Биохимия билеты (1)

28. Эндогенные опиоиды, их виды. Биохимия опиоидных рецепторов, их типы и участие в формировании реакций на наркотические анальгетики. Агонисты и антагонисты опиоидных рецепторов.

Эндогенные опиоиды (эндогенные опиоидные пептиды) – группа нейропептидов, являющихся эндогенными лигандами-агонистами к опиоидным рецепторам.

Биологические эффекты реализуются посредством стимуляции опиоидных рецепторов, локализованных в ЦНС и периферических тканях.

Семейства эндогенных опиоидов:

·Эндорфины

·Энкефалины

·Динорфины

Биосинтез

Образуются из белковых предшественников, продуцируемых в различных соотношениях в отделах нервной системы и периферических органах.

Все регуляторные пептиды синтезируются как часть более длинных предшественников, начинающихся с сигнальной последовательности, которая обеспечивает транслокацию первичного продукта транслокацию первичного продукта трансляции в цистерны ЭР, а затем отщепляется.

Геном содержит 3 разных гена, кодирующих высокомолекулярные предшественники опиоидных пептидов.

Каждый ген кодирует синтез крупных белков пре-пропептидов:

·Пре-проопиомеланокортина

·Пре-проэнкефалина

·Препродинорфина

Про-опиомеланокортин производит по 1 копии АКТГ, β-липотропина, β-эндорфина, мет-энкефалина, МСГ

Про-энкефалин производит 4 копии мет-энкефалина, одну – лей-энкефалина

Про-динорфин при расщеплении РС2-конвертазой производит динорфин А, динорфин В, α/β-неодинорфин и 3 копии лей-энкефалина и др. Иногда продинорфин обрабатывается не полностью, что приводит к образованию т. н. «большого динорфина», который состоит из 32 аминокислотных остатков и включает как динорфин A, так и динорфин B.

Спектры пептидов, производимых в ходе посттрансляционной модификации из про-пептидов, могут изменяться в зависимости от различных условий.

Энкефалины

Короткие цепочки из 5 аминокислот (пентапептиды), различающиеся только концевым С-остатком

Лей-энкефалин: H₂N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-COOH

Мет-энкефалин: H₂N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-COOH

Эндорфины

Β-эндорфин, в отличие от энкефалинов, состоит из 31 аминокислотного остатка, G и Y – из 16 и 17 соответственно.

Все эндорфины в N-концевой области молекулы содержат обычно остаток энкефалина (мет-энкефалин).

Структурная формула β-эндорфина:

H₂N-Tyr-Gly-Gly-Phe-Met-Thr-Ser-Glu-Lys-Ser-Gln-Thr-Pro-Leu-Val-Thr-Lue-Phe-Lys-Asn-Ala-Ile-Ile-Lys-Asn-Ala-His-Lya-Lya-Gly-Gln-COON

Динорфины

Динорфин A, динорфин B и большой динорфин включают большое количество оснóвных аминокислотных остатков (29,4 %, 23,1 % и 31,2 % соответственно), в частности лизина и аргинина, а также множество гидрофобных остатков (41,2 %, 30,8 % и 34,4 %).

Действие энкефалинов

Энкефалины вырабатываются в ЦНС, преимущественно в лимбической системе, гипофизе и гипоталамусе.

Энкефалины найдены также в эндокринных клетках инервных волокнах желудка и кишечника.

Обладают анальгезирующим (обезболивающим) действием, участвуют в регуляции функций ЖКТ, желез внутренней секреции, сердца, высшей нервной деятельности и т.д.

Выполняя в организме функции нейромодуляторов, нейромедиаторов и гормонов, энкефалины влияют на многие системы организма, включая нейромедиаторную, нейроэндокринную, иммунореактивную, на эмоциональное и психическое состояние организма.

Физиологически, эндорфины и энкефалины обладают сильнейшим обезболивающим, противошоковым и антистрессовым действием, понижают аппетит и уменьшают чувствительность отдельных отделов ЦНС.

Характерный эффект - анальгетическое (обезболивающее) действие, обуславливается торможением выброса других медиаторов из пресинаптических окончаний.

Опиоидные рецепторы

Опиоидные рецепторы – встроенные в плазматическую мембрану надмолекулярные комплексы, специфически взаимодействующие с эндогенными и экзогенными опиоидами.

