Антиоксидантная роль пролина
Результаты работы исследования антиоксидантной роли пролина докладывались на 11 международной Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука 21 века» г. Пущино, (2007 г); годичном собрании общества физиологов растений России, Международной конференции «Физико-химические основы структурно-функциональной организации растений», Екатеринбург (2008 г); годичном собрании общества физиологов растений России, Международной конференции «Физико-химические механизмы адаптации растений к антропогенному загрязнению в условиях крайнего Севера», Апатиты, Мурманская область (2009 г).
Накопление в растительных (и животных – вспоминаем о единстве всего живого) клетках избыточного количества активных форм кислорода (АФК) в последнее время приобретает универсальный характер, поскольку индуцируемый ими окислительный стресс является одним из ранних повреждающих факторов стрессовых воздействий на растения. АФК повреждают мембраны; окисляют аминокислотные остатки в белках (тирозина, триптофана, фенилаланина, метионина, цистеина), что приводит к их инактивации; повреждают ДНК и другие важнейшие компоненты клетки. При усилении в стрессовых условиях одноэлектронного восстановления кислорода при фотосинтезе в хлоропластах и транспорта электронов при дыхании в митохондриях, прежде всего, образуется синглетный кислород, супероксид-радикал, затем продукт его дисмутации – Н2Ог и, наконец, самый токсичный гидроксильный радикал.
ПРОЛИН привлекает наибольшее внимание, поскольку его аккумуляция возникает в растительных клетках при действии практически любых стрессовых факторов: холод, засуха, тяжёлые металлы, ультрафиолет.
Почти 50 лет физиологи растений изучали аккумуляцию пролина в основном в связи с его осморегуляторной ролью, хотя известно, что стресс-индуцированное накопление пролина в растительных клетках обладает мультифункциональным действием на клеточный метаболизм, помогая растениям адаптироваться к неблагоприятным условиям, защищая от инактивации белки, ДНК, ряд ферментов и другие важнейшие клеточные компоненты.
Одним из химических свойств пролина, входящих в современную концепцию о противодействии накоплению в клетках АФК, значительно опережающих повреждающее действие многих абиотических факторов, является его способность "тушить" синглетный кислород и гидроксильный радикал. Среди совместимых метаболитов, аккумулирующихся в растениях при стрессах, только для пролина показан эффект «тушения» синглетного кислорода, образующегося в первые часы действия стрессора. На основании снижения в клетках продукции малонового диальдегида (МДА) – индикатора перекисного окисления липидов, также известна антиоксидантная роль пролина в условиях NaCl-индуцированного окислительного стресса.
В последнее время продукция АФК в растительных клетках при стрессах стала рассматриваться не только как повреждающий фактор, но и как первичный сигнал для включения экспрессии генов, участвующих в стресс-адаптации, перекись водорода, гидроксил-радикал являются частью сложного и разветвлённого процесса передачи стресс-сигналов.
Весьма вероятно, что чем больше стресса, тем больше синтезируется пролина.
Пролин и спермин вовлекаются в регуляцию функционирования антиоксидантных ферментов и низкомолекулярных органических антиоксидантов. Участие пролина в детоксикации активных форм кислорода сопряжено с его окислением до оксипролина. В растениях в условиях окислительного стресса, содержание оксипролина увеличивается в 2 раза.
Функционирование антиоксидантной системы у дикорастущих растениях при действии стрессоров является универсальным защитным механизмом. Полученные в работе экспериментальные данные по влиянию экзогенного пролина на биосинтез полиаминов и активности антиоксидантных ферментов в нормальных условиях и при действии стрессоров вносят значительный вклад в понимание механизмов регуляции компонентов антиоксидантной системы при адаптации растений к неблагоприятным условиям.
Участие пролина в защитном ответе на действие засоления, облучения и модуляторов окислительного стресса поставило вопрос об изменениях в уровнях транскриптов генов его метаболизма. Изменения в уровне экспрессии генов метаболизма пролина в условиях действия стрессоров, показало, что повышение уровня мРНК генов биосинтеза пролина согласуется с повышением его внутриклеточного содержания.
