Нейротоксины ядов змей. Механизм действия

 

Химия пресинаптических нейротоксинов.

Нейротоксины второй группы,пресинаптические нейротоксины (пре – НТ), редко встречаются в змеиных ядах. Только некоторые из них выделены в очищенном виде и изучены. В семействе _{Elapidae пресинаптические НТ обнаружении в яде австралийского тайпана – тайпоксин, австралийской тигровой змеи – нотексин, и в яде крайта –} β-бунгаротоксин. Кротоксин – нейротоксин яда гремучих змей обладает преимущественным пресинаптическим действием на нервно – мышечные соединения у амфибий и постсинаптическим у млекопитающих. в отличие от пост – НТ нейротоксины 2 группы построены из большего числа аминокислотных остатков и соответственно имеют больший молекулярный вес. Кроме того некоторые из них являются комплексом состоящим из субъединиц.

Одним из первых пре –  НТ, полученных с помощью зонального электрофореза на крахмальном геле и в дальнейшем очищенных хроматографией на КМ-сефадексе с повторной рехроматографией, был β-бунгаротоксин. Β-бунгаротоксин построен приблизительно из 179 аминокислотных остатков, среди которых преобладают аспарагиновая кислота(22 остатка), глицин (16), лизин (13),аргинин (14),тирозин (13). Наличие 20 остатков цистина указывает, что молекула β-бунгаротоксина стабилизированы по крайней мере 10 сульфидными связями. Молекулярная масса нейротоксина 28500.

Предполагали, что β-бунгаротоксин лишен энзиматических свойств и является гомогенным. Однако установили, что β-бунгаротоксин состоит из двух субьединиц с молекулярным весом 8800 и 12400, изучая влияния β-бунгаротоксина на окислительное фосфолирирование в митохондриях нервных окончаний, пришли к выводу о наличии у токсина фосфолипазной активности.

Нотексин был получен  ионообменной хроматографией в градиенте  ацетата аммония. Основной нейротоксический компонент нотексина, составляющий 6% сырого неочищенного яда, выделен в виде препарата, содержащего 27% нотексина путем повторного хроматографирования.

Нотексин представляет собой полипептид, состоящий из 119 аминокислотных остатка и 7 дисульфидных мостиков; молекулярный вес 13547. большинство очищенных препаратов нотексина обладают фосфолипазной активностью. При определении N-концевой последовательности следы загрязненности не были найдены, но следует иметь ввиду что этот метод позволяет определить содержание примесей не менее чем 5 – 10%. Поэтому энзиматическая активность может быть связана с незначительной примесью фермента. Не исключено, что нотексин может быть родственен фосфолипазе А, ранее выделенной из яда черношейной кобры, состоящей из 117 аминокислотных остатков и 7 дисульфидных мостиков. Сравнение нотексина и фосфолипазы А указывает на сходство их первичных структур. [2]

Действие ядов на передачу нервно-мышечную передачу.

_{Механизм  нарушения передачи возбуждения в  мионевральном синапсе  под влияние змеиных  ядов наиболее изучен. Уже первые наблюдения за картиной гибели отравленного животного, в которой доминировали симптомы паралича скелетной и дыхательной мускулатуры, вызвали необходимость изучения этого феномена в строгих лабораторных условиях. Многочисленными опытами на изолированных нервно-мышечных препаратах было показано, что змеиные яды блокируют передачу возбуждения с нерва на мышцу, снижают возбудимость на прямую и непрямую стимуляцию и вызывают деполяризацию нервных и мышечных мембран.}

_{Угнетение нервно-мышечной передачи под действием  яда может реализоваться с помощью двух механизмов. Один из них связан с блокирующим действием яда на концевую пластинку. В основе второго лежит деполяризующее действие на возбудимые мембраны. Однако при использовании цельного яда трудно отдифференцировать эти два механизма, так как его деполяризующее действие приводит к блокированию распространяющегося возбуждения в нервных волокнах, а в высоких концентрациях яд вызывает мышечную контрактуру. Яд предупреждает деполяризующее действие ацетилхолина на изолированные мышцы, в то время как ацетилхолинэстеразные соединения снижают его блокирующий эффект.}

_{В опытах кротоксин блокировал мышечное сокращение на непрямую стимуляцию и не оказывал влияния  на мембранный потенциал. Однако изучение действия ядов двух разновидностей (с  кротамином и без него) сообщили о практически необратимом  блокирующем действии на нервно мышечную передачу у кошек и крыс яда без кротамина, причем как на мышечные мембраны, так и на специфические рецепторы постсинаптической мембраны. Нервно-мышечный блок под влиянием яда, содержащего кротамин, достигался путем деполяризации мышечных мембран. Яд гадюковых также способен нарушать нервно-мышечную передачу, вызывая периферический паралич, обусловленный необратимой блокадой специфических ацетилхолиновых рецепторов. Он угнетает также электрическую активность мышечных волокон. Иммунохимический анализ показал наличие в яде белковой фракции, сходной с постсинаптическим} α-токсином из яда черношейной кобры. [2]

 

_{В институте биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякинаи Ю.А. Овчинникова РАН (ИБХ) в лаборатории молекулярной токсинологии} проводятся работы по выделению и установлению строения новых пептидов и белков из различных ядов, установлению мишеней биологического действия изучаемых пептидов и белков, исследование механизма их взаимодействия с соответствующими рецепторами, а также проводятся биологические испытания, которые могут дать информацию для создания новых медицинских препаратов. 
Поиск новых полипептидов ведется по двум основным направлениям, включающим токсины, направленные против лиганд-управляемых ионных каналов, и соединения, влияющие на процессы гемостаза.

Лаборатория организована в 2009 г. и  возглавляется доктором химических наук профессором Ю.Н.Уткиным. Основными  задачами лаборатории молекулярной токсинологии являются фундаментальные  исследования по изучению молекулярной структуры компонентов животных ядов и молекулярных механизмов действия животных ядов и их компонентов. 
Ряд исследований проводится в тесном сотрудничестве с отечественными и зарубежными лабораториями. 

Из яда африканской  шумящей гадюки Bitis arietans выделен  блокирующий никотиновый холинорецептор (нХР), белок с молекулярной массой 27,4 кДа. N-концевая последовательность этого белка, названного битанарином, гомологична N-концевым аминокислотным последовательностям фосфолипаз А2 из ядов змей, имеющих молекулярную массу около 14 кДа и не обладающих способностью блокировать холинорецепторы. С использованием метода радиолигандного анализа установлено взаимодействие битанарина с нХР мышечного и альфа7 типа, а также с ацетилхолин-связывающими белками моллюсков L. stagnalis и A. californica. По своей активности битанарин близок так называемым необычным или слабым трехпетельным токсинам из ядов кобр. Этот белок обладает также фосфолипазной активностью, сопоставимой с активностью фософлипаз А2 яда кобр. Битанарин представляет собой фосфолипазу А2 нового типа и является первой фосфолипазой, для которой показано взаимодействие с нХР. [9]

Постсинаптические нейротоксины (пост – НТ).

_{В отличие  от цельного яда кобры  пост – НТ  избирательно блокируют передачу возбуждения в  нервно-мышечном соединении, не оказывая влияния на электрические свойства нерва и мышцы. Инкубация в течение часа изолированных нервно-мышечных препаратов в растворе, содержащем пост – НТ  в концентрации около 1 мкг/мл, приводит к прогрессивному уменьшению амплитуды потенциала концевой пластинки – ПКП. Угнетающий эффект возрастает при увеличении частоты стимуляции, одновременно уменьшается амплитуда ПКП без существенных изменений их частоты. Даже в высоких концентрациях пост – НТ не оказывали влияния на потенциалы покоя и мышцы и моторных терминалей.}

_{Наибольшей чувствительностью к действию пост – НТ обладают холинорецепторные мембраны скелетной мускулатуры позвоночных животных. В то же время соматическая мускулатура морских моллюсков и сердце миноги устойчивы к действию нейротоксинов кобры. Видовые различия в чувствительности холинорецепторов на разнообразных представителях позвоночных (лягушки, цыплята, котята, крысы). Было высказано предположение, что пост – НТ не являются прямыми конкурентами ацетилхолина за активный центр холинорецептора. [9]}

Пресинаптические нейротоксины (пре – НТ).

_{Нейротоксины  с пресинаптическим характером действия избирательно поражают  механизм высвобождения  ацетилхолина, не влияя  на чувствительность  к медиатору постсинаптических  структур. Обработка  изолированного нервно-мышечного препарата} β-бунгаротоксином после начального периода увеличения частоты приводит к полному устранению ПКП. Скорость наступления угнетающего эффекта зависит как от концентрации пре – НТ, так и от частоты стимуляции. Также была установлена зависимость времени наступления блока  нервно-мышечной передачи от температуры окружающей среды. Так, тайпоксин (1мкг/мл) при температуре 37 °С вызывал угнетение препарата в течение часа, при снижении температуры до 28 °С проводимость сохранялась до 4 часов инкубации. Пре – НТ не снижают ответ изолированных мышц на экзогенный ацетилхолин и не влияют на проведения возбуждения по нервным терминалям. Другие доказательства избирательного пресинаптического характера действия  β-бунгаротоксина были получены на лишенной нервных окончаний культуре тканей, полученных из миобластов 10 дневных эмбрионов цыпленка. Предварительная инкубация α-бунгаротоксином полностью устраняла деполяризацию вызванную последующим введением в среду ацетилхолина. В этих условиях β-бунгаротоксин оказался не эффективным. На поздних стадиях действия β-бунгаротоксина наблюдается разрушение везикул с ацетилхолином вплоть до полного их исчезновения. Отмечается также и вакуолизация митохондрий моторных нервных терминалей.

Действие β-бунгаротоксина сходно с действием токсины ботулизма, также поражающего механизм высвобождения ацетилхолина из нервных окончаний. Однако имеются и различия: токсин ботулизма не вызывает начального увеличения ПКП; в отличие от токсина ботулизма β-бунгаротоксин взаимодействует только с холинэргическими окончаниями; при действии токсина ботулизма не замечены изменения в пресинаптической области.

На синаптосомах  из мозга крысы выявлена способность β-бунгаротоксина снижать накопление ГАМК, серотонина, норадреналина и холина. Поскольку β-бунгаротоксин в основном вытесняет уже накопленные нейромедиаторы, можно предположить, что его действие связано с поражение процесса хранения, а не транспорта медиаторов. [9]

Заключение

Механизм действия змеиных  ядов еще окончательно не расшифрован учеными. Но прозрачная капелька яда, попав в кровь, разносится ею по всему организму и в определенной дозе оказывает благоприятный эффект на организм больного. Установлено, что небольшие количества яда кобры обладают болеутоляющим действием и могут даже использоваться как заменитель морфия у больных, страдающих злокачественными новообразованиями. При этом в отличие от морфия змеиный яд действует более длительно и, что самое главное, не вызывает привыкания. Кроме того, созданы препараты на основе яда кобры, улучшающие общее состояние больных, страдающих бронхиальной астмой, эпилепсией, стенокардией.

Потребность в змеином  яде возрастает из года в год и  змеепитомники, созданные в ряде районов нашей страны, пока еще  не могут удовлетворить эту потребность. Поэтому назрела необходимость охранять ядовитых змей в природных условиях, а также добиваться их размножения в неволе. [5]

Следует помнить, что  в руках неопытных людей змеиный  яд становится не союзником в борьбе за сохранение здоровья, а опасным врагом и может вызвать тяжелые отравления. О необходимости правильно подбирать дозу лечебного вещества говорил еще Теофраст Парацельс, утверждая, что «...все есть яд, ничто не лишено ядовитости, и все есть лекарство. Одна только доза делает вещество ядом или лекарством». Это изречение знаменитого ученого не потеряло своего смысла и в наши дни и, пользуясь ядами змей, больные обязаны строго соблюдать предписания лечащего врача. [7]

_{Яды змей, как известно, опасны для многих видов млекопитающих. Но среди более низко организованных животных, особенно среди насекомых, известны виды, не восприимчивые к действию змеиного яда, что позволяет использовать их в качестве противоядий.}

_{Подводя итог рассмотрению круга  вопросов, охватывающих особенности химического  строения и механизмов действия ядов, нельзя не упомянуть что Природа — этот искуснейший экспериментатор — дала в руки исследователей уникальные инструменты для изучения фундаментальных вопросов строения и функционирования живой клетки.}

_{Зоотоксины  — прекрасные модели для молекулярной биологии, позволяющие решать вопросы взаимосвязи структуры и функции в биомолекулах. [8]}

Список литературы.

1. Орлов Б.Н « Ядовитые животные и растения СССР». М.: Высшая школа, 1990г. - 272 с.

2. Орлов Б.Н «Яды змей» Издательство «Медицина», Ташкент, 1987г. -252с.

3. Г.И Оксендендлер «Яды и противоядия»  Л.: Наука, 1982. — 192 с

       4. Е. Дунаев, И. Кауров «Рептилии. Амфибии». М.: Астрель, 2010г. – 180с.

5. Б.С Туниев, Н.Л Орлов «Змеи Кавказа». М.: Товарищество научных изданий КМК, 2009. – 223с.

6. www.zmeuga.ru

7. www.zoovet.ru

8. www.floranimal.ru

9. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed