OPIOIDNÉ PEPTIDY, skupina prírodné a syntetické. peptidy podobné opiátom (morfín, kodeín atď.) svojou schopnosťou viazať sa na opiátové receptory tela (štruktúry nervového systému, vo vzťahu ku ktorým sú opiáty exogénne ligandy). Prírodné OPIOIDNÉ PEPTIDY (endogénne ligandy opiátových receptorov) boli prvýkrát izolované v roku 1975 z mozgu cicavcov. Išlo o takzvané enkefalíny - leucín-enkefalín H 2 N-Tyr-Gly-Gly- Phe-Leu-COOH (molekulová hmotnosť 556; pozri označenie písmen v článku Aminokyseliny) a metionín-enkefalín H 2 N-Tur - Gly -Gly-Phe-Met-COOH (molekulová hmotnosť 574), čo sú pentapentidy, ktoré sa líšia iba C-koncovým aminokyselinovým zvyškom. Aminokyselinová sekvencia metionín-enkefalínu je identická s 61-65 fragmentom -lipotropínu.
Ďalšie OPIOIDNÉ PEPTIDY, ktoré dostali skupinový názov endorfíny, boli tiež izolované z extraktov tkanív hypofýzy a hypotalamu cicavcov. Všetky zvyčajne obsahujú enkefalínový zvyšok v N-koncovej oblasti molekuly. Existujú -endorfín (vzorec I), -endorfín (jeho molekula je identická s fragmentom 1-16 (3-endorfín), -endorfín (pozostáva z -endorfínového zvyšku pripojeného na C-konci k leucínovému zvyšku) a -endorfín (-endorfín spojený na C-konci s Phe-Lys a -endorfínmi sú identické s fragmentmi 61-76, 61-91, 61-77 a 61-79-lipotropín -neo-endorfín (odlišuje sa od predchádzajúci v neprítomnosti lyzínového zvyšku na C-konci), dynorfín A (III), dynorfín B (IV), dynorfín-32 (pozostáva zo zvyškov dynorfínu A a dynorfínu B spojených dipeptidom Lys-Arg, resp. na C- a N-koncoch), dermorfín (V), kyotorfín (H2N-Tyr-Arg-COOH), kasomorfín-5 (H2N-Tyr-Pro-Phe-Pro-Gly-COOH), kasomorfín - 7 (odlišuje sa od predchádzajúceho v prítomnosti ďalších dvoch aminokyselinových zvyškov Pro-Ile a niektorých ďalších peptidov na C-konci.
Všetky endogénne OPIOIDNÉ PEPTIDY sú v tele syntetizované vo forme veľkých prekurzorových proteínov, z ktorých sa uvoľňujú v dôsledku proteolýzy. Sú známe tri rôzne prekurzorové proteíny OPIOIDNÝCH PEPTIDOV: proenkefalín, proopiomelanokortín a prodynorfín. Priestor štruktúra enkefalínov a morfínu je podobná. Enkefalíny a endorfíny majú analgetický účinok (pri injekcii priamo do mozgu) a znižujú motorickú aktivitu. činnosť gastrointestinálneho traktu, ovplyvňujú emocionálny stav. Účinok OPIOID PEPTIDOV zmizne niekoľko sekúnd po podaní naloxónu (VI), antagonistu morfínu.
Súčasne s realizáciou kompletnej chemickej syntézy prírodných OPIOIDNÝCH PEPTIDOV sa intenzívne študujú ich rôzne syntetické zlúčeniny. analógy. Osobitná pozornosť sa venuje syntéze analógov OPIOIDNÝCH PEPTIDOV, ktorých počet sa zvýšil. odolnosť voči proteolytickému pôsobeniu. enzýmy. Nejaké syntetické analógy OPIOIDNÉ PEPTIDY n. spravované.
Literatúra: Endorfíny, vyd. E. Costa, M. Trabucchi, prel. z angličtiny, M., 1981; Jakubke H.-D., Eshkait X., Aminokyseliny, peptidy, proteíny, trans. z nemčiny, M., 1985, s. 289-95. Yu P. Shvachkin.
Chemická encyklopédia. Zväzok 3 >>
Praktická práca na úseku
"Reprodukcia genetickej informácie"
Je známe, že moderný kurz všeobecnej biológie pre školy neobsahuje dostatok materiálov na praktické vyučovanie. Okrem toho nedostatok alebo absencia materiálnych zdrojov, nedostatok vybavenia a spotrebného materiálu v školských chemických a biologických laboratóriách spôsobuje sťaženú situáciu s laboratórnymi a praktickými hodinami v kurze všeobecnej biológie. Takáto časť kurzu ako „Reprodukcia genetickej informácie“ však poskytuje dostatok príležitostí na praktický výcvik s cieľom rozvíjať zručnosti v spracovaní a prevádzke genetickej informácie.
Táto práca je vývojom praktickej lekcie, ktorú možno použiť na vykonanie nezávislej a testovacej práce na túto tému s použitím materiálov o bunkovej chémii.
Pri vedení lekcie je možné dosiahnuť nasledujúce ciele.
1. Upevnenie poznatkov o štruktúre a vlastnostiach genetického kódu.
2. Upevnenie poznatkov o procese reduplikácie - šablónové kopírovanie DNA a princíp komplementarity.
3. Upevňovanie poznatkov o transkripcii a translácii genetickej informácie – proces prenosu.
4. Formulácia základného princípu biológie o prenose genetickej informácie v bunke:
DNA ---> mRNA ---> proteín.
5. Vysvetlenie možnosti prenosu informácií RNA vírusmi podľa schémy:
vírusová RNA ---> cDNA ---> mRNA ---> vírusový proteín.
7. Oboznámenie sa s metódami modernej biotechnológie.
Samozrejme, toto zďaleka nevyčerpáva ciele navrhovaného zadania, ale pokrývajú najdôležitejšie časti témy „Reprodukcia genetickej informácie“.
Na vedenie lekcie musíte mať dobrú znalosť materiálu o vlastnostiach a štruktúre genetického kódu, procesoch reprodukcie genetickej informácie (reduplikácia, transkripcia a translácia), princíp komplementarity, Chargaffovo pravidlo, ktoré by sa malo opakovať. pred vykonaním práce.
Prenos genetickej informácie vždy prebieha určitým spôsobom, čo sa odráža v takzvanej „centrálnej dogme biológie“, a to len smerom od DNA k mRNA a potom k proteínu.
Prvá etapa reprodukcie genetickej informácie, tzv prepis, prebieha pomocou RNA polymerázy, ktorá vytvára komplementárnu kópiu génu vo forme mRNA.
V druhej etape, ktorá je tzv vysielať, informácie sa prekladajú z reči nukleotidov (RNA) do reči aminokyselín (proteín). Genetická informácia sa teda realizuje na stavbu funkčných jednotiek – molekúl bielkovín so špecifickými funkciami, ktoré sú aj geneticky fixované.
Keď vírusy obsahujúce RNA vstúpia do bunky, informácie sa môžu prenášať pozdĺž reťazca: vírusová RNA ---> cDNA ---> DNA ---> mRNA ---> vírusový proteín. Tento proces sa realizuje pomocou reverznej transkriptázy, ktorá v prvom štádiu reprodukcie genetickej informácie vírusu vytvára kódujúcu DNA (cDNA) na základe vírusovej RNA templátu. Táto cDNA sa potom vloží do DNA hostiteľskej bunky. To sa však deje len vtedy, keď sa využijú zdroje bunky, do ktorej vírus prenikol.
Takáto schéma prenosu genetickej informácie sa považuje za atavizmus. Je to spôsobené tým, že RNA zjavne v priebehu chemickej evolúcie začala hrať úlohu informačnej molekuly skôr ako DNA. Za hlavný argument v prospech tohto tvrdenia sa považuje prítomnosť enzymatickej aktivity v molekulách RNA, ktorú objavil Thomas Cech, a schopnosť molekúl RNA reprodukovať sa. Autor tohto objavu bol ocenený Nobelovou cenou.
Aktivita ribozýmu RNA je však desaťtisíckrát nižšia ako aktivita RNA polymerázy a majú ju len krátke fragmenty RNA – oligonukleotidy dlhé do 50 – 100 báz. Na druhej strane existuje názor, že aktivita ribozýmu je sekundárna a nemá žiadny vzťah k chemickej evolúcii.
Na záznam genetickej informácie sa používa jeden genetický kód. Ak sa v jednom laboratóriu stane známa aminokyselinová sekvencia proteínu, potom v inom laboratóriu môžu napísať zodpovedajúce nukleotidové sekvencie DNA (alebo RNA) a naopak.
Pre aktivity v triede môžete ponúknuť niekoľko foriem práce založených na vypĺňaní nukleotidových máp a máp aminokyselín zodpovedajúcich polypeptidov (prílohy 1–4). Môže ísť o individuálnu alebo skupinovú prácu. Prácu v skupinách si možno predstaviť ako prácu samostatných biotechnologických laboratórií, z ktorých každý člen vykonáva určitú operáciu. Jednotliví študenti alebo skupiny si vymieňajú kartičky, postupne ich vypĺňajú. Na konci práce skupina odborníkov alebo jeden odborník (môže to byť učiteľ) skontroluje karty a identifikuje chyby mutácií.
Zložitosť práce bude závisieť od schopnosti použiť vzdelávací materiál: tabuľky genetického kódu, schémy reduplikácie, transkripcie a prekladu, tabuľky komplementarity, vlastnosti genetického kódu atď. Hodina môže mať charakter laboratórneho, praktického , nezávislá alebo testovacia práca.
Na špecifikáciu úloh je lepšie použiť mapy malých polypeptidov, napríklad niektorých peptidových hormónov. Na tento účel je vhodné použiť oligopeptidy hormónov vazopresín a oxytocín, ako aj metionín a leucín enkefalíny – prirodzené endorfíny produkované v tele zvierat a ľudí (prílohy 1–4). Široké spektrum účinku má vazopresín a oxytocín, v súvislosti s problémom drogovej závislosti a vysvetlením narkotického účinku vzbudili pozornosť endogénne látky podobné morfínu.
Karty môžu obsahovať materiál zo sekcie „Celková chémia“, konkrétne vzorce a vlastnosti aminokyselín. Oligopeptidy vazopresínu a oxytocínu obsahujú aminokyseliny s obsahom SH (cysteín), ktoré tvoria disulfidové mostíky v sekundárnej štruktúre peptidu, čo sa môže prejaviť na stupni náročnosti úlohy.
Karty obsahujú terminátorové kodóny, ktoré musia byť zapísané v zodpovedajúcich tripletoch v reťazcoch DNA alebo RNA. Zahrnutý je aj iniciačný kodón pre aminokyselinu metionín, ktorý je v tomto prípade na začiatku reťazca.
Nukleotidy vedúcej sekvencie za iniciačným kodónom (a zodpovedajúce aminokyseliny) nie sú zahrnuté v obsahu máp, pretože nemajú zásadný význam pre spracovanie genetickej informácie a sú odstránené zo sekvencie aminokyselín počas spracovania. (proteolýza).
Navrhovaná práca študentov s kartami a vypĺňaním tabuliek na preklad genetickej informácie (reduplikácia, transkripcia, preklad), písanie vzorcov a symbolov aminokyselín môže byť navrhnutá na 1-2 vyučovacie hodiny v závislosti od zložitosti a charakteru úlohy.
Na konci hodiny sú žiaci klasifikovaní a sú formulované nasledujúce závery.
Genetická informácia je univerzálna. Formy života s inými genetickými kódmi neboli objavené, t.j. Genetický kód je rovnaký pre všetky organizmy a neexistuje žiadny iný genetický kód. Tento kód má dostatočné schopnosti na to, aby opísal celú škálu proteínových molekúl.
