Босс-нейропептид, который держит всё под контролем

Отрывок из статьи О.А. Гомзакова «Нейропептиды — универсальные регуляторы. Почему?» (1999) расскажет читателю об отдельном типе сигнальных веществ. Нейропептиды существуют в организме до нескольких часов, благодаря чему достигают достаточно удаленных синапсов и действуют на них в течение некоторого времени.

Первый постулат: нейропептиды — универсальные регуляторы

Речь идет о химических соединениях пептидной природы, выполняющих в организме роль регуляторов разнообразных физиологических функций. Каких функций? Они логично и последовательно связаны между собой. Первая — организация коммуникации между разными клетками посредством специализированного химического сигнала. Вторая — обеспечение «настроя» клетки, которая реагирует на воздействия того или иного рода. Это так называемая модуляция функции нервной или другой клетки организма. Третья — участие в реализации отдельной физиологической реакции или сложного акта.

Сегодня мы можем говорить о классе универсальных химических регуляторов, значимость которых простирается от влияния на функции отдельных групп клеток до управления работой целых систем и органов, включая сложные акты поведения. Так, в суммарной сводке, где выбраны сведения только для семи нейропептидов с наибольшим «индексом цитируемости» в современной научной литературе, видно, что различные по своему химическому строению вещества связаны между собой множественными функциональными отношениями: как регуляторы, они причастны к большому спектру различных физиологических проявлений и как следствие — к заболеваниям различной природы и тяжести.

Попытаемся показать причины постулируемой «универсальности» нейропептидов, которые находятся сегодня в центре внимания широкого круга специалистов — от химиков и зоологов до клиницистов различного профиля.

Второй постулат: пептиды построены как комбинации аминокислот — основных «кирпичиков» биологического мира

Начнем с базовых определений биологии. Их три: структура, энергетическое обеспечение, регуляция. В природе существуют такие структуры, которые оказались на редкость удачными в организации систем любой сложности. Одна из них — аминокислота. Это минимально сложное органическое соединение, одновременно и кислота, и основание, потому что в него с двух концов вмонтированы амидная и карбоксильная группы. Они помогают аминокислотам соединяться друг с другом, образуя относительно прочные и в то же время лабильные структуры. Известно около 150 аминокислот. Живая природа использует только 20 из них. Однако представьте, какое количество комбинаций можно сделать лишь из 20 исходных единиц! Из них созданы все белки, которые составляют основу любого организма — структурные, каталитические (ферменты), регуляторные. В результате серии последовательных химических реакций, осуществляемых с помощью специальных ферментов (пептидаз), в клетках образуются олигопептиды, которые обладают высокой биологической активностью и которые были классифицированы как регуляторы разнообразных физиологических процессов.

Таких физиологически значимых пептидов было открыто несколько сотен. Но основной «костяк» — не более 40—50, остальные — их комбинации, дополнения. Как правило, регуляторные пептиды — это молекулы с различным набором аминокислот: большинство из них — до 30, больше не надо. Есть какой-то энтропийный уровень, оптимальный для выполнения регуляторной миссии. Однако все более углубленное исследование соотношения структуры и функции показывает, что части целой пептидной молекулы, ее фрагменты, также могут обладать физиологической активностью, подчас еще большей или качественно инвертированной.

Третий постулат: нейропептиды синтезируются в мозге (впрочем, в других органах тоже)

Существует сложный биохимический процесс биосинтеза пептидов в клетке: экспрессия (возбуждение) соответствующих генов, образование особой рибонуклеиновой кислоты, считывание, как с конвейера, ленты аминокислотных «кирпичиков», образующих белковую молекулу, далее разрезание этих белков на блоки определенной структуры.

Все это — точно прослеженные биохимические процессы, изученные для большинства физиологически значимых пептидов. Более того, тонкая генно-биохимическая «кухня» работает в строгой приуроченности к функции органа и к определенному ритму его деятельности. Вот здесь — в «привязке» к работе органа, в соответствии его функциональной «ритмике» — главное содержание регуляторной роли нейропептидов.

Понятие «нейропептиды» появилось 30 лет назад, когда в мозге открыли вещества, влияющие на центральные функции высших организмов. Они были названы эндорфинами и энкефалинами и дали начало изучению большой и значимой группы опиоидов, список которых пополняется и поныне. Нейропептиды оказались как бы над группами других, «периферических», пептидов, регулирующих работу сердца, почек, кишечника. Выяснилась также причастность к работе мозга ранее известных пептидных гормонов и их фрагментов — АКТГ, соматостатина, окситоцина. Со временем в мозге открывались новые и новые нейропептиды, влияющие на все многообразие его функций.

...Стало давним штампом сравнение мозга с компьютером. Оно базируется на внешней оценке работы нервной клетки — приеме, переработке и передаче информации, а также на анатомическом подобии гигантской нейронной сети мозга, которую напоминали первые компьютерные агрегаты. Считается, что 1,5 килограмм мозга человека содержат около 100 млрд нервных клеток, а в 1 кубическом миллиметре нервной ткани вмещается более 40 тысяч нейронов!

Однако вся эта «коммуникационная анатомия» тысячекратно усиливается, если принять во внимание, что каждый нейрон имеет не менее 100—1000 синапсов (единиц соприкосновения с другими клетками). Поэтому вероятный запас коммуникационных возможностей мозга на два-три порядка больше. Значит, современный человек может оценивать собственный мозг как гигантский компьютерный зал, целое «государство» компьютеров высокой надежности, разнообразного класса и назначения. Но жизнь этого «государства» и работа его подразделений (зон, ядер мозга), даже отдельных нервных клеток нуждается в постоянном управлении — поддержании рабочего тонуса и его изменении в зависимости от меняющихся потребностей организма.

Исключительная насыщенность нервной ткани дает повод пойти по ложному следу. Срабатывает стереотип: это «много» связать с разнообразной работой мозга; перенести количественную сложность анатомической структуры на объяснение полифонии выполняемых функций.

Стереотип связывался с возможностью синтеза специфических пептидов, ответственных за память, сон, страх, агрессивность и т.п. Впервые это случилось в 60-х годах, в пору интенсивного развития нейрокибернетики, когда была популярна идея, что специфичность получаемой мозгом информации определяется синтезом определенных химических молекул. Множественность функций, присущих мозгу, пытались ассоциировать с его возможностью синтезировать великое и разнообразное множество пептидов.

Эта посылка получила развитие в теории Г. Унгара, сформулировавшего принцип: «Один пептид — одно поведение». На первом этапе автор гипотезы будто бы получил весомые доказательства. Опыты с переносом закрепленного навыка от «обученных» рыбок к «необученным» посредством инъекции смеси пептидов произвели сенсацию. Более того, Унгар описал структуру пептидов, названных скотофобином и амелитином. В дальнейшем активный поиск веществ, ответственных за проявления страха, тревоги, устойчивости к стрессу, даже радости и «кайфа» оказался привлекательным... Однако в перечне пептидов, открытых и исследованных в последние 40 лет, нет веществ, «описанных» Унгаром. О скотофобине и амелитине к настоящему времени по сути забыто.

Четвертый постулат: биохимическая «кухня» синтеза пептидов едина для любых систем организма

Пептиды синтезируются в нервных и железистых клетках, а также в эндотелии — особой моноклеточной ткани, выстилающей кровеносное русло. Кроме того, пептиды образуются в крови или выбрасываются в кровоток различными тканями. Вот почему исходное понятие «нейропептиды» оказывается как бы размытым: они (по крайней мере основная часть) синтезируются во всех точках организма и «работают» также везде — в мозге, в почках, в легких, в репродуктивных органах, в сердце... Например, вазоинтестинальный пептид (обнаруженный в кишечном тракте, но еще влияющий на тонус кровеносных сосудов, а также связанный с возрастными заболеваниями мозга) синтезируется и в нервной ткани, а давно известный пептидный гормон окситоцин имеет отношение не только к родовой деятельности, но и к регуляции памяти. Кроме того, пептиды могут транспортироваться: образующийся в гипоталамической области мозга аргинин-вазопрессин переносится по ходу нервного волокна в гипофиз, откуда попадает в кровь (целиком или в виде фрагментов). Циркулируя с током крови, пептиды становятся регуляторами по принципу «ВСЕМ-ВСЕМ-ВСЕМ» — доступными тому органу, который готов воспринять этот сигнал.

Этапы синтеза эндотелинового пептида. Последовательный ферментативный гидролиз белковой молекулы предшественника и образование физиологически активного эндотелина-I (ET-I). Обозначены порядковые номера аминокислот и места протеолитического гидролиза больших пептидов.

В 50-х годах в издательстве «Наука» вышли два тома энциклопедической монографии «Сравнительная физиология» Х.С. Коштоянца. Этот удивительный труд появился из-под пера человека, который сумел на огромном числе фактов проиллюстрировать единые принципы формирования физиологических функций в длинном эволюционном ряду — от одноклеточных, инфузорий, до позвоночных животных. Потому вполне закономерно, что химические соединения, служащие посредниками и регуляторами разнообразных функций, оказываются в значительной мере одними и теми же у организмов любой сложности. Природа щедра и экономна одновременно: экономна в использовании ограниченного набора структур, принципов, законов; щедра — в огромной «россыпи» их разнообразия.

Большинство классических пептидов, перечисленных выше, присутствуют также у насекомых, моллюсков, рыб, земноводных... Они выполняют те же физиологические функции, поскольку биологическое царство «скроено» по одним и тем же чертежам: нервная система, сердце, органы дыхания, выделения. И базовая биохимия в общем-то та же.

Но есть и «экзотика». Ученые, работавшие в этой области, давая волю воображению, присваивали новым веществам такие наименования, как «харибдотоксин» или «сциллатоксин» (нейропептиды, выделенные из яда одного из видов скорпионов), «дендротоксин» (полученный из яда зеленой азиатской кобры) или так называемые «конотоксины» (выделенные из морских животных рода Conus). Эти, обитающие в Индийском океане, хищные моллюски с очень красивыми раковинами «специализируются» на производстве ядов, также содержащих очень сильные нейротоксические пептиды.

В мире низших организмов природа проявила большую изобретательность в изготовлении «химического оружия» — средств защиты или (чаще) нападения. Сильно действующие пептиды, влияющие на дыхательный центр, сердечную систему, вызывающие нервный паралич, обнаружены у некоторых змей, морских улиток, скорпионов, ядовитых пауков. С точки зрения биохимика или фармаколога — вот кладезь идей и «заготовок» для получения интересных медицинских препаратов. К сожалению, до сего времени эта «фабрика» почти не используется — лишь пептиды из яда пчел, некоторых змей или пиявки. Так мало...

Источник: m.vk.com

Комментарии: