії для нейромедіаторів: вони були визначені гістохімічно серед інших тканин у дорсальном спинному мозку, тобто в області, відповідальної за проведення больових сигналів. Вони знайдені в малих проміжних нейронах, але не на головних нервових шляхах, де роль медіатора виконує речовина Р. Це дозволяє стверджувати, що опіатні пептиди можуть інгібувати пресінапсіческое вивільнення речовини Р. Енкефаліни, завдяки взаємодії з опіатними μ-рецепторами, блокують вивільнення субстанції Р, активуючи кальцій-залежні калієві канали і зменшуючи тривалість потенціалу дії. Інші опіоїдні пептиди зв'язуються з другим підтипом опіатних рецепторів (κ-рецепторів). Вони зменшують вивільнення медіатора, інгібуючи потенціалзалежні кальцієві канали.

Високі концентрації енкефалінів присутні також в лімбічної системи, яка бере участь в регуляції емоцій.

Опіатні рецептори вже охарактеризовані як специфічні медіаторні рецептори. Опіатні пептиди конкурують з синтетичними опіатами за ділянки зв'язування. Найбільш висока зв'язує здатність виявлена ​​в нервових закінченнях середнього мозку і таламуса, мигдалеподібному тілі і желатінообразной субстанції спинного мозку.

⁺ , оказывая, по-видимому, прямое влияние на натриевые каналы. Також як опіати, енкефаліни гальмують нейрональну активність шляхом зниження провідності для іонів Na ^+, надаючи, по-видимому, прямий вплив на натрієві канали. Показано, що енкефаліни ефективно інгібують аденілатциклазу, що свідчить про роль циклічних нуклеотидів як вторинних месенджерів у каскадних механізмах енкефаліновимі дії.

Різноманітність біологічних властивостей енкефалінів дозволяє розглядати їх як ендогенних регуляторів багатьох фізіологічних і патологічних процесів в організмі. У зв'язку з цим, вивчення механізмів функціонування енкефалінів відкриває нові можливості медичної практики у зв'язку з перспективами їх екзогенного введення в організм в якості засобів, ідентичних чи близьких за природою до ендогенних при тих чи інших патологіях центральної нервової системи (ЦНС).

Не виключено, що такий широкий спектр біологічних властивостей опіоїдів обумовлений функціонуванням протеолітичних ферментів, які беруть участь як у процессингу, так і інактивації опіоїдів.

Розглядаючи пептидні опіоїди, не можна не згадати виявлення в організмі опіоїдів непептидним природи. До них відносяться сальсолінол, папаверолін і β-карболіни, які утворюються особливо інтенсивно при алкоголізмі, при порушення дофаминового циклу, а також деякі кількості кодеїну, морфіну, 6-ацетил-морфіну і деяких інших алкалоїдів, що знаходяться в організмі тварин і людини поза зв'язку з наркоманіями , алкоголізмом та особливостями дієти. Зрозуміло деяке здивування, яке ці дані викликають, але зараз роботи з виявлення цих з'єднань не викликають методичних заперечень. Дискутується питання про місце їх синтезу. Передбачається, що синтез деяких з них можуть здійснювати якісь бактерії в кишечнику з попередників, що надходять з рослинними продуктами.

Третього сімейства НП

Адренокортікотропвий гормон (АКТГ) - давно відомий як гіпофізарний гормон, функція якого полягає в індукції виділення кортикостероїдів з наднирника. Зараз, однак, доведені його синтез в ряді відділів мозку і пряму участь у таких функціях мозку, як рівень уваги до зовнішніх сигналів, запам'ятовування, здатність до навчання. Встановлено ключова роль для здійснення останніх функцій фрагмента молекули АКТГ з 4-го по 7-й а.о. . - МЕН F. Цей же фрагмент з тією ж функціональною характеристикою виявлений у меланотропних пептидів. , которые предполагается использовать для стимуляции внимания и запоминания человека. Синтезовано ряд аналогів МЕН F, які передбачається використовувати для стимуляції уваги і запам'ятовування людини.

Четверте сімейство НП

Включає вазопресин і окситоцин, чітко об'єднується спільністю структури і переважного місця секреції - нейрогіпофіза. Синтез цих НП відбувається головним чином в гіпоталамусі, і вони представлені у ряді відділів мозку. Вазопресин давно відомий як гормон - дистантних інгібітор діурезу і вазопресори, а окситоцин-як стимулятор скорочення матки при пологовій діяльності. Однак зараз стало очевидним їх участь у формуванні довгострокової пам'яті. Дискутується питання про те, чи є ця дія прямим або здійснюється через дію на емоційний стан і виборче увагу. Вазопресин є при цьому стимулятором, а окситоцин - частковим інгібітором.

П'яте сімейство

П'яте сімейство НП отримало назву - панкреатичні пептиди - значною мірою за місцем первинного виявлення. Назва ця, хоч і загальноприйнято, є іноді джерелом непорозумінь, бо, наприклад, інсулін, який є типовим поліпептидним гормоном підшлункової залози, не має нічого спільного з цими НП ні за структурою, ні за головним функцій. — широко представлен не только в органах желудочно-кишечного тракта, но и в головном мозге. Найбільш вивчений представник панкреатичних пептидів - іейропептвд Y - широко представлений не тільки в органах шлунково-кишкового тракту, але і в головному мозку. Він є учасником підтримки тонусу судин мозку та організму в цілому. Він же стимулятор піщедобивательного поведінки; це його властивість несподіваним чином поєднується з деяким анксіолітичну дію.

