Пролин и оксипролин

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХНМУ

Кафедра медицинской и биоорганической химии

Пролин и оксипролин

кандидат фармацевтических наук, ассистент

Левашова Ольга Леонидовна



Список сокращений

АDP ? аденозин дифосфорная кислота

ATP ? аденозин трифосфорная кислота

Gly - Глицин

NADPH - никотинамид адениндинуклеотидфосфамт

а.е.м. - атомная единица массы

АК - амнокислота

Ала - аланин

АФК - активные формы кислорода

ГАМК - г-аминомасляная кислота

Гис - гистидин

ЖКТ - желудочно-кишечный тракт

МАА - металлопротеины антиоксидантной активности

МПА - металлопротеины проантиоксидантной активности

ПБП-1 - пролин богатый полипептид -1

ПМР - протонный магнитный резонанс

ПОЛ - перекисное окисление липидов

Про - пролин

Сер - серин

США - Соединенные Штаты Америки

ЦНС - Центральная нервная система



Пролин - это L-пирролидин-б-карбоновая кислота - гетеро-циклическая аминокислота (точнее, иминокислота); химическая формула C₉H₉NO₂. молекулярная масса (в а.е.м.): 115,13 [1].

Оксипролин - гидроксипролин, 4-гидроксипирролидин-б-карбоновая кислота, Hyp, отличающаяся от пролина наличием гидроксильной группы у одного из атомов, химическая формула C₅H₉NO₃, молекулярная масса. (в а.е.м.): 131,13 1.

Пролин существует в виде 3 стереоизомеров: L-(натуральная) форма пролина, D-(синтетическая) форма и рацемат D, L-пролин.

Для оксипролина возможно существование 4 оптически активных стереоизомеров оксипролина (О): L-форма оксипролина (формула I), алло-L-О. (II), D-О. (III) и алло-D-О. (IV).

Оксипролин - бесцветные кристаллы; для L-О. (I) т. пл. 274°С (с разл.), -76,5° (2,5 г в 100 мл воды), для алло-L-О. (II) т.пл. 245°С (разл.), -59,5° (2%-ный р-р в воде); растворим в воде, ограниченно - в этаноле, не растворим в диэтиловом эфире. При 25 °С для L- О. рKa 1,92 (СООН) и 9,74 (NH2); pI 5,83.

Физико-химические свойства. Пролин - бесцветные кристаллы; хорошо растворимы в воде (162,3 г в 100мл при 25 °С), ограниченно - в этаноле (1,55 г в 100мл), ацетоне, хлороформе, не растворим в диэтиловом эфире; селективный осадитель для пролина - роданилат аммония; рКа при 25 °С 1,99 (СООН) и 10,6 (NH); рІ 6,3.

L-пролин т.пл. 220-222°С (с разл.); 85° (вода); D-(синтетическая) форма пролин, т. пл. 215-220°С (с разл.), = +81,9° (вода); рацемат D, L - пролин т. пл. 205°С (с разл.) [1]. Пролин образует ряд производных; D- и L- формы образуют растворимые в спирте медные соли; соли D, L-пролина нерастворимы [2]. Эфиры пролина легко образуют производные дикетопиперазина, при метилировании пролина получают стахидрин - бетаин N,N-диметилпролина (алкалоид).

Пролин и оксипролин относятся к аминокислотам пиррольного ряда и единственные природные аминокислоты, у которых аминогруппа является частью пирролидинового кольца. Оксипролин окисляется и декарбоксилируется до пиррола при помощи NaOCl. Пиррол конденсируют с изатином или л-диметиламинобензальдегидом в окрашенное соединение.

Пролин и оксипролин, в отличие от других аминокислот, дают желтую, а не фиолетовую нингидриновую реакцию. С изатином дает синее окрашивание (характерная реакция на пролин). Реакцию с нингидрином используют для колориметрического количественного определения аминокислот, в том числе в автоматических аминокислотных анализаторах. В реакции с азотистой кислотой пролин и оксипролин не дают азота.

Пролин единственная из кодируемых аминокислот, у которой б-аминогруппа - фрагмент гетероцикла. При биохимическом окислении пролина в организме животных образуются 3- и 4-гидроксипролины, остатки которых в больших количествах, особенно 4-гидроксипролина, содержатся в коллагене. Гидролиз пептидных связей, образованных пролином, осуществляется двумя ферментами - пролиназой (пептидная связь с участием СО-группы) и пролидазой (пептидная с участием NH-группы). Реакции по атому N пространственно затруднены. Включение остатков пролина в пептидную цепь обусловливает ее изгибы и потому его присутствие в белках препятствует образованию б-спиральной структуры [3]. В пептидном синтезе для защиты гидроксигруппы остатка оксипролина применяют бензильную и трет-бутильную группы; химические реакции по атому N пространственно затруднены.

Биологические свойства аминокислот пролина и оксипролина. L-Пролин заменимая аминокислота и содержится во всех природных белках. Особенно богаты им растительные белки - проламины (семенах злаков), белки соединительной ткани (10-15% в коллагене), в-казеин и эластин (до 13%). L-Пролин входит в состав инсулина, адрено-кортикотропного гормона, грамицидина С и других биологически важных пептидов. D-Пролин входит в состав некоторых алкалоидов. Гидролиз пептидных связей, входящего в пептиды L-пролина, катализируют ферменты пролиназа (связь по СО-группе) и пролидаза (связь по NH-группе) [4- 7].

