ИНГИБИТОРЫ КАРБОГИДРАЗ
ИЗ МОРСКИХ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ, ВОДОРОСЛЕЙ, МИКРООРГАНИЗМОВ
В основе жизненного
процесса лежит обмен веществ, составными звеньями которого являются многочисленнные
биохимические реакции, катализируемые ферментами. Отравление (ингибирование)
какого-либо одного фермента может оказать глубокое, а иногда и фатальное
влияние на весь организм. Учение об ингибиторах ферментов имеет большое
фундаментальное значение для фармакологии и токсикологии. Оно находит и
непосредственное практическое применение, в том числе и в военном деле.
Так, нервно-паралитические газы представляют собой специфические ингибиторы
ферментов. В качестве инсектицидов все шире используются соединения, родственные
ингибиторам ферментов. В практической медицине ингибиторы амилаз успешно
применяются в качестве препаратов для лечения заболеваний, связанных с
повышенной активностью этих ферментов - диабета, кариеса, ожирения и др.
В чисто академическом
плане специфические ингибиторы используются как эффективные инструменты
для изучения механизма действия ферментов, строения их активного центра.
Природные
ингибиторы отличаюся некоторыми особенностями: они действуют в чрезвычайно
низких концентрациях (от 10-6 до
10-12 М), обычно являются
необратимыми и т.д. Эти ингибиторы часто в природе выполняют роль регуляторов
межвидовых отношений. Так, известно, что ингибиторы амилаз из проросших
зерен злаковых токсичны для насекомых и млекопитающих. Недавно ингибиторы
амилаз обнаружены среди так называемых "патоген-обусловленных" белков (PR-белков),
участвующих в механизме защиты растений от патогенов.
До появления
наших работ в литературе отсутствовала информация о наличии природных эффекторов
(ингибиторов и активаторов) карбогидраз в морских организмах. Для целей
ингибиторного анализа был проведен широкий систематический поиск веществ,
ингибирующих карбогидразы (в основном, ламинариназы - пищеварительные ферменты
из морских моллюсков) в морских беспозвоночных, водорослях и микроорганизмах
Тихого и Индийского океанов, собранных во время экспедиционных работ НИС
"Академик Опарин".
Самую высокую
ингибирующую активность проявили экстракты беспозвоночных Индийского Океана
(губки, альционарии, асцидии) и бурых водорослей обоих регионов. Были обнаружены
источники ингибиторов, специфичных к другим карбогидразам (амилазе, пустуланазе).
Другая картина
была получена для животных, собранных в Охотском и Японском морях. Ингибиторы
ферментов практически не были обнаружены. Более того, из 100 исследованных
животных более половины содержали активаторы ламинариназ.
Проведена оценка
распространенности эффекторов ферментов среди штаммов морских микроорганизмов
как свободноживущих в воде и грунте, так и ассоциированных с губками, иглокожими
и моллюсками. Обнаружены перспективные источники веществ, влияющих на активность
карбогидраз.
Из наиболее интересных
объектов были выделены в индивидуальном состоянии вещества, обладающие
ингибиторным действием и исследованы их структура, ингибирующая способность
и специфичность. Cреди них: пептид из актинии, высокомолекулярный ингибитор
из тропической губки и сульфатированные полиоксистероиды из губок, морских
звезд и офиур.
Было показано,
что ингибитор из актинии высоко специфичен по отношению к амилазам из различных
источников и яляется пептидом с молекулярной массой 7,5 кД. Высокомолекулярный
ингибитор из губки оказался гликопротеином с молекулярной массой около
100 кД, содержащим около 40% углеводов в составе молекулы. Он показал высокую
специфичность к ламинариназам из морских моллюсков. Удаление с помощью
протеиназ 30% белка из молекулы ингибитора не изменяло ингибиторной активности,
но периодатное окисление углеводной компоненты снижало активность в 2 раза,
что подтверждает важность ее для проявления ингибирующих свойств гликопротеина.
Полиоксистероиды
необратимо инактивировали только один из типов ламинариназ - расщепляющий
связи внутри молекулы ламинарана. Большинство исследованных полиоксистероидов
по отношению ко второму типу ферментов, последовательно отщепляющих остатки
глюкозы с конца молекулы ламинарана, проявили активирующее действие.
С помощью синтетических
аналогов природных полиоксистероидов была изучена зависимость эффективности
ингибирования от структуры ингибиторов и природы глюканаз. Проведенные
исследования позволили заключить, что ингибирующие свойства сульфатированных
полиоксистероидов зависят от соотношения гидрофильной и гидрофобной части
молекул. Спектральными методами (УФ и КД-спектроскопией, флуоресценцией)
исследовался механизм взаимодействия полиоксистероидов с молекулами ферментов.
Показано, что под действием этих веществ происходят конформационные изменения
в третичной и вторичной структуре ферментов, приводящие к изменению их
активности. В настоящее время проводится изучение природы ингибиторов ламинариназ
из бурых водорослей.
Впервые для карбогидраз
найдено индивидуальное соединение природного происхождения, ускоряющее
ферментативную реакцию. Вещество выделено из тропической губки и идентифицировано
как представитель макролидов - сфинголид А.
Накопленный экспериментальный
материал позволяет сделать вывод о том, что морские организмы являются
богатыми источниками специфических ингибиторов и активаторов различной
химической природы, которые могут использоваться для решения научных и
практических задач энзимологии.
