Пептиды, регулирующие аппетит

Процессы питания и пищевого поведения организма контролируются сложной системой, центральным звеном которой является гуморальная регуляция. Ведущую роль в регуляции играют гастроинтестинальные гормоны, представляющие собой пептиды и амины. Источником этих соединений служат эндокринные клетки слизистой оболочки желудка, двенадцатиперстной кишки, поджелудочной железы и кишечника. В отличие от клеток эндокринных желез эти клетки не объединены в железистую структуру, а расположены среди других клеток слизистого слоя. В настоящее время известно более 20 гастроинтестинальных гормонов и биологически активных веществ, отвечающих за поддержание энергетического и метаболического баланса организма. К наиболее важным гормонам относят лептин, грелин, холецистокинин, адипонектин, нейропептид YY, обестатин и др. Перечень гастроинтестинальных гормонов непрерывно пополняется, появление новых гормонов открывает перспективы для дальнейших клинических исследований.

Лептин (первые сведения об этом гормоне появились в 1995 г.) является пептидом, состоящим из 145 аминокислотных остатков и имеющим внутримолекулярную дисульфидную связь. По своей структуре он близок к первому классу цитокинов.

Основная роль лептина – обеспечение афферентной сигнализации в ЦНС о количестве жировой ткани. Лептин свободно проходит через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ), оказывая свое влияние как в ЦНС, так и на периферии. Лептин находится в крови в свободной и связанной формах, играет ведущую роль в коррекции энергетического баланса организма, принимая участие в уменьшении массы тела и регуляции аппетита, ингибируя по механизму отрицательной обратной связи синтез гипоталамического нейропептида Y, продуцируемого нейронами дугообразного ядра, что приводит к повышению тонуса симпатической нервной системы и расходу энергии, а также изменению обмена веществ в периферических органах и тканях.

Грелин – пептидный гормон, состоящий из 28 аминокислотных остатков. Открыт в 1999 г. японским ученым. Грелин секретируется желудком, тонкой кишкой, а затем поступает в кровеносное русло. Он способен преодолевать ГЭБ, воздействуя на гипоталамус. Эффект грелина осуществляется через рецептор, стимулирующий секрецию гормона роста, который широко распространен в тканях организма человека.

Грелин – гормон, вызывающий чувство голода, участвующий в адаптивном ответе организма на потерю массы тела. Во время голодания уровень грелина в крови начинает повышаться и падает сразу после приема пищи. Повышенный уровень грелина в организме вызывает активацию ферментов, отвечающих за отложение жировых запасов, и уменьшает потребление уже имеющихся жировых отложений, стабилизируя их.

Холецистокинин (ХЦК-ПЗ) – это полипептид, 39аминокислот, образующийся в хромаффинных клетках двенадцатиперстной кишки, и в меньших количествах – в тощей и подвздошной кишке.

Поступающий в кровоток из двенадцатиперстной кишки ХЦК-ПЗ стимулирует секрецию поджелудочной железы, а также сокращение гладкой мускулатуры желчного пузыря, поступление желчи в кишечник и способствует расслаблению сфинктера Одди. ХЦК-ПЗ является нейротрансмиттером. Определены 2 вида рецепторов: первый тип рецепторов находится в желудочно-кишечном тракте (ЖКТ) и называется алиментарным (РЦ-1), второй тип рецепторов (РЦ-2) находится в мозге. ХЦК-ПЗ является ключевым гормоном, обеспечивающим краткосрочную регуляцию массы тела. ХЦК-ПЗ выделяется после еды в тонкой кишке и подавляет чувство голода, воздействуя на специфические рецепторы.

Адипонектин – пептидный гормон, синтезируется в адипоцитах жировой ткани. Он регулирует энергетический гомеостаз и оказывает противовоспалительный и антиатерогенный эффекты. Уровень адипонектина снижается при ожирении в отличие от других адипокинов, которые при этом повышаются (лептин, резистин).

Нейропептид YY – гормон, вырабатывающийся в кишечнике по всей его длине, однако в дистальных отделах он синтезируется в значительно больших количествах. Гормон выделяется в кровоток после еды, а при голодании уровень его падает.

Обестатин – пептид, состоящий из 23 аминокислотных остатков. Гормон был открыт в 2005 г. Является родственным гормоном грелина и образуется из общего с ним предшественника в кишечнике. В литературе известен как «антигрелин». В настоящее время изучение гормона находится на стадии экспериментальных исследований. Выявлено, что он снижает аппетит и количество потребляемой пищи и массу тела.