Оксипролин входит преимущественно в состав белков соединительной ткани - коллагена (до 13%), а также эластина; его остатки входят в состав токсичных пептидов бледной поганки - фаллоидина, б- и в-аманитинов. Оксипролин, представленный в коллагене весьма большим числом остатков, стабилизирует тройную спираль коллагена по отношению к действию протеаз. Гидроксильные группы оксипролина в коллагене остаются незамещенными. химический пролин аминокислота глутаминовый

Оксипролин входит в состав некоторых белков (склеропротеины, кератины) и также, как пролин, играет важную роль в организации вторичной структуры их молекул. Он накапливается в белке, который образуется при быстром росте тканей моркови в присутствии молока из кокосового ореха. Оксипролин встречается в белках значительно реже, чем пролин.

Оксипролин - аминокислота, присутствует, главным образом, в белках соединительных тканей, которые являются дешевым сырьем, употребление которого снижает качество колбас. Большинство законодательных требований в Европе ограничивает содержание этого вещества в колбасе.

Оксипролин в свободном состоянии был найден в сандаловом дереве и в кислотных гидролизаторах фаллоидина. В растениях найдены также бетаины оксипролина.

Пищевые источники. Пролин содержится в твороге, в хрящах животных, в зернах злаков, яйцах. Наибольшее количество этой аминокислоты обнаруживается в мясных продуктах [1, 4-7].

Суточная потребность пролина - 5 г. [8].

Методы получения пролина. L-пролин впервые выделен из казеина в 1901 г. Э. Фишером. Мировое производство 100 т/год (1982) В.В.Баев.

Впервые L-оксипролин выделен в 1902 из желатина Э. Фишером; L-алло-О. - из яда бледной поганки Т. Виландом в 1940; D-алло-О. - из антибиотика этамицина Дж. Шиханом в 1958 (D-О. из природных объектов не выделен). Мировое производство L-оксипролина 50 т/год (1982) (В. В. Баев) [9-11].

L-оксипролин выделяют из кислых гидролизатов желатина путем восстановления гидроксильной группы и превращения аминокислоты в пролин. Лейксу и его сотрудникам удалось синтезировать оксипролин и получить четыре его стереоизомера (формулы I-IV).

Пролин активно синтезируется на заключительной стадии созревания винограда. Повышенное содержание пролина обнаружено в винограде, выращенном при недостатке в почве бора и марганца, пониженное -- при дефиците цинка и молибдена. Пролин - одна из основных аминокислот сусла и вина. В соке винограда может содержаться 50-800, в вине 50-750мг/дм³; в красных винах иногда встречается до 2000 мг/дм³. В составе белков вина найдено до 5% пролина. Под влиянием ферментативных систем образуется из аспарагиновой кислоты гребней и кожицы винограда при дроблении. Пролин плохой источник азота для питания дрожжей; усваивается дрожжами в конце брожения (до 5%). В небольшом количестве накапливается при выдержке вина на дрожжах. При хересовании виноматериалов потребляется до 50% пролина. При биохимических окислениипролина с участием аскорбиновой кислоты образуется оксипролин, который найден в вине в небольших количествах (до 7 мг/дм3) в свободном состоянии. Содержание пролина в вине служит основным показателем при распознавании фальсифицированных вин. Пролин и оксипролин дают желтую окраску винам [12].

Рацемический пролин может быть получен синтетически различными методами и затем разделен на оптически активные формы.

Например, синтетический пролин может быть получен различными способами, например, циклизацией б,д-дихлорвалерьяновой кислоты с NH₃.

В организме человека синтезируется из глутаминовой кислоты через ее полуальдегид (OCHCH₂CH₂CHNH₂COOH), который циклизуется в D1-пиролин-5-карбоновую кислоту (отличается от пролина двойной связью в положении 1); последняя восстанавливается в пролин.

Синтез пролина включает четырехэтапный процесс, начинающийся с глутамата и представляет реакции обратные его распаду. Одна молекула АТФ и две НФДФН + Н⁺ используются для образования 1 моль пролина. Это одна из важных реакций в обмене аминокислот, потому что это главный путь превращения свободного токсичного аммиака в нетоксичный глутамин для переноса кровью.

Глутамин синтезируется из глутамата с помощью фермента глутаминсинтетазы, которая на первой стадии образует глутамилфосфат, используя в качестве донора фосфата АТФ; глутамин образуется в результате нуклеофильного замещения фосфата катионом аммония в глутамилфосфате, продуктами реакции являются глутамин и неорганический фосфат (рис.1).

1) Глутамат + АТФ Глутамил-5-фосфат + AДФ

2) Глутамил-5-фосфат + NH₄⁺ Глутамин+ Ф₁ + Н⁺

Суммарая реакция: Глутамат + АТФ + NH₄⁺ Глутамин+ AДФ + Ф₁ + Н⁺



Рис.1. Реакция образования глутамина из глутамата

3) на этом этапе глутамат восстанавливается до соответствующего -полуальдегида;

4) потом происходит замыкание кольца, которое сопровождается дальнейшим восстановлением, в результате чего и образуется пролин.

Все пять углеродных атомов пролина происходят из глутаминовой кислоты. Пролин представляет собой циклическое производное глутамата и образуется, как показано на рис. 2 [4, 5].

Рис.2 Биосинтез L-пролина



Глутаминовая кислота занимает важное место в промежуточном обмене таких аминокислот, как глутамин, пролин, аргинин и гистидин (рис.3).

Рис.3. Значение пролина в метаболизме глутаминовой кислоты.

Биосинтез пролина и оксипролина. У млекопитающих и некоторых других организмов пролин образуется из глутамата путем обращения реакций катаболизма пролина (Биосинтез аминокислот: метаболическая карта).

Оксипролин тоже получают из ацетиламиномалонового эфира.

Поскольку пролин служит предшественником оксипролина, то обе аминокислоты рассматривают как принадлежащие к глутаматному семейству аминокислот. Хотя в тканях млекопитающих встречаются как 3-, так и 4-гидроксипролин, в последующем изложении речь будет идти исключительно о транс-4-гидроксипролине.

Биохимическая роль пролина. Пролин выполняет вспомогательные ГАМК (г-аминомасляная кислота) функции торможения ЦНС. Пролин стал основой для создания нейролептиков нового поколения запатентованных в России и США, которые показаны при инсультах, болезни Дауна, умственной отсталости и нарушении памяти. При помощи пролина, можно значительно повысить эффективность обучения.

Пролин - это одна из главных аминокислот, которую организм использует для выработки коллагена. Из коллагена же производятся прочные, эластичные ткани на поверхности шрамов; он является главным строительным материалом организма - кости, сухожилия, связки и кожа содержат коллаген. Поэтому многокомпонентные смеси аминокислот, предназначенные для восстановления поврежденных тканей, обычно содержат пролин.

Метаболизм пролина. Пролин содержит атом азота («в связанном виде»), соединенный с предыдущим аминокислотным остатком, аминокислотным радикалом, и группой СН. Он очень резко изгибает пептидную цепь. Чередующиеся остатки пролина и оксипролина способствуют созданию стабильной трёх-спиральной структуры коллагена, придающей молекуле прочность.

Пептидная связь, образуемая иминогруппой пролина, отличается от других пептидных связей, так как атом азота пептидной группы связан не с водородом, а с радикалом. Пептиды различаются по аминокислотному составу, количеству и порядку соединения аминокислот (рис. 4)

Рис. 4. Образование дипептида



Рис. 5. Строение пептидов

Сер-Гис-Про-Ала и Ала-Про-Гис-Сер - два разных пептида, несмотря на то, что они имеют одинаковые количественный и качественный составы аминокислот [8].

Вследствие мезомерии получаются две устойчивые плоские конформации, транс (I) и цис (II), при затрудненном свободном вращении около связи С?N:

В 2,5-дикетопиперазинах, простейших циклических пептидах, построенных из двух аминокислот, имеются дос-пептидные связи. Циклические трипептиды могут существовать без напряжения также только с тремя цис-пептидными связями. Поскольку пролил и саркозин не обладают возможностью стабилизации транс-пептидной связи, то можно легко синтезировать циклический трипептид ? циклотрипролил. В нативных пептидах и белках преобладает транс-пептидная связь. В некоторых белках были найдены также и цис-пептидные связи, при этом в образовании пептидной связи всегда участвовал пролин.

По стерическим и энергетически соображения не каждую произвольно взятую пептидную последовательность можно перевести в соответствующий циклопептид. Для циклотрипептида требуется, чтобы все три пептидные связи были в энергетически богатой цис-форме. Исходя из энергетических соображений, можно понять низкую тенденцию к образованию 9-членных циклотрипептидов, ибо в их модели имеется сильное напряжение кольца, которое может быть объяснено стерическим взаимодействием направленных внутрь трех б-Н-атомов (напряжение Прелога). Циклодимеризации, без сомнения, способствует антипараллельное взаимное расположение двух молекул трипептида с образованием водородных мостиков. Димеризация с образованием водородных связей невозможна, если в трипептид встроен пролин; кроме того, в этом случае цис- и транс-конфигурации пептидных связей практически равноценны энергетически. Роте и сотр. [10] описали в 1965 г. синтез циклотрипролила, единственного возможного циклотрипептида.

Небольшие циклические пептиды особенно годятся для изучения конформаций, поскольку ограниченная молекулярная подвижность позволяет существовать только некоторым конформациям. Циклотрипептиды в кристаллах обладают только конформацией короны. В растворе же дополнительно появляется асимметричная конформация ванны в том случае, если в трипептиде присутствует хотя бы одна нехиральная аминокислота (саркозин, N-бензилглицин) [5, 11]

Метаболизм оксипролина. Уникальной особенностью метаболизма оксипролина является то обстоятельство, что эта аминокислота, входящиая в состав белков пищи, не включаются в коллаген. Не существует тРНК, которая могла бы акцептировать оксипролин и далее включать его в растущую полипептидную цепь. В то же время пищевой пролин является предшественником оксипролина в составе коллагена. Гидроксилирование пролина катализируется пролилгидроксилазой - ферментами, находящимися в микросомальной фракции многих тканей (кожи, печени, легких, сердца, скелетной мышцы, гранулирующих раневых поверхностей). Эти ферменты являются пептидилгидроксилазами, поскольку гидроксилирование происходит только после включения пролина в полипептидную цепь.

Обе гидроксилазы являются оксигеназами со смешанной функцией и функционируют при участии молекулярного кислорода, аскорбат а, ионов Fe⁺² и альфа-кетоглутарата. Пролилгидроксилаза изучена более подробно; есть основания полагать, что лизилгидроксилаза действует аналогичным образом. На каждый моль гидроксилированного пролина декарбоксилируется 1 моль альфа-кетоглутарата с образованием сукцинат а. В ходе этого процесса один атом кислорода молекулы O₂ включается в состав пролина, а другой - в сукцинат (Биосинтез аминокислот: метаболическая карта ).

В молекуле оксипролина конфигурация при С2 такая же, как и у пролина и других природных аминокислот, а гидроксильная группа находится в транс-положении по отношению к карбоксильной группе. Окисление пролина в оксипролин происходит, по-видимому, после включения пролина в пептид.

В кристалле отдельные молекулы оксипролина связаны друг с другом трехмерной сеткой водородных связей. В кристалле встречается также несколько довольно коротких С...О расстояний, которые, возможно, являются слабыми водородными связями и играют определенную роль при упаковке молекул.

Во всех случаях, когда оксипролин применяли для синтеза пептидов, его гидроксильная группа была свободной. Исходными веществами в этих синтезах чаще всего служили карбо-бензоксиоксипролин [88, 850, 1694], а также метиловый [996, 2148] и бензиловый [1116, 1756, 2148] эфиры оксипролина. Производные пиррола: пролин и оксипролин.

У некоторых псевдомонад осуществляется окисление оксипролина по другую сторону от азота кольца с последующим образованием а-кето-глутарата. Аспарагиновая кислота, глутаминовая кислота, оксипролин.

Следовательно, оксипролин и пролин кодируются одинаково.

Во-первых, кислородный атом гидроксильной группы оксипролина происходит из атмосферного кислорода, как это показано в опытах с изотопной меткой. Во-вторых, предшественником оксипролина, входящего в состав коллагена, служит пролин.

Корреляция между температурой перехода и содержанием оксипролина объясняет связь между Tt и изменением t (обусловленным водородными связями или взаимодействием какого-либо другого характера). В то же время чем больше иминокислотных остатков (пролина или оксипролина) содержится в цепочке, тем больше ограничений накладывается на свободные вращения в цепочке и тем меньше число конформаций, в которых может находиться молекула. Это уменьшение числа возможных состояний, приводящее к уменьшению энтропии перехода, должно увеличить температуру перехода, если энтальпия перехода остается постоянной.

Одна АК также несколько усиливала превращение оксипролина, но не достоверно. При терапевтическом применении чистая АК и в сочетании с витамином Р (кверцетином) достоверно усиливала превращение оксипролина в печени морских свинок. Подобная интенсивность превращения оксипролина была отмечена нами и в печени животных, оставленных на рационе вивария.

Известны методы разделения пролинов и оксипролинов методом газовой хроматографии. Содержание оксипролина можно определить или классическим спектральным методом (после получения производного соединения с нингидрином), или с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии. При использовании жидкостных хроматографов фирмы Хьюлетт-Паккард серии Aminoquant, многие,входящие в состав белка, аминокислоты могут быть идентифицированы и количественно определены за одну хроматографическую разгонку. Возможно обнаружение как спектрофотометрическик детектором, так и флуориметрическим.

По возрастанию содержания оксипролина в легких судили об активности кремнезема, который накапливается одновременно с развитием фиброза. Другое объяснение заключается в том, что в процессе влажного помола кварцевая поверхность покрывается адсорбированным слоем аморфного кремнезема и таким образом становится менее активной.

Эти данные указывают на прямое превращение пролина в оксипролин, но не исключают возможности существования других путей биосинтеза оксипролина. Эти результаты согласуются с малой скоростью обновления коллагена ( стр. Меченый азот оксипролина, введенный с пищей, переходил во многие аминокислоты тела, в особенности в глутаминовую и аспарагиновую кислоты. Эти данные указывают на быстрый распад оксипролина в организме крысы. На основании этих результатов Стеттен [375] предполагает, что большая часть оксипролина в тканях животного образуется, вероятно, из пролина, входящего в состав пептидных цепей, а не из свободного оксипролина.

Это определение не охватывает аминокислоты ? пролин и оксипролин, которые содержат не амино-, а иминогруппу, к тому же еще замкнутую в цикл. Вместе с тем оба упомянутых соединения относят неизменно к аминокислотам и поступают таким образом потому, что в организме животных и человека пролин и оксипролин, с одной стороны, легко превращаются в истинные аминокислоты, обладающие свободной аминогруппой, а с другой, образуются в организме из аминокислот, полностью соответствующих приведенному выше определению.

Фибриллярный белок коллаген - самый распространенный белок в мире животных. Его содержание в тканях животных превышает 60%. В организме человека массой 70 кг содержится 12-15 кг белков и половина этого количества приходится на коллаген.

Молекула коллагена построена из трех пептидных цепей, каждая из которых содержат около 1000 аминокислотных остатков. Необычен аминокислотный состав коллагена: каждая третья аминокислота - это глицин, 20% составляют остатки пролина и гидроксипролина, 10% - аланина, остальные 40% представлены всеми другими аминокислотами.

Коллаген единственный белок, в котором содержится оксипролин. Эта аминокислота получается путем гидроксилирования части остатков пролина уже после образования пептидных цепей. Пептидные цепи коллагена представляют собой последовательность триплетов Gly-X-Y, где X и Y могут быть любой аминокислотой; часто положение Х занимает пролин, а полодение Y - гидроксипролин [12, 13 ].

В составе коллагена пролин при участии аскорбиновой кислоты окисляется в оксипролин. Чередующиеся остатки пролина и оксипролина способствуют созданию стабильной трёхспиральной структуры коллагена, придающей молекуле прочность.

Долгое время полагали, что фибриллярный коллаген ответственен лишь за опорные и предохранительные функции. Однако установление коллагеновых участков в Сд1-компоненте комплемента, в ацетилхолинэстеразе и, наконец, открытие различных типов коллагена показало, что для коллагенового семейства характерно большое функциональное разнообразие. Но что делает коллагены уникальными белковыми объектами, так это разнообразие тех уровней организации, на которых происходит реальное функционирование коллагеновых полипептидов.

Вместе с тем в наших знаниях практически о любом из уровней организации имеются существенные пробелы. Например, количественному изучению до сих пор поддаются лишь две из трех регулярных вторичных структур ? се-спираль и /З-структура. Важнейший, как ясно сегодня, третий тип структуры - левая спираль типа поли-1-пролин II, а это основа структурообразования коллагенов, до сих пор недостаточно охарактеризован количественно, прежде всего, в смысле физических характеристик, где наибольшую неясность вносит боковой радикал пролина, ответственный за само название типа структуры. Действительно, гидрофобный боковой радикал пролина - пятичленное пирролидиновое кольцо - не снижает высокую растворимость как пролина, так и пептидов с пролином и поли-1-пролина, которые значительно выше, чем это требовал бы индекс гидрофобности бокового радикала. Эти свойства пролиновых пептидов, несомненно, определили необычные явления, наблюдаемые при денатурации (плавлении) фибриллярных макромолекул коллагенов. С ростом содержания иминокислот растет энтропия денатурационного перехода, что не вяжется с ограничениями на конформационное состояние пролина - пятичленного кольца, замыкающегося С^-связью, в основной цепи полипептида. Вместе с тем именно структуры коллагенового типа являются основой многих новых материалов для промышленности и медицины. Исследования левой спирали типа поли-1-пролин II и пролина как регулятора процессов структурообразования коллагенов и других белков, а также структуры и физических свойств материалов, сконструированных на основе фибриллярных коллагеновых систем имеет большую актуальность. В последнее время круг организации, на которых фибриллярные структуры коллагенового типа оказываются функционально значимыми, резко расширился. Стало очевидным, что функциональная роль поверхностей тройных спиралей коллагенового типа разнообразна и простирается от уровня макромолекул, через уровень клеток на уровень тканей. Так же ясно, что не только надмолекулярный уровень организации тройной спирали коллагенового типа (см. рис.1) важен для функционирования, но поверхность одиночной тройной спирали оказалась активной в аспекте ряда функций.

Как распределение пролина в последовательности аминокислот полипептидной цепи сказывается на способности макромолекул коллагенов к взаимодействию с водой и другими макромолекулами - вопрос по-прежнему важный, однако он до сих пор не решен.

Существуют различные способы гидратации макромолекул коллагенов и одиночных левых спиралей типа поли-l-пролин II, анализ которых показал, что вариации структуры вдоль оси волокна у коллагеновой макромолекулы, связанные с пирролидиновыми кольцами, требуют, прежде всего, термодинамических характеристик отдельной макромолекулы. Отмечается дефицит данных по стереохимии одиночных левых спиралей типа поли-l-пролин II и возможным механизмам адсорбции на белках и нуклеиновых кислотах с образованием тройных белково-нуклеиновых спиралей [14].

Воздействие синтетического аналога пролин-богатого полипептида -1 (ПБП-1) на различного характера биосистемы интенсивно исследуется уже больше 15 лет. Эти исследования показали, что ПБП-1 обладает антимикробиальным, иммунномодуляторным, нейропротективным и кардиопротективным эффектами [16, 17]. При повышенных концентрациях (больше 80 мкг) ПБП-1 обладает способностью стимулировать процесс продуцирования гидроксильных радикалов (OH^.) [18], однако по предварительным результатам при относительно низких концентрациях (0.1-5 мкг), наоборот, обладает способностью улавливать гидроксильные радикалы, оказывая антиоксидантный эффект. Таким образом ПБП-1 защищает многие металлопротеины, которые денатypируются гидроксильными радикалами, например, некоторые металлопротеины антиоксидантной (МАА) и прооксидантной (МПА) активности, оказывая антистрессорный эффект при различного характера проявлениях оксидативного стресса, особенно в тех случаях, когда наблюдается повышение уровня перекиси водорода в различных формированиях тканей. Эти явления наблюдаются при канцерогенезе, алюминиевой интоксикации, интоксикации тяжелыми металлами, гипогликемии, гемосекции спинного мозга [19]. ПБП-1 стабилизирует и эритроцитарные мембраны (ЭМ), подавляя процесс рилизинга изоформ цитохрома (цит)b 558 из их мембран. Однако механизмы воздействия ПБП-1 на уровень МАА и МПА в тканях здоровых крыс в отсутствии оксидативного стресса комплексно еще не определены.

Действие аминокислоты пролина на организм. Полезные свойства пролина: способствует заживлению ран, ожогов, язв; является главным компонентом коллагена; способствует хорошему функционированию суставов; защищает стенки сосудов; укрепляет сухожилия, связки и сердечную мышцу; участвует в образовании важных пептидов (адреналина и др.); может применяться при лечении травм; важнейший белковый строительный материал человеческой клетки; уменьшает воспаления кожи и слизистых оболочек; улучшает структуру кожи за счет увеличения выработки коллагена; поддерживает в нормальном состоянии соединительные ткани (печень, почки, склера глаза, сосуды); улучшает способность к обучению.

Пролин улучшает состояние кожи, за счет увеличения продукта коллагена и уменьшения его потери с возрастом. Помогает в восстановлении хрящевых поверхностей суставов, укрепляет связки и сердечную мышцу. Для восстановления тканей после повреждений (особенно после ожогов) и хирургических операций. Эта аминокислота способствует формированию здоровых суставов, сухожилий, связок и сердечной мышц.

Для укрепления соединительной ткани рекомендуется использовать пролин в сочетании с витамином С. Существует мнение, что добавки лизина, пролина и витамина С оказывают положительный эффект при восстановление склеротированных (затвердевших) сосудов. Для заживления повреждений и укрепления сосудов пролин необходимо принимать вместе с витамином С, который необходим для выработки коллагена. Пролин поступает в организм преимущественно из мясных продуктов.

Пролин обладает антиоксидантными, антиденатурационными, осморегуляторными и мембранопротекторными свойствами.

Мембранопротекторное действие. Ферментативное перекисное окисление компартментализировано физиологически, а неферментное свободнорадикальное окисление структурно не упорядочено и может индуцироваться в любом компартменте клетки, приводя к разрушению не только липидов, но и белков, нуклеиновых кислот, углеводов. Перекисное окисление липидов в основном затрагивает фосфолипиды мембран клеток и поэтому вызывает выраженные нарушения мембранного транспорта. Касаясь патологических эффектов воздействия продуктов ПОЛ, следует отметить, что накопление в гидрофобном слое мембран клеток гидрофильных группировок ROOH вызывает появление своеобразных пор, резко нарушает мембранный транспорт, в том числе и селективный. цитотоксические эффекты различны у различных соединений, относимых к активным формам кислорода (АФК). Известно, что супероксидный анион-радикал дает ограниченный токсический эффект и скорее является восстанавливающим, чем окисляющим агентом [20].

Перекись водорода оказывает ограниченное повреждающее действие, вызывая, в частности, нарушение гомеостаза Ca²⁺ в клетке. Гидроксильный радикал считается наиболее активной формой кислорода, поскольку он чрезвычайно реактогенен по отношению ко всем макромолекулярным соединениям клетки, включая ДНК, белки, липиды, углеводы.

Характер вызываемых свободными радикалами повреждений определяется не только агрессивностью продуцируемых радикалов, но и структурными и биохимическими особенностями объектов воздействия. Так, во внеклеточном пространстве свободные радикалы разрушают гликозаминогликаны основного вещества соединительной ткани, что приводит к развитию деструктивного процесса.

Как известно, цитопатогенное действие активных форм кислорода на молекулы клетки может быть обусловлено прямым ковалентным связыванием с белками мембран или опосредованным через активацию процессов ПОЛ [21, 22].

Взаимодействуя с белками, АФК снижают уровень мономеров, образуют продукты белковой интеграции и липопротеиновые комплексы. Образование межмолекулярных белковых сшивок скорее всего не связано с окислением сульфгидрильных групп, а обусловлено соединениями типа альдегидов, выступающих в качестве сшивающих агентов. Степень устойчивости белков к цитопатогенному воздействию АФК зависит от аминокислотного состава белка, причем наиболее чувствительны циклические и серусодержащие аминокислоты, наиболее устойчивы - пролин и оксипролин. Однако под действием HO* - радикалов гидролизируются и устойчивые белки.

Характер окислительной модификации белка зависит от типа АФК. Так, радикал OH* чаще вызывает агрегацию белков, а в комбинации с супероксид анион-радикалом или O₂-фрагментацию. В процессе агрегации белков под влиянием АФК образуются димеры, тримеры, тетрамеры. Установлено, что образование 90% агрегатов белков под действием OН* обусловлено не образованием C - C связей, а битирозинобразованием [23, 24].

Одним из проявлений токсического действия АФК является окислительная модификация около 240 ферментов различной значимости, в том числе и с антиоксидантной активностью.

Ранозаживляющее действие. При исследовании фармакологической активности пептидов (глипролинов), содержащих пролин и глицин установлено, что эти вещества позволяют животным легче переживать стресс, препятствуют свертыванию крови и даже вызывают рассасывание тромбов. Эксперименты подтверждают, что многократное введение пептидов действительно снижает свертываемость крови и вероятность образования тромбов. Стресс вызывал у крыс повышенную коагуляцию, но, если им предварительно четырежды капали пептидные капли, система свертываемости оставалась в норме. Свертываемость не повышалась и при многократном стрессе на фоне ежедневного введения семакса (синтетический пептид, аналог фрагмента адренокортикотропного гормона). Результаты исследований позволяют расширить сферу исследований семакса и глипролиновых пептидов, представляющих собой его фрагменты [25, 26].

Анализ соотношения оксипролина и оксилизина показал, что коллаген в ферментативном гидролизате и хрящевой ткани катрана относится ко второму типу, содержащемуся также в хрящевой ткани человека. В связи с тем, что количество незаменимых аминокислот в гидролизате достаточно высоко, он может быть использован в качестве продукта, содержащего свободные аминокислоты, которые находясь в составе белков хрящевой ткани и кожи, будут способствовать их регенерации [27].

Пролинемия. Пролин и оксипролин в больших концентрациях определяются в коллагене. Ни одна из этих аминокислот в норме не обнаруживается в моче в свободной форме, за исключением детей 1-го года жизни. Экскреция связанного гидроксипролина (дипептиды и трипептиды, содержащие оксипролин) отражает обмен коллагена и увеличивается при заболеваниях, сопровождающихся его ускорением, например при рахите или гиперпаратиреозе.

