Значение циклических нуклеотидов в секреции поджелудочной железы

Возбуждение рецептора ведёт к повышению концентрации одного или многих внутриклеточных вторичных передатчиков, которыми могут быть аденозин-3',5'-циклический монофосфат (цАМФ), гуанозин-3',5'-циклический монофосфат (цГМФ), Са²⁺.

Концентрация и активность вторичного передатчика в клетке после образования лиганд-рецепторного комплекса является итогом динамического процесса между двумя тенденциями: возбуждения и торможения, например, катализ аденилатциклазной и воздействие цАМФ-фосфодиэстеразой. Многие функции цАМФ осуществляются с помощью цАМФ-зависимой протеинкиназы, состоящей из двух субъединиц: каталитической и тормозной, составляющих важный, но не универсальный регуляторный механизм.

Роль циклических нуклеотидов в регуляции деятельности секреторных клеток не только получила признание, но и после короткой истории интенсивного изучения приобрела характер законченной теории. Применительно к ПЖ было установлено, что секреция амилазы изолированной ПЖ возбуждалась теофилином, цАМФ и его моно- дибутирил производными. Секреция тормозилась АМФ. В дальнейшем несколько групп исследователей показали, что цАМФ, дибутирил цАМФ и теофилин стимулировали секрецию протеина и усиливали секреторный эффект карбохолина. Однако ни цАМФ, ни бутирил цАМФ не имитировали так называемый фосфолипидный цикл и синтез протеина.

Наблюдаемое быстрое нарастание уровня цАМФ после воздействия холецистокинином-панкреозимином не объясняло взаимосвязи между концентрацией цАМФ и секрецией, вызванной панкреозимином или ацетилхолином. Позднее было выяснено, что не существует простой взаимосвязи между выработкой ферментов и по отношению к накоплению цАМФ. Тем не менее факты свидетельствуют о повышении аденилатциклазной активности вслед за введением холецистокинина-панкреозимина или холинергетиков.

Была создана замечательная модель для изучения значения циклических нуклеотидов. Было установлено, что очищенный холерный токсин в изолируемой, перфузируемой ПЖ вызывал секреторный ответ в течение нескольких часов. Секреция продолжалась увеличением концентрации цАМФ в ткани и усиливалась теофилином. Секреция, стимулированная холерным токсином, напоминала секрецию, вызванную секретином, в том, что содержала высокую концентрацию бикарбонатов и несколько увеличенное количество пищеварительных ферментов. Считается, что цАМФ не репродуцирует все метаболические эффекты холецистокинина-панкреозимина или карбохолина, что прямой корреляции между секрецией ферментов и повышением уровня цАМФ при воздействии гормонами не имеется. Существует отчетливая активация аденилатциклазы вслед за введением холецистокинина-панкреозимина или карбохолина, что прямой корреляции между секрецией ферментов и повышением уровня цАМФ при воздействии гормонами не имеется. Существует отчетливая активация аденилатциклазы вслед за введением холецистокинина-панкреозимина в препаратах разрушенных клеток.

Было выделено три протеинкиназы: цГМФ-зависимая киназа, цАМФ-зависимая киназа, быстро активирующая классического типа протеинкиназа. Оказалось, что в физиологических концентрациях фосфодиэстеразы были активны в отношении цАМФ и цГМФ. Таким образом, секретин и ВИП при взаимодействии с рецептором клетки возбуждает аденилатциклазу, после чего следует увеличение содержания цАМФ, происходит активация цАМФ-зависимой протеинкиназы и после фосфориляции - слияние мембраны зимогенных гранул и плазматической мембраны, экзоцитоз. Таким образом, холецистокинин-панереозимин индуцирует следующие этапы клеточных реакций после взаимодействия гормон - рецептор: изменения распределения внутриклеточного кальция, повышение уровня цГМФ, торможение аденилатциклазы, активация протеинкиназных ферментов и как конечный результат - экзоцитоз после растворения, распада участка плазматической мембраны и мембраны зимогенных гранул (27).

 

1.3 Характеристика активных форм кислородаи путей их образования

Кислород - необходимое условие существования аэробных клеток. Реакция восстановления О₂ до Н₂О составляет основу биоэнергетики человека и животных. Наличие двух неспаренных электронов существенно ограничивает реакционную способность молекулярного кислорода, который обычно не вступает в прямые неферментативные химические реакции с органическими соединениями, входящими в состав живых клеток и тканей. Реакции утилизации О₂ в живой клетке чаще протекают с участием оксидаз или оксигеназ, металлопротеинов, в активном центре которых находится один или несколько атомов (ионов) металла переменной валентности (Fe, Cu, Zn, Mn, Co), например, цитохромоксидазы или цитохрома P-450. В ходе этих реакций промежуточные продукты восстановления О₂ не выделяются в окружающую среду, а подвергаются превращениям до конечных соединений в реакционном центре этих ферментов. Вместе с тем в биологических системах могут образовываться и промежуточные продукты восстановления молекулы кислорода: перекись водорода, супероксидные и гидроксильные радикалы. Образование радикалов из устойчивых молекул обусловлено появлением на свободной валентной орбитали нового электрона или наоборот - удалением одного электрона из электронной пары (47). Эти соединения обладают высокой реакционной способностью и получили название "активных форм кислорода" (АФК). АФК представляют группу различных соединений радикальной и нерадикальной природы, которые различаются по продолжительности их существования и активности. Все радикалы, образующиеся в организме, можно разделить на 3 категории.

Первичные радикалы образуются из молекул за счет реакций одноэлектронного окисления с участием металлов переменной валентности. Это компоненты дыхательной цепи, такие как радикалы убихинона (коэнзима Q), супероксидный анион-радикал и окись азота.