Шосте сімейство

был впервые обнаружен в желудочно-кишечном тракте. Найбільш вивчений представник шостого сімейства НП-вазоактивний інтестинального пептид (ВІП) - подібно Нп Y був вперше виявлений в шлунково-кишковому тракті. Проте саме він (поряд з холецистокинином) міститься в особливо високих концентраціях у корі головного мозку. Безперечною є його здатність знижувати тонус гладкої мускулатури судин, в тому числі мозку і бронхів. Останнім часом показано його участь у формуванні статевої поведінки і функціях органів репродукції. У зв'язку з даними про регуляцію сну ВІП відзначимо існування ще одного пептиду, здатного посилювати процеси, що лежать в основі сну. У даній класифікації не вдалося сформувати сімейство, до якого входив би так званий пептид дельта-сну (ПДС). Він стоїть за структурою та іншими ознаками осібно по відношенню до інших НП. Його найбільш виражену дію проявляється в індукції дельта-хвильової активності мозку, реєстрованої електроенцефалографічні і характерною для ортодоксальної фази сну. Практично важлива також його здатність полегшувати стресові стани.

Сьоме сімейство

У корі головного мозку поряд з вазоактивні інтестинального пептидом дуже високий вміст представника сьомого сімейства НП - холецистокініну-8. Первинно знайдений знову-таки в шлунково-кишковому тракті, він виявився надзвичайно потужним інгібітором піщедобивательного поведінки. Введення його в кількостях близько ¹⁰ 10 - 10 ¹² г у третій шлуночок мозку тривало голодували тварин на кілька годин знімало пішедобивательное поведінку. Ще менший за розміром варіант холецистокініну, що містить всього 4 амінокислотних залишку, виявився одним з внутрішніх факторів, які індукують стан тривожності і страху.

Восьме сімейство

Найбільш вивчений представник восьмого сімейства НП - речовина Р-є першим з НП, який був ідентифікований як нейромедіатор в шляхах проведення сенсорних імпульсів. Володіє дуже складним спектром центральних і периферичних ефектів, з яких особливо цікаво його участь в індукції нейрогенного запалення. Речовина Р відкрито в 1931 р. фон Ейлером і Гаддумом в екстрактах мозку і шлунково-кишкового тракту. Було виявлено, що воно викликає скорочення гладких м'язів кишечнику і розширення кровоносних судин, причому для прояву ефекту у людини при внутрішньовенному введенні достатньо лише кількох нанограмів пептиду. Пізніше речовина Р, виділене переважно з гіпоталамуса, було очищено до гомогенного стану. Його фізіологічна роль поки не з'ясована. Вивільнення цього пептиду після сенсорної стимуляції було показано на дорсальном рогоподібним відростку спинного мозку. Як уже зазначено, цей процес інгібується енкефалінів. Речовина Р діє шляхом деполяризації постсинаптичної мембрани і є, отже, медіатором сенсорної стимуляції.

Десяте сімейство

Нейротензин - десяте сімейство НП - подібний з опіоїдними НП за знеболюючою активності (особливо при центральному введенні), але реалізується цей ефект не через опіоїдні рецептори; структурним подібністю нейротензин не володіє. Характерним є поєднання у нейротензин аналготіческой активності з гіпотермічному і гіпотензивною дією - цікавим у медичному плані.

Одинадцяте сімейство

Найпотужніший з відомих гіпотермічний факторів - бомбезин - є представником одинадцятий сімейства НП. Глибоке зниження температури він викликає при центральному введенні. Інтерес до нього пов'язаний, зокрема, з його можливою роллю при зимовій сплячці.

Дванадцяте і тринадцяте сімейства

Два НП - брадикінін і ангіотензин II - давно досліджуються головним чином як фактори, що беруть участь у формуванні тонусу судин. Брадикінін та його аналоги є вазодилятаторами, ангіотензин II - вазоконстриктор. Відомі шляхи їх синтезу не пов'язані з нервовими клітинами, хоча ряд ефектів реалізується за допомогою впливу на синаптичну передачу (наприклад ангіотензин II-на адренергічні синапси). Обидва пептиду виявлені в головному мозку, причому встановлено здатність ангіотензину II порушувати спрагу при центральному введенні.

Чотирнадцятого сімейство

Назви НП чотирнадцятий сімейства нерідко призводять до непорозумінь. " и обозначаются как С GRP . Так, в англомовній літературі вони називаються "calcitonin gene related peptides" і позначаються як С GRP. У даному випадку точний переклад - "пептиди, які кодуються геном, подібним гену кальцитоніну" - є занадто громіздким. Тому все частіше використовується в якості

тривіального назви термін ко-кальцігенін. Біологічна активність ко-кальцігеніна проявляється дуже наочно - введення всього лише близько ^{14 жовтня} благаючи цього НП під шкіру людини викликає досить тривалий розширення артеріол, посилення кровотоку і (особливо спільно з речовиною Р) діапедез з судин формених елементів крові. ко-кальцигенин участвует в регуляции тонуса сосудов мозга, коронарных сосудов и др. Разом з ВІП і Нп Y ко-кальцігенін бере участь у регуляції тонусу судин мозку, коронарних судин і ін

П'ятнадцяте сімейство

НП п'ятнадцятий сімейства - атрнопептіди - до останнього часу вважалися чинниками суто периферичного походження і дії. Головний їх джерело - кардіоміоцити передсердя. Атріопептіди значно посилюють діурез і особливо натрій-урез. Зараз, однак, доведено, що атріопептіди синтезуються і в головному мозку. Таким чином, історія їх дослідження подібна описаній вище для ряду пептидів, виявлених спочатку на периферії, а потім у головному мозку. На черзі - виявлення їх функцій у ЦНС.