Известны два типа пролинемии, при которых чрезмерные количества пролина выявляются в крови и моче. Оксипролин и глицин также в неадекватных количествах экскретируются с мочой, так как угнетается общий канальцевый реабсорбционный механизм.

При I типе пролинемии ферментный дефект затрагивает проливоксидазу. Этот тип ассоциируется с легкой задержкой умственного развития, почечными нарушениями, поражением слухового нерва и фотогенной эпилепсии.

При II типе предполагают дефект фермента, располагающегося на следующем этапе (дегидрогенеза), так как отмечается накопление пирролидин-карбоксиловой кислоты и пролина.

Первоначально этот тип пролинемии наблюдали у ребенка, у которого отмечалась лишь незначительно выраженная задержка умственного развития.

В настоящее время описаны бессимптомные формы I и II типов заболевания. Поскольку пролинемия относится к случайной находке у этих больных, диетотерапия им не показана 24.

Препараты, в состав которых входит Пролин

а) L-пролин в капсулах № 90 (Россия). Рекомендации к применению Пролина (Proline): механические повреждения кожи и слизистых; воспалительные заболевания кожи и слизистых; труднозаживающие раны, язвы, ожоги; сосудистые дефекты.

б) Аминоголд L-Пролин в капсулах, таблетки (Россия)

Биологически активные вещества: L-пролин - 400 мг/капс.; 200 мг/табл.

в) Аминосол (Aminosol)/ Hemofarm koncern A.D.

г) Аминосол Нео комбинированный препарат для парентерального питания (частичного или полного) (Россия) [29].

Препараты Аминосол содержат аминокислоты валин, изолейцин, лизин, фенилаланин, треонин, лейцин, триптофан, метионин, гистидин, аргинин, глицин, аланин, серин, пролин, тирозин, орнитин. Сорбитол входит в состав Аминосола 600, Аминосола 800 и Аминосола КЕ. В состав Аминосола-НЕО входит таурин. Аминосол 600 и 800 содержат ионы натрия, калия, хлора. Аминосол - НЕО Е содержит натрия глицерофосфат, кальция хлорид, калия гидроксид, магния хлорид, натрия гидроксид, ионы: ацетат, малат.

Препараты Аминосол показаны для парентерального питания при: обструкции ЖКТ, остром панкреатите, синдроме мальабсорбции, кишечных свищах, тяжелых энтеритах; ожогах; тяжелых травмах; сепсисе; злокачественных новообразованиях; в послеоперационном периоде.

д) Инфезол® 100 (Infezol 100) (Германия) [28].

Состав: Раствор для инфузий, состоящий из электролитов и аминокислот, по 250; 100 или 500 мл, в упаковке - 10 флаконов

Назначается в качестве раствора для парентерального питания в следующих случаях:

- потеря жидкости различного генеза (непроходимость кишечника, интоксикация, заболевания органов пищеварительного тракта с нарушением всасывания протеинов, ожоговая болезнь и др.);

- гипопротеинемия;

- временная невозможности питания через рот (состояния после оперативных вмешательств на пищеводе, желудке и др.);

- устранение или восполнение недостатка белка, который развивается из-за повышенных потребностей в протеинах, высоких потерях белков или нарушениях белкового обмена веществ на этапах пищеварительных процессов, абсорбции или выведения;

- улучшение репаративных и метаболических процессов после тяжелых оперативных вмешательств.

е) Протеин модуль берламин® модуляр (protein module (Германия) [28].

В настоящее время в питании больных с заболеваниями внутренних органов используются новые сбалансированные питательные смеси для перорального и энтерального питания - Берламин модуляр (Берлин-Хеми, Германия). Преимуществами такого специализированного питания перед традиционной диетотерапией является следующее:

- точное знание химического состава и питательной ценности;

- содержание всех необходимых для организма веществ в сбалансированных соотношениях;

- наличие в составе этих смесей белков с высокой биологической ценностью (полным набором аминокислот в оптимальных количествах);

- отсутствие холестерина, сахарозы, глютена расширяет возможности использования такого питания у различных категорий пациентов.

Берламин Модуляр - сухая полноценная смесь для энтерального, зондового или перорального питания, содержащая смесь аминокислот. Рекомендуется Берламин Модуляр для полноценного, сбалансированного энтерального лечебного питания, обеспечивающего организм человека незаменимыми аминокислотами, углеводами, жирами, витаминами, минеральными веществами и микроэлементами

ж) Фреамин III (Freamine III) (Турция) [28].



Литература

1. Химическая энциклопедия: в 5 т. - М.: Сов. энцикл.; Большая Рос. энцикл., 1988- 1999. - ISBN 5-85270-008-8.

2. Борисова Т.Н. Основы органической химии./ Т.Н. Борисова, А.В. Варламов, Е.А. Сорокина, Л.Г. Воскресенский, Е.В. Никитина - М., 2007. - 355c.

3. Каста виноделов Режим доступа: http://www.casta-vinodelov.com/

4. Ленинджер А. Основы биохимии: в 3-х т. Т. 2. /Пер. с англ. - М.: Мир, 1985.- 368 с.