К вторичным относят радикалы, образующиеся из перекиси водорода, липоперекисей и гипохлорита в присутствии ионов двухвалентного железа, потому что сами эти радикалпродуцирующие молекулы образуются, как правило, из первичных радикалов. Это, прежде всего, гидроксильный радикал и (с некоторыми оговорками) липидные радикалы, участвующие в реакциях цепного окисления ненасыщенных жирнокислотных цепей липидов биологических мембран и липопротеинов плазмы крови.

В качестве третичных можно рассматривать радикалы, которые образуются при действий вторичных радикалов на молекулы антиоксидантов (АО) и других легкоокисляющихся соединений.

Необходимо отметить принципиальную разницу в биологическом действии первичных и вторичных радикалов. Первичные радикалы специально вырабатываются организмом и выполняют жизненно важные функции: переноса электронов в дыхательной цепи (убихинон); защиты от микроорганизмов (супероксидный анион-радикал); регуляции кровяного давления (окись азота), тогда как вторичные радикалы оказывают цитотоксическое действие и, как правило, наносят организму большой вред (15).

Согласно современным представлениям, АФК могут выполнять функции вторичных посредников в процессах жизнедеятельности клеток. АФК участвуют в сигнальной трансдукции, влияя на метаболизм кальция, гидролиз фосфолипидов (ФЛ), фосфорилирование, модуляцию некоторых факторов транскрипции (23).

Супероксидный анион-радикал (О₂^-). Одноэлектронное восстановление кислорода, которое происходит в результате взаимодействия О₂ и d-металлов (Fe³⁺, Fe²⁺, Cu²⁺, V²⁺, Mn²⁺, Co²⁺) приводит к образованию О₂^- или его протонированной формы - гидропероксидного радикала (HO₂•). О₂^- более реакционноспособное соединение, чем О₂. О₂^- является слабым окислителем и может выступать в качестве донора электронов, восстанавливая ряд соединений. Так как анион О₂^- имеет заряд, он плохо мигрирует через мембраны, в противоположность О₂^-, его протонированная форма HO₂• не несёт заряда и поэтому сравнительно легко проникает через биологические мембраны. Время жизни О₂^- 10^-6 с; радиус диффузии 0,3 мкм (48).

В живых системах О₂^- представляет собой промежуточный продукт биохимических реакций (окисление тиолов, флавинов, хинонов, катехоламинов, а также метаболизма ксенобиотиков). Однако основные источники его образования - ферментативные системы: НАДФН-оксидаза фагоцитирующих клеток, ксантиноксидаза, митохондриальная дыхательная цепь (коэнзим Q, цитохром-с-оксидаза) и микросомальные монооксигеназы (27).

Перекись водорода (Н₂О₂). Присоединение двух электронов к молекуле кислорода или одного электрона к аниону О₂^- сопровождается образованием двухзарядного аниона О₂^2-. В свободном состоянии такой анион не существует, так как энергия связывания атомов кислорода становится отрицательной. Присоединяя протоны, он переходит в НО₂ или Н₂О₂, при физиологических значениях рН преобладает Н₂О₂ (22). Н₂О₂ относят к окислителям слабой силы. В отсутствие восстановителей Н₂О₂ довольно стабильна и может легко проникать через мембрану (34). Цитотоксическое действие Н₂О₂ увеличивается в 100-1000 раз в присутствии свободных ионов металла. В живых организмах источниками Н₂О₂ служат ферментативные реакции с оксидазами, переносящими два электрона на молекулу кислорода: ксантиноксидазой, оксдидазой L-аминокислот и рядом других, а также реакция дисмутации, катализируемая супероксиддисмутазой. Н₂О₂ служит источником возникновения гидроксильного радикала. Генерация Н₂О₂ приводит к закислению среды, индуцируя диссоциацию железа из ферритина и, таким образом, усиливает цитотоксическое действие самой Н₂О₂ (22).

Синглетный кислород (О₂'). Изменение спина одного из электронов, находящегося на π*-орбитали в молекуле кислорода, приводит к образованию возбужденного синглетного состояния (¹∆g), энергия которого на 96,3 кДж/М больше энергии основного триплетного состояния. О₂' метастабилен, переход его в триплетное состояние сопровождается инфракрасной (1270 нм), а рекомбинация - красной (634 нм) люминисценцией. Время жизни синглетного кислорода 10^-6 с; радиус действия 0,3 мкм. Высокая реакционная способность приводит к тому, что он легко вступает в окислительные реакции с органическими соединениями, принимает участие в инициировании ПОЛ. Во многих ферментативных реакциях О₂' выступает как сопутствующий продукт. Энергичное образование О₂' в клетках может приводить к их повреждению или гибели (34).

Гидроксильный радикал (•ОН). Считается, что •ОН обладает наибольшим повреждающим действием по отношению к биологическим объектам, он может разрывать любую С-Н или С-С связь. Образование •ОН-радикала показано в реакциях окисления арахидоновой кислоты, при микросомальном окислении, в реакциях с флавиновыми ферментами и убихиноном.

 

О₂^- + Н₂О₂ → О₂ + •ОН + ОН.

 

Однако основным источником •ОН в большинстве биологических систем служит реакция Фентона с участием металлов переменной валентности, главным образом Fe²⁺, по схеме (22, 59, 60):

²⁺ + Н₂О₂ → Fe³⁺ + •ОН + ОН^-

 

Вследствие высокой химической активности время жизни •ОН-радикалов составляет около 100 мкс, следовательно, эффективность повреждающего действия •ОН радикалов будет зависеть от локализации места их образования. Есть основания полагать, что повреждающий эффект АФК обусловлен, прежде всего, радикалом гидроксила с его чрезвычано высокой реакционной способностью и очень положительным редокс-потенциалом.