биомолекула.ру. Взгляд изнутри.
 

Логин:
Пароль:


Неизвестные пептиды: «теневая» система биорегуляции

[11 ноября, 2010 г.]

Уже давно не вызывает сомнений значимость белков для практически любого аспекта существования жизни. Однако их «младшие братья» — пептиды — привлекают незаслуженно мало внимания, обычно считаясь биологически не такими уж важными. Нет, никто не забывает про исключительную роль пептидов в эндокринной системе и антибактериальной защите. Однако ещё двадцать лет назад нельзя было и заподозрить, что пептидный «фон», присутствующий во всех тканях и традиционно воспринимаемый как «обломки» функциональных белков, также выполняет свою функцию. «Теневые» пептиды формируют глобальную систему биорегуляции и гомеостаза, — возможно, более древнюю, чем эндокринная и нервная системы.

В начале 2010 года постановлением Президиума РАН директор Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова — Вадим Тихонович Иванов — награждён Большой золотой медалью Российской академии наук имени М.В. Ломоносова — «за выдающийся вклад в развитие биоорганической химии». На общем собрании РАН в мае этого года В.Т. Иванов прочитал лекцию о роли пептидов в качестве универсальных биорегуляторов. По мотивам лекции Иванова написана эта статья.

* * *

Оглавление

Белки, как постулировано ещё классиками диалектического материализма, являются основным «рабочим телом» жизни. Недаром даже в школьном учебнике биологии отдельным списком перечисляются функции белков: каталитическая, структурная, защитная, регуляторная, сигнальная, транспортная, запасающая, рецепторная и двигательная. Первые белки описали ещё в XVIII веке — это были альбумин («яичный» белок), фибрин (один из белков крови) и глютен (запасающий белок пшеницы). Центральная роль белков во всей биологии была осознана к концу первой четверти XX века, и с тех пор ни у кого уже не вызывает сомнения, что абсолютно все жизненные процессы протекают с участием этих универсальных «молекул жизни».

Есть у белков и «младшие братья» — пептиды. Отличие между этими двумя классами молекул довольно условное — идентичные по химической природе, они различаются лишь размером (длиной полипептидной цепи): если молекула состоит более чем из 50 аминокислотных остатков — это белок, а если менее — то пептид. Перечисленные выше «классические» функции относятся главным образом к белкам, на долю пептидов же традиционно отводилась роль в эндокринной регуляции: большинство хорошо известных биологических пептидов (а их не так уж много) являются нейрогормонами и нейрорегуляторами. Основные пептиды с известной функцией в человеческом организме — пептиды тахикининового ряда, вазоактивные интестинальные пептиды, панкреатические пептиды, эндогенные опиоиды, кальцитонин и некоторые другие нейрогормоны.

Кроме этого, важную биологическую роль играют антимикробные пептиды [1], секретируемые как животными, так и растениями (встречаются, например, в семенах или в слизи лягушек), а также антибиотики пептидной природы, о которых ещё будет немного сказано далее.

И вот не так давно (не более тридцати лет назад) обнаружилось, что кроме этих пептидов, обладающих вполне определёнными функциями, ткани живых организмов содержат довольно мощный пептидный «фон», состоящий в основном из фрагментов более крупных функциональных белков. Долгое время считалось, что это не имеет принципиального значения, и что такие пептиды — всего лишь «обломки» рабочих молекул, которые организм ещё не успел «подчистить». Однако в последнее время становится понятно, что этот «фон» играет важную роль в поддержании гомеостаза (тканевого биохимического равновесия) и регуляции множества жизненно важных процессов самого общего характера — таких как рост, дифференциация и восстановление клеток. Не исключено даже, что система биорегуляции на основе пептидов — эволюционный «предшественник» более современных эндокринной и нервной систем.

Однако давайте разбираться по порядку, и, чтобы не утратить исторической перспективы, начнём с короткой экскурсии в историю изучения пептидных веществ в нашей стране.

Историческая справка: пептидная школа в СССР

В 1959 году в Академии наук СССР был создан Институт химии природных соединений, во главе которого встал академик Михаил Михайлович Шемякин (1908–1970). Сотрудники института с самого начала были ориентированы на изучение природных биорегуляторов, таких как витамины и антибиотики. Большую работу по синтезу пептидных антибиотиков вёл молодой инициативный учёный — будущий директор института и вице-президент АН СССР Юрий Анатольевич Овчинников (1934–1988).

«Визитной карточкой» Института на долгие годы стал валиномицин — депсипептидный циклический антибиотик из бактерий Streptomyces fulvissimus, — синтез которого осуществила команда под руководством Овчинникова [2], доказав заодно ошибочность существовавших ранее представлений о структуре этого вещества (рисунок 1). Валиномицин оказался ионофором, то есть веществом, селективно увеличивающим проницаемость биологической липидной мембраны для определённого типа ионов. Конформационное исследование валиномицина и его комплексов с ионами калия (а именно их он и переносит через мембрану) позволило сформулировать механизм работы антибиотика [3]. Ион металла, как в браслет, помещается в центр полости, присутствующей в циклической молекуле, и без энергетических затрат переносится через клеточную мембрану, — что и приводит к «обнулению» калиевого трансмембранного потенциала и, в конечном счёте, к гибели микроорганизма.

Рисунок 1. На лабораторном коллоквиуме в Институте химии природных соединений (1965 г.). Структуру циклического антибиотика валиномицина на доске рисует В. Т. Иванов. Депсипептиды, к которым относится и валиномицин, содержат наряду с «классическими» пептидными связями также одну или несколько сложноэфирных групп.