Шістнадцяте сімейство

. Нарешті, НП шістнадцятого сімейства - ендозепіни - є негативними регуляторами рецепторів GABA. является тормозным медиатором, участвующим в разнообразных процессах, в том числе в транквилизации — снижении тревожности, успокоении, то эндозепины, напротив, вызывают тревожность и проконфликтное поведение. Якщо сама GABA є гальмівним медіатором, які беруть участь у різноманітних процесах, в тому числі в транквілізаціі - зниженні тривожності, заспокоєнні, то ендозепіни, навпаки, викликають тривожність і проконфліктное поведінку. -ергической трансмиссии, очень широко представленной в мозге, позволяет предполагать у эндозепинов и другие проявления биологической активности, но исследования этой группы НП начаты сравнительно недавно. Мабуть, придушення GABA-ергіческой трансмісії, дуже широко представленої в мозку, дозволяє припускати у ендозепінов та інші прояви біологічної активності, але дослідження цієї групи НП розпочаті порівняно недавно.

Пептиди - коннектори

Описано цілий ряд пептидів, так званих пептидів-конекторів, які ряд дослідників вважають безпосередніми детермінантами формування певних умовних рефлексів і досить складних навичок. Цю точку зору поділяють не всі дослідники. Так деякі з них вважають, що пептиди-коннектори є не детермінантами пам'яті, а регуляторами деяких специфічних форм природженого поведінки тварин. Пептиди-коннектори представляють винятковий інтерес. Найбільш вивченими з них є амелітін, скотофобін, хромодіопсіни і катабатмофобін. Всі вони отримані з мозку тварин, тренованих до того чи іншого навику. При введенні в мозок вони повідомляють ненавченого тварині той же навик.

Амелітін, мабуть, має будову Глу-Глу-гли-Тир-Сер-Ліз утворюється в мозку білих щурів при звикання до різкого звуку певної частоти і тривалості. Після введення амелітіна, виділеного з цієї тварини, ненавченої щуру, вона не реагує на різкий звук тієї ж частоти і тривалості. Ефективна доза - 10 нг.

Скотофобін, ймовірно, має наступну будову:

Сер-АСП-АСН-АСН-Глн-Глн-гли-Ліз-Сер-Ала-Глн-Глн-гли-гли-Тир. Він утворюється в мозку білих щурів при вихованні у них страху перед темною частиною лабіринту. Після введення природного препарату білі щури та миші, а також риби уникають темряви.

Хромодіопсіни утворюються в мозку золотих рибок при виробленні у них рефлексів уникнення синьої або зеленої стінки акваріума. Цей рефлекс передається ненавченим золотим рибкам після введення їм хромодіопсіна. Хімічний склад хромодіопсінов не встановлено. Хромодіопсін «до зеленого кольору» розщеплюється трипсином і хімотріпснном, а хромодіопсін «до синього кольору» стійкий до трипсину і розщеплюється хімотрипсину.

Катабатмофобін має молекулярну вагу 1700-1950, утворюється в мозку білих щурів при формуванні рухово-оборонного рефлексу уникнення певної послідовності рухів. Введення катабатмофобіна повідомляє ненавченим білим щурам цей рефлекс. Механізм дії цієї цікавої групи сполук поки неясний. Після введення тварині скотофобін переважно локалізується в корі. Висловлювалися припущення, що дія цих пептидів засноване на специфічному зв'язуванні з певними невеликими групами синапсів, надовго підвищують їх провідність (звідси і термін-пептид-коннектори). Для вивчення цього класу пептидів потрібно чітке встановлення їх структури.

Система регуляторних пептидів утворює так званий функціональний континуум. Це означає те, що, з одного боку, кожен з пептидів володіє унікальними властивостями, унікальним комплексом активностей. З іншого боку, багато прояви біоактивності кожного з пептидів збігаються або близькі до таких ряду інших пептидів. У результаті кожен пептид виступає як створений еволюцією "пакет програм" для включення або модуляції певного комплексу функцій. Набір таких комплексів настільки великий, що створюється можливість щодо плавного, безперервного переходу від одного до іншого комплексу сумісних функцій. Подання про функціональне континуумі пептидних регуляторів дозволяє зрозуміти біологічний сенс їх надзвичайного різноманіття. Зазначене вище число вже відкритих пептидних регуляторів, мабуть, значно менше їх справжньої кількості, якщо врахувати, що кожен рік приносить відкриття не тільки ряду пептидів, що відносяться до вже відомих родин, а й нових сімейств пептидів.

Крім забезпечення найрізноманітніших комплексів біоактивності пептидний континуум виконує ще одну функцію - утворення складних регуляторних ланцюгів і каскадів. Кожен з НП має здатність індукувати вихід у кров, у цереброспінальну рідину, в міжклітинні середовища організму певних НП. Приватним випадком цієї системи взаємної індукції є описане дію ліберинів і статинів гіпоталамуса на вихід гормонів гіпофіза. Кожен НП, вихід якого індукований іншим пептидом, у свою чергу може індукувати вихід ряду наступних НП, так що виникає ланцюгової, каскадний регуляторний процес. Зараз важко судити про те, наскільки довгою може бути такий ланцюг. Відомо, однак, що багато НП, період полуеллімінаціі яких вимірюється хвилинами, здатні викликати багатогодинні і навіть багатодобових ефекти після введення в організм, Ймовірно, основою цього і є такі ланцюгові процеси. Біологічний сенс існування тривалих регуляторних процесів, що складаються з короткочасних ланок, очевидний. На відміну від систем, заснованих на довгоживучих регуляторах, така система є більш гнучкою у мінливої ​​ситуації, при надходженні нових сигналів і т.п.

У складній системі індукуючого дії НП на вихід інших НП необхідно відзначити ряд елементів ієрархії, "взаимоподчиненность" одних регуляторів іншим. Наприклад, ВІП і ХЦК-8, локалізовані в значних кількостях в корі головного мозку, здатні індукувати або гальмувати вихід ряду ліберинів і статинів гіпоталамуса, який, у свою чергу, регулює вихід гормонів гіпофіза. Багато з останніх теж служать індукторами виходу периферичних гормонів (щитовидної залози, наднирників). Така ієрархія, контроль і управління "зверху-вниз" поєднується зі складною системою прямих дій всіх НП на багато функцій організму.

Наскільки б складною не представлялася ця картина дії і взаємодії пептидів, слід постійно пам'ятати про існування діалектичного поєднання їх прямих і опосередкованих каскадних ефектів.

Процесинг і Посттрансляційна модифікація нейропептидів

Загальний принцип синтезу всіх досить вивчених НП полягає в освіту щодо великих пептидів-попередників, з яких після завершення трансляції вищепляются протеазами відповідні НП. Як правило, до складу пептиду-попередника входить одна або більше число послідовностей НП (іноді дуже різних за структурою) і так звана сигнальна послідовність, що сприяє міграції попередника всередині клітини після завершення трансляції в шорсткою ендоплазматичної мережі і відщеплюється в кінці цієї частини шляху.

сформулировали гипотезу секреторных везикул, согласно которой процессинг биологически активных пептидов осуществляется в процессе передвижения молекул пропептидов по гранулярному ЭПР, комплексу Гольджи и в секреторных везикулах. У 1984 році Gainer сформулювали гіпотезу секреторних везикул, згідно з якою процесинг біологічно активних пептидів здійснюється в процесі пересування молекул пропептид по гранулярному ЕПР, комплексу Гольджі і в секреторних везикулах. Останні містять повний набір ферментів процесингу, специфічний для даної клітини (тканини), а також спеціальні системи підтримки оптимальної рН середовища.

- и С-концевых аминокислотных остатков, что предохраняет образовавшийся продукт от дальнейшей деградации. Процесинг нейропептидів всередині секреторних гранул включає в себе ендо-і екзопротеолітіческіе реакції, а також гліколізірованіе, сульфатами, амідування та фосфорилювання N - і С-кінцевих амінокислотних залишків, що охороняє утворений продукт від подальшої деградації.

Багато пептиди-попередники утворюють проміжне з'єднання з глікозидами, які надають стабілізуючу дію на деяких стадіях процесингу і впливають на вибір місць атаки протеїназ. Протеїнази, що забезпечують відщепленні НП протягом кількох десятків хвилин - години після трансляції, не є високоспецифічним. Значною мірою точне відщепленні обумовлено наявністю в послідовності амінокислот пептидів-попередників парних залишків. Вони в першу чергу атакують протеїназ, близькими за характером дії до катепсину В і трипсину. Вищепляются в цій фазі процесингу фрагменти в багатьох випадках вже є активні НП. Нерідко ці фрагменти піддаються подальшому протеолізу знову-таки з утворенням нових НП. На цій фазі описано участь не тільки тріпсіноподобних протеїназ, а й низки інших протеїназ, специфічність яких теж не є дуже високою. Однак у різних нейронах і, можливо, навіть у різних терміналах одного нейрона їх набір може бути неоднаковим, що забезпечує в кінцевому рахунку ту чи іншу спеціалізацію на продукції строго визначених НП (поодиноких або їх комплексів).

Так наприклад, багато ендопептидаз, які беруть участь у процессингу енкефалінів мають дуже вузької субстратної специфічністю. Так, ендопептидаз, специфічна до зв'язку Lys-Arg, не розщеплює зв'язку Arg-Arg і Arg-Lys, що пояснюють специфічністю ферменту не тільки до гідролізуемой зв'язку, але і, ймовірно, до найближчого амінокислотним оточенню. Розщеплення може відбуватися іноді не по парам залишків основних амінокислот, а по моноостаткам аргініну, лізину або яких-небудь інших амінокислот. Наприклад, тіолових прогормон-конвертаза розщеплює передує-ники енкефалінів з обох сторін з моно-і діосновним залишкам амінокислот, але більш високу специфічність виявляє до моноосновним сайтам. ), α, β- и γ- М SH , β-, γ- и α- эндорфины, Met -энкефалин, дезтирозильные производные эндорфинов, С-концевой дипептид β -эндорфина и, возможно, еще некоторые другие НП. Всі етапи процесингу добре ілюструються схемою перетворень проопиомеланокортина, з якого можуть формуватися β-ліпотропін, АКТГ _1-39, АКТГ _1-24, АКТГ _18-39 (так званий CLIP), α, β-і γ-М SH, β-, γ-і α-ендорфіни, Met-енкефалінів, дезтірозільние похідні ендорфінів, С-кінцевий дипептид β-ендорфіну і, можливо, ще деякі інші НП. Ще раз підкреслимо, що мається на увазі не одночасне утворення всіх цих НП в одному нейроні або термінали, а більш-менш виборче формування їх залежно від набору протеаз у даній клітині.

-энкефалин, обеспечивается по крайней мере двумя пептидами-предшественниками — проопиомеланокортином (локализованным главным образом, но не исключительно в гипофизе) и препроэнкефалином А (локализованным преимущественно, но опять-таки не исключительно в надпочечниках). Звертає на себе увагу, що синтез ряду опіоїдних пептидів, що містять як мінімальної активної послідовності Met-енкефалінів, забезпечується принаймні двома пептидами-попередниками - проопиомеланокортина (локалізованим головним чином, але не виключно в гіпофізі) і препроенкефаліном А (локалізованим переважно, але знову-таки не виключно в наднирниках). Подібним чином лей-енкефалінсодержащіе опіоїдні НП вищепляются з мозкового пептиду-попередника продинорфіну (препроенкефаліна В) і з уже згадуваного препроенкефаліна А, який поєднує в собі послідовності НП з лей-енкефаліновимі і мет-енкефаліновимі активними центрами. Однак спільність мінімальних послідовностей опіоїдних НП, укладених в різних пептидах-попередниках, не означає ідентичності містять їх НП великого розміру: продинорфіну утворює лей-морфін і перекривається, з ним каскад динорфінів різного розміру (динорфин В (ріморфін) і 4кД-ді-норфін), а також α-і β-неоендорфіни. З препроенкефаліна А формуються самостійні НП, що містять і лей-енкефалінів, і мет-енкефалінів (наприклад так званий пептид Е).

Подібні закономірності структури можна відзначити і для деяких інших пептидів-попередників, хоча вони, як правило, досліджені в набагато меншій мірі, ніж попередники опіоїдів, АКТГ і МСГ. Можна вважати, що подальший аналіз біологічної активності їх фрагментів дозволить виявити джерела нових НП.

Звертають на себе увагу великі області пептидів-попередників, де поки не ідентифіковані НП. Хоча частина з них виконує (судячи з β - ендорфіну, АКТГ) функції додаткових "адресних" послідовностей, уточнюючих взаємодія НП переважно з певною тканиною йди органом, є підстави припускати і в них наявність послідовностей ще не ідентифікованих НП. У ряді випадків освіта НП і процеси їх розпаду переплітаються один з одним. Наприклад, один із шляхів розпаду β-ендорфіну - НП, що має самостійне функціональне значення, веде, як уже згадувалося, до утворення γ-ендорфіну і знову-таки НП, що має унікальну функціональну характеристику; відщеплення кінцевого амінокислотного залишку від γ - ендорфіну призводить до утворення α-ендорфіну, вельми своєрідного за функціями, і т.д.

Регуляція метаболізму активних регуляторних пептидів визначається великим спектром впливів, що змінюють гомеостаз на будь-якому рівні - рівні клітини (транскрипція, трансляція і посттрансляційної процесинг), тканини (секреція і інактивація нейропептидів), а також на рівні організму в цілому. Саме ці морфогенетичні та біохімічні особливості біогенезу і визначають рівень активних регуляторних пептидів в організмі. При цьому, безсумнівно, важлива регулююча роль у метаболізмі нейропептидів належить протеолітичних ферментів.

Метаболізм енкефалінів і ферменти їх процесингу

Як було зазначено вище, відомі три білкові молекули, що включають у свою структуру послідовності енкефалінів: проопиомеланокортина, препроенкефалін А (проенкефалін), препроенкефалін В (продинорфіну). Послідовності, що визначають структуру енкефаліну, що входить до складу молекули попередника, фланковані парами основних амінокислот - аргініну або лізину. Структури типу Arg-Lys, Arg-Arg, Lys-Lys, Lys-Arg впізнаються ферментативними комплексами, що здійснюють протеоліз. У результаті дії як ендо-, так і екзопептидаза секреторних везикул, так і позаклітинних ферментів, локалізованих на зовнішній поверхні мембрани і в біологічних рідинах організму, відбувається повне звільнення активного пептиду з його попередника.

Протеолітичні ферменти є специфічними на кожному етапі процесингу. Виділяють безліч різних везикулярний ендопептидаз, здійснюють специфічне ращепленіе: прогормон-конвертази 1 / 3 і 2, динорфин-перетворює фермент, тіолових прогормон-конвертаза, енкефалінобразующій фермент, IRCM-серинових протеїназ I. Ряд позаклітинних ферментів також беруть участь в процессингу енкефалінів: ендопептидаз 24.15 (КФ 3.4.24.15), ендоолігопептідаза А (КФ 3.4.22.19), а також ангиотензинпревращающий фермент (АПФ, КФ 3.4.15.1), що виявляє поряд з ендопептідазной і дипептидилкарбоксипептидазную активність.

