Нейропептиды

После действия эндопептидаз образуются пептиды, фланкированные остатками основных аминокислот, для отщепления которых необходимы специфические амино- и/или карбоксипептидазы. В процессинге энкефалинов важную роль играют экзопептидазы секреторных везикул, такие как аминопептидазо-В-подобные и карбоксипептидазо-В-подобные ферменты.

Одним из основных ферментов конечной стадии процессинга энкефалинов в мозге является карбоксипептидаза H. Этот фермент катализирует расщепление остатков основных аминокислот с С-конца белков пептидов предшественников, превращая их в активные формы. Локализация КП Н совпадает с распределением проэнкефалинов, регуляторных пептидов и их предшественников (адренокортикотропного гормона, вещества Р, вазопрессин, окситоцина, инсулина, глюкагона , натрийуретического фактора предсердий).

Сходной с КП Н субстратной специфичностью обладает фермент, получивший своё название от индивидуального ингибитора: PMSP(фенилметилсульфонилфторид)-ингибируемая карбоксипептидаза. Физико-химические свойство данного фермента сходны с таковыми у лизосомальной КП А. Известно, что карбоксипептидаза Н проявляет большее сродство к тем субстратам, у которых перед остатком основной аминокислоты находится остаток аланина или глицина, а PMSP-ингибируемая карбоксипептидаза преимущественно расщепляет субстраты, у которых предпоследними являются остатки лейцина и метионина. Кроме того, показано, что Кm КПН по отношению к DNS-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. Поэтому можно предполагать, что КПН и PMSP-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.

Помимо вышеперечисленных экзопептидаз секреторных везикул, в процессинг энкефалинов вовлекаются и внеклеточные экзопептидазы: карбоксипептидаза N (КФ 3.4.12.7) и карбоксипептидаза М.

Таким образом, в результате последовательного  действия вышеуказанных ферментов, из высокомолекулярных предшественников высвобождаются активные энкефалины. Под влиянием какого-либо стимула (медиаторы, другие регуляторные пептиды, cAMP), возникающего по типу обратной связи или поступающего от других секреторных клеток, происходит изменение концентрации ионов Ca2+. Это приводит к выделению из клетки активных энкефалинов, которые мигрируют к клеткам-мишеням (через кровяное русло или синаптическую щель), где связываются со специфическими рецепторами. В последствии, они подвергаются расщеплению различными пептидазами, что приводит к их модификации или же к полной потере их биологической активности.

Дезактивация энкефалинов происходит при участии ферментов внешней поверхности мембраны: энкефалиназа А, нейтральная эндопептидаза 24.11, КФ 3.4.24.11), аминопептидаза М (КФ 3.4.11.2) и ариламидаза (энкефалинаминопептидаза, КФ 3.4.11.?).

Таким образом, очевидна взаимосвязь  и взаимовлияние регуляторных пептидов и протеолитических ферментов в  организме: энкефалины способны инициировать эндогенные механизмы регуляции активности ферментов, в свою очередь протеолитические ферменты способны регулировать уровень активных форм пептидов в организме, а также участвовать в «запуске» реакций регуляторного континуума, обуславливая нейромодуляторные свойства и биологическую роль регуляторных пептидов. Поэтому, учитывая тесную взаимосвязь пептидгидролаз с регуляторными пептидами и, в частности – с энкефалинами, можно заключить, что изменение активностей протеолитических ферментов при различных функциональных состояниях организма, развитии патологий и влиянии некоторых экстремальных факторов, является неотъемлемой частью биологического действия этих пептидов, в определенной степени объясняющей индивидуальные особенности их физиологических свойств в организме.

Краткие характеристики карбоксипептидазо-В-подобных ферментов

В связи с участием в процессинге, модификации и инактивации биологически активных пептидов, последнее время интенсивно исследуется семейство основных карбоксипептидаз. Они называются карбоксипептидозо-В-подобными ферментами и их субстратная специфичность связана с отщеплением остатков основных аминокислот с С-конца пептидов предшественников.

В организме млекопитающих обнаружено несколько форм этих ферментов.

PMSP-ингибируемая карбоксипептидаза

Пока ещё мало изученный фермент, который расщепляет dansyl-Phe-Leu-Arg и отличается по молекулярной массе (100-110 кДа) от других карбоксипептидаз. Он имеет близкий к КР Н оптимум pH = 5,6 – 6,0. Не является метало ферментом, т.к. не ингибируется ЭДТА. Возможная биологическая роль данного фермента, это процессинг нейропептидов, в частности энкефалинов, хотя и этот вопрос довольно спорный. В настоящее время ведутся работы по выделению и очистке этого фермента, с целью изучения кинетики его действия м активного центра.

Заключение

Пептиды — одна из важнейших систем регуляции ГОМЕОСТАЗА. Этот термин, введенный в 30-х годах американским физиологом У.Кенноном, означает жизненно важное равновесие всех систем организма. По мере усложнения наших представлений о нормальной, а тем более патологической, физиологии это понятие уточнили как ГОМЕОКИНЕЗ, т.е. подвижное равновесие, баланс постоянно меняющихся процессов. Организм соткан из миллионов “гомеокинезиков”. Эта огромная живая галактика определяет функциональный статус всех органов и клеток, которые связуются регуляторными пептидами. Как мировая экономическая и финансовая системы — множество фирм, производств, заводов, банков, бирж, рынков, магазинов... А между ними — “конвертируемая валюта” — нейропептиды.

Все клетки организма постоянно  синтезируют и поддерживают определенный, функционально необходимый, уровень  регуляторных пептидов. Но когда случаются  отклонения от “стационарности”, их биосинтез (в организме в целом или  в отдельных его “локусах”) либо усиливается, либо ослабевает. Такие  колебания возникают постоянно, если речь идет об адаптивных реакциях (привыкании к новым условиям), выполнении работы (физических или эмоциональных  действиях), состоянии предболезни  — когда организм “включает” повышенную защиту от нарушения функционального  баланса.

Говоря о заболеваниях мозга, следует  заметить, что в последние годы снова появилась информация о  пептидах, особо причастных к какой-либо центральной патологии. В этом перечне  — аллергический энцефалитогенный пептид, β-амилоид болезни Альцгеймера, нейротрофический пептид поврежденного мозга и др. Все они выделены из мозга, который охвачен соответствующей патологией, и имитируют таковую при перенесении экспериментальным животным. Для каждого из них установлена точная химическая структура, выявлены специфические рецепторы; но речь не идет о каких-то особых субстанциях. Эти пептиды, как правило, “осколки” миэлина, основного белка мозга, необходимого для его нормальной работы. Их присутствие служит иллюстрацией, как при определенных заболеваниях, вероятно вследствие инверсии нормального биосинтеза пептидов, они становятся фактором “зла”, провоцирующим развитие болезни в новой и еще более пагубной форме. Однако их выявление помогает найти конкретные с точки зрения нейрохимии причины патологии и, значит, подойти к возможности ее предупреждения и лечения.

Таким образом, выявлена огромная, хотя еще почти не изученная роль пептидов в функционировании нервной системы. Они оказывают влияние на возбудимость нервной ткани, выполняя роль медиаторов и участвуя в возвратном ингибировании  нейронов выступают в роли модуляторов различных процессов, участвуют в создании межнейрональной связи. Пептиды могут быть не только кратковременными медиаторами химической передачи, но и долговременными регуляторами свойств мембраны и синаптического действия. Их действие на нейрональную активность часто выражается в изменении поведенческих реакций животных. Влияние пептидов на различные функции организма — на сосудистые реакции, высвобождение моноаминов, болевые реакции организма, терморегуляцию и, наконец, на сон, память и т. д, позволило предположить регулирование важнейших функций животных пептидными факторами. Связь пептидов с трансмиттероактивными аминокислотами и с моноаминами открывает большие возможности для химического кодирования в нервной системе.

Приведенные характеристики биологической  активности НП —представителей различный семейств — далеко не исчерпывают всего многообразия их функций.

В заключение хочется обратиться к  перу нейрогистолога, нобелевского лауреата С. Рамон-и-Кахаля, мыслившего образно и точно: “...сад неврологии представляет исследователю захватывающий, ни с чем не сравнимый спектакль. В нем мои эстетические чувства находили полное удовлетворение. Как энтомолог, преследующий ярко окрашенных бабочек, я охотился в красочном саду серого вещества мозга за клетками с их тонкими элегантными формами, таинственными бабочками души, биение которых, быть может, когда-то — кто знает? — прояснит тайну духовной жизни”.