Mapy používajú všeobecne akceptované skratky: mRNA – messenger RNA; cDNA – reťazec kódujúci DNA; komp. DNA je komplementárny reťazec DNA. Aminokyselinový kodón bol vybraný svojvoľne, ako jeden z možných, ktorý je v práci študentov povolený.
Na vedenie lekcie sa používajú varianty kariet, v ktorých chýba ktorýkoľvek riadok, t.j. Každá karta má 5 variantov. V súlade s tým môže byť práca distribuovaná konkrétnemu počtu študentov a skupín. Môžete ponúknuť prácu na iných mapách pre iné peptidy, ktorých počet je prakticky neobmedzený.
Príloha 1
Metionín-enkefalín je hormón jadier mozgovej kôry, endogénny opioidný peptid pozostávajúci z 5 aminokyselín
Aminokyselina Comp. DNA |
Dodatok 2
Leucín-enkefalín je hormón jadier mozgovej kôry, endogénny opioidný peptid pozostávajúci z 5 aminokyselín
Chemický vzorec radikálu aminokyseliny |
|||||||
Aminokyselina Comp. DNA |
Dodatok 3
Vazopresín - antidiuretický hormón - produkovaný hypofýzou, spôsobuje kontrakciu hladkého svalstva, znižuje vylučovanie vody, skladá sa z 9 aminokyselín s jednou disulfidovou väzbou
Chemický vzorec radikálu aminokyseliny |
Acetylcholín vylučované z koncov somatických motorických neurónov (neuromuskulárne spojenia), pregangliových vlákien, postgangliových cholinergných (parasympatických) vlákien autonómneho nervového systému a axonálnych vetiev mnohých neurónov centrálneho nervového systému (bazálne gangliá, motorická kôra). Je syntetizovaný z cholínu a acetyl-CoA pomocou cholínacetyltransferázy a interaguje s niekoľkými typmi cholinergných receptorov. Krátkodobú interakciu ligandu s receptorom zastaví acetylcholínesteráza, ktorá hydrolyzuje acetylcholín na cholín a acetát.
botulotoxín Clostridium botulín inhibuje sekréciu acetylcholínu.
Organofosforové zlúčeniny(FOS) inhibujú acetylcholínesterázu, čo vedie k zvýšeniu množstva acetylcholínu v synaptickej štrbine. V prípade otravy FOS pralidoxím podporuje oddelenie FOS od enzýmu, atropín chráni cholinergné receptory pred interakciou s nadmerným množstvom neurotransmiteru.
Toxíny muchotrávky Amanita phalloides nielen inhibujú aktivitu acetylcholínesterázy, ale blokujú aj cholinergné receptory.
dopamín
dopamín- neurotransmiter v zakončeniach niektorých axónov periférnych nervov a mnohých neurónov centrálneho nervového systému (substantia nigra, stredný mozog, hypotalamus). Po sekrécii a interakcii s receptormi je dopamín aktívne vychytávaný presynaptickým zakončením, kde je štiepený monoaminooxidázou. Dopamín sa metabolizuje za vzniku množstva látok, vr. kyselina homovanilová.
Schizofrénia. Pri tejto chorobe sa pozoruje zvýšenie počtu dopamínových receptorov D2. Antipsychotiká znižujú aktivitu dopaminergného systému na normálnu úroveň.
Chorea je dedičná- dysfunkcia neurónov v kôre a striate - je sprevádzaná aj zvýšenou reaktivitou dopaminergného systému.
Parkinsonova choroba- patologický pokles počtu neurónov v substantia nigra a iných oblastiach mozgu s poklesom hladiny dopamínu a metionín-enkefalínu, prevaha účinkov cholinergného systému. Aplikácia L-DOPA zvyšuje hladinu dopamínu, amantadín stimuluje sekréciu dopamínu, bromokriptín aktivuje dopamínové receptory. Anticholinergiká znižujú aktivitu cholinergného systému mozgu.
norepinefrín
norepinefrín vylučovaný z väčšiny postgangliových sympatických vlákien a je neurotransmiterom medzi mnohými neurónmi centrálneho nervového systému (napr. hypotalamus, locus coeruleus). Vzniká z dopamínu hydrolýzou za pomoci dopamínu a-hydroxyláza. Norepinefrín je uložený v synaptických vezikulách, po uvoľnení interaguje s adrenergnými receptormi, reakcia sa zastaví následkom zachytenia norepinefrínu presynaptickou časťou. Hladina norepinefrínu je určená aktivitou tyrozínhydroxylázy a monoaminooxidázy. Monoaminooxidáza a katechol- O-metyltransferáza premieňa norepinefrín na neaktívne metabolity (normetanefrín, 3-metoxy-4-hydroxyfenyletylénglykol, kyselina 3-metoxy-4-hydroxymandľová).
norepinefrín- silný vazokonstriktor, účinok nastáva, keď neurotransmiter interaguje s SMC steny krvných ciev.
Serotonín
Serotonín(5-hydroxytryptamín) je neurotransmiter mnohých centrálnych neurónov (napríklad jadier raphe, neurónov vzostupného retikulárneho aktivačného systému). Prekurzorom je tryptofán, ktorý je hydroxylovaný tryptofánhydroxylázou na 5-hydroxytryptofán, po čom nasleduje dekarboxylácia dekarboxylázou. L-aminokyseliny. Štiepe sa monoaminooxidázou za vzniku kyseliny 5-hydroxyindoloctovej.
Depresia charakterizované znížením množstva dvoch neurotransmiterov (norepinefrín a serotonín) a zvýšením expresie ich receptorov. Antidepresíva znižujú počet týchto receptorov.
Manický syndróm. V tomto stave sa hladina norepinefrínu zvyšuje na pozadí poklesu množstva serotonínu a adrenergných receptorov. Lítium znižuje sekréciu norepinefrínu, tvorbu druhých poslov a zvyšuje expresiu adrenergných receptorov.
Kyselina gama-aminomaslová
Gamma-ahkyselina minomalová(Kyselina a-aminomaslová) je inhibičný neurotransmiter v centrálnom nervovom systéme (bazálne gangliá, cerebellum). Vzniká z kyseliny glutámovej pôsobením dekarboxylázy kyseliny glutámovej, zachytenej z medzibunkového priestoru presynaptickou časťou a degradovaný vplyvom GABA transaminázy.
Epilepsia- náhle synchrónne výbuchy aktivity skupín neurónov v rôznych oblastiach mozgu sú spojené so znížením inhibičného účinku kyselina a-aminomaslová. Fenytoín stabilizuje plazmalemu neurónov a znižuje nadmernú sekréciu neurotransmitera, fenobarbital zvyšuje väzbu GABA na receptory, kyselina valproová zvyšuje obsah neurotransmitera.
Stav alarmu- psychotická reakcia spojená so znížením inhibičného účinku GABA. Benzodiazepíny stimulujú interakciu neurotransmitera s receptorom a udržiavajú inhibičný účinok kyselina g-aminomaslová.
Beta-endorfín
Beta-endorfín(a-endorfín) je neurotransmiter polypeptidovej povahy mnohých neurónov centrálneho nervového systému (hypotalamus, cerebelárna amygdala, talamus, locus coeruleus). Proopiomelanokortín je transportovaný pozdĺž axónov a je štiepený peptidázami na fragmenty, z ktorých jeden je ?-endorfín. Neurotransmiter je vylučovaný v synapsii, interaguje s receptormi na postsynaptickej membráne a potom je hydrolyzovaný peptidázami.
Látka P
Látka P- peptidový neurotransmiter v neurónoch centrálneho a periférneho nervového systému (bazálne gangliá, hypotalamus, spinálne gangliá). Prenos bolestivých podnetov sa realizuje pomocou substancie P a opioidných peptidov.
Látka P(z anglického pain, pain) je neuropeptid z rodiny tachykinínov, produkovaný neurónmi aj nenervovými bunkami a fungujúci ako neurotransmiter (bazálne gangliá, hypotalamus, miecha, kde látka P prenáša vzruchy z centrálneho procesu senzorický neurón do neurónu spinotalamického traktu cez opioidné receptory, enkefalín z interneurónu inhibuje sekréciu látky P zo senzorického neurónu a vedenie signálov bolesti). Látka P tiež zvyšuje permeabilitu kožnej cievnej steny, uskutočňuje vazodilatáciu alebo vazokonstrikciu SMC arteriol v mozgu, stimuluje sekréciu slinných žliaz a kontrakciu SMC v dýchacích cestách a gastrointestinálnom trakte. Látka P tiež funguje ako zápalový mediátor.
Metionín-enkefalín a leucín-enkefalín
metionín-enkefalín A leucín-enkefalín- malé peptidy (5 aminokyselinových zvyškov) prítomné v mnohých neurónoch centrálneho nervového systému (globus pallidus, talamus, caudate nucleus, centrálna šedá hmota). Podobne ako endorfín sa tvoria z proopiomelanokortínu. Po sekrécii interagujú s peptidergnými (opioidnými) receptormi.
Dynorfíny
Táto skupina neurotransmiterov pozostáva zo 7 peptidov s podobnou sekvenciou aminokyselín, ktoré sú prítomné v neurónoch rovnakých anatomických oblastí ako enkefalínergné neuróny. Vznikajú z prodynorfínu a inaktivujú sa hydrolýzou.
Glycín, glutámová a asparágová kyselina
Tieto aminokyseliny v niektorých synapsiách sú neurotransmitery (glycín v interneurónoch miechy, kyselina glutámová v neurónoch mozočka a miechy, kyselina asparágová v kortikálnych neurónoch). Kyselina glutámová a asparágová spôsobujú excitačné reakcie a glycín - inhibičné.
Orlov R.S., Nozdrachev A.D. Normálna fyziológia. - M.: GEOTAR-Media, 2009. 688 s. kapitola6. Synapsie. - Neurotransmitery. s. 87-88 +CD-ROM.
Parkinson James (Parkinson James), anglický chirurg (1755 – 1824); v roku 1817 vydal knihu o trasľavej obrne.
DOPA(dioxyfenylalanín). Táto aminokyselina je izolovaná z Vicia faba L, je aktívna a používa sa ako antiparkinsoniká, jeho L- forma - levodopa ( L-DOPA, levodopa, 3-hydroxy- L- tyrozín, L-dihydroxyfenylalanín). DOPA dekarboxyláza (gen DDC, 107930, 7p11, EC 4.1.1.28) katalyzuje dekarboxyláciu L-DOPA; enzým sa podieľa na syntéze dopamínu, ako aj serotonínu (z 5a-hydroxytryptofánu).
Endorfíny(endogénne morfíny (z mena starogréckeho boha Morphea – „ten, čo utvára sny“) – skupina polypeptidových chemických zlúčenín podobných štruktúre opiátom (zlúčeniny podobné morfínu), ktoré sa prirodzene tvoria v neurónoch mozgu a majú schopnosť znižovať bolesť podobnú opiátom a ovplyvňovať emocionálny stav.
Endorfíny sa tvoria z lipotropínov v mozgovom tkanive a v strednom laloku hypofýzy. Bežným typom štruktúry týchto zlúčenín je tetrapeptidová sekvencia na N-konci. Beta-endorfín vzniká z beta-lipotropínu proteolýzou. Beta-lipotropín sa tvorí z prohormónového prekurzora proopikortínu (molekulová hmotnosť 29 kDa, 134 aminokyselinových zvyškov).
V prednom laloku hypofýzy sa molekula prekurzora štiepi na ACTH a b-lipotropín, ktoré sa vylučujú do plazmy. Malá časť (asi 15 %) b-lipotropínu sa rozkladá na b-endorfín. Biosyntéza proopikortínu v prednej hypofýze je regulovaná kortikoliberínom v hypotalame. Sú známe tri rôzne prekurzorové proteíny opioidných peptidov: proenkefalín, proopiomelanokortín a prodynorfín.
Prírodné opioidné peptidy boli prvýkrát izolované v roku 1976 z mozgu cicavcov. Išlo o takzvané enkefalíny – leucín-enkefalín a metionín-enkefalín, líšiace sa len terminálnym C-zvyškom.
Začiatkom 70. rokov rôzne laboratóriá po celom svete zistili, že mozgové bunky majú receptory, ktoré viažu morfín a až v tejto viazanej forme sa stáva aktívnym. Nebol dôvod predpokladať, že mozog špeciálne pripravil tento druh receptorov pre takú vzácnu zložku, akou je morfín. Vzniklo podozrenie, že funkciou týchto receptorov je viazať nie morfín, ale nejakú jemu blízku látku, produkovanú samotným telom. V roku 1976 doktor Hughes v Škótsku extrahoval túto záhadnú látku z mozgu morčiat, ktoré okamžite zaznamenalo prudký pokles citlivosti na bolesť. Hughes pomenoval látku enkefalín, čo v gréčtine znamená „z mozgu“. A profesor Cho Hao Lee v San Franciscu extrahoval ďalšiu vnútornú drogu z mozgu ťavy, konkrétnejšie z ťavej hypofýzy, ktorá sa ukázala byť 50-krát silnejšia ako slávne morfium. Cho to nazval endorfín – „vnútorné morfium“. V tom istom roku 1976 boli z krvi zvierat izolované ďalšie dve vnútorné lieky, ktoré boli zložením podobné morfínu, ale na rozdiel od rastlinného morfínu netlmili dýchanie a neviedli k drogovej závislosti. A nakoniec, doktor Pless vo Švajčiarsku syntetizoval endorfín, teda vyrobil ho v laboratóriu, v skúmavke, pričom presne poznal chemické zloženie a štruktúru tejto záhadnej látky. Ďalšie opioidné peptidy, endorfíny, boli tiež izolované z tkanivových extraktov hypofýzy a hypotalamu cicavcov. Všetky zvyčajne obsahujú enkefalínový zvyšok v N-koncovej oblasti. Všetky endogénne opioidné peptidy sa v tele syntetizujú ako veľké prekurzorové proteíny proteolýzou. Priestorová štruktúra enkefalínov je podobná morfínu. Enkefalíny a endorfíny majú analgetický účinok, znižujú motorickú aktivitu gastrointestinálneho traktu a ovplyvňujú emocionálny stav.
· MSH - hormón stimulujúci melanocyty;
· LPG - lipotropný hormón;
· CPPP - medziproduktový peptid podobný kortikotropínu;
· ACTH je adrenokortikotropný hormón.
Regulácia sekrécie
Všetky produkty rozkladu POMC sa vyrábajú v ekvimolárnych množstvách a súčasne sa vylučujú do krvi. Je teda nemožné zvýšiť sekréciu adrenokortikotropného hormónu bez súčasného zvýšenia sekrécie beta-lipotropného hormónu Produkcia POMC je regulovaná faktormi, ktoré sa tvoria v hypotalame a paraventrikulárnom jadre mozgu: kortikoliberín, arginín vazopresín. - aktivovať syntézu ACTH, kortizolu - hlavného inhibítora syntézy kortikotropného hormónu a tvorby POMC, preto kortikoliberín, arginín vazopresín a kortizol ovplyvnia syntézu a sekréciu β-endorfínu.
Syntéza β-endorfínu klesá pri endokrinných, infekčných a vírusových ochoreniach, syntéza chronickej únavy sa môže zvýšiť fyzickou aktivitou;
Transport a periférny metabolizmus
Endorfíny sa syntetizujú „pre budúce použitie“ a v určitých častiach sa uvoľňujú do krvi v dôsledku vyprázdňovania sekrečných vezikúl. Ich hladina v krvi sa zvyšuje so zvýšením frekvencie uvoľňovania hormónov zo žľazových buniek. Pri vstupe do krvi sa hormóny viažu na plazmatické proteíny. Typicky je iba 5-10% molekúl hormónov v krvi vo voľnom stave a iba oni môžu interagovať s receptormi.
Degradácia peptidových hormónov často začína v krvi alebo na stenách krvných ciev, tento proces je obzvlášť intenzívny v obličkách. Proteín-peptidové hormóny sú hydrolyzované proteinázami, a to exo- (na koncoch reťazca) a endopeptidázami. Proteolýza vedie k tvorbe mnohých fragmentov, z ktorých niektoré môžu vykazovať biologickú aktivitu. Mnohé proteín-peptidové hormóny sú odstránené z obehu väzbou na membránové receptory a následnou endocytózou komplexu hormón-receptor. K degradácii takýchto komplexov dochádza v lyzozómoch, konečným produktom degradácie sú aminokyseliny, ktoré sa opäť využívajú ako substráty v anabolických a katabolických procesoch.
Biologický význam
Hlavným cieľom endorfínov je takzvaný opioidný systém (jeho hlavným účelom je ochrana pred poškodením stresom, úľava od bolesti a koordinácia orgánových a tkanivových systémov na úrovni tela ako celku) tela a najmä opioidné receptory . Endorfín je zodpovedný za reguláciu činnosti všetkých vnútorných žliaz, fungovanie imunitného systému, výšku tlaku a endorfín ovplyvňuje aj nervový systém. V mozgu boli objavené špecifické morfínové receptory. Tieto receptory sú umiestnené na synaptických membránach. Najbohatší je na ne limbický systém, od ktorého závisí emocionálna odozva. Následne boli z mozgového tkaniva izolované endogénne peptidy, ktoré napodobňujú rôzne účinky morfínu pri injekcii. Tieto peptidy, ktoré majú schopnosť špecificky sa viazať na opiátové receptory, sa nazývajú endorfíny a enkefalíny.
Pretože receptory opiátového hormónu sú umiestnené na vonkajšom povrchu plazmatickej membrány, hormón nepreniká do bunky. Hormóny (prví signálni poslovia) prenášajú signál cez druhého posla, ktorého úlohu zohrávajú cAMP, cGMP, inosotoltrifosfát a Ca ióny. Po naviazaní hormónu na receptor nasleduje reťazec udalostí, ktoré menia metabolizmus bunky.
Fyziologicky majú endorfíny a enkefalíny silný analgetický, protišokový a protistresový účinok, znižujú chuť do jedla a znižujú citlivosť niektorých častí centrálneho nervového systému. Endorfíny normalizujú krvný tlak, rýchlosť dýchania, urýchľujú hojenie poškodených tkanív, tvorbu mozoľov pri zlomeninách.
Endorfíny sa často vyskytujú v spojení s uvoľňovaním adrenalínu. Počas dlhých tréningov sa v tele uvoľňuje adrenalín, zvyšuje sa bolesť svalov a začínajú sa produkovať endorfíny, ktoré znižujú bolesť a zvyšujú reakciu tela a rýchlosť adaptácie na stres.
Čo ovplyvňujú endorfínové systémy:
· - analgetické účinky
· -spomalenie dýchania, búšenia srdca – antistresové účinky
· - posilnenie imunity
· - regulácia prietoku krvi obličkami
· - regulácia činnosti čriev
· - účasť na procesoch excitácie a inhibície v nervovom systéme
· - účasť na procesoch rozvoja asociatívno-disociatívnych spojení v nervovom systéme - regulácia rýchlosti metabolizmu
· - pocit eufórie
· - urýchliť hojenie poškodených tkanív
· -tvorba kalusu pri zlomeninách
Okrem toho sú endorfíny spojené s termoreguláciou, pamäťou, lipolýzou, reprodukciou, pôžitkom, deštrukciou telesného tuku, antidiurézou, potlačením hyperventilácie v reakcii na zvýšený obsah oxidu uhličitého a inhibíciou syntézy tyreotropínu a gonadotropínu.
Patológia
Nedostatok endorfínu sa pozoruje pri depresii a v situáciách neustáleho emočného stresu, zhoršuje chronické ochorenia a môže spôsobiť syndróm chronickej únavy. Preto sprievodná depresia nálady a zvýšená náchylnosť na infekčné choroby.
Produkcia endorfínov sa pri niektorých patológiách znižuje. V dôsledku nedostatku endorfínov v tele sa zvyšuje riziko chronických ochorení, takzvaných „chorob životného štýlu“, ktoré sa v poslednom čase stávajú hlavnou príčinou úmrtnosti. Choroby súvisiace so životným štýlom zahŕňajú cukrovku, kardiovaskulárne choroby, chronické ochorenia dýchacích ciest, rakovinu a obezitu.
Nedostatok endorfínov sa prejavuje apatiou, veľmi zlou náladou a v konečnom dôsledku vedie človeka k depresii. Každý človek chce vedieť, ako si užívať život. Pocit slasti sa u človeka objaví, keď sa zvýši hladina endorfínov, ktoré produkuje mozog a táto chemická zlúčenina je podobná droge morfín. Preto dostal endorfín taký názov - endogénny morfín, to znamená, že ho produkuje samotné telo.
Najťažším prejavom je anhedónia, ochorenie, pri ktorom človek nedokáže prežívať rozkoš.
Neurohormóny
Neurohormóny sú látky s vysokou fyziologickou aktivitou, ktoré vznikajú v neurosekrečných bunkách nervového systému (neurónoch).
Podľa mechanizmu účinku majú veľa spoločného s neurotransmitermi, ale neurohormóny sa na rozdiel od nich dostávajú do krvi a iných biologických tekutín tela (lymfa, likvor a tkanivový mok) a majú dlhodobý, vzdialený regulačný účinok. .
Neurohormóny sú podľa chemickej štruktúry peptidy (obsahujú aminokyseliny) alebo katecholamíny (biogénne amíny), ich povinným fragmentom je 3,4-dihydroxyfenylalanín (katechol).
Neurohormóny udržujú homeostázu voda-soľ, regulujú tonus hladkého svalstva a metabolické procesy a podieľajú sa aj na regulácii činnosti žliaz s vnútornou sekréciou. Vo všeobecnosti je úlohou týchto látok udržiavať ochranné a adaptačné funkcie tela.
K syntéze neurohormónov dochádza v neurosekrečných bunkách hypotalamu (dopamín, vazopresín, oxytocín, norepinefrín, serotonín a uvoľňujúce faktory), mieche, epifýze, nadobličkách (chromafinné tkanivo drene). , paraganglia a nervové kmene autonómneho nervového systému (syntéza adrenalínu a norepinefrínu).
Proces biosyntézy peptidových neurohormónov prebieha v tele neurónu, v štruktúre nazývanej endoplazmatické retikulum; potom sa v Golgiho komplexe balia do granúl a odtiaľ sa transportujú pozdĺž axónu k nervovým zakončeniam.
Neurofyziológia spánku
Neurofyziologické mechanizmy spánku a jeho charakteristiky súvisiace s vekom
Spánok je fyziologický stav, ktorý je charakterizovaný stratou aktívnych mentálnych spojení subjektu so svetom okolo neho. Spánok je životne dôležitý pre vyššie zvieratá a ľudí. Dlho sa verilo, že spánok je odpočinok potrebný na obnovenie energie mozgových buniek po aktívnom bdení. Ukazuje sa však, že mozgová aktivita počas spánku je často vyššia ako počas bdenia. Zistilo sa, že počas spánku sa výrazne zvyšuje aktivita neurónov v rade mozgových štruktúr, t.j. spánok je aktívny fyziologický proces.
Etapy spánku
Reflexné reakcie počas spánku sú znížené. Spiaci človek nereaguje na mnohé vonkajšie vplyvy, pokiaľ nie sú nadmerne silné.
Teórie spánku:
Humorálna teória, považuje za príčinu spánku látky, ktoré sa objavujú v krvi počas dlhšieho bdenia. Dôkazom tejto teórie je experiment, pri ktorom bola bdelému psovi podaná transfúzia krvi zvieraťa, ktoré bolo 24 hodín zbavené spánku. Prijímané zviera okamžite zaspalo. Ale humorálne faktory nemožno považovať za absolútnu príčinu spánku. Dokazujú to pozorovania správania dvoch párov nerozdelených dvojčiat. Ich nervový systém bol úplne oddelený a ich obehový systém mal veľa anastomóz. Tieto dvojčatá mohli spať v rôznych časoch: napríklad jedno dievča mohlo spať, kým druhé bolo hore.
Subkortikálne a kortikálne teórie spánku. Pri rôznych nádorových alebo infekčných léziách subkortikálnych, najmä mozgových kmeňových, útvarov sa u pacientov vyskytujú rôzne poruchy spánku – od nespavosti až po predĺžený letargický spánok, čo poukazuje na prítomnosť podkôrových spánkových centier. Pri podráždení zadných štruktúr subtalamu a hypotalamu zvieratá zaspali a po zastavení podráždenia sa prebudili, čo svedčí o prítomnosti spánkových centier v týchto štruktúrach.
Chemická teória. Podľa tejto teórie sa počas bdelosti v bunkách tela hromadia ľahko oxidované produkty, čo vedie k nedostatku kyslíka a človek zaspí. Zaspávame nie preto, že sme otrávení alebo unavení, ale preto, aby sme neboli otrávení a unavení.
Funkcie spánku
o poskytuje odpočinok pre telo.
o hrá dôležitú úlohu v metabolických procesoch. Počas spánku s pomalými vlnami sa uvoľňuje rastový hormón. REM spánok: obnovenie plasticity neurónov a ich obohatenie kyslíkom; biosyntéza proteínov a RNA neurónov.
o podporuje spracovanie a uchovávanie informácií. Spánok (najmä pomalý spánok) uľahčuje konsolidáciu študovaného materiálu, zatiaľ čo REM spánok implementuje podvedomé modely očakávaných udalostí. Posledná okolnosť môže slúžiť ako jeden z dôvodov fenoménu déjà vu.
o ide o adaptáciu tela na zmeny osvetlenia (deň-noc).
o obnovuje imunitu aktiváciou T-lymfocytov, ktoré bojujú proti nachladnutiu a vírusovým ochoreniam.
Typy spánku
Pri ďalšom podrobnom štúdiu sa ukázalo, že spánok je vo svojich fyziologických prejavoch heterogénny a má dve odrody: pomalý (pokojný alebo ortodoxný) a rýchly (aktívny alebo paradoxný).
Pri spánku s pomalými vlnami sa znižuje dýchanie a srdcová frekvencia, svaly sa uvoľňujú a pohyby očí sa spomaľujú. Keď sa spánok s pomalými vlnami prehlbuje, celkový počet pohybov spiaceho sa stáva minimálnym. V tomto čase je ťažké ho prebudiť. NREM spánok zvyčajne zaberá 75 - 80%.
Počas REM spánku sa naopak aktivujú fyziologické funkcie: dýchanie a srdcová frekvencia sú častejšie, motorická aktivita spiaceho sa zvyšuje, pohyby očí sú rýchle (preto sa tento typ spánku nazýva „rýchly“). Rýchle pohyby očí naznačujú, že spiaci v tejto chvíli sníva. A ak ho zobudíte 10 - 15 minút po skončení rýchlych pohybov očí, povie vám o tom, čo videl vo svojom sne. Pri prebúdzaní počas pomalého spánku si človek sny väčšinou nepamätá. Napriek relatívne väčšej aktivácii fyziologických funkcií v REM spánku sú svaly tela v tomto období uvoľnené a spiaceho je oveľa ťažšie prebudiť. REM spánok je dôležitý pre fungovanie organizmu. Ak je človek umelo zbavený REM spánku (prebúdza sa v obdobiach rýchlych pohybov očí), tak aj napriek celkom dostatočnému celkovému trvaniu spánku sa u neho po piatich až siedmich dňoch objavia psychické poruchy.
Pre zdravých ľudí je typické striedanie rýchleho a pomalého spánku, človek sa cíti dobre oddýchnutý a čulý.
Existuje ďalšia klasifikácia fáz spánku:
1. Vyrovnávacia fáza: charakterizovaná pôsobením na silné aj slabé podnety.
2. Paradoxná fáza: silné podnety spôsobujú slabšie reakcie ako slabé podnety.
3. Ultradoxová fáza: pozitívny stimul inhibuje a negatívny vyvoláva podmienený reflex.
4. Narkotická fáza: celkový pokles podmienenej reflexnej aktivity s výrazne silnejším poklesom reflexov na slabé podnety ako na silné.
5. Inhibičná fáza: úplná inhibícia podmienených reflexov
Vekové vlastnosti:
Spánok detí je povrchný a citlivý. Spávajú niekoľkokrát denne.
U novorodencov spánok zaberá väčšinu dňa a aktivovaný spánok alebo šklbaný spánok (analogicky k paradoxnému spánku u dospelých) tvorí väčšinu spánku. V prvých mesiacoch po narodení sa rapídne zvyšuje čas bdelosti, klesá podiel paradoxného spánku a zvyšuje sa pomalý spánok.
Hygiena spánku:
Spánok by mal mať dostatočnú dĺžku a hĺbku vzhľadom na vek. Deti so zlým zdravotným stavom, zotavujúce sa z akútnych infekčných chorôb, so zvýšenou dráždivosťou nervového systému a deti, ktoré sa rýchlo unavia, majú spať dlhší čas. Pred spaním treba vylúčiť stimulujúce hry a intenzívnu duševnú prácu. Večera by mala byť ľahká, najneskôr 2-1,5 hodiny pred spaním. Dobré na spánok:
· čerstvý, chladný vzduch v miestnosti (15-16)
· posteľ by nemala byť mäkká ani tvrdá.
· čistá, mäkká posteľná bielizeň bez vrások a jaziev
· Lepšie je ležať na pravom boku alebo chrbte, čo zabezpečuje voľnejšie dýchanie a nekomplikuje prácu srdca.
Deti by sa mali naučiť vstávať a chodiť spať v rovnakom čase. Dieťa si pomerne ľahko vytvára podmienené reflexy na prostredie spánku. Podmieneným podnetom je v tomto prípade čas ísť spať.
Neurofyziológia ANS
Pojem autonómneho nervového systému prvýkrát predstavil v roku 1801 francúzsky lekár A. Besha. Táto časť centrálneho nervového systému zabezpečuje autonómne funkcie tela a zahŕňa tri zložky:
1) sympatický;
2) parasympatikus;
3) metasympatikus.
Medzi vegetatívne funkcie patria tie funkcie, ktoré zabezpečujú látkovú premenu v našom tele (trávenie, krvný obeh, dýchanie, vylučovanie atď.). Patrí sem aj zabezpečenie rastu a vývoja organizmu, rozmnožovanie a príprava organizmu na nepriaznivé vplyvy. Autonómny systém zabezpečuje reguláciu činnosti vnútorných orgánov, ciev, potných žliaz a iných podobných funkcií. Reguluje metabolizmus, excitabilitu a autonómne fungovanie vnútorných orgánov, ako aj fyziologický stav tkanív a jednotlivých orgánov (vrátane mozgu a miechy) a prispôsobuje ich činnosť podmienkam prostredia.
Sympatické oddelenie nervového systému zabezpečuje mobilizáciu disponibilných zdrojov tela (energetických a intelektuálnych) na vykonávanie neodkladnej práce. Je zrejmé, že to môže viesť k nerovnováhe v tele úlohou parasympatického nervového systému je potrebné priebežne korigovať posuny spôsobené vplyvmi sympatického oddelenia obnovovať a udržiavať homeostázu V tomto zmysle činnosť týchto častí nervového autonómneho systému v rade reakcie sa prejavuje ako antagonistické.
Vo fyziológii sa subhomeostáza chápe ako udržiavanie konštantných parametrov vnútorného prostredia v organizme. Patrí medzi ne udržiavanie stáleho zloženia krvi, telesnej teploty atď.
Centrá autonómneho nervového systému sa nachádzajú v mozgovom kmeni a mieche. Centrá parasympatického nervového systému sa nachádzajú v mozgovom kmeni a v sakrálnej časti miechy v strednom mozgu sú centrá, ktoré regulujú dilatáciu zreníc a akomodáciu oka. V medulla oblongata sú centrá nervového parasympatického systému, z ktorých odchádzajú vlákna ako súčasť vagusových, tvárových a glosofaryngeálnych nervov. Tieto centrá sa podieľajú na množstve funkcií, vrátane regulácie činnosti mnohých vnútorných orgánov (srdce, žalúdok, črevá, pečeň atď.), a „spúšťajú“ sekréciu slín, slznej tekutiny atď. tieto funkcie sa vykonávajú podľa reflexného princípu (podľa typu reakcie na podnet). Niektoré z týchto reflexov budú popísané nižšie.
V sakrálnych segmentoch miechy sa nachádzajú aj centrá nervového parasympatického autonómneho systému. Vlákna z nich idú ako súčasť panvových nervov, ktoré inervujú panvové orgány (hrubé črevo, močový mechúr, pohlavné orgány atď.).
Centrá sympatického nervového systému sa nachádzajú v hrudnom a bedrovom segmente miechy. Autonómne vlákna z týchto centier odchádzajú ako súčasť predných koreňov miechy spolu s motorickými nervami.
Všetky vyššie uvedené centrá sympatického a nervového parasympatického systému sú podriadené vyššiemu autonómnemu centru – hypotalamu. Na hypotalamus zasa vplýva množstvo ďalších centier mozgu. Všetky tieto centrá tvoria limbický systém Úplný popis systému bude uvedený v príslušnej téme, ale teraz sa pozrime na „prácu“ periférnych častí nervového autonómneho systému.
Na oboch stranách chrbtice na brušnej strane sú dva kmene sympatického nervového systému. Nazývajú sa aj sympatické reťazce. Reťazec pozostáva z jednotlivých ganglií spojených medzi sebou a miechou početnými nervovými vláknami. Každé vlákno prichádzajúce do ganglia inervuje až niekoľko desiatok neurónov v gangliu (divergencia). Vďaka tomuto usporiadaniu majú sympatické vplyvy zvyčajne difúzny, zovšeobecnený charakter. Na druhej strane z týchto ganglií odchádzajú nervy, ktoré vedú k stenám krvných ciev, potných žliaz a vnútorných orgánov. Okrem ganglií hraničného kmeňa sa v určitej vzdialenosti od nich nachádzajú takzvané prevertebrálne gangliá. Najväčšími z nich sú solárny plexus a mezenterické uzliny.
Nadobličky hrajú hlavnú úlohu v činnosti sympatikového nervového systému. Vznikajú u človeka v prenatálnom období migráciou neuroblastov (ešte nediferencovaných neurónov) z nervovej trubice do oblasti obličiek. Tam tieto bunky tvoria špeciálny orgán na vrcholoch oboch obličiek – nadobličky. Nadobličky sú inervované sympatickými nervami. Okrem toho môžu byť aktivované adrenokortikotropným hormónom, ktorý sa uvoľňuje v reakcii na stres z hypofýzy a dostáva sa do nadobličiek spolu s krvou. Pod vplyvom tohto hormónu sa z nadobličiek do krvi uvoľňuje zmes adrenalínu a repinefrínu, ktoré sú unášané krvným obehom a spôsobujú množstvo sympatických reakcií (zvýšená srdcová frekvencia, potenie, zvýšené prekrvenie svalov, začervenanie pokožky a oveľa viac).
Axóny sympatických neurónov v periférnych synapsiách uvoľňujú mediátor adrenalínu. Molekuly adrenalínu a norepinefrínu interagujú s príslušnými receptormi. Existujú dva typy takýchto receptorov: alfa a beta adrenergné receptory. Niektoré vnútorné orgány majú iba jeden z týchto receptorov, iné majú oba. V stenách krvných ciev sú teda alfa aj beta adrenergné receptory. Spojenie sympatického transmitera s alfa-adrenergným receptorom spôsobuje zovretie arteriol a spojenie s beta-adrenergným receptorom spôsobuje dilatáciu arteriol. V čreve, kde sú prítomné oba typy adrenergných receptorov, mediátor inhibuje jeho aktivitu. V srdcovom svale a stenách priedušiek sú len beta-adrenergné receptory – sympatický transmiter spôsobuje dilatáciu priedušiek a zrýchlený tep.
Gangliá parasympatického oddelenia nervového autonómneho systému, na rozdiel od sympatických, sa nachádzajú v stenách vnútorných orgánov alebo v ich blízkosti. Nervové vlákno (neurónový axón) z príslušného parasympatického centra v mozgovom kmeni alebo sakrálnej mieche sa bez prerušenia dostáva do inervovaného orgánu a končí na neurónoch parasympatického ganglia. Ďalší parasympatický neurón sa nachádza buď vo vnútri orgánu, alebo v jeho tesnej blízkosti. Vnútroorgánové vlákna a gangliá tvoria plexy bohaté na neuróny v stenách mnohých vnútorných orgánov srdca, pľúc, pažeráka, žalúdka atď., Ako aj v žľazách exokrinnej a vnútornej sekrécie. Anatomická štruktúra parasympatickej časti nervového autonómneho systému naznačuje, že jej vplyv na orgány je lokálnejší ako u sympatického nervového systému.
Mediátorom v periférnych synapsiách parasympatického nervového systému je acetylcholín, pre ktorý existujú dva typy receptorov: M- a N-cholinergné receptory. Toto rozdelenie je založené na skutočnosti, že M-cholinergné receptory strácajú citlivosť na acetylcholín pod vplyvom atropínu (izolovaného z huby rodu Muscaris) a H-cholinergné receptory - pod vplyvom nikotínu.
Vplyv sympatického a parasympatického autonómneho systému na funkcie tela. Vo väčšine orgánov stimulácia sympatického a nervového parasympatického autonómneho systému spôsobuje opačné účinky. Treba však mať na pamäti, že tieto interakcie nie sú jednoduché. Napríklad parasympatické nervy spôsobujú uvoľnenie zvieračov močového mechúra a zároveň stiahnutie svalov močového mechúra. Sympatické nervy sťahujú zvierač a zároveň uvoľňujú svaly. Ďalší príklad: stimulácia sympatických nervov zvyšuje rytmus a silu srdcových kontrakcií a podráždenie vagusového (parasympatického) nervu znižuje rytmus a silu srdcových kontrakcií. Štúdie navyše ukázali, že medzi týmito časťami nervového autonómneho systému existuje nielen antagonizmus (viacsmerný), ale aj synergia (jednosmerný). Zvýšenie tónu jednej časti nervového autonómneho systému spravidla vedie k zvýšeniu tónu inej časti. Navyše sa ukázalo, že existujú orgány a tkanivá len s jedným typom inervácie. Napríklad cievy kože, dreň nadobličiek, maternica, kostrové svaly a niektoré ďalšie majú len sympatickú inerváciu a slinné žľazy sú inervované len parasympatickými vláknami.
Autonómne reflexy. Tieto reflexy sú početné. Podieľajú sa na mnohých reguláciách ľudského tela. Keď sa vykonávajú vegetatívne reflexy, vplyvy sa prenášajú pozdĺž zodpovedajúcich nervov (sympatiku alebo parasympatiku) z centrálneho nervového systému. V lekárskej praxi sa najväčší význam pripisuje viscero-viscerálnym (z jedného vnútorného orgánu k druhému), viscero-dermálnemu (z vnútorných orgánov ku koži) a dermo-viscerálnym (z kože k vnútorným orgánom) reflexom.
Medzi viscero-viscerálne patria reflexné zmeny srdcovej aktivity, cievneho tonusu, prekrvenia sleziny so zvýšením alebo znížením tlaku v aorte, karotickom sínuse alebo pľúcnych cievach. Napríklad v dôsledku zahrnutia takéhoto reflexu dochádza k zástave srdca pri podráždení brušných orgánov. Viscero-dermálne reflexy sa vyskytujú pri podráždení vnútorných orgánov a prejavujú sa zmenami citlivosti príslušných oblastí kože (podľa toho, ktorý orgán je podráždený), potením a vaskulárnou reakciou. Dermo-viscerálne reflexy sa prejavujú tým, že pri podráždení určitých oblastí kože sa mení fungovanie príslušných vnútorných orgánov. Vlastné použitie zahrievania alebo ochladzovania určitých oblastí kože na liečebné účely, napríklad pri bolestiach vnútorných orgánov, je založené na mechanizme týchto reflexov.
Autonómne reflexy často používajú lekári na posúdenie funkčného stavu nervového autonómneho systému. Napríklad na klinike sa často skúmajú reflexné zmeny v cievach pri mechanickom podráždení pokožky (napríklad pri prejdení tupým predmetom cez kožu). U zdravého človeka to spôsobuje krátkodobé zblednutie podráždenej oblasti kože (biely dermografizmus, derma-koža). Pri vysokej dráždivosti nervového autonómneho systému sa v mieste podráždenia kože objavuje červený pásik ohraničený bledými pásikmi zúžených cievok (červený dermografizmus) a pri ešte vyššej citlivosti opuch kože v tomto mieste. Na klinike sa často používajú funkčné autonómne testy na posúdenie stavu nervového autonómneho systému. Napríklad ortostatická reakcia: pri prechode z ležiacej polohy do stojacej polohy sa zvyšuje krvný tlak a zvyšuje sa srdcová frekvencia. Vzorec zmien krvného tlaku a srdcovej aktivity počas tohto testu môže slúžiť ako diagnostický znak ochorenia v systéme kontroly krvného tlaku. Ďalším príkladom je očná-srdcová reakcia (Aschnerov reflex): pri tlaku na očné buľvy dochádza ku krátkodobému zníženiu srdcovej frekvencie.
Vegetatívne centrá. Medulla oblongata obsahuje nervové centrá, ktoré inhibujú činnosť srdca (jadrá blúdivého nervu). V retikulárnej formácii medulla oblongata je vazomotorické centrum pozostávajúce z dvoch zón: presora a depresora. Excitácia presorickej zóny vedie k vazokonstrikcii a excitácia depresorovej zóny vedie k ich rozšíreniu. Vazomotorické centrum a jadrá blúdivého nervu neustále vysielajú impulzy, vďaka čomu sa udržiava konštantný tonus: tepny a arterioly sú neustále trochu zúžené a srdcová činnosť je spomalená.
Medulla oblongata obsahuje dýchacie centrum, ktoré sa skladá z inhalačných a výdychových centier. Na úrovni ponsu sa nachádza dýchacie centrum vyššej úrovne (pneumotaxické centrum), ktoré prispôsobuje dýchanie zmenám fyzickej aktivity. Dýchanie sa dá u človeka ovládať aj dobrovoľne z mozgovej kôry, napríklad pri reči.
V medulla oblongata sú centrá, ktoré stimulujú sekréciu slinných, slzných a žalúdočných žliaz, sekréciu žlče zo žlčníka a sekréciu pankreasu. V strednom mozgu pod prednými tuberkulami štvorklanného nervu sa nachádzajú parasympatické centrá akomodácie oka a pupilárny reflex. Všetky vyššie uvedené centrá sympatického a parasympatického systému sú podriadené vyššiemu autonómnemu centru – hypotalamu.
Úloha hypotalamu pri regulácii autonómnych funkcií. Vplyv na sympatickú a parasympatickú reguláciu umožňuje hypotalamu ovplyvňovať autonómne funkcie tela prostredníctvom humorálnych a nervových dráh. Predtým sa chápalo, že podráždenie jadier prednej skupiny je sprevádzané parasympatickými účinkami. Podráždenie jadier zadnej skupiny spôsobuje sympatické účinky vo fungovaní orgánov. Stimulácia jadier strednej skupiny vedie k zníženiu vplyvu sympatického oddelenia autonómneho nervového systému. Špecifikované rozdelenie hypotalamických funkcií nie je absolútne. Všetky štruktúry hypotalamu sú schopné produkovať sympatické a parasympatické účinky v rôznej miere. V dôsledku toho existujú funkčné komplementárne, vzájomne sa kompenzujúce vzťahy medzi štruktúrami hypotalamu.
Vo všeobecnosti, vzhľadom na veľké množstvo spojení a multifunkčnosť štruktúr, plní hypotalamus integračnú funkciu autonómnej, somatickej a endokrinnej regulácie, čo sa prejavuje aj organizáciou množstva špecifických funkcií svojimi jadrami. V hypotalame sa teda nachádzajú centrá homeostázy, termoregulácie, hladu a sýtosti, smädu a jeho uspokojenia, sexuálneho správania, strachu, zúrivosti, regulácie cyklu bdelosť-spánok. Všetky tieto centrá realizujú svoje funkcie aktiváciou alebo inhibíciou autonómneho nervového systému, endokrinného systému a štruktúr mozgového kmeňa a predného mozgu.
Hypotalamus je zasa ovplyvňovaný množstvom vyšších centier mozgu, vrátane kôry.
teda Autonómny nervový systém má množstvo anatomických a fyziologických znakov, ktoré určujú mechanizmy jeho fungovania:
Anatomické vlastnosti
1. Trojzložkové usporiadanie nervových centier. Najnižšiu úroveň sympatického oddelenia predstavujú bočné rohy od VII krčného po III-IV bedrové stavce a parasympatikum sú zastúpené sakrálne segmenty a mozgový kmeň. Vyššie subkortikálne centrá sa nachádzajú na hranici hypotalamických jadier (sympatikum je zadná skupina a parasympatikum je predná skupina). Kortikálna úroveň leží v oblasti šiestej až ôsmej Brodmannovej oblasti (motosenzorická oblasť), v ktorej sa dosahuje bodová lokalizácia prichádzajúcich nervových impulzov. V dôsledku prítomnosti takejto štruktúry autonómneho nervového systému práca vnútorných orgánov nedosahuje prah nášho vedomia.
2. Prítomnosť autonómnych ganglií. V sympatickom oddelení sú umiestnené buď na oboch stranách pozdĺž chrbtice (sympatický nervový reťazec), alebo sú súčasťou plexusov. Oblúk má teda krátku pregangliovú a dlhú postgangliovú dráhu. Neuróny parasympatického oddelenia sa nachádzajú v gangliu umiestnenom v blízkosti pracovného orgánu alebo v jeho stene, takže oblúk má dlhú pregangliovú a krátku postgangliovú dráhu.
Fyziologické vlastnosti
1. Vlastnosti fungovania autonómnych ganglií. Prítomnosť fenoménu animácie (súčasný výskyt dvoch protikladných procesov - divergencie a konvergencie). Divergencia je divergencia nervových impulzov z tela jedného neurónu do niekoľkých postgangliových vlákien iného neurónu. Konvergencia je konvergencia impulzov z niekoľkých pregangliových neurónov na tele každého postgangliového neurónu. To zaisťuje spoľahlivosť prenosu informácií z centrálneho nervového systému do pracovného orgánu. Predĺženie trvania postsynaptického potenciálu, prítomnosť stopovej hyperpolarizácie a synaptické oneskorenie prispievajú k prenosu vzruchu rýchlosťou 1,5–3,0 m/s. V autonómnych gangliách však impulzy čiastočne vyhasnú alebo úplne zablokujú. Týmto spôsobom regulujú tok informácií z centrálneho nervového systému. Vďaka tejto vlastnosti sa nazývajú nervové centrá umiestnené na periférii a autonómny nervový systém sa nazýva autonómny.
2. Vlastnosti nervových vlákien. Pregangliové nervové vlákna patria do skupiny B a vedú vzruch rýchlosťou 3-18 m/s, postgangliové nervové vlákna patria do skupiny C. Vedú vzruch rýchlosťou 0,5–3,0 m/s. Keďže eferentnú dráhu sympatického oddelenia reprezentujú pregangliové vlákna a parasympatikus predstavujú postgangliové vlákna, rýchlosť prenosu impulzov je vyššia v parasympatickom nervovom systéme.
Vo všeobecnosti sympatický nervový systém vykonáva adaptívno-trofickú funkciu, zapája sa do fyzickej aktivity, emočných reakcií, stresu, bolesti a straty krvi. Zabezpečuje adaptáciu organizmu na meniace sa podmienky prostredia.
Parasympatický nervový systém je antagonista sympatického nervového systému a vykonáva homeostatické a ochranné funkcie, reguluje vyprázdňovanie dutých orgánov. Homeostatická úloha je svojou povahou obnovujúca a pôsobí v stave pokoja. To sa prejavuje vo forme zníženia frekvencie a sily srdcových kontrakcií, stimulácie gastrointestinálneho traktu s poklesom hladiny glukózy v krvi atď.
480 rubľov. | 150 UAH | 7,5 $, MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Dizertačná práca - 480 RUR, dodávka 10 minút 24 hodín denne, sedem dní v týždni a sviatky
240 rubľov. | 75 UAH | 3,75 $, MOUSEOFF, FGCOLOR, "#FFFFCC",BGCOLOR, "#393939");" onMouseOut="return nd();"> Abstrakt - 240 rubľov, doručenie 1-3 hodiny, od 10-19 (moskovský čas), okrem nedele
Damirov Aslan Hasan škaredý. Teoretická konformačná analýza leucín-enkefalínu, N-terminálneho tridekapeptidu dynorfínu a ich analógov: IL RGB OD 61:85-1/1277
Úvod
KAPITOLA I. Prehľad literatúry 8
1.1. Experimentálne a teoretické metódy konformačnej analýzy peptidov. 9
1.3. Štrukturálna a funkčná organizácia peptidov 29
1.4. Inverzný štrukturálny problém 39
1.5. Metóda teoretickej konformačnej analýzy " 50
1.6. Ciele výskumu 56
KAPITOLA II. Teoretická konformačná analýza leucín-enkefalínu 57
2.1. Biologické funkcie leucín-enkefalínu 57
2.2. Konformačné možnosti leucín-enkefalínu 58
KAPITOLA III. Teoretická analýza konfluencie leucín-enkefalínových analógov 69
3.1. Analógový Tyr1- Gly2- Gly3- Phe4- Leu5- Arg6 70
3.2. Analóg Ty^-D-Ala2-Gly3~ Phe4-Leu5 » 72
3.3. Analógový Tyi^-D- Ala2- Gly3- Phe4- Leu5- - Arg6 79
3.4. Analógový Tyr*-D- Ala2- Gly3- Phe4- Ala5- - Arg6 84
3.5. Analógový TyrX-D~ Ala2- Gly3- Phe4- Gly5- - Arg6 88
3.6. Analógový Tyr1-])- Ala2- Gly3- Phe4- Ala5- - Lys6 91
3.7. Analógový Tyr ^D- Ala2- Gly3- Phe4- Ala5- - Asn6 93
3,8* Analógový Tyg ^D*- Ala2- Gly3- Phe4-Aln5~ - Gin6 99
3.9. Analógový Tyr -^- D- Ala2- Gly3- Phe4- Ala5- - His6 103
3,10* Analógový Tyr -^-D- Ala2- Glu3-N- MePhe4- - Leu5- Arg6 106
KAPITOLA ІУ. Teoretická konformačná analýza n-terminálneho dynorfínového peptidu a jeho analógov
4.1 Funkcie dynorfínu a schéma výpočtu jeho priestorovej štruktúry IZ
4.2. Fragmenty Arg - Arg7, Arg - Arg9, Arg -
Bys11, bys11-Lys13 116
4.3. Fragmenty Phe 4-Arg7 a Arg 6-Arg9 121
4.4. Fragment Arg 9-Lys13 126
4.5. Fragment Tyr I*-Arg 9 129
4.6. N-terminálna tridekapeptidová molekula dynorfínu 132
4.7. - Analóg dynorfínu I - IЗ 137
4.8. - Analóg dynorfínu I - IZ 137
Literatúra 144
Úvod do práce
Všeobecná charakteristika diela. Diplomová práca je venovaná štúdiu priestorovej štruktúry leucín-enkefalínu, N-terminálneho tridekapeptidu dynorfínu a množstva ich analógov metódou teoretickej konformačnej analýzy. Pri výpočte konformácie molekúl sa potenciálna energia berie ako súčet energií interakcií valenčne neviazaných atómov, elektrostatických, toroidných interakcií a vodíkových väzieb. Na nájdenie minimálnej potenciálnej energie sa použila metóda konjugovaného gradientu. Práca použila univerzálny program vyvinutý v problémovom laboratóriu "Molecular Biophysics" Azerbajdžanskej štátnej univerzity pomenovaný po S.M boli vykonané na elektronických počítačoch EC-I033, EC-I022 a BESM-6,
Relevantnosť témy. Mnoho biologických procesov sa uskutočňuje s nevyhnutnou účasťou proteínov a hormónov. Poznanie priestorovej organizácie a dynamických konformačných vlastností prírodných oligopeptidov je nevyhnutné pre štúdium molekulárnych mechanizmov rozpoznávania, stimulácie, regulácie a koordinácie biologických procesov, fenoménu štruktúrno-funkčných vzťahov a riešenie mnohých ďalších otázok veľkého vedeckého a praktického významu. Metóda röntgenovej difrakčnej analýzy môže určiť iba statické stavy proteínov a hormónov. Teoretická konformačná analýza dáva predstavu nielen o priestorovej štruktúre, ale aj o jej potenciáli na zmenu. Preto práca v tomto smere môže viesť k cenným informáciám o jemných detailoch biologických procesov na atómovo-molekulárnej úrovni.
Cieľ práce. Dizertačná práca je venovaná štúdiu priestorovej štruktúry a dynamických konformačných vlastností molekúl endogénnych peptidových hormónov leucín-enkefalínu, dynorphy-yaa, ako aj veľkého množstva ich analógov.
Testovanie teoretického prístupu, ktorý umožňuje predpovedať štruktúry analógov, ktoré majú určité funkcie prirodzených hormónov ešte pred syntézou a biologickými testami. Bolo potrebné nájsť také chemické modifikácie hormónov, ktoré by predĺžili ich pôsobenie alebo selektívne reprodukovali niektorú z týchto funkcií. To si vyžadovalo po prvé objasniť geometrické a energetické charakteristiky preferovaných konformačných stavov prirodzených hormónov (priamy štrukturálny problém) a po druhé cielene upraviť chemickú štruktúru prirodzených hormónov tak, aby ich priestorová štruktúra dobre zodpovedala -definované nízkoenergetické konformácie prírodného peptidu (inverzný štrukturálny problém).
Vedecká novinka. Po prvýkrát boli stanovené priestorové štruktúry a konformačné schopnosti leucín-enkefalínu, n-terminálneho tridekapeptidu diyaorfínu a množstva ich analógov. Zistilo sa, že leucín-enkefalín môže mať len niekoľko nízkoenergetických štruktúr rôznych typov, ktorých počet pre jeho analógy je výrazne znížený.
Konformačné stavy analógov leucínu a enkefalínu možno rozdeliť do dvoch skupín: analógy, ktoré podstupujú významné štrukturálne zmeny v dôsledku nahradenia, a analógy, v ktorých nahradenie aminokyselín vedie k výraznému posunu v konformačnej rovnováhe smerom k niektorým formám prirodzeného hormónu. . Zistilo sa, že N-terminálny tridekapeptid dynorfínu má obmedzený súbor nízkoenergetických štruktúrnych typov, ktorých počet závisí od
charakter prostredia. Zistili sa analógy, ktoré modelujú určité funkčné vlastnosti leucín-enkefalínu a dynorfínu.
Praktická hodnota. Na základe sekvencie aminokyselín leucín-enkefalínu a dynorfínu I-I3 boli stanovené konformačné schopnosti a trojrozmerné štruktúry molekúl, ktorých znalosť je potrebná na štúdium biologickej aktivity a mechanizmu fungovania týchto molekúl, ako aj ako cielené vyhľadávanie analógov.
Teoretický prístup bol testovaný a bola študovaná priestorová štruktúra analógov. Výskum je užitočný pre cielenú syntézu analógov týchto molekúl so špecifickými funkciami. Výpočty ukázali možnosť predpovedania geometrie a konformačných schopností hormónov a chemickej štruktúry ich analógov so známymi vlastnosťami pomocou metódy teoretickej konformačnej analýzy.
Hlavné opatrenia na obranu: I. Výsledky výpočtu priestorovej štruktúry leucín-enkefalínu H - Tyr 1 - Gly 2 - Gly 5 - Phe^~ Leu^-OH A nasledujúce analógy IGO: H-Tyr 1 -Gly 2 -Gly 5 -Phe 4 -Leu5-Arg6-OH,
H-Tyr1-D-Ala2-Gly5-Phe4-Leu5-OH,
H-Tyr1-D-Ala2-Gly5-Phe4-Leu5-Arg6-OH,
H-Tyr1-D-Al a 2-Gly3-Phe4-Al a 5-Arg6-OH,
H-Tyr1-D-Ala2-Gly3-Phe4-Ala5-Lys6~0H,
H-Tyr1-D-Ala2-Gly5-Phe4-Ala5-Asn6-OH,
H-Tyr1-D-Al a 2-Gly5-Phe Z| "-Gly5-Arg6-OH,
H-Tyr1-D-Ala2-Gly5-Phe4-Ala5-Gln6-OH,
H-Tyr1-D-Ala2-Gly5-phe^-Ala5-His6-OH,
H-Tyr1-D-Ala2-Gly5-N-MePhe4-Leu5-Arg6-OH.
2. Výsledky výpočtu priestorovej štruktúry dynorfínu
I-IЗ N -Tyr 1 -Gly 2 -Gly 5 -Phe 4 -Leu 5 -Arg 6 -Arg 7 -lie 8 -Arg 9 -Pro 10 - Lys 11 - Leu 12 - Lys 15 - on a jeho nasledujúce analógy: [ъ-
Ala2]- a (b-Ala12]-dynorfín.
Diskusia o vzťahu medzi chemickou štruktúrou a priestorovým usporiadaním uvažovaných prirodzených a syntetických sekvencií aminokyselín,
Cielené hľadanie chemických modifikácií molekúl leucín-enkefalínu a dynorfínu, stabilnejších a reprodukujúcich biologické funkcie prírodných peptidov.
Schválenie práce. Výsledky práce boli prezentované na 1. celozväzovom sympóziu o intermolekulových interakciách a konformáciách molekúl (Vilnius, 1982), na 1. celozväzovom biofyzikálnom kongrese (Moskva, 1982), na vedeckej konferencii venovanej výsledkom r. výskumná práca za rok 1983 (Baku, 1984"), na Republikovej konferencii mladých vedcov o fyzikálnej a chemickej biológii (Baku, I98I), ako aj na seminároch Katedry optiky a molekulárnej fyziky a problémového laboratória "Molekulárnej biofyziky". ".
Publikácia. Hlavný obsah dizertačnej práce je prezentovaný v siedmich publikáciách.
Štruktúra a rozsah dizertačnej práce. Dizertačná práca je prezentovaná na 159 stranách strojom písaného textu, pozostáva z úvodu, štyroch kapitol a záverov, obsahuje 10 obrázkov, 35 tabuliek a zoznam citovanej literatúry vrátane 135 titulov.
Priamy štrukturálny problém
Pod priamou štruktúrnou úlohou rozumieme stanovenie informačných vlastností molekuly na základe jej chemickej štruktúry. Riešenie tohto problému pre prírodné oligopeptidy uvedené v tabuľke. Bol som postavený na základe nasledujúcich predpokladov.
Sekvencia aminokyselín úplne určuje priestorovú štruktúru molekuly oligopeptidu. 2. Konformačné stavy oligopeptidov za fyziologických podmienok majú minimálnu potenciálnu energiu. 3. Priestorová štruktúra prírodných oligopeptidov zodpovedá presnému zbaleniu sekvencie aminokyselín. 4. V kompaktných štruktúrach oligopeptidov existuje konzistencia medzi všetkými vnútromolekulovými interakciami krátkeho, stredného a dlhého dosahu.
Krátkodobým rozumieme interakcie bočného reťazca daného zvyšku s dvoma susednými peptidovými skupinami; pod priemerom - interakcie zvyšku so štyrmi susedmi na oboch stranách v sekvencii; pod vzdialenými - interakcie so zvyškami vzdialenejšími pozdĺž reťazca (obr. I). Interakcie krátkeho dosahu určujú konformačné schopnosti voľných monopeptidov. Kvantitatívnu predstavu o tejto zložke možno získať konformačnou analýzou zodpovedajúcich metylamidov N-acetyl-1-aminokyseliny. V súčasnosti sa pre všetkých 20 štandardných a-aminokyselín získali sady optimálnych konformácií, ktoré sú výhodné pre interakcie s krátkym dosahom, vhodné na výpočet akejkoľvek aminokyselinovej sekvencie. Obrázok 2a ukazuje potenciálny povrch molekuly N-acetyl-l-alanínmetylamidu ako funkciu dihedrálnych uhlov y a t/g. Povrch má štyri nízkoenergetické oblasti B, H, b a P. Neformačné mapy tr-\jr y b 20 štandardných aminokyselín, ktorých bočné reťazce neobsahujú vetvu na atóme C, sú si veľmi blízke. Potenciálne povrchy metylamidov N-acetyl-L-valínu a b-izoleucínu majú rovnaké, ale o niečo viac zúžené nízkoenergetické oblasti. Mapa -t W-acetyl-glycínmetylamidu je centrosymetrická a obsahuje rozsiahle a prakticky izoenergetické oblasti. R(b) a B (P), obr. 3. Potenciálny povrch molekuly metylamidu N-acetyl-b-prolínu má dve minimá, zodpovedajúce hodnotám uhla "r -60 (R.) a -140 (B), obr.
Teoretické predpovede týkajúce sa informačných schopností a polohy konformačnej rovnováhy metylamidov N-acetyl-os-aminokyselín v polárnom a nepolárnom prostredí zodpovedajú experimentálnym údajom získaným pre množstvo týchto zlúčenín pomocou NMR, ODS, CD a IR spektroskopie. metódy, ako aj dipólové momenty a osmometria plyn-kvapalina \p! 65]. Zároveň porovnanie výsledkov výpočtov týchto molekúl s geometriou aminokyselinových zvyškov v proteínoch známej trojrozmernej štruktúry ukázalo, že experimentálne hodnoty uhlov tp, J\T hlavného reťazca všetkých zvyškov sú len v nízkoenergetických oblastiach (0 - 4,0 kcad/mol) konformačných máp t / - t/g voľných monopeptidov. Existuje tiež uspokojivá zhoda medzi prierezmi potenciálnych povrchových Yf, Y"I metylamidov N-acetyl-ot-aminokyselín a konformačnými stavmi bočných reťazcov v trojrozmernej štruktúre proteínu [bb - 68]. Detekcia korelácie medzi geometriou všetkých aminokyselinových zvyškov v prirodzených sekvenciách a nízkoenergetickými stavmi voľných monopeptidov peptidového reťazca do natívnej štruktúry, len z takýchto súborov sa vyberú (najskôr pod vplyvom interakcií stredného a potom dlhého dosahu) konformačné stavy všetkých zvyškov Reálne sú len tie konformácie zvyškov preferované pre interakcie s krátkym dosahom ktorých kombinácia v danej aminokyselinovej sekvencii zaisťuje vytvorenie najpriaznivejších stabilizačných medzizvyškových kontaktov. Sekvencia konformačných stavov zvyškov je teda špecifická pre prirodzenú štruktúru akéhokoľvek prirodzeného peptidu, a nie pre samotné stavy. Situácia je tu v princípe podobná chemickej štruktúre prírodných peptidov.
Vzhľadom na obrovský počet počiatočných variantov, ktoré môžu byť zložené z nízkoenergetických konformácií zvyškov, je priame riešenie priameho štrukturálneho problému možné len pre krátke sekvencie obsahujúce nie viac ako 4-5 jednotiek. Pri peptidoch s vyššou molekulovou hmotnosťou možno cieľ dosiahnuť len rozdelením celého problému na množstvo menej ťažkopádnych úloh a ich postupným riešením. Schopnosť používať postupný prístup je spôsobená prítomnosťou konzistentnosti medzi všetkými interakciami krátkeho, stredného a dlhého dosahu. Na tomto základe sa získali riešenia veľkého počtu priamych štrukturálnych problémov pre veľmi zložité oligopeptidy a proteíny s nízkou molekulovou hmotnosťou.
Konformačné možnosti leucín-enkefalínu
Pri nahradení štvrtého zvyšku peptidov BPPk a N-MeAla 4 BPPc OOOTBeTCTBeHHO Ha D -Ala - ID -N CHieAIA - BPPg VŠETKY CTpyK zájazdy povolené pre molekuly s b-konfiguráciou budú zakázané pre molekuly s inou konfiguráciou. Preto syntetické analógy D-Ala4-BPPg a D-N-MeAia4BPPg nebudú mať fyziologické vlastnosti prírodnej zlúčeniny. Alternatívne obmedzenie na štruktúry platí, keď nahrádzaný b-zvyšok predchádza prolín. Ale aj keď toto pravidlo nie je splnené, zahrnutie D-aminokyseliny, najmä aminokyseliny substituovanej na dusíku, do b-sekvencie sa môže ukázať ako najefektívnejší spôsob riešenia inverzného štrukturálneho problému. To bude závisieť od špecifickej sekvencie, konformačných schopností prirodzeného peptidu a účelu štúdie. Nahradenie b-zvyšku nachádzajúceho sa v stave B v štruktúre záujmu za D-zvyšok teda vždy povedie k jeho zákazu. Ak má nahradený zvyšok formu L hlavného reťazca, potom so zahrnutím D-zvyšku sa zvyšuje pravdepodobnosť realizácie zodpovedajúceho konformačného stavu, pretože to znižuje energiu interakcií s krátkym dosahom tohto zvyšku a rozširuje rozsah. povolených hodnôt jeho uhlov Y, Tz (obr. 2), čo môže viesť k vytvoreniu efektívnejších medzizvyškových kontaktov. Veľké možnosti na cielené stanovenie iónovej štruktúry sa otvárajú pri nahradení glycínu b- a D-alanínom. Počas prvej substitúcie budú zakázané všetky konformácie, v ktorých uhly p, ar glycínu spadajú do oblasti P, a konformácie s uhlami glycínu p, y v oblasti b budú menej pravdepodobné. Ak je Giy nahradený D-Ala, konformácie s B formou glycínu budú nemožné a menej pravdepodobné s B formou. Okrem toho zahrnutie D-zvyšku do reťazca ovplyvní vzťah peptidu s peptidázami a povedie k predĺženiu jeho účinku.
Riešenie inverzného štrukturálneho problému yaonapeptidového spánkového hormónu bude tiež založené na známom súbore všetkých nízkoenergetických konformácií prirodzenej molekuly a najjednoduchších a prirodzene sa vyskytujúcich chemických modifikáciách aminokyselinových sekvencií uvedených vyššie.
Doteraz sa pri riešení inverzného štruktúrneho problému používali substitúcie aminokyselín, ktorých vplyv na konformačné schopnosti molekuly bolo možné jednoducho a priori posúdiť, aspoň na úrovni tvaru hlavného reťazca a tvaru. Dôkladná kvantitatívna analýza bola potrebná len na určenie poradia usporiadania konformačných stavov podľa energetických hodnôt v úzkom rozsahu vybraných možností. Avšak všetky substitúcie, ktoré nezahŕňajú glycínové a prolínové zvyšky, nevedú k a priori vylúčeniu akýchkoľvek foriem a tvarov peptidového okeletu. Vplyv takýchto substitúcií na konformačné možnosti nezávisí ani tak od interakcií krátkeho dosahu, ale od interakcií stredného a dlhého dosahu, t.j. z veľmi zložitého vnútromolekulového kontaktného systému, určeného nie jednotlivými zvyškami, ale celou sekvenciou. Keďže v každom prípade ide o jedinečnú situáciu, stále je možné identifikovať dôsledky nahradenia aj vo vzťahu k formám a tvarom iba výpočtom. Ďalším predmetom úvahy je analóg α-peptidu, v ktorom sú zvyšky Ala 2 a Gly 8 nahradené Vai 8. Dalo by sa očakávať, že zahrnutie dvoch zvyškov s objemnými a neohybnými bočnými reťazcami do sekvencie by výrazne zmenilo energetická distribúcia konformácie prirodzeného nonapeptidu. Pred výpočtom však bolo ťažké predpokladať, že globálna štruktúra modifikovanej sekvencie bude HS konformácia, ktorá má najvyššiu energiu v sérii pridelenej 8-peptidu. Ukázalo sa, že obidva valínové zvyšky dobre zapadajú len do štruktúry USA, bez zmeny jej geometrie a bez zničenia existujúceho systému interakcií; Stabilita tejto štruktúry v analógu Vai sa zvyšuje v porovnaní s 8 peptidom o 8,0 kcal/mol.
Ďalšia modifikácia &-peptidovej sekvencie - poznámka z Asp na Asn, je stericky najnevýznamnejšia, ale elektronicky veľmi významná. To robí štruktúry iba jedného typu eefeefe skutočnými pre Asn5-S-peptid, medzi ktorými je dominantná konformácia Pa. Ako ukazujú výpočty, v tomto prípade sa zmeny týkajú iba dvoch interreziduálnych interakcií s YT, a to kontaktov Asn s Gin a s Trp. Neprítomnosť negatívneho náboja na zvyšku v piatej polohe, ktorá je centrálna v štruktúre Pa, odstraňuje elektrostatické odpudzovanie medzi zvyškami prvého páru (približne +6,8 kcal/mol pre prirodzený peptid až +0,2 pre Asn-analóg). Zároveň však zaniká stabilizačná polárna interakcia medzi zvyškami druhého páru, ktorá je však v S-peptide v PA konformácii oveľa menej účinná (-3,0 kcal/mol).
Analógový Tyi^-D- Ala2- Gly3- Phe4- Leu5- - Arg6
Nízkoenergetické konformácie [p-Ala2]-LEK, ktoré sme získali, sú uvedené v tabuľke. 9 sú energetické charakteristiky najstabilnejšej konformácie každej formy hlavného reťazca -LEK uvedené v tabuľke. 10. Výsledky výpočtu ukázali, že v sekvencii LEC vedie nahradenie Gly fc D-Alar k silnej energetickej diferenciácii konformácie, foriem a tvarov hlavného reťazca. Zo 16 možných typov štruktúr sa len tri konformácie, a to ffff, fffe a efff, ukázali ako nízkoenergetické (tabuľka 9). Na rozdiel od molekuly LEC sú konformácie tvaru effe pre jej analóg vysokoenergetické. Ich relatívna energia vzrástla v priemere o 3,0 kcal/mol v porovnaní s konformáciami rovnakého tvaru molekuly LEK. Je to zrejme spôsobené skutočnosťou, že v nízkoenergetických konformáciách tvaru efff je druhý zvyšok vo forme B hlavného reťazca, ktorá je menej priaznivá pre D-stereoizomér.
Globálna štruktúra analógu LEC je V LP % L32 tvaru ffff v tejto konformácii, dipeptidové interakcie prispievajú -9,2 kcal/mol, tripeptid -1,7 kcal/mol, tetrapeptid-nne -3,3 kcal/mol a pentapeptid -10,1 kcal/ mol. Je to posledný komponent, ktorý robí túto konformáciu najvýhodnejšou. Energia konformácie B2PHB2B32 tvaru fffe je len o 0,1 kcal/mol vyššia ako energia globálnej konformácie. Tu je interakcia penta-peptidu medzi zvyškami Tyr a Leu viac oslabená a interakcie tri- a tetrapeptidu sú silnejšie. Najväčší príspevok k stabilizácii tejto konformácie majú disperzné interakcie (-20,7 kcal/mol). nominálna energia je 3,0 kcal/mol. Na základe výsledkov výpočtu možno predpokladať, že za fyziologických podmienok analóg D-Ala-LEK nebude vykonávať všetky funkcie vlastné prirodzenej molekule LEC. Funkcia molekuly, ktorej implementácia vyžaduje štruktúru LEC typu effe, sa stane nerealizovateľnou. Výsledky konformačnej analýzy analógu Leutsch-enkefalínu teda umožňujú urobiť nasledujúce predpoklady - po prvé, tento analóg nebude schopný vykonávať všetky funkcie LEC, ale iba tie, v ktorých by jeho priestorová štruktúra mala byť ffff , fffe a čiastočne efff typy, A po druhé, kvôli výmene? 2 aminokyselinového zvyšku Gly na D - Ala sa molekula analógu stáva odolnejšou voči pôsobeniu degradujúcich enzýmov, čo spomaľuje enzymatickú hydrolýzu tohto analógu v tele a tým predlžuje jeho pôsobenie." Analóg Tyr I- D- Ala2- Gly3- Phe4- Leu5-Arg 6.
Priestorová štruktúra tohto analógu molekuly LEC bola študovaná na základe optimálnych konformácií jeho dvoch ďalších analógov - a -LEK, diskutovaných vyššie. Výsledné nízkoenergetické konformácie analógu -LEK sú uvedené v tabuľke. II a energetické charakteristiky najstabilnejšej konformácie každej formy hlavného reťazca sú v tabuľke. 12.
Relatívna energia 28 konformácií tohto analógu je pod 5,0 kcal/mol. Všetky patria do siedmich rôznych foriem hlavného reťazca, piatich tvarov. Nízkoenergetické varianty analógu -LEK brané ako základ pre výpočet sa ukázali ako sľubné a boli zachované pre analóg p-Ala2, Arg6]. Nízkoenergetické tvary hlavného reťazca analógu -LEK, získané ako výsledok jeho konformačnej analýzy, sú znázornené na obr.
Relatívna energia konformácie B2PRR2B21B5522 tvaru ffffe je 0,9 kcal/mol V tejto konformácii je príspevok ditri-, tetra- a pentapeptidových interakcií -10,0, -3,9, -5,1 a -7,0 kcal/mol. . Ako je možné vidieť, prvé dve interakcie v tejto konformácii sú slabšie ako interakcie globálnej a hexapeptidová interakcia je veľmi malá,
V konformácii %REB3B32%22 tvaru fffee je relatívna energia 3,2 kcal/mol V tejto konformácii pôsobím stabilizačne! hlavne di- a pentapeptidové interakcie. Sú rovné -8,4 a -9,3 kcal/mol. Vo všeobecnosti majú nevalentné interakcie silný stabilizačný účinok, približne -29,0 kcal/mol.
Dá sa teda predpokladať, že molekula -LEK si môže zachovať len niektoré biologické funkcie prirodzeného hormónu. Jeho účinok v tele sa však pravdepodobne predĺži. Analógom Tyr je D-Ala 2-Gly 3-Phe 4-A1a 5-Arg 6.
Keďže priestorová štruktúra tohto analógu bola študovaná na základe výsledkov výpočtov molekuly [n-A1a 2t Arg 6]-LEK diskutovanej vyššie, pre túto molekulu sa vypočítali konformácie iba piatich najlepších tvarov peptidového skeletu, a to : ffff, ffffe, effff, efffe a fffee. Nájdené preferované konformácie sú uvedené v tabuľke. 13 a energetické charakteristiky najstabilnejších konformácií každej uvažovanej formy hlavného reťazca sú uvedené v tabuľke. 14
Fragmenty Phe 4-Arg7 a Arg 6-Arg9
Prvýkrát identifikovaný Goldsteinom a kol. [A27І z extraktu prasacej hypofýzy, N-terminálny tridekapeptid dynorfínu má biologickú aktivitu ako celý peptid, sekvencia dynorfínu (I-IZ) zahŕňa leucín-enkefalín. Aminokyselinová sekvencia dynorfínu sa stanovila kombináciou automatickej Edmanovej metódy a hydrolýzy s karboxypeptidázami A a Y\128j. Predpokladá sa, že dynorfín je prekurzorom dvoch peptidov IA (N-koncový 17-členný fragment) a IB (C-koncový 13-členný fragment), ktoré vznikli ako výsledok enzymatickej hydrolýzy peptidovej väzby Lyz - Arg 19.
Dynorfín sa líši od iných opiátových peptidov tým, že interaguje s opiátovými receptormi v prípravku ilea morčiat, 50-krát účinnejší ako p-endorfín, 200-krát účinnejší ako morfín a 700-krát účinnejší ako LEC. Dynorfín môže hrať úlohu pri regulácii reakcií na zmeny v metabolizme voda-soľ, ako aj podieľať sa na procesoch spojených s pôrodom a kŕmením. Biologická aktivita dynorfínu bola odolná voči deštrukcii brómkyánom.
Dynorfín má jedinečný účinok na analgéziu vyvolanú u myší opioidmi, ako je morfín, β-endorfín (BER) a analógy leucín-ankefalínu. Oslabuje analytický účinok morfínu, zosilňuje analgetický účinok veľkých dávok BER, bez oslabenia účinku malých dávok BER, dynorfín (I - 13) nespôsobuje analgéziu. Predpokladá sa, že dynorfín má modulačný účinok na analytický účinok morfínu, BER a niektorých iných endogénnych opioidov.
Dynorfín ovplyvňuje aj správanie myší, zvyšuje pocit hladu, keď sa podáva centrálne do mozgu, tieto účinky však nalakoon neodstráni # Účinok dynorfínu (I-I3) je úplne blokovaný nalakoonom, ale trvá to 13-krát viac na potlačenie aktivity dynorfínu (I-I3) jeho vyššia koncentrácia ako na potlačenie účinku LEC alebo normorfínu. Vysoko purifikované mozgové membrány myší rýchlo degradujú dynorfín (I-I3), čo naznačuje prítomnosť zodpovedajúcej proteázy v mozgových membránach.
Kazarossian a kol. ku konjugátu biologicky aktívneho fragmentu I-I3 dynorfínu sa získalo vysoko citlivé špecifické kvantitatívne antisérum (Ac). Štúdia krížovej reakcie Ac so skrátenými fragmentmi dynorfínu (I-I3) ukázala, že C-koncový zvyšok lyzínu-13 a voľná aminoskupina Tyr nie sú nevyhnutné pre imunoreaktivitu dynorfínu (I-I3). Súčasne postupné skracovanie dynorfínu (I-I3) z C-konca, počnúc od 12. zvyšku, vedie k postupnému znižovaniu imunoreaktivity, ktorá sa po odstránení 9. zvyšku stáva extrémne nízkou a prakticky chýba dynorfín (1-5), tie. leucín-enkefalín Rovnaká práca ukázala, že nahradenie Gly β-Ala2 v dynorfíne (I-I3) vedie k zníženiu imunoreaktivity.
Chavkin a Goldstein [іЗЗ] študovali rôzne časti molekuly dynorfínu (I-ІЗ) v jej interakcii s receptormi nervového plexu svalov prasaťa. Odstránenie aminokyselín z C-konca dynorfínu (I-I3) ukázalo, že lyzín-13, lyzín-H a arginín-7 sú zjavne potrebné na udržanie vysokej úrovne interakcie peptidu s receptormi. Odstránenie N-terminálneho tyrozínu viedlo k strate biologickej aktivity peptidu." Autori \_133"\ naznačujú, že TT 7 Lys a Arg sú zjavne potrebné pre špecifickosť interakcie s dynorfínovými receptormi (I-I3), ktoré sa líšia od mu receptorov v tom istom tkanive Wüster et al. j«.-0P Pri porovnaní opioidných aktivít dynorfínu (I-I3), -LEK, LEC, sufentanilu, atď. u kontrolných myší sa zistilo, že aktivita dynorfínu (I-I3) sa mierne znížila. Na tomto základe autori predpokladajú, že existujú opiátové receptory špecifické pre dynorfín (I-I3) a fungujúce nezávisle od f- a oP dynorfín (I-I3) a LEC interagujú s rôznymi populáciami opiátových receptorov.
Štruktúra dynorfínu (I-13) vo vode a iných látkach bola študovaná spektroskopickými metódami CD spektrá vodných roztokov dynorfínu poukazujú na jeho poruchovosť a veľmi labilnú štruktúru Spolu s polyfunkčnosťou má dynorfín (I-I3) vysokú citlivosť a špecifickosť každého jeho pôsobenia Zrejme je to spôsobené tým, že molekula dynorfínu (I-I3) za fyziologických podmienok nie je štatisticky fluktuujúcou cievkou, ale má veľmi špecifický súbor izoenergetických konformácií rôznych typov Počet funkcií, ktoré dynorfín vykonáva, možno očakávať, že tento súbor je veľmi reprezentatívny. Na štúdium štruktúrnej a funkčnej organizácie oligopeptidu na atómovo-molekulárnej úrovni je potrebné poznať celý súbor nízkoenergetických a fyziologicky „aktívnych“ konformačných stavov molekuly. Získali sme riešenie tohto problému pre N-terminálny tridekapeptid dynorfín a množstvo jeho analógov pomocou metódy teoretickej konformačnej analýzy v polárnom a nepolárnom prostredí.