Существует избирательность при активации той или иной реакции антиоксидантной системы, определяемой природой стрессорного фактора.
Низкомолекулярные метаболиты, пролин и спермин, вовлекаются в регуляцию функционирования антиоксидантных ферментов (супероксиддисмутазы и аскорбатпероксидазы) в растениях, что проявляется в активации пролином латентных изоформ супероксиддисмутазы и аскорбатпероксидазы, а также в изменении уровней мРНК, кодирующих эти изоформы генов. Всё это может лежать в основе реципрокных отношений между содержанием пролина и активностью супероксиддисмутазы.
В функционировании защитных систем растений важнейшее значение отводится пролину, участвующему в повышении осмотического давления клеточных растворов. Пролин и полиолы – важнейшие протекторы белков.
Пролин – это компонент стресс-белков и рецепторов; регулятор экспрессии генов; предшественник осмолитов; осморегулятор; протектор макромолекул и мембран; генератор восстановительных эквивалентов; регулятор окислительно-восстановительного потенциала; источник энергии; компонент системы клеточного рН; стрессовый метаболит; протекторная функция: препятствует денатурации белка, вызываемой ионами Na+ и Cl+; стабилизация клеточных мембран; перестройка дыхания – усиление активности внемитохондриальных систем; детоксикация продуктов распада (аммиак и др.)
Те же самые действия пролин осуществляет и в наших клетках, только в уменьшенном масштабе.
Стрессовые белки растений (животных, человека)
Активное избирательное отношение растительного организма к неблагоприятным, стрессовым условиям внешней среды выражается в его способности к саморегуляции, оптимизации протекающих в нем процессов, а также к приспособлению их к факторам внешней среды, с которыми организм находится в непрерывном взаимодействии на протяжении всего онтогенеза. Сюда относится устойчивость к недостатку или избытку воды, низким и высоким температурам, недостатку кислорода, засолению и загазованности среды, ионизирующему излучению, инфекциям и др.
Cтрессовые белки выявлены практически во всех отделах растительной клетки (Sachs, Ho, 1986; Vierling, 1991; Waters et al., 1996, Banzet et al., 1998). Применение молекулярно-биологических методов позволило установить, что стрессовые белки растений гомологичны стрессовым белкам других эукариот. Их локализация в различных отделах – ядрах, пластидах, митохондриях, эндоплазматическом ретикулуме, рибосомах, цитоплазме – свидетельствует об их существенной роли в важнейших биохимических процессах.
Внутриклеточный механизм включения генома клетки в формирование реакции на стрессовое воздействие до конца не исследован.
ОСОБЕННОСТЬЮ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ является её способность к образованию в ответ на широкий спектр стрессовых воздействий группы низкомолекулярных полипептидов. Большая часть стрессовых белков – это шапероны, синтезированные de novo, количество которых резко возрастает под действием стрессовых факторов.
Стрессовые факторы способны влиять на репарационные процессы генетического материала. Стрессовые белки играют важную роль в формировании устойчивости растений к действию неблагоприятных факторов, участвуя в защитных ответных реакциях.
Мономеры, как моно- и олигосахариды, аминокислоты, прежде всего пролин, бетаин, связывают воду, что особенно важно для сохранения внутриклеточной воды при повышении проницаемости мембран и облегчении выхода воды из клетки.
Пролин взаимодействует с поверхностными гидрофильными остатками белков и увеличивает их растворимость, защищая от денатурации. В результате клетка удерживает больше воды, что повышает жизнеспособность растений в условиях засухи, засоления, высокой температуры.
Происходит стабилизация мембран, в результате чего восстанавливается ионный транспорт. Повышаются активность функционирования митохондрий, хлоропластов и уровень энергообеспечения. Снижается генерация активных форм кислорода.
Пролин – Иминокислота, играет важную роль как структурный компонент белков. Его накопление наблюдали в клетках простейших, бактерий и растений, подвергнутых различным стрессам.
У растений накопление пролина происходит после воздействия высоких и низких температур, после повышенных концентраций NaCl и тяжелых металлов, оксидативном стрессе, и воздействии ультрафиолетового излучения.
Уровень накопления пролина в стрессовых условиях различен у разных видов и может превышать исходный более чем в 100 раз. Накопление пролина в течение осмотического стресса – это комбинированный результат усиления синтеза, снижения скорости его деградации и активного транспорта между компартментами клетки и частями растения.
Накопление пролина в течение осмотического стресса – это комбинированный результат усиления синтеза, снижения скорости его деградации и активного транспорта между компартментами клетки и частями растения. У высших растений пролин синтезируется двумя путями: в одном случае источником пролина является глутамат, в другом – орнитин.
Синтез пролина происходит в тканях с интенсивным делением клеток, таких как апикальные меристемы побега и, по-видимому, флоральные меристемы и развивающиеся зародыши. В норме уровень этой аминокислоты всегда выше в генеративных органах растения по сравнению с вегетативными.
В условиях стресса работает главным образом глутаматный путь биосинтеза пролина. Биосинтез пролина происходит в цитоплазме и, возможно, в хлоропластах клетки в период стресса, а деградация пролина – в митохондриях. Ключевым ферментом деградации пролина является фермент пролиндегидрогеназа (PDH).
Кроме синтеза стрессовых белков, при неблагоприятных обстоятельствах в клетках возрастает содержание углеводов, пролина, которые участвуют в защитных реакциях, стабилизируя цитоплазму.
Пролин способен трансформировать клеточную воду в коллоидное состояние, что предотвращает процесс гидролиза белков и распад аминокислот растения с образованием аммиака.
Распад аммиака у растений.
Органические кислоты яблочная, щавелевая, лимонная, янтарная (осуществляет энергетический обмен в растениях, животных, человеке) и др. связывают аммиачный азот в виде аммонийных солей, предотвращая аммиачное отравление. Для растений с кислым клеточным соком рН 1,3 – 4. Если клеточный сок близок к нейтральному: избыточный аммонийный азот обезврежвается через образование амидов дикарбоновых аминокислот – глутамина, аспарагина. Синтез аспарагина из аспарагиновой кислоты и глутамина наиболее типичен для растений. Часть глутамина больше, чем аспарагина (или наоборот). Аммиачный азот превращается в корнях в аммонийный азот аминокислот и амидный азот глутамина и аспарагина. У некоторых растений основным веществом, в виде которого связывается избыточный аммиачный азот, является производное глутамина – q-метиленглутамин. Дополнительный механизм обезвреживания избыточной аммонийной формы азота – связывание в виде мочевины. Связывание аммиака происходит двухосновными кислотами.
АЗОТ в растениях – происходит не только синтез белков, но и распад их через аминокислоты до аммиака. В молодых растениях и в молодых органах преобладает синтез белков, распад незначителен. По мере старения растений распад больше, чем синтез. Наблюдается образование аммиака, но в растениях он не накапливается. По мере появления аммиака он присоединяется к аспарагиновой и глутаминовой кислотам, образуя аспарагин или глутамин.
Если же органических кислот нет, например, при отсутствии фотосинтеза, то тормозится и образование аминокислот, и связывание ими аммиака.
Клетки получают энергию для своих нужд не напрямую из углеводов и жиров, а опосредованно, через их превращение в молекулу АТФ, которая является своего рода универсальным энергетическим субстратом. Янтарная кислота участвует в цикле образования АТФ.
У человека аммиак встроен в цикл мочевины и им занимается печень. Вполне возможно, что при новой молекулярной логике процесс с аммиаком и другими токсичными веществами станет другим – ведь не случайно микротрубочки испускают свет из своих глубин. А ведь это новая энергия, при производстве которой перестанут быть нужными старые механизмы.