Блестящий пример валиномицина и других ионофоров, плюс шедшие параллельно в США исследования краун-эфиров, также способных к формированию прочных комплексов с ионами металлов, породили по всему миру каскад работ, приведших к становлению контейнерной химии, основанной на концепции «хозяин-гость» [4]. За работы в этой области Дональд Крам, Жан-Мари Лен и Чарльз Педерсен в 1987 году были удостоены Нобелевской премии по химии. Кстати, пространственная структура трансмембранного калиевого канала, полученная уже в XXI веке, показала, что механизм переноса и селективности к иону K+ у этого белка принципиально такой же, как и в случае валиномицина, — только в канале координационную сферу иона образуют аминокислотные остатки из субъединиц канала-тетрамера [5], а в антибиотике это остов самой циклической молекулы-депсипептида.

За огромную работу по исследованию валиномицина и других ионофоров, результаты которой суммированы в монографии «Мембрано-активные комплексоны», Ю. А. Овчинников и В. Т. Иванов — нынешний директор Института биоорганической химии РАН (ИБХ — так сегодня называется институт, созданный Шемякиным) — были в 1987 году удостоены Ленинской премии. А в память о том романтическом периоде в биоорганической химии около входа в ИБХ красуется статуя, изображающая комплекс валиномицина с ионом калия.

«Болгарская простокваша», или как пептиды стимулируют врождённый иммунитет

Пептидные антибиотики — вещь, бесспорно, интересная, однако они по большей части вырабатываются микроорганизмами и действуют на микроорганизмы же, а значит, исследования должны были двигаться дальше — в сторону изучения пептидов животных и человека. Чтобы сделать переход к рассказу о человеческих пептидах более плавным, сначала коротко расскажем о мурамилпептидах — компонентах клеточной стенки бактерий, способных стимулировать врождённый иммунитет у человека.

В 1970-е годы в ИБХ обратился болгарский врач Иван Богданов с просьбой помочь проанализировать препарат, полученный им из продуктов ферментации кисломолочной бактерии Lactobacillus bulgaricus. Дело в том, что он хотел найти действующее начало «чудотворных» болгарских кисломолочных продуктов (в первую очередь, простокваши), якобы играющих роль в знаменитом болгарском долголетии. Роль диеты в долголетии целых народов так и остаётся не до конца доказанной, но вот препарат Богданова вызвал живой интерес, поскольку обладал существенной противоопухолевой активностью. По своему составу этот экстракт представлял собой сложную смесь веществ бактериального происхождения.

В результате исследований обнаружилось, что действующим началом препарата Богданова является элементарное звено клеточной стенки бактерий — глюкозаминил-мурамил-дипептид (ГМДП), — оказывающее на организм человека иммуностимулирующее и противоопухолевое действие. Фактически, этот элемент бактерии представляет для иммунной системы как бы «образ врага», мгновенно запускающий каскад поиска и удаления патогена из организма. Кстати, быстрый ответ — неотъемлемое свойство врождённого иммунитета, в отличие от адаптивной реакции, требующей до нескольких недель, чтобы «развернуться» полностью. На основе ГМДП был создан лекарственный препарат ликопид [6], применяющийся сейчас для широкого спектра показаний, связанных в основном с иммунодефицитами и инфекционными заражениями — сепсисом, перитонитом, синуситами, эндометритами, туберкулёзом, а также при различных видах лучевой и химеотерапии.

Новые «-омики»: пептидомика — новое направление постгеномных исследований

На этом изыскания «из жизни пептидов» не закончились — на самом деле, история с «простоквашей» и многие другие работы по веществам пептидной природы сообщили толчок для рождения новой отрасли, занимающейся систематическим изучением пептидов, содержащихся в живых клетках и тканевых жидкостях.

В начале 1980-х годов стало понятно, что роль пептидов в биологии сильно недооценена —  их функции много шире, чем у всем известных нейрогормонов. Прежде всего, обнаружилось, что пептидов в цитоплазме, межклеточной жидкости и тканевых экстрактах много больше, чем считалось до того — как по массе, так и по числу разновидностей. Более того, состав пептидного «пула» (или «фона») в разных тканях и органах существенно отличается, и эти отличия сохраняются у разных особей. Число «свеженайденных» в тканях человека и животных пептидов в десятки раз превышало количество пептидов «классических» с хорошо изученными функциями. В течение какого-то времени «теневые» пептиды считались просто биохимическим «мусором», оставшимся от деградации более крупных функциональных белков и ещё не «прибранным» организмом, и лишь с начала 1990-х завеса тайны начала приподниматься.

Изучением роли пептидных «пулов» стала заниматься новая дисциплина — пептидомика, — становление которой происходило не в последнюю очередь и в ИБХ. Всем известно, что реализация генетической программы, заложенной в ДНК организмов, начинается с генóма — совокупности хромосом и генов [7]. Изучением организации и работы генома занимается специальная область на стыке молекулярной биологии и биотехнологий — генóмика. Ядро клетки, подобно командному центру, отправляет в цитоплазму послания — матричные РНК (мРНК), являющиеся «слепками» генов. Этот процесс называется транскрипцией, а совокупность всех мРНК, присутствующих в данный момент в цитоплазме и отражающих активность генома, по аналогии назвали транскриптóмом, особенности которого изучает транскриптомика. Сумма всех белковых молекул, которые синтезировали рибосомы, «прочитав» кодирующие белки мРНК, называется протеóмом, и изучает эту «белковую сферу» протеомика [8].

Эти три «-омики» являются классическими, но если вспомнить о том, что белки имеют ограниченный «срок годности», после чего расщепляются протеазами на фрагменты — то есть на пептиды! — то появляется ещё одна «-омика»: пептидомика [9]. По аналогии, её роль — изучить состав и функции белковых «пулов», существующих в разных тканях и органах, а также объяснить механизмы их образования и разрушения. Пептидóм находится на самом конце информационной цепочки: Генóм → Транскриптóм → Протеóм → Пептидóм. Пептидомика — самая молодая дисциплина из перечисленных: её возраст не превышает 30 лет, а название было предложено только в районе 2000 года. К настоящему моменту экспериментальная пептидомика позволила сформулировать три самых главных закономерности, описывающие поведение совокупности «теневых пептидов» в живых организмах.

Прежде всего, биологические ткани, жидкости и органы содержат большое число пептидов, образующих «пептидные пулы», и роль их далеко не балластная. Эти пулы образуются как из специализированных белков-предшественников, так из белков с иными, своими собственными функциями (ферментов, структурных и транспортных белков и др.).

Во-вторых, состав пептидных пулов устойчиво воспроизводится при нормальных условиях и не обнаруживает индивидуальных отличий. Это значит, что у разных особей пептидóмы мозга, сердца, лёгких, селезёнки и других органов будет примерно совпадать, но между собой эти пулы будут достоверно различаться. У разных видов (по крайней мере, среди млекопитающих) состав аналогичных пулов также весьма схож.

И, наконец, в-третьих, при развитии паталогических процессов, а также в результате стрессов (в том числе, длительного лишения сна) или применения фармакологических препаратов состав пептидных пулов меняется, и иногда довольно сильно. Это может использоваться для диагностики различных патологических состояний, — в частности, такие данные есть для болезней Ходжкина и Альцгеймера.

Точный состав пептидных пулов определить сложно, — прежде всего, потому, что число «участников» существенным образом будет зависеть от концентрации, которую считать значимой. При работе на уровне единиц и десятых долей наномоля (10−9 М) это несколько сотен пептидов, однако при увеличении чувствительности методик до пикомолей (10−12 М) число зашкаливает за десятки тысяч. Считать ли такие «минорные» компоненты за самостоятельных «игроков», или же принять, что они не имеют собственной биологической роли и представляют лишь биохимический «шум» — вопрос открытый.

Пептидные пулы — общая черта живых организмов?

Большинство пионерских работ по пептидомике проведены на тканях животных, и во всех случаях были выявлены пептидные пулы определённого и характерного состава — у человека, быка, крысы, мыши, свиньи, суслика, гидры, дрозофилы, саранчи. Но является ли феномен наличия пептидных пулов общим, например, для растений и прокариот? В случае простейших или бактерий выяснить ситуацию ещё предстоит, но вот для растений, видимо, уже можно дать положительный ответ. В частности, для модельного растения — мха Рhyscomitrella patens, геном которого недавно был расшифрован, — было показано, что на каждой стадии развития (у нитчатой формы, протонемы и на стадии зрелой стадии, гаметофоров) в растении присутствует большое число эндогенных пептидов — фрагментов клеточных белков, набор которых индивидуален для каждой формы растения. (Схема экспериментального анализа пептидов из мха показана на рисунке 2.)

Рисунок 2. Схема анализа пептидов мха.

Даже если у прокариот не обнаружится ничего похожего, уже можно сделать вывод, что большое число многоклеточных организмов культивирует внутри себя пептидные «пулы». Но для чего они служат и как образуются?

Пептиды: «теневая» система биорегуляции

Механизм образования пептидных пулов проще всего выяснить на культурах клеток, потому что, в отличие от целых тканей и органов, в этом случае появляется уверенность, что пептиды генерируются именно этим типом клеток, а не каким-то другим (или вообще не являются артефактом выделения из тканей). Наиболее подробно в этом смысле изучены эритроциты человека [10] — клетки тем более интересные, что они лишены ядра, а, следовательно, большинство биохимических процессов в них сильно заторможено.

Установлено, что внутри эритроцитов происходит «нарезание» гемоглобиновых α- и β-цепей на серию крупных фрагментов (всего выделено 37 пептидных фрагментов α-глобина и 15 — β-глобина) и, кроме того, эритроциты выделяют в окружающую среду множество более коротких пептидов (рисунок 3). Пептидные пулы образуются и другими культурами клеток (трансформированными миеломоноцитами, клетками эритролейкемии человека и др.), т. е. продукция пептидов культурами клеток — широко распространённый феномен. В большинстве тканей 30–90% всех идентифицированных пептидов являются фрагментами гемоглобина, однако идентифицированы и другие белки, порождающие «каскады» эндогенных пептидов, — альбумин, миелин, иммуноглобулины и др. Для части «теневых» пептидов предшественников пока не найдено.

Рисунок 3. Образование пептидов в культуре эритроцитов человека. На чёрном фоне показаны аминокислотные последовательности α- и β-глобина, а на сером — последовательности пептидов, идентифицированных как фрагменты этих белков.

Даже беглый взгляд на перечень пептидных фрагментов гемоглобина (рисунок 3) приводит к выводу, что разнообразие эндогенных пептидов значительно превосходит традиционный набор пептидных гормонов, нейромодуляторов и антибиотиков. Несмотря на множество разрозненных данных об активности отдельных компонентов пептидных пулов, ключевой вопрос о биологической роли пептидных пулов в целом оставался не решённым. Представляет ли основная масса пептидов в пулах просто нейтральные промежуточные продукты разрушения белковых субстратов на пути к аминокислотам, вновь используемым для ресинтеза белков, или эти пептиды играют самостоятельную биологическую роль?

Для ответа на этот вопрос было изучено действие более 300 пептидов — компонентов пептидных пулов тканей млекопитающих — на набор культур опухолевых и нормальных клеток. В результате оказалось, что более 75% этих пептидов оказывают выраженное пролиферативное или антипролиферативное действие хотя бы на одну культуру (то есть, ускоряют или замедляют деление клеток) [11]. Были обнаружены и другие виды биологической активности, более или менее пересекающиеся с активностями гормонов, парагормонов и нейротрансмиттеров. В результате ряда таких работ было сделано несколько выводов:

  • Компоненты пептидóма участвуют в регуляции нервной, иммунной, эндокринной и других систем организма, причём их действие можно рассматривать как комплексное, — то есть, осуществляемое сразу всем ансамблем пептидов;
  • Пептидный пул в целом регулирует долговременные процессы («долго» для биохимии — это часы, дни и недели), отвечает за поддержание гомеостаза и регулирует пролиферацию, гибель и дифференцировку составляющих ткань клеток.

По-видимому, один из главных механизмов действия коротких биологических пептидов — работа через рецепторы хорошо известных пептидных нейрогормонов. Сродство «теневых» пептидов к рецепторам очень низкое — в десятки или даже тысячи раз ниже, чем у их «основных» лигандов, но нужно принимать во внимание и тот факт, что концентрация «теневых» пептидов примерно в такое же число раз выше. В результате оказываемый ими эффект может иметь ту же величину, а, учитывая широкий «биологический спектр» пептидного пула, можно сделать вывод об их важности в регуляторных процессах.

В качестве примера действия через «не свои» рецепторы можно привести геморфины — фрагменты гемоглобина, которые действуют на опиоидные рецепторы, аналогично «эндогенным опиатам» — энкефалину и эндорфину. Доказывается это стандартным для биохимии способом: добавление налоксона — антагониста опиоидных рецепторов, используемого в качестве антидота при передозировке морфина, героина или других наркотических анальгетиков, — блокирует действие геморфинов, что и подтверждает их взаимодействие с опиоидными рецепторами.

В то же время, мишени действия большинства «теневых» пептидов неизвестны. По предварительным данным, некоторые из них могут влиять на работу рецепторных каскадов и даже участвовать в «управляемой гибели» клетки — апоптозе.

Кстати, фрагменты более крупных белков, обладающие своей собственной функцией, никак не связанной с функцией «родителя», получили название криптеинов («спрятанные» белки). Криптеины сейчас довольно активно изучаются и выявляются в последовательностях «не секретных» белков в надежде обнаружить у них особые биологические (например, лекарственные) свойства.

Полифункциональный и полиспецифичный «биохимический буфер», который образует пептидный пул, «смягчая» метаболические колебания, позволяет говорить о новой, ранее неизвестной системе регуляции на основе пептидов (см. таблицу 1). Этот механизм дополняет всем известные нервную и эндокринную системы, поддерживая в организме своеобразный гомеостаз и устанавливая равновесие между ростом, дифференцировкой, восстановлением и гибелью клеток. Изменение пептидного «фона» почти наверняка обратит внимание на протекающий патологический процесс, а восстанавливающее и стимулирующее действие многих пептидных веществ, видимо, можно объяснить как раз восстановлением нарушенного равновесия.

Учитывая сказанное, можно даже высказать предположение, что пептидная биорегуляторная система является эволюционным предшественником более совершенных и современных нервной и эндокринной систем. Эффекты, оказываемые пептидным «фоном», могут проявляться уже на уровне отдельной клетки, в то время как невозможно себе представить работу нервной или эндокринной системы в одноклеточном организме.

Таблица 1. Сравнение различных регуляторных систем [9]
Свойство Регуляторная система
НервнаяЭндокринная / паракриннаяТканеспецифичные пептидные пулы
«Рабочее тело»НейротрансмиттерыГормоныПептиды — фрагменты функциональных белков
ПредшественникСпецифический белковый предшественникСпецифический белковый предшественникФункциональные белки
«Порождающий» процессСайт-специфическое расщеплениеСайт-специфическое расщеплениеДействие набора клеточных протеаз
Концентрация (нМ / г ткани)0.001–1.00.001–1.00.1–100
Тип регуляцииСинаптическая секрецияВнеклеточная секрецияИзменение концентрации в ткани
Механизм действияСвязывание с рецепторами синаптической мембраныСвязывание с рецепторами клеточной мембраныСвязывание с рецепторами «родственных» гормонов
Константа связывания с рецептором (Kd, нМ)1–10000.1–10100–10000
Период активностиСекунды–минутыМинуты–часыЧасы–дни
Биологическая рольПередача нервного импульсаРегуляция физиологических процессов в ткани или всём организмеПоддержание тканевого гомеостаза

Будущие приложения пептидомики

Лекарственные препараты, по существу являющиеся вариациями на тему пептидных пулов различных тканей животных, уже достаточно широко представлены на рынке (таблица 2), хотя они и не входят в число «блокбастеров», приносящих концернам максимальные барыши. Основная область их применения — состояния, связанные с дегенерацией или трансформацией клеток и тканей, а также необходимостью регенерации (заживления ран). Однако такие препараты не являются чистыми химическими веществами, а, следовательно, не удовлетворяют требованиям современной доказательной молекулярной медицины. (Дело в том, что современные фармакологические стандарты — такие как Good Clinical Practice — подразумевают проведение клинических испытаний, в которых совершенно чётко было бы доказано действие того или иного лекарственного компонента.)

Таблица 2. Лекарственные препараты, созданные на основе пептидных пулов
ПрепаратИсточникПоказание
Солкосерил (Швейцария)Депротеинизированный гемодериват из телячьей кровиЗаживление ран, трансплантация, ишемия
Актовегин (Дания)Пептиды плазмы кровиЗаживление ран, трансплантация, ишемия
Вирулизин (Канада)Экстракт желчного пузыря крупного рогатого скотаИммунодефициты, онкология
Тимулин (Россия)Экстракт тимуса крупного рогатого скотаИммунодефициты
Церебролизин (Австрия), Кортексин (Россия)Экстракт головного мозга крупного рогатого скота/свиньиИнсульт, болезнь Альцгеймера
Раверон (Швейцария) Простатилен (Россия)Экстракт предстательной железы крупного рогатого скотаПростатит, аденома предстательной железы

Одно из перспективных направлений здесь — использование упоминавшейся уже антипролиферативной активности пептидов. Так, в опытах на карциноме молочной железы мышей один из фрагментов гемоглобина (так называемый VV-геморфин-5) удваивал выживаемость животных при совместном применении со стандартным цитостатиком эпирубицином по сравнению с применением одного только эпирубицина [12] (рисунок 4). Этот эксперимент даёт основания полагать, что на основе природных пептидных пулов возможно создание вспомогательных и поддерживающих препаратов для онкологической терапии.

Рисунок 4. Средняя продолжительность жизни мышей с карциномой молочной железы при интраперитонеальном введении эпирубицина и комбинированной терапии эпирубицином с VV-геморфином-5. Выживаемость во втором случае была выше в два раза.

Однако разработка и тестирование новых лекарств — чрезвычайно долгий и затратный процесс, осложняемый конкурентной борьбой фармацевтических гигантов [13]. Более близкая перспектива использования пептидных пулов — это диагностика заболеваний и прочих патологических состояний. Выше уже не раз было сказано, что пептидный состав образца сильно зависит от состояния, в котором находился организм — донор ткани. Уже есть примеры использования пептидомного подхода для выявления маркеров тех или иных заболеваний, в том числе — онкологических.

В Институте биоорганической химии разработана методика масс-спектрометрического анализа пептидного профиля образцов крови и выявлены статистически достоверные различия, по которым можно диагностировать рак яичников, колоректальный рак или сифилис (рисунок 5). Масс-спектр, отражающий состав пептидного пула образца тканей, в случае больного человека будет иметь характерные отличия, по которым исследователи — а в перспективе и врачи — смогут ставить точный диагноз.

Рисунок 5. Медицинская диагностика на основе пептидного профилирования образцов крови. Сочетание масс-спектрометрических и биоинформатических методов позволяет выявить различия между пептидным составом крови больных и здоровых пациентов.

Эти примеры не оставляют сомнения, что «теневые» пептиды из тканевых пулов хранят массу практически полезной информации — от диагностики до лечения социально-значимых заболеваний.

Статья написана с использованием материалов и иллюстраций, любезно предоставленных В. Т. Ивановым. Упрощённая версия этой статьи была первоначально опубликована в журнале «Наука и жизнь» [14]; в 2011 году она заняла первое место в конкурсе научно-популярных статей «Наука — это понятно!», проводимом Советом молодых ученых РАН.

Литература


  1. биомолекула: «Антимикробные пептиды — возможная альтернатива традиционным антибиотикам»;
  2. M.M. Shemyakin, N.A. Aldanova, E.I. Vinogradova, M.Y. Feigina. (1963). The structure and total synthesis of valinomycin. Tetrahedron Lett. 4, 1921–1925;
  3. V.T. Ivanov, I.A. Laine, N.D. Abdulaev, L.B. Senyavina, E.M. Popov. (1969). The physicochemical basis of the functioning of biological membranes: the conformation of valinomycin and its K+ complex in solution. Biochem. Biophys. Res. Commun. 34, 803–811;
  4. Ю. Чирков. Молекулярные контейнеры. Наука и жизнь № 7 (2010);
  5. S. Varma, D. Sabo, S.B. Rempe. (2008). K+/Na+ selectivity in K channels and valinomycin: over-coordination versus cavity-size constraints. J. Mol. Biol. 376, 13–22;
  6. В. Т. Иванов, Т. М. Андронова, В. А. Несмеянов, Б. В. Пинегин, Р. Леджер, Р. Бомфорд, Р. М. Хаитов. (1997). Механизм действия и клиническая эффективность иммуномодулятора глюкозаминилмурамилдипептида (Ликопида). Клиническая медицина 3, 11–15;
  7. биомолекула: «Геном человека: как это было и как это будет»;
  8. биомолекула: «Миллиард на протеомику»;
  9. A.A. Karelin, E. Blishchenko, V.T. Ivanov. (1998). A novel system of peptidergic regulation. FEBS Lett. 428, 7–12;
  10. V.T. Ivanov, A.A. Karelin, O.N. Yatskin. (2005). Generation of peptides by human erythrocytes: facts and artifacts. Biopolymers 80, 332–346;
  11. V.T. Ivanov, O.N. Yatskin. (2005). Peptidomics: a logical sequel to proteomics. Expert Rev. Proteomics 2, 463–473;
  12. E.Y. Blishchenko, O.V. Sazonova, O.A. Kalinina, E.V. Moiseeva, A.A. Vass, A.A. Karelin, V.T. Ivanov. (2005). Antitumor effect of valorphin in vitro and in vivo: combined action with cytostatic drugs. Cancer Biol. Ther. 4, 118–124;
  13. биомолекула: «Драг-дизайн: как в современном мире создаются новые лекарства»;
  14. Чугунов А. О. Неизвестные пептиды. Наука и жизнь № 10 (2010), 26–31 (pdf, 1.8 Мб).

Автор: Чугунов Антон.

Число просмотров: 5248.

Creative Commons License — условия использования и распространения материалов сайта.
Вернуться в раздел «Клетка»

Комментарии

(Оставить комментарий) (показывать сначала старые комментарии)

Re:

JAMESFISCHER21 (http://perfectwritings.com) — 15 августа, 2013 г. 12:24. (ссылка)

You need to produce Definition Essay> but you don’t have a clue how to do this? Get in contact with the most respectful firm on the Internet.

(ответить)

Re:

ClaudiaWatts (http://supremeessays.co.uk) — 15 августа, 2013 г. 09:23. (ссылка)

Visit home page if you are searching for a reliable writing organization. Buy uk papers from writing aces.

(ответить)

Re:

HOGANSilvia32 (http://supreme-essay.com) — 14 августа, 2013 г. 15:11. (ссылка)

If academic papers writing is not your passion, then you will not have to do that! You always have a choice! For example, you are able to buy research paper samples.

(ответить)

Re: Неизвестные пептиды: «теневая» система биорегуляции

Igor — 9 января, 2011 г. 17:01. (ссылка) (свернуть ветвь)

Полнотекстовая электронная версия статьи Ю. Чиркова Молекулярные контейнеры. Наука и жизнь № 7 (2010) доступна на http://elementy.ru/lib/431120 , присутствует фото того самого памятника валиномицину)))

(ответить)

Re: Re: Неизвестные пептиды: «теневая» система биорегуляции

Матвеев Владимир — 9 января, 2011 г. 17:57. (ссылка)

Забронзовевший валиномицин надо было изобразить в забронзовевших мозгах. Это символизировало бы нерушимость наших представлений о его биологическом действии.

(ответить)

Re: Неизвестные пептиды: «теневая» система биорегуляции

Матвеев Владимир — 21 ноября, 2010 г. 15:32. (ссылка) (свернуть ветвь)

Валиномицин - соединение весьма гидрофобное. По этой причине принято считать, что в клетке он может взаимодействовать только с "жирами" - липидным слоем мембран. Эти представления сложились в те затертые времена, когда о структуре белков еще мало что знали, а вернее, ничего не знали. Теперь хорошо известно, что в белках также имеются гидрофобные области, физические свойства которых НИЧЕМ не отличаются от физических свойств липидной фазы. Таким образом, всякий раз, когда к клетке добавляют валиномицин, следует спрашивать: с какими структурами в ней он взаимодействует, с липидами мембраны или с гидрофобными областями белков? Если он взаимодействует и с липидами, и с белками, то каким из этих взаимодействий объясняется его эффекты? Пока ясного ответа на этот вопрос нет, красивые разговоры о его ионофорном действии останутся голословной интерпретацией.

Ионофоретическое действие валиномицина на липосомы ничего не доказывают потому, что в клетке есть мембраны, в которых липидов - кот наплакал. К этому нужно добавить, что мембраны эритроцитов по аномально большому количеству липидов - исключение в мире клеток, а не правило. Если кто-то претендует на объективность, то пусть сравнит мембраны различных типов клеток (и одной клетки: мембраны ядра, митохондрий, аппарата Гольджи) по показателю липид/белок. Вот тогда мы и посмотрим, с чем взаимодействует валиномицин на самом деле. В учебниках история эритроцита и его впечатляющее взаимодействие с валиномицином подается как торжество науки, а зачем портить торжество "маленькими уродливыми фактами"? Людям, которые сделали карьеру на ионофорном действии валиномицина, неудобные факты тоже НЕ НУЖНЫ. Вот и кочует красивая легенда из головы в голову, из десятилетия в десятилетие. Надоел запах нафталина!

(ответить)

P/L

Чугунов Антон — 22 ноября, 2010 г. 22:40. (ссылка) (свернуть ветвь)

Кстати, вот соотношения белок/липид в мембранах митохондрий печени куриного эмбриона. Тут довольно много белка, и его количество интересно меняется со временем эмбриогенеза. GoldHor, 1965.

И, кстати, больше всего белка, наверное, в пурпурных мембранах галобактерий (это бактериородопсин). Правда, это вещи хорошо известные и не подразумевающие никакой революции.

(ответить)

Re: Привычка свыше нам дана...

Матвеев Владимир — 3 декабря, 2010 г. 12:14. (ссылка) (свернуть ветвь)

Для тех, кто не понимает (или не хочет понять) разницу между классической и релятивистской механикой, в постулате о независимости скорости света от системы координат тоже нет ничего революционного. Чтобы понять значение приведенных Вами данных (спасибо!), нужно знать роль липидов, которую отводит им мембранная теория проницаемости. Эта роль БАРЬЕРНАЯ. (Те, кому барьерная роль липидов – до фени, могут дальше не читать, проку все равно не будет).


Липидный бислой нужен мембранной теории для того, чтобы объяснить ее полупроницаемость, т.е. почему она легко проницаема для одних веществ (как правило, с небольшим молекулярным весом), и плохо проницаема – для других. Чисто липидная мембрана практически непроницаема ни для чего (об Овертоне ниже), но в биологических мембранах есть белковые включения, которые образуют ПОРЫ в неприступной стене. Нужно попытаться понять, что стена первична, а поры в ней – структуры производные от «стеновости» мембраны. Если нет стены, то и о порах говорить не приходиться. О какой стене можно говорить, если белка в 5 раз больше, чем липидов (см. таблицу), а внутренняя мембрана митохондрий – почти чистый белок?


Теперь об Овертоне. Его работа, показавшая, что вещества тем легче проникают в клетку, чем они ГИДРОФОБНЕЕ, стала хоругвью мембранной теории: лучшего доказательства липидной природы мембраны просто нет! И барьерная роль липидов, и данные Овертона послужили основанием для создания жидкостно-мозаичной модели мембраны, в которой белки «плавают» в липидном слое:


Согласно же приведенной таблице, скорее липиды должны «плавать» в белковой мембране. Поэтому, Антон, Вам нужно показывать эту таблицу не мне, а Зингеру и Николсону (создателям «плавательной» модели) и их многочисленным последователям.


Похоже, я первым обратил внимание на то, что данные Овертона не являются ДОКАЗАТЕЛЬСТВОМ липидной природы мембраны (см. мою статью “Protoreaction of protoplasm”). Они доказывают только ГИДРОФОБНЫЙ механизм проникновения гидрофобных веществ в клетку, а гидрофобными теперь являются не только липиды (как во времена Овертона), но и белки! В итоге возникает вопрос, а чем обусловлена гидрофобность биологической мембраны, липидами или белками? Приведенная Вами таблица, состав внутренней мембраны митохондрий, говорят о том, что теория о белковой природе мембраны и минорной роли в ней липидов гораздо лучше объясняет имеющиеся данные о химическом составе биомембран. Но эта простая мысль не укладывается в головах людей, воспитанных Овертоном-Зингрером-Николсоном! Миллионы статей посвящено липидным мембранам и еще ни одна сво… не удосужилась исследовать мембраны из белков! Большинство белков обладают поверхностно-активными свойствами, также как и липиды. Что же мешает нелипидному взгляду на мембраны клеток? Мешает дурацкая догма Овертона, давно превратившаяся в одну из страниц истории. Как страшно жить!


P.S. На эту тему подписан, но извещения о Вашем сообщении, тем не менее, не получил.

(ответить)

Re: Re: Привычка свыше нам дана...

Матвеев Владимир — 23 декабря, 2010 г. 11:50. (ссылка) (свернуть ветвь)

Любопытная инфа попалась: "Проницаемость митохондриальных мембран весьма различна. Наружная мембрана легко проницаема для электролитов, воды, сахарозы и некоторых полисахаридов, тогда как внутренняя мембрана обычно непроницаема для ионов Н+, ОН-, С1_, К+, Mg2+ и сахарозы. Для прохождения АТФ, АДФ и промежуточных веществ цикла трикарбоновых кислот требуется участие активированного переноса. Это значит, что должны существовать специфические белки-переносчики и система поступления энергии для активации процесса." Источник:http://rolltronics.com/2010/04/pronicaemost-mitohondrialnyh-membran-2/

Наружная мембрана митохондрий, в которой липидов значительно больше, чем во внутренней, оказалась, тем не менее, БОЛЕЕ проницаемой для указанных веществ, чем внутренняя, БЕЛКОВАЯ, мембрана. Если это действительно так, то умные разговоры о барьерной функции липидов и белковых каналах в ней теряют всякий смысл. Белки самодостаточны, так сказать, и сделают мембрану с любыми свойствами. Липиды играют тут лишь вспомогательную роль, например, стабилизируют структуру гидрофобных мембранообразующих белков.

(ответить)

Re: Re: Re: Привычка свыше нам дана...

Старокадомский Петр — 23 декабря, 2010 г. 21:50. (ссылка) (свернуть ветвь)

Ну почему же внутренняя мембрана белковая то? По вашей ссылке читаем:
...Во внутренней мембране митохондрий такие «ансамбли» находятся на расстоянии 20 нм друг от друга...
Размеры липидов порядке ангстремов, если я не ошибаюсь. Размеры белковых комплексов в районе нанометровых величин. Т.е. у нас получается липидное море с островами белков - как на классической картинке!

(ответить)

Re: Re: Re: Re: Привычка свыше нам дана...

Матвеев Владимир — 23 декабря, 2010 г. 22:01. (ссылка)

Ознакомьтесь с этой статьей: http://www.bioparadigma.spb.ru/files/Collander.1959.Cell.Membranes.djvu
Если она недостаточно свежая для Вас, то найдите опровержение...

(ответить)

Re: Re: Привычка свыше нам дана...

Чугунов Антон — 3 декабря, 2010 г. 13:14. (ссылка) (свернуть ветвь)

Ну, раз так, то вот вам ещё данные о составе разных мембран. Как видно, массовая доля липидов и впрямь нигде не превышает 50%. (Но площадь липидов будет больше этих 50%, потому что белки часто «выступают» за края мембраны.) И это не секретно: табличка из учебника Ленинджера.



А то, что мембранные белки (точнее, их поверхность) такие же гидрофобные, как и сами мембраны (если бы они существовали в клетке в чистом виде), я и не спорю. Я даже специально изучал устройство мембранных белков, так что знаю, о чем говорю. Но мне по-прежнему не кажется, что это революция: да, гидрофобность мембран (и их барьерные свойства) определяются как липидами, так и белками (поверхность которых «мимикрирует» под липид). И пассивная диффузия веществ через мембрану — тоже их «общее» дело. (Но помним: просто диффузия — фигня, потому что есть масса каналов, транспортеров и (уж извините) насосов.)

А в эксперименте все работают с липидными мембранами, причем часто упрощёнными (одно- и двухкомпонентными), наверное, потому, что так проще. Поди-ка ты сделай мембрану, копирующую митохондрии! А потом ещё сумей проанализировать результат. Так что мне кажется, что вы зря паникуете: люди знают, что в любых мембранах очень много белков, а картинки такие рисуют — ну да, может по традиции. И чтобы красивее было.

(ответить)

Re: Re: Re: Привычка свыше нам дана...

Матвеев Владимир — 3 декабря, 2010 г. 13:51. (ссылка)

Антон, когда я излагаю свои соображения, то спорю не с Вами ЛИЧНО (лично Вы можете исповедовать любую точку зрения, лишь бы гранты давали). Мы говорим о понятиях, которые стали образом мысли в литературе, в том числе в учебниках (именно они определяют интеллектуальную атмосферу науки). Эти понятия и представления существуют независимо от Ваших и моих личных оценок. Обсуждать литературно признанные теории ВМЕСТЕ с Вашим их пониманием – это дело абсолютно неподъемное (мы с Вами хорошо знаем, как изворотлив ум в частных беседах и как трудно опубликовать изворотливость).

После сказанного я настаиваю, что Ваше утверждение: «…гидрофобность мембран (и их барьерные свойства) определяются как липидами, так и белками» является Вашей собственной доморощенной теорией. Экспериментальных работ, в которых говорится то же самое нет. В самом деле, чтобы утверждать это, нужно ставить эксперименты не только с липидными мембранами, но и с белковыми, но последний вариант Вы сами отвергли как нереалистичный. Интересно, как Вы пришли к липидно-белковому дуализму, если читали только про липидные мембраны? В литературе поступают корректнее: изучают липидные мембраны, про них и говорят.

Про мембранный транспорт Вы заикнулись зря. Прочтите мое сообщение здесь http://biomolecula.ru/content/767 Если у Вас нет работ, ДОКАЗЫВАЮЩИХ насосную функцию Na,K-АТФазы, то прервем разговор на эту тему до лучших времен. Зачем толочь воду в ступе?

(ответить)

Re: Re: Неизвестные пептиды: «теневая» система биорегуляции

Чугунов Антон — 21 ноября, 2010 г. 22:47. (ссылка) (свернуть ветвь)

Владимир, не очень понятно, что вы пытаетесь доказать. (Кроме одного, что я понял: что все неправы, а Линг с его отрицанием роли мембран прав. И вообще — всё кругом один сплошной заговор.)
Вы никому не открыли глаза, что соотношение белков к липидам в мембранах может быть очень высоким, равно как и в отношении строения самих белков — лет 50 как минимум уже все знают, что глобулярные белки содержат гидрофобное «ядро», а мембранные — наоборот, гидрофобную «боковину» (про мембранные стало известно не так давно, но минимум 20 лет точно).
Каким образом это касается валиномицина —  а, кстати, он, как антибиотик, «дырявит» в первую очередь бактериальные мембраны, а не эритроцитарные, — и других ионофоров (хотя бы грамицидина), вообще непонятно. Даже если допустить, что есть какое-то связывание валиномицина на гипотетических гидрофобных сайтах растворимых белков, не ясно, каким образом это помешает ему делать то, что он делает — выпускать ионы K+ из клетки.
По вашей логике, всё взаимодействует со всем, причем неспецифически — а значит, надо ставить большой и жирный хэр поверх всех каналов, рецепторов, переносчиков, транспортеров и многого, многого другого. А заодно поверх Шемякина с Овчинниковым и кучи других людей, намного более известных, нежели многоуважаемый Линг.

(ответить)

Re: Re: Re: Неизвестные пептиды: «теневая» система биорегуляции

Матвеев Владимир — 22 ноября, 2010 г. 11:09. (ссылка) (свернуть ветвь)

Во-первых, о Линге я не сказал ни слова (он здесь ни при чем).
Во-вторых, Вы невнимательно прочли мой комментарий. Ну, ладно, повторю еще раз: гидрофобность валиномицина не означает, что он взаимодействует только с липидами. Ему никто не может запретить взаимодействовать и с гидрофобными областями белков. Даже Овчинников с Шемякиным. Во внутренней мембране митохондрий липиды присутствуют в качестве примеси, она белковая.
В-третьих, не надо, как молитву, повторять про то, что чего "дырявит". Скажите лучше, у Вас есть доказательства что валиномицин НЕ ВЗАИМОДЕЙСТВУЕТ с белками клеток? Думаю, что нет. Тогда говорить не о чем. При отсутствии доказательств настоящий ученый ДОЛЖЕН исходить из предположения, что валиномицин взаимодействует в клетке со ВСЕМ, что в ней есть ГИДРОФОБНОГО. Плохому ученому достаточно красивой сказки. Последнее, мы будем говорить об авторитетах или о смысле?

(ответить)

Начинается холивар :-(

Чугунов Антон — 22 ноября, 2010 г. 11:25. (ссылка) (свернуть ветвь)

Слушайте, это вы невнимательно читаете комментарии. Я вполне внятно написал, что допускаю связывание валиномицина с другими гидрофобными фазами в клетке — это не противоречит здравому физико-химическому смыслу, а уж так это или нет — надо просто почитать литературу, я думаю что этот вопрос исследован. Уж что с чем взаимодействует — определять научились, не 19-й век.
Просто с мембраной-то он взаимодействует точно, так что о чём спор, по-прежнему непонятно. Если в ответ на реплику практически никак не связан с её содержанием (проще говоря, каждый упорно твердит о своём), то продолжать смысла точно нет.
Ну а про Линга я тут написал не в контексте текущей дискуссии — просто очень уж много про него на вашем сайте (на самом деле, вообще всё, что я посмотрел).

(ответить)

Re: Начинается холивар :-(

Матвеев Владимир — 22 ноября, 2010 г. 11:44. (ссылка)

Спор вот о чем. Вам достаточно, что валиномицин взаимодействует с мембраной, а мне - нет. Я считаю, что ограничиваться одной мембраной нельзя при объяснении его биологических эффектов, если ИЗВЕСТНО, что он взаимодействует не ТОЛЬКО с ней. Мало признавать, что валиномицин взаимодействует не только с мембраной. Из этого нужно делать АДЕКВАТНЫЕ выводы.

(ответить)

Re: Неизвестные пептиды: «теневая» система биорегуляции

Старокадомский Петр — 12 ноября, 2010 г. 06:35. (ссылка) (свернуть ветвь)

Я в Израиле слушал лекцию спеца по пептидам Рrof Shai: так он тоже возлагает большие надежды на пептиды как антимикробные препараты. Только он сейчас столкнулся с проблемой доставки - per os не пожходит, а остальное напряжно. А вот скриннинг крови на пулы родных пептидов - это конечно завтрашний день в медицине: это ж можно и антителами делать! В общем, здорово.

(ответить)

Re: Re: Неизвестные пептиды: «теневая» система биорегуляции

Полянский Антон — 12 ноября, 2010 г. 08:11. (ссылка)

Антимикробные пептиды, антимикробным пептидам рознь. Из того чем занимался Шай (последния раз, когда я его видел он уже про антимикробные пептиды не говорил ничего, а все больше про рецепторы в лифоцитах и ВИЧ), лекарства и впрямь не особо сделаешь - высокие действующие концентрации (микромоли), низкая специфичность. Однако есть и другие примеры - лантибиотики - те прицельно узнают специфические компоненты бактериальных мембран (напр., липид II) и обладают активностью в наномолярной области. Использоваие их, как основы для создания антибиотиков, выглядит вполне перспективно.

(ответить)

Яндекс.Метрика

© 2007–2015 «биомолекула.ру»
Электропочта: info@biomolecula.ru
О проекте · RSS · Сослаться на нас

Дизайн и программирование —
Batch2k15.

Сопровождение сайта — НТК «Биотекст».

Условия использования сайта
Об ошибках сообщайте вебмастеру.