Після дії ендопептидаз утворюються пептиди, фланкованому залишками основних амінокислот, для відщеплення яких необхідні специфічні аміно-та / або карбоксипептидази. У процессингу енкефалінів важливу роль відіграють екзопептидаза секреторних везикул, такі як амінопептідазу-В-подібні і карбоксипептидази-В-подібні ферменти.

. Одним з основних ферментів кінцевої стадії процесингу енкефалінів в мозку є карбоксипептидаза H. Цей фермент каталізує розщеплення залишків основних амінокислот з С-кінця білків пептидів попередників, перетворюючи їх у активні форми. Локалізація КП Н збігається з розподілом проенкефалінов, регуляторних пептидів і їх попередників (адренокортикотропного гормону, речовини Р, вазопресин, окситоцину, інсуліну, глюкагону, натрійуретичного фактора передсердь).

(фенилметилсульфонилфторид)-ингибируемая карбоксипептидаза. Схожою з КП Н субстратної специфічністю володіє фермент, який отримав свою назву від індивідуального інгібітора: PMSP (фенілметілсульфонілфторід)-інгібіруемая карбоксипептидаза. -ингибируемая карбоксипептидаза преимущественно расщепляет субстраты, у которых предпоследними являются остатки лейцина и метионина. Фізико-хімічні властивість даного ферменту схожі з такими у лізосомальної КП А. Відомо, що карбоксипептидаза Н виявляє більшу спорідненість до тих субстратів, у яких перед залишком основний амінокислоти знаходиться залишок аланіну або гліцину, а PMSP-інгібіруемая карбоксипептидаза переважно розщеплює субстрати, у яких передостанніми є залишки лейцину та метіоніну. - Phe - Ala - Arg почти в 3 раза выше, чем по DNS - Phe - Leu - Arg , а Кm ФМСФ-ингибируемой КП по DNS - Phe - Ala - Arg почти в 2 раза ниже, чем по DNS - Phe - Leu - Arg . Крім того, показано, що Кm ВПП по відношенню до DNS - Phe - Ala - Arg майже в 3 рази вище, ніж по DNS - Phe - Leu - Arg, а Кm ФМСФ-інгібіруемой КП по DNS - Phe - Ala - Arg майже в 2 рази нижче, ніж по DNS - Phe - Leu - Arg. -ингибируемая КП, участвуя в процессинге, отдают предпочтение различным регуляторным пептидам, при этом проэнкефалины являются, вероятно, более предпочтительным субстратом для PMSP -ингибируемой КП, нежели чем для КПН. Тому можна припускати, що ВПП і PMSP-інгібіруемая КП, беручи участь у процессингу, віддають перевагу різним регуляторним пептидів, при цьому проенкефаліни є, ймовірно, кращим субстратом для PMSP-інгібіруемой КП, ніж чим для ВПП.

Крім перерахованих вище екзопептидаза секреторних везикул, в процесинг енкефалінів залучаються і позаклітинні екзопептидаза: карбоксипептидаза N (КФ 3.4.12.7) і карбоксипептидаза М.

Таким чином, в результаті послідовної дії вищевказаних ферментів, з високомолекулярних попередників вивільняються активні енкефаліни. ), возникающего по типу обратной связи или поступающего от других секреторных клеток, происходит изменение концентрации ионов Ca2+. Під впливом якого-небудь стимулу (медіатори, інші регуляторні пептиди, cAMP), що виникає за типом зворотного зв'язку або надходить від інших секреторних клітин, відбувається зміна концентрації іонів Ca2 +. Це призводить до виділення з клітини активних енкефалінів, які мігрують до клітин-мішеней (через кров'яне русло або синаптичну щілину), де зв'язуються зі специфічними рецепторами. У наслідку, вони піддаються розщепленню різними пептідаза, що призводить до їх модифікації або ж до повної втрати їх біологічної активності.

Дезактивація енкефалінів відбувається за участю ферментів зовнішньої поверхні мембрани: енкефаліназа А, нейтральна ендопептидаз 24.11, КФ 3.4.24.11), амінопептідазу М (КФ 3.4.11.2) і аріламідаза (енкефалінамінопептідаза, КФ 3.4.11.?).

Таким чином, очевидний взаємозв'язок і взаємовплив регуляторних пептидів і протеолітичних ферментів в організмі: енкефаліни здатні ініціювати ендогенні механізми регуляції активності ферментів, у свою чергу протеолітичні ферменти здатні регулювати рівень активних форм пептидів в організмі, а також брати участь у «запуску» реакцій регуляторного континууму, обумовлюючи нейромодуляторную властивості і біологічну роль регуляторних пептидів. Тому, з огляду на тісний взаємозв'язок пептідгідролаз з регуляторними пептидами і, зокрема - з енкефалінів, можна зробити висновок, що зміна активностей протеолітичних ферментів при різних функціональних станах організму, розвитку патологій і вплив деяких екстремальних факторів, є невід'ємною частиною біологічної дії цих пептидів, певною мірою пояснюватиме індивідуальні особливості їх фізіологічних властивостей в організмі.

Короткі характеристики карбоксипептидази-В-подібних ферментів

У зв'язку з участю в процессингу, модифікації та інактивації біологічно активних пептидів, останнім часом інтенсивно досліджується сімейство основних карбоксипептидази. Вони називаються карбоксіпептідозо-В-подібними ферментами та їх субстратна специфічність пов'язана з відщепленням залишків основних амінокислот з С-кінця пептидів попередників.

В організмі ссавців виявлено кілька форм цих ферментів.

Сarboxypeptidase U (M14.009)

M14.004: carboxypeptidase N

S10.005: serine carboxypeptidase D

M14.005: carboxypeptidase E

Substrate

Ac-Tyr-Ala-Arg

Bz-Phe-Ala-Arg

Dns-Phe-Ala-Arg

M14.006: carboxypeptidase M

PMSP-інгібіруемая карбоксипептидаза

- Phe - Leu - Arg и отличается по молекулярной массе (100-110 кДа) от других карбоксипептидаз. Поки ще мало вивчений фермент, який розщеплює dansyl - Phe - Leu - Arg і відрізняється за молекулярною масою (100-110 кДа) від інших карбоксипептидази. = 5,6 – 6,0. Він має близький до КР Н оптимум pH = 5,6 - 6,0. Не є метало ферментом, тому що не інгібує ЕДТА. Можлива біологічна роль даного ферменту, це процесинг нейропептидів, зокрема енкефалінів, хоча і це питання досить спірне. В даний час ведуться роботи по виділенню та очистці цього ферменту, з метою вивчення кінетики його дії м активного центру.

Висновок

Пептиди - одна з найважливіших систем регуляції гомеостазу. Цей термін, введений у 30-х роках американським фізіологом У. Кеннон, означає життєво важливе рівновага всіх систем організму. В міру ускладнення наших уявлень про нормальну, а тим більше патологічної, фізіології це поняття уточнили як ГОМЕОКІНЕЗ, тобто рухлива рівновага, баланс постійно мінливих процесів. Організм зітканий з мільйонів "гомеокінезіков". Ця величезна жива галактика визначає функціональний статус усіх органів і клітин, яких зв'язки регуляторними пептидами. Як світова економічна та фінансова системи - безліч фірм, виробництв, заводів, банків, бірж, ринків, магазинів ... А між ними - "конвертована валюта" - нейропептиди.

Усі клітини організму постійно синтезують і підтримують певний, функціонально необхідний, рівень регуляторних пептидів. Але коли трапляються відхилення від "стаціонарності", їх біосинтез (в організмі в цілому або в окремих його "локусах") або посилюється, або слабшає. Такі коливання виникають постійно, якщо мова йде про адаптивних реакціях (звикання до нових умов), виконанні роботи (фізичних або емоційних діях), стан передхвороби - коли організм "включає" підвищений захист від порушення функціонального балансу.

Говорячи про захворювання мозку, слід зауважити, що в останні роки знову з'явилася інформація про пептидах, особливо причетних до якої-небудь центральної патології. У цьому переліку - алергічний енцефалітогенний пептид, β-амілоїд хвороби Альцгеймера, нейротрофічний пептид пошкодженого мозку та ін Всі вони виділені з мозку, який охоплений відповідної патологією, і імітують таку при перенесенні експериментальним тваринам. Для кожного з них встановлена ​​точна хімічна структура, виявлено специфічні рецептори, але мова не йде про якихось особливих субстанціях. Ці пептиди, як правило, "осколки" міеліна, основного білка мозку, необхідного для його нормальної роботи. Їх присутність служить ілюстрацією, як при певних захворюваннях, імовірно, внаслідок інверсії нормального біосинтезу пептидів, вони стають фактором "зла", що провокує розвиток хвороби у новій і ще більш згубної формі. Проте їх виявлення допомагає знайти конкретні з точки зору нейрохімії причини патології і, значить, підійти до можливості її попередження та лікування.

Таким чином, виявлена ​​величезна, хоча ще майже не вивчена роль пептидів у функціонуванні нервової системи. Вони впливають на збудливість нервової тканини, виконуючи роль медіаторів і беручи участь у зворотньому інгібуванні нейронів виступають в ролі модуляторів різних процесів, беруть участь у створенні міжнейрональних зв'язку. Пептиди можуть бути не тільки короткочасними медіаторами хімічної передачі, а й довготривалими регуляторами властивостей мембрани і синаптичного дії. Їх дія на нейрональну активність часто виражається в зміні поведінкових реакцій тварин. Вплив пептидів на різні функції організму - на судинні реакції, вивільнення моноамінів, больові реакції організму, терморегуляцію і, нарешті, на сон, пам'ять і т. д, дозволило припустити регулювання найважливіших функцій тварин пептидними чинниками. Зв'язок пептидів з трансміттероактівнимі амінокислотами і з моноаміну відкриває великі можливості для хімічного кодування в нервовій системі.

Наведені характеристики біологічної активності НП-представників різний сімейств - далеко не вичерпують усього різноманіття їх функцій.

На закінчення хочеться звернутися до пера нейрогістології, нобелівського лауреата С. Рамон-і-Кахаля, мислити образно і точно: "... сад неврології представляє досліднику захоплюючий, ні з чим не порівнянний спектакль. У ньому мої естетичні почуття знаходили повне задоволення. Як ентомолог, який переслідує яскраво забарвлених метеликів, я полював у барвистому саду сірої речовини мозку за клітинами зі своїми тонкими елегантними формами, таємничими метеликами душі, биття яких, можливо, колись - хто знає? - Прояснить таємницю духовного життя ".

Література

1. Malcolm Dixon, Edwin C. Webb "Enzymes" Longman Group Ltd. 1979.

2. Р. Шмідт, Г. Тевс «Фізіологія людини» Москва «Світ» 1996

3. Ferdinand Hucho "Neurochemistry. Fundamentals and Concepts "VCH Verlagsgesellschaft mbH, D-6940 Weinheim (Federal Republic of Germany), 1986

4. І. П. Ашмарин і співавт. «Нейрохімія» Москва Вид. Інституту біомедіціеской хімії РАМН, 1996.

5. М. І. Прохорова «Нейрохімія» Ленінград, 1979

6. А. Уайт, Ф. Хендлер, Е. Сміт, Р. Хілл, І. Леман «Основи біохімії» Москва: «Світ», 1981

7. Albert L. Lehninger "Principles of biochemistry" Worth Puplishers, Inc 1982

8. В. К. плакун «Основи ензимології» М.: Логос, 2001.

9. Дж. Г. Ніколс, А.Р. Мартін, Б. Дж. Валлас, П.А. Фукс «Від нейрона до мозку» М.: Едіторіал УРСС, 2003.

10. О.А. Гомазков «Нейропептиди - універсальні регулятори. Чому? »/ / Природа № 4, 1999.

11. Л.Ф. Панченко, Н.В. Мітюшина, Н.В. Фірстова, М.Т. Генгін «Метаболізм енкефалінів при різних функціональних і патологічних станах організму» http://medi.ru/pbmc/8890401.htm

12. А. Н. Вернигора, Н.В. Щетиніна, М.Т. Генгін «Дослідження активності основних (відщеплюють залишки аргініну і лізину) карбоксипептидази у щурів різного віку» / / «Біохімія» № 10 т. 61, вип. 10, 1996

13. Н. Грін, У. Стаут, Д. Тейлор «Біологія» М.: Світ, 1996.

14. Маррі Р., Греннер Д., Мейес П., Родуелл В. «Біохімія людини» М.: Світ, 2004

15. AN Vernigora, NN Nikishin, MT Gengin "Proteolytic Enzymes and Regulation of the levels of Active Neuropeptides" / / Biochmistry (Moscow), Vol. 60, No. 10, 1995

16. Walker, JB & Bajzar, L. Complete inhibition of fibrinolysis by sustained carboxypeptidase B activity. The role and requirement of plasmin inhibitors. J Thromb Haemost (2007)

17. Aviles, FX & Vendrell, J. Carboxypeptidase B. In Handbook of Proteolytic Enzymes, 2 edn (Barrett, AJ, Rawlings, ND & Woessner, JF eds), p.831-833, Elsevier, London (2004)

18. . N. Vernigora, MT Gengin «Proteolytic Enzymes: Subcellular Location, Properties, and involvement in Neuropeptide Turnover. A Review »/ / Biochemistry (Moscow) Vol. 61, No 5. 1996

19. Ferrer, M., Zuck, P., Kolodin, G., Mao, SS, Peltier, RR, Bailey, C., Gardell, SJ, Strulovici, B. & Inglese, J. Miniaturizable homogenous time-resolved fluorescence assay for carboxypeptidase B activity. Anal Biochem (2003) 317, 94-98

20. Muller, CA, Appelros, S., Uhl, W., Buchler, MW & Borgstrom, A. Serum levels of procarboxypeptidase B and its activation peptide in patients with acute pancreatitis and non-pancreatic diseases. Gut (2002) 51, 229-235

21. Mock, WL & Xu, DH Catalytic activity of carboxypeptidase B and of carboxypeptidase Y with anisylazoformyl substrates. Bioorg Med Chem Lett (1999) 9, 187-192

22. О.М. Вернигора, М.Т. Генгін «Часткова характеристика основної фенілметілсульфонілфторід-інгібіруемой карбоксипептидази з головного мозку кішки» / / Біохімія т. 60, вип 11, 1995

23. AN Vernigora, NN Nikishin, MT Gengin «On the interaction between the activities of carboxypeptidase H and angiotensin-converting enzyme» / / Biochemistry (Moscow) Vol. 60, No 1, 1995

24. Marzban, L., Soukhatcheva, G. & Verchere, CB Role of carboxypeptidase E in processing of pro-islet amyloid polypeptide in {beta}-cells. Endocrinology (2005) 146, 1808-1817

25. Fricker, LD Carboxypeptidase E. In Handbook of Proteolytic Enzymes, 2 edn (Barrett, AJ, Rawlings, ND & Woessner, JF eds), p.840-844, Elsevier, London (2004)

26. Fricker, LD, Plummer, TH, Jr. & Snyder, SH Enkephalin convertase: potent, selective, and irreversible inhibitors. Biochem Biophys Res Commun (1983) 111, 994-1000

27. Fricker, LD & Snyder, SH Purification and characterization of enkephalin convertase, an enkephalin-synthesizing carboxypeptidase. J Biol Chem (1983) 258, 10950-10955

28. Fricker, LD & Snyder, SH Enkephalin convertase: purification and characterization of a specific enkephalin-synthesizing carboxypeptidase localized to adrenal chromaffin granules. Proc Natl Acad Sci USA (1982) 79, 3886-3890.