Пока это излучение не вошло в полную силу по разным причинам, одна из которых является набиранием «количества», которое после переходит в «качество». Другими словами, мы присутствуем при накачке своеобразного органического лазера – нашего организма через мгновенные реакции. То, что их пока не видят, не должно смущать исследователей – это дело времени.
Одним из следствий нового энергетического процесса в нашем организме станет распад жиров до глюкозы и других веществ, участвующих в реакциях новой биохимии. В настоящее время избыточная глюкоза (тоже вопрос – какое количество глюкозы является избыточным НА САМОМ ДЕЛЕ) превращается в жир. Обратного превращения – разложить жир на глюкозу или аминокислоту, или иминокислоту НЕТ.
На данном этапе мы так пока УСТРОЕНЫ.
НО ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ УЖЕ ПЕРЕСТАЛИ БЫТЬ ДРУГИМИ.
Механизмов, способных осуществлять синтез глюкозы из жирных кислот, у животных тоже НЕТ, но у РАСТЕНИЙ такие механизмы ЕСТЬ.
КоА, кофермент ацетилирования (или ацилирования), важнейший из коферментов, принимающий участие в реакциях переноса ацильных групп. Молекула КоА состоит из остатка адениловой кислоты, связанной пирофосфатной группой с остатком пантотеновой кислоты, которая, в свою очередь, соединена пептидной связью с остатком b-меркаптоэтаноламина. Метаболизм головного мозга «подсажен» на кетоновые тела. Ацетон медленно выводится из организма через дыхательные пути. Кетоновые тела также «держат» на себе цикл Кребса.
Кетонурия – увеличение уровня ацетона в моче (ацетонурия). В норме в плазме крови и моче не должно быть кетоновых тел, так как это всегда указывает на определённые патологические процессы в организме человека, связанные с недостатком глюкозы. Причём «недостаток» глюкозы часто бывает ИСКУССТВЕННЫМ.
Происходило нарушение биологического Единства, в частности, через включение токсических веществ (ацетилен, аммиак и др.) в биохимию человека (и животных) – как пример закрытой системы организма.
Поэтому в настоящее время происходит восстановление Единства через проявление новой биохимии без токсических элементов. Постепенно, конечно. Сначала восстанавливается равновесие по иминокислотам – веществам с вторичной аминной группой.
Старая биохимия ОСНОВАНА НА молекулярной логике стресса.
Нейромедиаторы (например, катехоламин) вырабатывают адреналин, для синтеза гормонов надпочечников используется тирозин, который переходит в пигмент меланин и коэнзим (Q10 вовсе не так хорош и безобиден, как про него говорят в официальных научных и медицинских обществах). Это всё помогает впитывать энергию УФ-спектра для повреждения ДНК даже в темноте и создания искусственных мутаций.
Эндогенный ретровирус PRODH – древняя тайна пролина
Эндогенные ретровирусы (ЭРВ) – «самокопирующиеся» последовательности ДНК, которыми изобилует наш геном. Ген PRODH, оказавшийся под влиянием ретровирусного энхансера, кодирует ключевой фермент катаболизма пролина – пролиндегидрогеназу, которая участвует в метаболизме иминокислоты пролина.
Ни один из промежуточных продуктов цикла Кребса – ни глутамат, на аспартат – не способен проникать через барьер митохондриальной мембраны. Пролин – главный метаболит для запуска цикла Кребса: он способен проходить через мембрану митохондрии, что обеспечивает клетку необходимым выходом высокоэнергетического фосфата даже на тех этапах, когда возникает необходимость в 100-кратном увеличении активности цикла Кребса. Кстати, гиперпролинемия 1 типа обусловлена недостатком фермента пролиндегидрогеназы (умственная отсталость).
Гиппокамп – отдел мозга: где находится и за что отвечает
Своё немного странное название он получил благодаря изогнутой форме, напоминающей морского конька, а дословный перевод этого понятия – «изогнутый конь».