5. Якубке Х.Д. Аминокислоты. Пептиды. Белки. / Х.Д. Якубке, Х. М. Ешкайт; перевод с нем. Н.П.Запеваловой и Е.Е.Максимова; под ред. Ю.В.Митина - М.: Мир, 1985. - 456 с. //HTML и PDF-оформление Петросян И.В., 2005 - Режим доступа http://www.chem.msu.su/rus/elibrary /jakubke/welcome.html

6. Кочетков Н.К. Химия природных соединений: углеводы, нуклеотиды, стероиды, белки. / Н.К. Кочетков, И.В.Торгов, М.М. Ботвиник. - М.: Наука, 1961. - 558 c.

7. Фердман Д.Л. Биохимия. Изд 3, перераб и доп. - М., 1966. - 644 с.

8. Семёнов А. А. Основы химии природных соединений: в 2 т. / А. А. Семёнов, В. Г.Карцев. - М.: ICSPF, 2009. - т. 1. - ISBN 978-5-903078-12-7; т. 2. - ISBN 978-5-903078-13-4

9. Скурихин И. М. Все о пище с точки зрения химика: Справочник / И. М. Скурихин, А. П. Нечаев. - М.:Высш. шк., 1991.- 288 с.- ISBN 5-06-000673-5

10. Rothe M. et al. // Angew. Chem., 1965, 77, 347.

11. Bats J. W., Friedrich A., Fuess H., Kessler H., Mastle W., Rothe M. //Angew. Chem., 1979, 91, 573.

12. Северин Е.С. Биологическая химия. /Е.С. Северин, Т.Л. Алейникова, Е.В. Осипов, С.А. Силаева - М.:Мед.информ.агенство, 2008. - 364 с. ISBN 5-89481-458-8.

13. Николаев А.Я. Биологическая химия. - 3-е изд., перераб. и доп. - М: Мед. Информ. Агенство, 2004. - 566 с. - ISBN 5-89481-291-4.

14. Рубин М.А. Влияние пролина на конформационную стабильность полипептидных цепей коллагенов //Автореферат к.физ.-мат.н. - М.:Институт молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН, 2008.

15. Николаев А.Я. Биологическая химия. - 3-е изд., перераб. и доп. - М: Мед. Информ. агенство.- 2004. - 566 с. ISBN 5-89481-291-4.

16. Galoyan A. A. Biochemistry of Novel Cardioactive Hormones and immunomodulators of the Functional System Neurosecretory Hypothalamus-Endocrine Heart. - Moscow: Nauka, 1977. - 240 p.

17. Galoyan A.A. Brain Neurochemistry cytokins: Immune Response and Neuronal Survival. Kluwer Academic Plenium Publisherrs. - N.-Y., 2004. -188p.

18. Knaryan V. A synthetic human proline-rich-polypeptide enhances hydroxyl radical generation and fails to protect dopaminergic neurons against 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine-induced toxicity in mice. / V. Knaryan, S. Samannatary, A. Galoyan, K. Mohanakumar // Neuroscience Lett. - 2005. - V. 375(3). - P. 187-191.

19. Симонян Г. М. Влияние обогащенного пролином полипептида на восстановление метгемоглобина и образование супероксида под действием металлопротеинов - цитохрома b558lll и супрола in vitro./ Симонян Г. М., Нерсесян А. К., Симонян Р. М., Бабаян М. А., Симонян М. А. // Нейрохимия. -2005. -Т. 22. - С. 125-130.

20. Ленинджер А. Л. Биохимия: Молекулярные основы структуры и функций клетки. - М.:Мир, 1974. - 959 с.

21. Бояринов Г.А., Гордецов А.С. Корригирующее влияние гутимина при гипоксии // Фармакол. и токсикол. - 1986. - Т.49, №2. - С.14-17.

22. Зарубина И.В. Принципы фармакотерапии гипоксических состояний антигипоксантами - быстродействующими корректорами метаболизма //Обзоры по клин. фармакол. и лек. терапия. - 2002. - Т.1, № 1. - С. 19-28.

23. Петрович Ю. А. Свободнорадикальное окисление и его роль в патогенезе воспаления, ишемии и стресса /Ю. А. Петрович, Д. В. Гуткин // Патол. Физиол. и эксперим. терапия. -1986. -№ 5. - С. 85-92.

24. Руководство по педиатрии: болезни плода и новорожденного, врожденные нарушения обмена веществ /Р.Е. Бермана, И.М. Воронцова, В.К. Вожана, М.Ф. Ложацева. - М.: Медицина, 1987. - 503с.

25. Ляпина Л.А. Защитные противотромботические эффекты пролин-содержащих пептидов при стрессогенных воздействиях на организм животных/ Л.А.Ляпина, М.Е.Григорьева, Л.А.Андреева, Н.Ф.Мясоедов //Известия РАН. Серия биологическая. - 2010. - № 4

26. Андреева Л.Е. Сравнительные исследования антикоагулянтных и фибринолитических эффектов глипролинов Gly-Pro и Gly-Pro-Arg в условиях иммобилизационного стресса /Андреева Л.Е., Григорьева М.Е., Ляпина Л.А. //Известия Рос.АН. Сер. Биолог. - 2009. - № 5.

27. Blumenkrants N. Abnormal skin collagen in scleroderma / Blumenkrants N., Asboe-Hansen G. // Acta Dermatovener. - 1978. - № 58. - 111 р.

28. Компендиум 2013 -- лекарственные препараты. - МОРИОН, 2013. Режим доступа - http://compendium.com.ua/.

29. Государственный реестр лекарственных средств (ГРЛС). Режим доступа: http://www.drlz.kiev.ua/.

Размещено на Allbest.ru

...