·Мю (μ1, μ2, μ3) MOR

Локализация: ГМ, СМ, периферические чувствительные нейроны, ЖКТ

Функция: спинальная и супраспинальная анальгезия, эйфория, угнетение дыхания, миоз, ослабление перистальтики ЖКТ, физическая зависимость.

·Дельта (δ1, δ2) DOR

Локализация: ГМ, периферические чувствительные нейроны

Функция: супраспинальная анальгезия, антидепрессантные эффекты, физическая зависимость,

·Каппа (κ1, κ2, κ3) KOR

Локализация: ГМ, СМ, периферические чувствительные нейроны

Функция: анальгезия, седация, миоз, угнетение выработки АДГ, дисфория

Проявляют максимальное сродство к рецепторам:

Эндорфины (эндоморфины) – μ

Энкефалины – δ

Динорфины – κ

Действие большинства лекарственных веществ опиоидных анальгетиков связано со стимуляцией рецепторов μ-типа.

Опиоидные рецепторы сопряжены с аденилатциклазой (Gi - ингибирование).

При стимуляции опиоидных рецепторов угнетается активность аденилатциклазы, активируется фосфолипаза С, уменьшается проводимость Са каналов и увеличивается проводимость К каналов

Закрытие потенциал-зависимых кальциевых каналов в пресинаптическом нейроне приводит к уменьшению выброса возбуждающих нейромедиаторов (таких как глутаминовая кислота), а активация калиевых каналов приводит к гиперполяризации мембраны, что уменьшает чувствительность нейрона к возбуждающим нейромедиаторам.

Строение опиоидных рецепторов:

Примечания: темными кружками обозначены аминокислоты, подвергающиеся фосфорилированию посредством цАМФ-зависимых протеинкиназ и протеинкиназы С;

стрелки - места возможного гликозилирования.

Полипептидная цепь опиоидных рецепторов семь раз пронизывает нейрональную мембрану. Соответственно, трансмембранные участки обозначают ТМ-1 - ТМ-7. Трансмембранные домены ассоциированы с гуаниннуклеотидсвязывающими белками - G-белками. NH₂-терминаль, экстрацеллюлярные петли и верхушка ТМ-4 являются участками связывания агонистов и антагонистов. Однако для каждого рецептора участки рецептирования лигандов различны: в дельта-рецепторах это третья экстрацеллюлярная петля, в мю-рецепторах - первая и третья экстрацеллюлярные петли, в каппа-рецепторах - 2-я экстрацеллюлярная петля и верхушка ТМ-4.

Биохимия опиоидных рецепторов:

Опиоидные рецепторы связаны с G-белками, их стимуляция вызывает угнетение активности аденилатциклазы и снижение концентрации цАМФ в клетке. Кроме того, опиоиды открывают связанные с G-белками калиевые каналы, при этом повышается выход ионов калия из клетки, что приводит к гиперполяризации мембраны. Вследствие этого в пресинаптических мембранах нейронов блокируется вход ионов кальция в клетку и уменьшается выделение медиаторов из пресинаптических окончаний. Из окончаний первичных афферентов в задних рогах спинного мозга уменьшается выделение «ноцицептивных» медиаторов (медиаторов боли) - глутамата, нейрокининов, вещества Р и таким образом снижается активирующее воздействие на вставочные нейроны, участвующие в передаче болевых импульсов в высшие центры. Кроме того, гиперполяризация мембран вставочных нейронов приводит к угнетению их активности. Нисходящие тормозные пути антиноцицептивной системы образованы аксонами норад- ренергических и серотонинергических и пуринергических нейронов. В развитии анальгетического действия определенную роль играют каннабиноидные рецепторы.

Агонисты:

1)Производные фенантрена - морфин, кодеин, налбуфин, буторфанол

2)Производные пиперидина - фентанил, ремифентанил, тримеперидин (промедол)

3)Производные тебаина - бупренорфин

4)Различного химического строения - трамадол (трамал)

Антагонисты:

Полные: налоксон, налтрексон

Блокируют в основном μ-рецепторы и в меньшей степени δ и κ. Устраняют угнетение дыхания, эйфорию и др.

Частичные (проявляют менее выраженное действие): бупренорфин

Применяются при ломке, при лечении механического морфинизма

Агонисты-антагонисты: буторфанол, налбуфин, пентазоцин

Стимулируют κ, но блокируют μ-рецепторы (частичные агонисты μ)

29. Биохимия энкефалинов и эндорфинов. Особенности химического синтеза и строения. Роль химической структуры в проявлении свойств наркотических средств фенантренового ряда. Опиоидные рецепторы, их типы и функции.

Эндорфины — группа полипептидных химических соединений, по способу действия сходных с опиатами (морфиноподобными соединениями), которые естественным путём вырабатываются в нейронах головного мозга и обладают способностью уменьшать боль, аналогично опиатам, и влиять на эмоциональное состояние.

Структурная формула эндорфина состоит из 31 аминокислоты.

В медицине аналоги эндорфинов применяются для лечения депрессивных расстройств и сильной боли.

Рис.1. Бета-эндорфин

Энкефалины — группа органических веществ, разновидность нейропептидов — опиоидные пептиды, обладающие морфиноподобным действием.

Энкефалины представляют собой олигопептиды, то есть короткие (сравнительно с молекулами белков) цепочки аминокислот. Встречаются пептиды с цепочками от 5 до 11 аминокислот.

Энкефалины вырабатываются небольшими нейронами и наряду с ГАМК участвуют в регуляции болевых ощущений, но в отличие от ГАМК они воздействуют на опиоидные рецепторы аксона, препятствуя передаче болевых импульсов от сенсорного нейрона спинномозгового ганглия в проводящий нейрон заднего рога соответствующего отдела спинного мозга.

Различают лей-энкефалин (Tyr—Gly—Gly—Phe—Leu) и мет-энкефалин (Tyr—Gly—Gly—Phe—Met).

Энкефалины и эндорфины обладают обезболивающим действием (при введении их непосредственно в мозг), снижают двигательную активность желудочно-кишечного тракта, влияют на эмоциональное состояние. Действие опиоидных пептидов исчезает через несколько секунд после введения налоксона — антагониста морфина.

По своему строению эти вещества идентичны друг другу по четырем аминокислотам в их аминоокончаниях, которые представляют собой «активный центр» молекулы, хотя каждое из этих веществ обладает различным биологическим действием. Эндорфины как класс лучше связываются с опиатными рецепторами, чем сам морфин, и они проявляют себя в 20—700 раз более сильнодействующими, чем алкалоиды морфина.

Биосинтез эндорфинов

Синтез β-эндорфина (количество которого в организме наибольшее из всех эндорфинов) в гипофизе происходит как часть синтеза более крупной молекулы-предшественника (проопиомеланокортина, или ПОМК), которая также содержит полную последовательность АКТГ, α-МСГ, β-МСГ и β-ЛПГ.

Биосинтез АКТГ и биосинтез β-эндорфина сложным образом связаны между собой в гипофизе происхождением от одного и того же гена, который кодирует оба гормона. Всегда, когда в гипофизе секретируется АКТГ, там также происходит секреция β-эндорфина.

Синтезу ПОМК способствует трансляция гена, кодирующего структуру адренокортикотропного гормона (АКТГ), β-липотропного гормона (β-ЛПГ) и β-эндорфина.

В разных тканях происходят дифференцированные превращения ПОМК. Такое превращение может включать в себя метаболическую инактивацию пептидов, генерируемых из молекулы-предшественника в определенных анатомических областях.

β-МСГ генерируется в промежуточной доле мозга у животных низших видов. У человека отсутствует промежуточная доля мозга как четко выраженное единое анатомическое образование, и поэтому β-МСГ у человека продуцируется только в отдельных разрозненных клетках гипофиза. Эти клетки гипофиза секретируют β-эндорфин, β-липотропный гормон и АКТГ.

Синтез энкефалинов

Энкефалины ведут свое происхождение от разных предшественников, например в надпочечниках происходит биосинтез энкефалина, представляющего собой часть большой молекулы белка, — проэнкефалина-А, в котором содержится шесть повторов последовательности мет-энкефалина и одна структура лей-энкефалина. И снова типичные места отщепления «прогормоноподобных» веществ будут обусловливать структуру энкефалина. Динорфины и неоэндорфины ведут свое происхождение от третьей отдельной молекулы-предшественника — проэнкефалина-В.

Роль химической структуры

Все эти наркотические вещества фенантренового ряда (морфин, кодеин, тебаин) синтезируются из тирозина. Также они связываются тирозином с опиатными рецепторами.

Опиоидные рецепторы

·Мю (μ1, μ2, μ3) MOR

Локализация: ГМ, СМ, периферические чувствительные нейроны, ЖКТ

·Дельта (δ1, δ2) DOR

Локализация: ГМ, периферические чувствительные нейроны

Функция: супраспинальная анальгезия, антидепрессантные эффекты, физическая зависимость,

·Каппа (κ1, κ2, κ3) KOR

Локализация: ГМ, СМ, периферические чувствительные нейроны

Функция: анальгезия, седация, миоз, угнетение выработки АДГ, дисфория

Сродство к рецепторам

Эндорфины (эндоморфины) – μ
Энкефалины – δ
Динорфины – κ

30. Эйкозаноиды: их разновидности и функции. Биологически активные метаболиты арахидоновой кислоты. Биологические функции простагландинов. Их химическое строение и классификация. Ингибиторы синтеза простагландинов, тромбоксансинтетазы, липоксигеназы.

Эйкозаноиды – окисленные производные полиненасыщенных жирных кислот, содержащих 20 углеродных атомов. Синтезируются в эндокринных железах и других органах и тканях.

В зависимости от исходной жирной кислоты и, соответственно, числа двойных связей все эйкозаноиды делят на 3 группы:

Первая группа – синтезируется из эйкозотриеновой кислоты (С20:3), которая образуется из линоленовой (С18:3). В соответствии с количеством двойных связей простагландинам и тромбоксанам присваивается индекс 1, лейкотриенам – индекс 3: например, Pg E1, Pg I1, TxA1, LtA3.

Вторая группа синтезируется из арахидоновой кислоты (С20:4). По тому же правилу ей присваивается индекс 2 или 4, например, Pg E2, Pg I2, Tx A2, Lt A4.

Третья группа эйкозаноидов происходит из тимнодоновой кислоты (С20:5). По числу двойных связей присваиваются индексы 3 или 5: например, Pg E3, Pg I3, Tx A3, Lt A5.

Выделяют 3 основные разновидности эйкозаноидов: простагландины, лейкотриены, тромбоксаны. Простациклины являются подвидом простагландинов.

Простагландины (Pg) синтезируются во всех клетках, кроме эритроцитов и лимфоцитов. Выделяют типы простагландинов A, B, C, D, E, F. Функции простагландинов сводятся к изменению тонуса гладких мышц бронхов, мочеполовой и сосудистой системы, ЖКТ, при этом направленность изменений различна в зависимости от типа простагландинов, типа клетки и условий. Они также влияют на температуру тела.

Простациклины являются подвидом простагландинов (Pg I), вызывают дилатацию мелких сосудов, обладают особой функцией – ингибируют агрегацию тромбоцитов. Их активность возрастает при увеличении числа двойных связей в исходных жирных кислотах. Синтезируются в эндотелии сосудов миокарда, матки, слизистой желудка.

Тромбоксаны (Tx) образуются в тромбоцитах, стимулируют их агрегацию и вызывают сужение сосудов. Их активность снижается при увеличении числа двойных связей в исходных жирных кислотах.

Лейкотриены (Lt) синтезируются в лейкоцитах, в клетках легких, селезенки, мозга, сердца. Выделяют 6 типов лейкотриенов: A, B, C, D, E, F. В лейкоцитах они стимулируют подвижность, хемотаксис и миграцию клеток в очаг воспаления, в целом они активируют реакции воспаления, предотвращая его хронизацию. Также вызывают сокращение мускулатуры бронхов (в дозах в 100-1000 раз меньших, чем гистамин).

Депонироваться эйкозаноиды не могут, разрушаются в течение нескольких секунд, и поэтому клетка должна синтезировать их постоянно из поступающих жирных кислот ω6- и ω3-ряда.

Функции эйкозаноидов:

1) Регулируют тонус гладкой мускулатуры, влияя на АД, состояние бронхов, кишечника, матки;

2) Регулируют секрецию воды и натрия почками, влияют на свертывание крови;

3) Регулируют состояние слизистой оболочки желудка;

4) Участвуют в формировании процесса воспаления при повреждении тканей и инфекции (боль, отек, лихорадка); являются медиаторами боли;

5) Избыточная секреция эйкозаноидов приводит к развитию таких заболеваний, как бронхиальная астма и других аллергических реакций, а также к тромбозам;

6) Недостаточная секреция эйкозаноидов приводит к возникновению язвы желудка.

Простагландины (PG) продуцируются тучными клетками, макрофагами, эндотелиальными клетками и другими клетками и вовлекаются в местные и системные воспалительные реакции. Они не образуются, в каких-либо эндокринных железах, а синтезируются клетками самых разных тканей.

Простагландины образуются под действием двух циклооксигеназ: конститутивно экспрессированной ЦОГ-1 и индуцибельного фермента ЦОГ-2. Простагландины распределены на группы в соответствии со структурными свойствами и кодируются буквой (PGD, PGE, PGF, PGG, PGH и др.) и подстрочным номером (например, 1, 2), который указывает на двойные связи в их структуре.

Простагландины оказывают местное действие, а также участвуют в патогенезе боли и лихорадки при воспалении. Они вызывают сокращение или расслабление гладкой мускулатуры пищеварительной и дыхательной систем, оказывают влияние на давление крови, деятельность сердечной мышцы, эндокринной системы, состояние бронхов, кишечника, матки. Простагландины содействуют свертыванию крови, восстановлению поврежденных кровеносных сосудов, удалению тромбов. Они регулируют кровоток (сокращение мышц кровеносных сосудов и их сужение, чтобы предотвратить потерю крови) и температуру тела. Простагландины ответственны за воспалительные или аллергические реакции организма, влияют на транспорт ионов через некоторые мембраны, регулируют секрецию воды и натрия почками, контролируют передачу нервного импульса через синапс.

Самые важные среди простагландинов при воспалительных реакциях — PGE2, PGD2, PGF2a, PGI2 и тромбоксан А2, каждый из которых образуется при действии специфического фермента на предшественник во время передачи сигнала. Некоторые из этих ферментов ограничивают распространение ткани. Например, тромбоциты содержат фермент тромбоксансинтетазу и основной продукт этих клеток — тромбоксан А2, потенциальный агент агрегации тромбоцитов и вазоконстриктор. Тромбоксан А2 нестабилен и быстро превращается в неактивную форму — тромбоксан В2.

В сосудистом эндотелии тромбоксансинтетаза отсутствует, но присутствует простациклинсинтетаза, которая приводит к образованию PGI2 (простациклина) и его стабильного конечного продукта PGFla. PGI2 — это вазодилататор и потенциальный ингибитор агрегации тромбоцитов, который еще и заметно увеличивает проницаемость и хемотаксические эффекты других медиаторов.

PGD2 — главный простагландин тучных клеток. Вместе с широко распространенным PGE2 он вызывает вазодилатацию и повышает проницаемость посткапиллярных венул, таким образом усиливая формирование отека. PGF2ot стимулирует сокращение гладких мышц матки, бронхиального дерева и мелких артериол. PGD2 является хемоаттрактантом для нейтрофилов.

Молекулы простагландинов имеют скелет из 20 атомов углерода и содержат обычно в положении 15 гидроксогруппу.

В организме человека вырабатываются 4 биоактивных простагландина:

простагландин E₂ (Динопростон)
простагландин I₂ (Простациклин)
простагландин D₂
простагландин F_2α

В зависимости от строения пятичленного цикла в молекуле простагландины делят на несколько типов, обозначаемых буквами латинского алфавита: А, В, С, D, E, F и т. д. Каждый тип делят на 1, 2 и 3-ю серии в зависимости от числа двойных связей в боковых цепях молекулы.

Ингибиторы синтеза простагландинов:

Нестероидные противовоспалительные средства (аспирин, индометацин, ибупрофен) ингибируют циклооксигеназу и снижают выработку простагландинов и тромбоксанов. Они нашли применение как противовоспалительные, жаропонижающие и анальгезирующие средства, и в кардиологии для профилактики тромбозов (аспирин).

Блокирование циклооксигеназы в почках, как побочный эффект салицилатов, вызывает уменьшение синтеза простагландинов в почечных сосудах и снижение кровообращения в почках.

Ингибиторы тромбоксансинтетазы: Дезоксибене, Фентоламин – действуют на тромоксансинтетазу, которая регулирует превращение простагландина Н2 в Тромбоксан А2.

Ингибиторы липоксигеназы: Ингибируют синтез лейкотриенов – Зилеутон (действует на 5-липоксигеназу).

Содержание