Гиппокамп – парный орган, его части располагаются в разных полушариях, но связаны между собой специальными нервными волокнами. Сравнительно небольшие «загогулины» гиппокампа входят в древнейшую область головного мозга – лимбическую систему, археокортекс – «древняя кора». Она управляет элементарными физиологическими процессами и вегетативными функциями.
Данный участок мозга отвечает за восприятие запахов (ольфакторная зона), и вплоть до конца XIX физиологи его называли «обонятельным мозгом». В 1890 году знаменитый русский физиолог В. М. Бехтерев опубликовал результаты исследований, в которых доказал связь гиппокампа с процессами запоминания и сохранения информации. Расположение гиппокампа такое, что он связан со всеми отделами головного мозга, куда и распределяет всё, что нужно запомнить и сохранить.
В ведении этого отдела мозга находится эмоциональная память, то есть сохранение эмоций и чувств. Это, пожалуй, один из древнейших видов памяти, и он самый прочный. Мы можем забыть детали события, черты участвующих в нём людей, но вот память о пережитых чувствах сохраняется очень долго. Как показали исследования, гиппокамп отвечает и за память на лица.
Гиппокамп занимается своеобразной сортировкой информации, отсеивая незначимую или неважную, а нужную отправляя на длительное хранение в другие отделы мозга, которые отвечают за самые разные виды памяти. Также отвечает за ориентацию в пространстве.
Гиппокамп не только управляет нейронами, отвечающими за восприятие пространства, но и хранит своеобразные нейронные карты, тех мест, где мы были. И у людей, профессия которых связана с необходимостью хорошей пространственной памяти, например, у таксистов, гиппокамп часто больших размеров, чем у тех, кому сохранение информации о местности не так важно.
Нейроны воспроизводятся, то есть «рождаются» в течение всей жизни человека, и при должной психической активности (когда человек мыслит, решает сложные задачи, занимается творчеством) они включаются в деятельность мозга.
Основной фабрикой по производству нейронов головного мозга является гиппокамп. Ежедневно он «производит» порядка 700 нервных клеток. Этот процесс, названный нейрогенезом, открыт сравнительно недавно и пока мало изучен.
Затяжной стресс приводит к быстрой и массовой гибели нейронов. Отвечающий за их воспроизводство гиппокамп не справляется с нагрузкой. К разрушению клеток этого отдела головного мозга также причастен гормон кортизол, который в больших количествах вырабатывается во время стресса для активизации деятельности организма, стимуляции мышечной и сосудистой системы. Главным побочным эффектом воздействия кортизола на головной мозг является нарушение работы гиппокампа, что приводит к ухудшению памяти, рассеянности, дезориентации в пространстве. Это к вопросу биохимии стресса, которая БЫЛА или, во всяком случае, ПОДХОДИТ К СВОЕМУ ЛОГИЧЕСКОМУ ЗАВЕРШЕНИЮ.
Кстати, вирус Борна, влияющий на поведение и настроение человека и животных, передается по типу простуды. Отличаются лишь его штаммы, так как регулярно эволюционируют. Эти данные позволяют заново взглянуть на природу психических расстройств.
Главный вывод по пролину
Всё вышесказанное относится к естественному пролину, рождённому в наших клетках. Никаких искусственных добавок или препаратов, рекламируемых сегодня, нет. Напомню, что открытый австралийскими учёными 25 апреля 2018г узел ДНК i-motif как раз и производит рождение пролина, необходимому организму и в нужном количестве. Поступает в импульсном режиме, мягко насыщая организм.
В нашем теле пролин – он ВЕЗДЕ. Он входит в состав ВСЕХ оболочек всех органических молекул, мембран, органов, органелл, нейронов, микротрубочек, нервов, глии – всех элементов. Вполне возможно, что он находился в спящем состоянии.
Но настало время АКТИВНОГО пробуждения. Экстракт корней борщевика помогает проявлению новой биохимии - насыщением не только пролином, но и другими полезными веществами. Рождаются новые реакции, и аммиак перестаёт отравлять клетки. Биохимия обязательного клеточного стресса перестаёт быть.