Пептиды, обладающие вкусом

Аспартам — искусственный подсластитель, заменитель сахара (пищевая добавка E951).Соединениедвухаминокислот(дипептид)—аспарагиновой и фенилаланина.

Аспартам приблизительно в 200 раз слаще сахара. Аспартам разрушается при 30 градусах, поэтому он не пригоден для подслащивания продуктов, подвергаемыхтермообработке.

Сейчас во всём мире думают над созданием заменителей сахара, который при большом потреблении далеко не без вреден для организма. Поэтому тауматин-природный продукт, не требующий специальных токсикологических испытаний, привлёк пристальное внимание: ведь ничтожные его добавки в кондитерские изделия позволяют просто исключить использование сахара.

Монелин. Белок, построенный из двух полипептидных цепей, содержащих соответственно 50 и 44 остатка аминокислот. Источник — ягода Dioscoreophyllumcumminsii (Африка). В 1500—3000 раз слаще сахарозы. Стабилен при рН 2—9. При нагревании, особенно при других значениях рН, неустойчив и теряет сладкий вкус.

Тауматин (Е957). Подсластитель, усилитель вкуса и аромата. Белковый продукт, выделенный из плодов Thaumatococusdanielli — растения, произрастающего в Западной Африке. Самое сладкое из известных природных веществ. Слаще сахарозы в 1600—2500 раз. Определяющим фактором сладкого вкуса служит четвертичная структура белка. Влияние температуры на степень сладости белка неоднозначно и зависит от рН среды, наличия солей и кислорода. Очень сильное влияние на степень сладости тауматинов оказывает присутствие в его молекуле ионов алюминия. Ионный аддукт таумин-алюминий обладает сладостью, в 3500 раз превышающей сладость сахарозы, К_сл=3500.

Сладкий вкус тауматина ощущается с некоторым запозданием, но остается надолго. При использовании тауматана для выпечки и жарения его сладость ослабевает, но эффект, усиливающий аромат, остается без изменения.

В природе встречаются также горькие пептиды. Например при протеолизе казеина образуюется горький гептапептид, не уступающий по вкусу хинину.

Проникающие пептиды

проникающие пептиды - пептиды, способные проникать в клетку, выделены из белков различных организмов от вирусов (ВИЧ-1, герпеса, гриппа) до позвоночных (кайман). В этих организмах они выполняют разнообразные функции. По физико-химическим свойствам проникающие пептиды можно разделить на две группы – гидрофобные (FGF гликопротеина саркомы Капоши, gp41 гликопротеина ВИЧ-1 и Ig(v) легкой цепи иммуноглобулина каймана) и амфифильные (Hel 11-7 гемаглютинина вируса гриппа, TAT, VP22 и pANTP). Длина таких пептидов колеблется от 11 до 30 аминокислот. Анализ аминокислотных последовательностей проникающих пептидов не выявил их гомологии, однако было замечено, что в них почти всегда присутствует несколько молекул аргинина. Обнаружение такой закономерности позволило ряду исследователей рассматривать интернализацию как свойство пептидов богатых аргинином. Однако позднее были синтезированы аминокислотные последовательности, не содержащие аргинина, но обладающие способностью проникать через цитоплазматические мембраны. Механизм транспорта проникающих пептидов через клеточную мембрану в настоящее время не понятен. Однако известно, что он происходит без участия мембранных белков, практически не зависит от характера экспрессии углеводов и энергетически независим. Некоторые проникающие пептиды (ТАТ, VP22) способны проникать через внутриклеточные мембраны и накапливаться в ядре клетки. Экспериментально доказано, что проникающие пептиды с одинаковой эффективностью пенетрируют в клетки разных типов, и даже способны преодолевать гистогематические барьеры у млекопитающих.

Антимикробные пептиды

Это относительно короткие молекулы (в среднем порядка 30–40 аминокислот), способные убивать клетки микроорганизмов. Антимикробные пептиды служат первичной мерой защиты от патогенов и задействованы в системе врожденного иммунитета. На сегодняшний день охарактеризовано более 800 таких пептидов. Они включают в себя молекулы из многих тканей и типов клеток беспозвоночных, позвоночных, растений и грибов; некоторые хемокины, цитокины, нейропептиды, нейрогормоны и фрагменты белков. Также ряд пептидов производится собственно микроогранизмами. Например, Lactococcuscasea, молочнокислые бактерии продуцируют высокоактивный пептиднизин.

Несмотря на огромное разнообразие, на основании структурной организации антимикробные пептиды можно разделить на несколько групп:

Линейные α -спиральные пептиды (напр., магаинин, меллитин, цекропин);

пептиды, богатые определенной аминокислотой, например гистидиномилипролином;

пептиды, имеющие сложную пространственную организацию, содержащие дисульфидные мостики, тиоэфирные циклы и др. К ним относятся дефензины, протегрины и лантибиотики—высокоактивные бактериальные пептиды

Темнеменее, для большинства таких пептидов характерно несколько общих черт: высокий положительный заряд (+2÷ +9), пространственное разделение гидрофобных и гидрофильных участков молекулы (амфифильность). Амфифильность является важной особенностью антимикробных пептидов, которая обеспечивает возможность одновременно выгодно взаимодействовать с гидрофобным ядром липидной мембраны и полярным окружением (например, с водой).

Механизмы действия

Выделяют два основных типа воздействия антимикробных пептидов на клетки: ингибированием метаболитических процессов или нарушение целостности клеточной мембраны. Большинство антимикробных пептидов вызывают гибель клетки по второму механизму. Лишь для некоторых пептидов показано действие по первому типу, срединих лантибиотики, которые селективно связываются с предшественником бактериальной стенки. Для того, чтобы достигнуть плазматической бактериальной мембраны, пептиды предварительно должны преодолеть несколько слоев клеточной стенки. В случае грамотрицательных бактерии она состоит из внешней липополисахаридной мембраны и пептидогликанового слоя.

Перспективы использования антимикробных пептидов в медицине

Несмотря на то, что для антимикробных пептидов характерно довольно высокие действующие концентрации (~10^{− 7}÷ 10^{− 6}моль, 10^{− 9}моль у лантибиотиков) и низкая селективность, они обладают некоторыми преимуществами: способность быстро убивать клетки-мишени, широкий спектр действия, активность в отношении штаммов, резистентных к другим антибиотикам, а также относительная трудность в развитии устойчивости. Поскольку некоторые антимикробные пептиды обладают цитотоксическим эффектом (действуют на эукариотические клетки), наиболее эффективно они могут быть использованы при лечении заболеваний наружных покровов, слизистых—без введения в кровь пациента. На сегодняшний день такие пептиды активно используются для создания новых лекарственных препаратов.

Лактоферрин (Lf)

Lf представляет собой белок трансферринового семейства железосвязывающих белков с м.м 80 kDа.Впервые Lf был изолированиз грудного молока. Этот белок является важнойсоставляющей иммунной системы. Lf связывает железо и способен влиять на активность ферментов: ДНКазы, РНКазы, АТФазы, фосфатазы, и гидролизмальто-олигосахаридов. Кроме того, что Lf являетсяестественным антибактериальным, антигрибковым иантивирусным белком, обладает антиоксидантнымии иммуномодулирующими свойствами, поддерживает микробаланс в гастро-интестинальной системе.Lf секретируется нейтрофилами в норме и при воспалении. Концентрация Lf в плазме коррелирует с общим количеством нейтрофилов и уровнем оборотаэтих клеток. В связи с этим определение данного белка в жидкостях организма может быть использованов качестве показателя активации нейтрофилов.

Во время инфекции концентрация Lf в плазме, грудном молоке, моче может увеличиваться в 10-100раз.

ВИТАМИНЫ

Витамины ( от лат. Vita - жизнь) – группа органических низкомолекулярных соединений разнообразной химической природы, необходимых для осуществления жизненно важных биохимических и физиологических процессов, синтез которых у организма данного вида отсутствует или ограничен. Витамины являются внутриклеточными антиоксидантами, регулируют обмен кальция, участвуют в акте зрения, регулируют рост и дифференцировку клеток, участвуют в механизме свертывания крови и др.

Витамины обладают высокой биологической активностью и требуются в очень небольших количествах – от нескольких мкг до десятков мг в день. В организме отдельные представители витаминов выполняют функцию коферментов или являются их предшественниками.

Потребность человека и различных животных в витаминных неодинакова. Некоторые витамины, такие как тиамин, рибофлавин, пантотеновая кислота, пиридоксаль и пиридоксамин и некоторые другие, необходимы как катализаторы химических реакций для каждой живой клетки. Другие витамины нужны не всем животным, так, например, L‑ аскорбиновая кислота необходима для человека, обезьяны и морской свинки, а остальные животные не нуждаются в ее поступлении из внешней среды, т.к. способны к самостоятельному биосинтезу; поэтому для этих животных аскорбиновая кислота не является витамином.

В природе биосинтез витаминов, как правило, осуществляется растениями и микроорганизмами; многие витамины для самих растений являются биокатализаторами в обменене веществ. Менахиноны и кобаламин синтезируются только микроорганизмами.

Классификация витаминов

По мере открытия отдельных витаминов они обозначались буквами латинского алфавита и назывались в зависимости от их биологической роли, например витамин Е – токоферол (по-гречески «токос» – деторождение, «ферро» – несущий), витамин А – аксерофол (ксерофтальмия – заболевание глаз) и т.п. В дальнейшем буквенное обозначение пришлось расширить, так как выделялись новые индивидуальные вещества близкого, аналогичного или нового биологического характера; поэтому к буквам были присоединены цифровые обозначения. Данное обозначение витаминов прочно вошло в нашу жизнь, хотя правильнее называть их, используя рациональные названия, отражающие их химическую природу.

Помимо буквенной классификации, применяется физическая классификация витаминов, разделяющая их на две большие группы по признаку растворимости в воде или жирах: водорастворимые и жирорастворимые. Жирорастворимые витамины - витамин A, витамин D, витамин E, витамин K, витамин F, витамин N (липоевая кислота); водорастворимые витамины - витамин В₁ (тиамин), витамин В₂ (рибофлавин), витамин В₃ (пантотеновая кислота), витамин В₄ (холин), витамин В5 (никотинамид), витамин В₆ (пиридоксин), витамин В₇ (биотин, витамин Н), витамин В₈ (инозит), витамин В₉ (фолиевая кислота), витамин В₁₀ (парааминобензойная кислота), витамин В₁₁ (L-карнитин), витамин В₁₂ (цианкобаламин), витамин В₁₃ (оротовая кислота), витамин В₁₄ (пиррол-хинолин хинон), витамин В₁₅ (пангамовая кислота), витамин С, витамин Р, витамин U.

Такая классификация не отражает химического строения витаминов. Кроме того, она не совсем верна, так как способность витаминов растворяться в воде или жирах может изменяться на противоположную за счет введения в него липофильных или гидрофильных групп, не влияющих на его биологическую активность. Например, водорастворимая аскорбиновая кислота может быть превращена в жирорастворимое соединение за счет этерификации ее какой-либо высшей жирной кислотой. Гидрофобный витамин А при превращении его в фосфорный эфир становиться гидрофильным.

Существует класификация витаминов, основанная на их принадлежности к опредленному классу органических соединений (смотри таблицу).

Таблица– Классификация витаминов по химическим свойствам

Витамины алифатического ряда
L-аскорбиновая кислота Пантотеновая кислота S-Метилметионин-сульфония хлорид (витамин U) Липоевая кислота Липоамид
Витамины алициклического ряда
Ретинол Ретиналь Ретиноивая кислота	Эргокальциферол (витамин D2) Холекальциферол (витамин D3)
Витамины ароматического ряда
Менадион Менахиноны Филлохинон
Витамины гетероциклического ряда
α -токоферол Никотиновая кислота Никотинамид Биотин Пиридоксин Пиридоксаль Пиридоксамин	Тиамин хлорид Рибофлавин Фолиевая кислота Метилкобаламин Цианокобаламин Оксикобаламин

Можно классифицировать витамины по их способности выполнять коферментую функцию.В данном пособии мы предлагаем вам познакомиться с витаминами и коферментами на основании следующей класификаци: витамины, имеющие коферментые формы, витамины, для которых коферментые формы не установлены и коферменты, не являющиеся витаминами.

Таблица 2 Классификация витаминов и коферментов

Витамины, имеющие коферментые формы
Витамин	Кофактор
Тиамин	Тиаминпирофосфат
Рибофлавин	Флавинмононуклеотид
Флавинадениндинуклеотид
Кофермент F420
Ниацин	Никотинамидадениндинуклеотид
Никотинамидадениндинуклеотидфосфат
Пантотеновая кислота	Кофермент А
Пиридоксин	Пиридоксальфосфат
Биотин	Биотин
Фолиевая кислота	Тетрагидрофолиевая кислота
Кобаламин	Метилкобаламин
5-Дезоксиаденозилкобаламин
Аскорбиновая кислота	Аскорбиновая кислота
Витамин К	Менахинон
Липоевая кислота	Липоамид
Витамины, для которых коферментые формы не установлены
Ретинол (витамин А)
Витамин D
Токоферолы (витамин E)
Витамин F
Холин (витамин В4)
Инозитол (витамин В8)
Парааминобензойная кислота (витамин В10)
L-карнитин (витамин В11)
Оротовая кислота (витамин В13)
Пангамовая кислота (витамин В15)
Витамин Р (флавоноиды)
Витамин U (метилметионин сульфоний хлорид)
Коферменты, не являющиеся витаминами
Аденозинтрифосфат
S-аденозилметионин
Кофермент B
Кофермент М
Кофермент Q
Глутатион
Гем
Пиррол-хинолин хинон
Нуклеозиддифосфатсахара

Провитамины

Витамины не всегда поступают в организм в готовом, активном виде. В отдельных случаях вместо витаминов организм животных может удовлетворяться получением органических соединений, которые также в нем не синтезируются, однако в процессе обмена веществ способны переходить в витамин. Такие вещества называются провитаминами. Такими провитаминами являются каратиноиды, они широко распространены в растительном мире. Среди каратиноидов провитаминами являются соединения, содержащие в своей молекуле структурную часть ретинола, в который они переходят в процессах метаболизма.

Другую большую группу представляют стерины, содержащие двойные связи. Эти стерины при облучении кожи ультрафиолетовыми лучами солнечного или искусственного света переходят в кальциферолы (витамины группы D).

К провитаминам можно отнести никотиновую кислоту, переходящую в никотинамид.

КОФЕРМЕНТЫ

Коферменты – органические природные соединения, необходимые для осуществления каталитического действия ферментов. Большинство ферментов состоят из белкового компонента (апофермента) и кофермента, имеющего сравнительно небольшую молекулярную массу. Сами по себе коферменты каталитически неактивны, так же, как и апоферменты без коферментов. Коферменты обладают как минимум двумя функциональными группами или реакционноспособными участками, обуславливающими специфическое связывание с апоферментом с одной стороны и с субстратом – с другой. Эти вещества, как правило, содержат системы сопряженных π -связей и (или) гетероатомы. Наличие гетероатомов в молекуле кофермента создает благоприятные условия для регулирования распределения электронной плотности в фермент-субстратных комплексах путем протонирования и депротонирования. Кофермент в ходе химической реакции способствует созданию необходимой электронной плотности на том или ином атоме реагирующей системы. В этом разделе будут рассмотрены коферменты, в состав которых входят как витамины, так и другие другие органические соединения, не относящиеся к витаминым.

Функции коферментов

Непосредственное участие в каталитическом процессе. Кофермент может работать как катализатор, который после каждого превращения субстрата регенерируется в исходное соединение. Такими кофакторами являются перидоксаль-5-фосфат, тиаминдифосфат, ФАД, ФМН, биотин и др. Либо кофермент выступает как косубстрат, при этом в процессе реакции он окисляется, а его перевод в исходную форму осуществляет уже другой фермент в сопряженной реакции.

Активация и перенос молекулы субстрата от одного фермента к другому. Кофермент взаимодействует с субстратом с образованием довольно прочного промежуточного соединения, которое взаимодействует с активным центром другого фермента, где и происходит окончательно превращение субстрата. Кофермент при этом регенерирует в свою исходную форму.

Классификация коферментов

По способам взаимодействия с апоферментом различают растворимые коферменты и простетические группы.

Растворимый кофермент присоединяется к молекуле фермента во время реакции, химически изменяется и затем снова освобождается. Первоначальная форма растворимого кофермента регенерируется во второй, независимой реакции.

Простетической группой называют кофермент, который прочно связан с апоферментом (обычно ковалентными связями) и во время реакции постоянно находится в активном центре фермента. После освобождения субстрата регенерация простетической группы происходит при взаимодействии с другим коферментом или субстратом.

По химической структуре коферменты подразделяются на три класса:

коферменты алифатического ряда (глутатион, липоевая кислота и др.)

коферменты гетероциклического ряда (пиридоксальфосфат, тетрагидрофолиевая кислота, нуклеозидфосфаты и их производные (КоА, ФМН, ФАД, НАД и др.), металлопорфириновые гемы и др.

коферменты ароматического ряда (убихиноны).

По функциональному признаку коферменты делятся на две группы:

окислительно-восстановительные коферменты

коферменты переноса групп.

⇐ Предыдущая12345

Поделиться: