Mechanizmus účinku neurotoxínov. Jedovaté a vysoko toxické látky s neurotoxickými účinkami

Neurotoxíny sú látky, ktoré inhibujú funkciu neurónov. Neuróny sú prítomné v mozgu a nervovom systéme. Funkcie týchto jedinečných buniek sú rozhodujúce pre rôzne úlohy, od činností autonómneho nervového systému, ako je prehĺtanie, až po činnosti na vyššej úrovni vykonávané mozgom. Neurotoxíny môžu pôsobiť rôznymi spôsobmi, a preto sa súvisiace riziká líšia v závislosti od typu neurotoxínu a jeho dávky.

V niektorých prípadoch neurotoxíny jednoducho vážne poškodia neuróny, takže nemôžu fungovať.

V iných prípadoch útočia na signalizačné schopnosti neurónov, blokujú uvoľňovanie rôznych chemikálií alebo zasahujú do procesu prijímania prenášaných správ a niekedy spôsobujú, že neuróny vysielajú falošné signály. Neurotoxíny môžu tiež úplne zničiť neuróny.

Produkcia neurotoxínov

V skutočnosti telo samo produkuje určité neurotoxíny. Napríklad veľké množstvo mnohých neurotransmiterov produkovaných na odosielanie správ v nervovom systéme môže spôsobiť poškodenie tela. V niektorých prípadoch telo produkuje neurotoxíny ako odpoveď na ohrozenie imunitného systému. V prirodzenom prostredí sú prítomné aj početné neurotoxíny; produkujú ich jedovaté zvieratá; Ťažké kovy ako olovo sú tiež neurotoxíny. Niekedy orgány niektorých krajín používajú neurotoxíny na boj proti nepokojom a na vedenie vojny. Neurotoxíny používané na takéto účely sa bežne označujú ako nervové látky.

Vystavenie neurotoxínom

Vystavenie neurotoxínom môže spôsobiť závraty, nevoľnosť, stratu motorickej kontroly, paralýzu, rozmazané videnie, záchvaty a mŕtvicu. V závažných prípadoch môžu účinky otravy zahŕňať kómu a prípadnú smrť v dôsledku vypnutia nervového systému. Najmä telo sa začne rýchlo rozkladať, keď neurotoxíny potláčajú funkciu autonómneho nervového systému, pretože množstvo dôležitých úloh sa prestáva vykonávať.

Otrava

Pri akútnej otrave je obeť náhle vystavená špecifickej dávke neurotoxínu. Príkladom akútnej otravy je uštipnutie hadom. Chronická otrava zahŕňa pomalé vystavenie neurotoxínu počas určitého časového obdobia. Príkladom chronickej otravy je otrava ťažkými kovmi, pri ktorej obeť nevedomky dostáva každý deň malé množstvo neurotoxínu.

Problém ťažkých kovov je v tom, že sa v tele skôr hromadia, než aby sa z neho odstraňovali, takže v určitom okamihu postihnutý ochorie.

Na liečbu otravy neurotoxínmi možno použiť množstvo techník. Mnohé z nich sa spoliehajú na podpornú starostlivosť, aby bolo možné vykonávať úlohy, s ktorými si telo nevie poradiť, kým sa pacientov stav nestabilizuje. Ak k tomu dôjde, pacient sa môže zotaviť, ale často sa bude musieť neskôr vyrovnať s vedľajšími účinkami jedu. V niektorých prípadoch sa používajú chemikálie na blokovanie funkcie neurotoxínov alebo ich vyplavovanie z tela. V iných prípadoch sa otrava nemusí vyliečiť a cieľom liečby je zabezpečiť pacientovi pohodlie.

Zdroj: wisegeek.com
Foto: newearth.media

Rakovina pankreasu je veľmi častá. Liečba rakoviny pankreasu sa určuje v závislosti od miesta a štádia rakoviny. Možnosť liečby sa vyberá na základe veku a celkového zdravotného stavu pacienta. Liečba rakoviny má za cieľ odstrániť rakovinu, ak je to možné, alebo zabrániť ďalšiemu rastu nádoru. Ak je rakovina pankreasu diagnostikovaná v pokročilom štádiu a akákoľvek možnosť liečby...

Parkinsonova choroba môže postihnúť kohokoľvek. Ľudia trpiaci Parkinsonovou chorobou vyžadujú veľa starostlivosti a pozornosti. Pre pacienta sa stáva veľmi frustrujúcim, keď nedokáže pochopiť druhých alebo sa o seba postarať. Počas tohto obdobia poskytnite pacientovi podporu. Nehnevajte sa a nedráždite pacienta, keď vám nerozumie. Hovorte jasne, pozitívne a komunikujte s pacientom. Očný kontakt je nevyhnutný...

Vestibulárny systém môže trpieť určitými poruchami, od labyrintitídy až po benígne paroxyzmálne polohové vertigo, ktoré môžu ovplyvniť nielen sluchové schopnosti človeka, ale môžu viesť aj k množstvu ďalších zdravotných problémov. Ucho poskytuje nielen sluch, ale pomáha aj udržiavať rovnováhu pri našich každodenných činnostiach. V našich ušiach sú určité tekutiny, ktoré...

Leonid Zavalskij

Neurotoxíny sa čoraz viac využívajú v medicíne na terapeutické účely.

Niektoré neurotoxíny s rôznymi molekulárnymi štruktúrami majú podobný mechanizmus účinku a spôsobujú fázové prechody v membránach nervových a svalových buniek. Dôležitú úlohu v pôsobení neurotoxínov zohráva hydratácia, ktorá výrazne ovplyvňuje konformáciu interagujúcich jedov a receptorov.

Informácie o jedovatosti pufferfish (maki-maki, dogfish, puffer fish, atď.) pochádzajú z dávnych čias (viac ako 2500 rokov pred naším letopočtom). Z Európanov ako prvý podrobne opísal príznaky otravy slávny moreplavec Cook, ktorý sa spolu so 16 námorníkmi počas svojej druhej plavby okolo sveta v roku 1774 liečil pufferfish. Mal šťastie, pretože sa „sotva dotkol filé“, zatiaľ čo „prasa, ktoré zjedlo vnútornosti, zomrelo a zomrelo“. Napodiv, Japonci si nemôžu odoprieť potešenie z ochutnania tejto z ich pohľadu pochúťky, hoci vedia, ako starostlivo ju treba pripravovať a aké nebezpečné je jesť.

Prvé príznaky otravy sa objavia v priebehu niekoľkých minút až 3 hodín po zjedení fugu. Nešťastný jedák najskôr pociťuje mravčenie a znecitlivenie jazyka a pier, ktoré sa následne rozšíri do celého tela. Potom začne bolesť hlavy a žalúdka a moje ruky ochrnú. Chôdza sa stáva nestabilnou, objavuje sa zvracanie, ataxia, stupor a afázia. Sťažuje sa dýchanie, klesá krvný tlak, klesá telesná teplota, vzniká cyanóza slizníc a kože. Pacient upadá do komatózneho stavu a krátko po zastavení dýchania sa zastaví aj srdcová činnosť. Jedným slovom typický obraz pôsobenia nervového jedu.

V roku 1909 japonský výskumník Tahara izoloval účinnú látku z fugu a nazval ju tetrodotoxín. Avšak až o 40 rokov neskôr bolo možné izolovať tetrodotoxín v kryštalickej forme a stanoviť jeho chemický vzorec. Na získanie 10 g tetrodotoxínu musel japonský vedec Tsuda (1967) spracovať 1 tonu vaječníkov fugu. Tetrodotoxín je zlúčenina aminoperhydrochinazolínu s guanidínovou skupinou a má extrémne vysokú biologickú aktivitu. Ako sa ukázalo, práve prítomnosť guanidínovej skupiny zohráva rozhodujúcu úlohu pri výskyte toxicity.

Súčasne so štúdiom jedu skalnatých rýb a puchýň veľa laboratórií po celom svete študovalo toxíny izolované z tkanív iných živočíchov: mlokov, mlokov, jedovatých ropuch a iných. Ukázalo sa zaujímavé, že v niektorých prípadoch produkovali rovnaký jed aj tkanivá úplne iných zvierat, ktoré nemajú žiadnu genetickú príbuznosť, najmä mloka kalifornského Taricha torosa, ryby rodu Gobiodon, stredoamerické žaby Atelopus, austrálske chobotnice Hapalochlaena maculosa tetrodotoxín.

Účinok tetrodotoxínu je veľmi podobný inému neproteínovému neurotoxínu, saxitoxínu, produkovanému jednobunkovými bičíkovitými dinoflagelátmi. Jed týchto bičíkatých jednobunkových organizmov sa môže koncentrovať v tkanivách mäkkýšov pri hromadnom rozmnožovaní, po čom sa mušle pri konzumácii ľuďmi stanú jedovatými. Štúdia molekulárnej štruktúry saxitoxínu ukázala, že jeho molekuly, podobne ako tetrodotoxín, obsahujú guanidínovú skupinu, dokonca dve takéto skupiny na molekulu. Inak saxitoxín nemá spoločné štruktúrne prvky s tetrodotoxínom. Mechanizmus účinku týchto jedov je však rovnaký.

Patologický účinok tetrodotoxínu je založený na jeho schopnosti blokovať vedenie nervových impulzov v dráždivých nervových a svalových tkanivách. Jedinečnosť účinku jedu spočíva v tom, že vo veľmi nízkych koncentráciách - 1 gama (stotisícina gramu) na kilogram živého tela - blokuje pri akčnom potenciáli prichádzajúci sodíkový prúd, čo vedie k smrti. . Jed pôsobí iba na vonkajšej strane membrány axónu. Na základe týchto údajov japonskí vedci Kao a Nishiyama predpokladali, že tetrodotoxín, ktorého veľkosť guanidínovej skupiny je blízka priemeru hydratovaného sodíkového iónu, vstupuje do ústia sodíkového kanála a uviazne v ňom, pričom je stabilizovaný na zvonku zvyškom molekuly, ktorej rozmery presahujú priemer kanálika. Podobné údaje sa získali pri štúdiu blokujúceho účinku saxitoxínu. Pozrime sa na tento fenomén podrobnejšie.

V pokoji sa medzi vnútornou a vonkajšou stranou axónovej membrány udržiava potenciálny rozdiel približne 60 mV (vonkajší potenciál je kladný). Pri vybudení nervu v mieste aplikácie v krátkom čase (asi 1 ms) sa potenciálny rozdiel zmení znamienko a dosiahne 50 mV - prvá fáza akčného potenciálu. Po dosiahnutí maxima sa potenciál v danom bode vracia do počiatočného stavu polarizácie, ale jeho absolútna hodnota sa stáva o niečo väčšou ako v pokoji (70 mV) - druhá fáza akčného potenciálu. V priebehu 3-4 ms sa akčný potenciál v tomto bode na axóne vráti do svojho pokojového stavu. Skratový impulz stačí na vybudenie susedného úseku nervu a jeho repolarizáciu v momente, keď sa predchádzajúci úsek vráti do rovnováhy. Akčný potenciál sa teda šíri pozdĺž nervu vo forme netlmenej vlny, ktorá sa šíri rýchlosťou 20-100 m/s.

Hodgkin a Huxley a ich spolupracovníci podrobne študovali proces šírenia nervových vzruchov a ukázali, že v pokojovom stave je membrána axónov nepriepustná pre sodík, zatiaľ čo draslík membránou voľne difunduje. Draslík, ktorý „vyteká“ von, prenáša kladný náboj a vnútorný priestor axónu sa stáva záporne nabitým, čo bráni ďalšiemu uvoľňovaniu draslíka. V dôsledku toho sa ukazuje, že koncentrácia draslíka mimo nervovej bunky je 30-krát menšia ako vo vnútri. Pri sodíku je situácia opačná – v axoplazme je jeho koncentrácia 10-krát nižšia ako v medzibunkovom priestore.

Molekuly tetrodotoxínu a saxitoxínu blokujú sodíkový kanál a v dôsledku toho bránia prechodu akčného potenciálu cez axón. Ako je možné vidieť, okrem špecifickej interakcie guanidínovej skupiny s ústím kanála (interakcia typu „key-lock“), určitú funkciu v interakcii vykonáva zvyšná časť molekuly, subjekt k hydratácii molekulami vody z vodno-soľného roztoku obklopeného membránou.

Dôležitosť štúdií o pôsobení neurotoxínov možno len ťažko preceňovať, pretože nám po prvýkrát umožnili priblížiť sa k pochopeniu takých základných javov, ako je selektívna iónová permeabilita bunkových membrán, ktorá je základom regulácie životných funkcií tela. . Použitím vysoko špecifickej väzby tetrodotoxínu značeného tríciom bolo možné vypočítať hustotu sodíkových kanálov v axonálnej membráne rôznych zvierat. V obrom axóne chobotnice teda bola hustota kanála 550 na štvorcový mikrometer a vo svale sartorius žaby to bolo 380.

Špecifické blokovanie nervového vedenia umožnilo použitie tetrodotoxínu ako silného lokálneho anestetika. V súčasnosti už mnohé krajiny zaviedli výrobu liekov proti bolesti na báze tetrodotoxínu. Existujú dôkazy o pozitívnom terapeutickom účinku neurotoxínových liekov pri bronchiálnej astme a kŕčových stavoch.

Mechanizmy účinku morfínových liekov boli teraz veľmi podrobne študované. Medicína a farmakológia už dlho poznajú vlastnosti ópia na zmiernenie bolesti. Už v roku 1803 sa nemeckému farmakológovi Fritzovi Serthunerovi podarilo ópiovú drogu vyčistiť a extrahovať z nej účinnú látku – morfín. Droga morfín bola široko používaná v klinickej praxi najmä počas prvej svetovej vojny. Jeho hlavnou nevýhodou je vedľajší účinok, ktorý sa prejavuje vo vytváraní chemickej závislosti a závislosti tela na droge. Preto sa pokúšali nájsť náhradu za morfín rovnako účinným liekom proti bolesti, no bez vedľajších účinkov. Všetky nové látky však, ako sa ukázalo, spôsobujú aj syndróm závislosti. Tento osud postihol heroín (1890), meperidín (1940) a ďalšie deriváty morfínu. Množstvo molekúl opiátov líšiacich sa tvarom poskytuje základ pre presné stanovenie štruktúry opiátového receptora, ku ktorému je pripojená molekula morfínu, podobne ako tetrodotoxínový receptor.

Všetky molekuly analgeticky aktívnych opiátov majú spoločné prvky. Molekula ópia má pevný tvar T, ktorý predstavujú dva navzájom kolmé prvky. Na báze T-molekuly je hydroxylová skupina a na jednom konci vodorovnej čiary je atóm dusíka. Tieto prvky tvoria „základný základ“ kľúča, ktorý otvára receptorový zámok. Zdá sa významné, že iba ľavotočivé izoméry morfínovej série majú analgetickú a euforickú aktivitu, zatiaľ čo pravotočivé izoméry sú takejto aktivity zbavené.

Početné štúdie preukázali, že opiátové receptory existujú v telách všetkých stavovcov bez výnimky, od žralokov po primáty vrátane ľudí. Navyše sa ukázalo, že samotné telo je schopné syntetizovať látky podobné ópiu nazývané enkefalíny (metionín-enkefalín a leucín-enkefalín), ktoré pozostávajú z piatich aminokyselín a nevyhnutne obsahujú špecifický morfínový „kľúč“. Enkefalíny sú uvoľňované špeciálnymi enkefalínovými neurónmi a spôsobujú uvoľnenie tela. V reakcii na pripojenie enkefalínov na opiátový receptor vyšle riadiaci neurón relaxačný signál do hladkého svalstva a najstaršia formácia nervového systému - limbický mozog - ho vníma ako stav najvyššej blaženosti, čiže eufórie. Takýto stav môže nastať napríklad po skončení stresu, dobre vykonanej práce alebo hlbokom sexuálnom uspokojení vyžadujúcom určitú mobilizáciu síl tela. Morfín vzrušuje opiátový receptor, podobne ako enkefalíny, aj keď nie je dôvod na blaženosť, napríklad v prípade choroby. Je dokázané, že stav nirvány jogínov nie je nič iné ako eufória dosiahnutá uvoľnením enkefalínov prostredníctvom autotréningu a meditácie. Týmto spôsobom jogíni otvárajú prístup k hladkým svalom a môžu regulovať fungovanie vnútorných orgánov, dokonca zastaviť srdcový tep.

Čo sú to neurotoxíny? Sú to látky, ktoré zasahujú do elektrickej aktivity nervov, čím im bránia v normálnej činnosti.

Ako neurotoxíny ničia nervové bunky?

Neurotoxíny sú látky, ktoré interagujú s nervovými bunkami, nadmerne ich stimulujú alebo prerušujú komunikáciu medzi nimi. Sú to procesy škodlivé pre nervové bunky, ktoré ovplyvňujú ich chemické procesy. Výskumy jasne ukazujú, že neurotoxíny znižujú životnosť nervových buniek. Tieto toxíny sú spojené s rôznymi poruchami mozgu a neurodegeneratívnymi ochoreniami, ako je Alzheimerova choroba, Huntingtonova chorea a Parkinsonova choroba.

Neurotoxíny sa za posledných niekoľko desaťročí výrazne rozšírili. Mnohé z nich sa používajú v jedle, ktoré jeme, a vo vode, ktorú pijeme. Najpoužívanejšie neurotoxíny sú vo fast foodoch, konzervovaných potravinách a často sa používajú aj v dojčenskej výžive.

Neurotoxíny v potravinách

Ak máte dieťa alebo batoľatá, mali by ste venovať osobitnú pozornosť 10 najbežnejším neurotoxínom uvedeným nižšie. Deti sú najzraniteľnejšie voči neurotoxínom, pretože ich telá sa stále vyvíjajú. Spracované potraviny ako čipsy, cukríky a čokoláda často obsahujú neurotoxíny. Ak sa stretnete s jedlom obsahujúcim niektorý z nižšie uvedených neurotoxínov, mali by ste sa ho vyhnúť.

Aspartam (aka Equal, AminoSweet, NutraSweet, Spoonful) – Najčastejšie sa používa v potravinách bez cukru. Najmä v žuvačkách a nápojoch bez cukru. Väčšina aspartámu sa získava z odpadu geneticky modifikovaných baktérií. Výskum ukazuje, že aspartám môže spôsobiť cukrovku, migrény, zlyhanie obličiek, kŕče, slepotu, obezitu, neurologické poruchy, duševné choroby a nádory mozgu.

Glutaman sodný (tiež známy ako MSG) sa najčastejšie používa v čipsoch, konzervách, detskej výžive a množstve nezdravých potravín. Nezávislí vedci sa domnievajú, že MSG hrá dôležitú úlohu pri rozvoji neurodegeneratívnych ochorení mozgu, vrátane Alzheimerovej, Parkinsonovej a Huntingtonovej choroby. Dôkazy podporujúce toto tvrdenie pochádzajú zo skutočnosti, že mononenasýtené grutany poškodzujú neuróny, najmä mozgové bunky.

Sukralóza (tiež známa ako Splenda) je umelé sladidlo používané vo výrobkoch bez cukru, najmä v nápojoch. Sukralóza bola objavená celkom náhodou, keď sa robil výskum na vytvorenie nového insekticídu. Preto sa mnohí vedci domnievajú, že sukralóza by sa mala považovať za insekticíd. Tento toxín je mnohými identifikovaný ako chemický príbuzný DDT. Sukralóza je chlórovaná zlúčenina a rozklad tohto typu zlúčeniny v tele uvoľňuje toxické chemikálie.

Hliník – Tento kov je bežný v pitnej vode a vakcínach. Hliník je telom veľmi absorbovaný. Kyselina citrónová alebo citrát môžu výrazne zvýšiť jeho vstrebávanie. Vakcíny sú jednou z hlavných príčin toxicity hliníka, pretože hliník sa vstrekuje priamo do tela.

Ortuť – tento ťažký kov je bežný v rybích produktoch a vakcínach. Ortuť možno nájsť aj v pitnej vode. Je to jeden z najtoxickejších neurotoxínov, pretože ľahko ničí mozgové tkanivo.

Fluorid (fluorid sodný). Tento toxín je veľmi bežný v pitnej vode a bežných zubných pastách. V minulosti sa fluorid používal ako jed na potkany. Fluorid používaný v spotrebných výrobkoch je zmesou veľmi nebezpečných chemikálií. Tiež známy ako fluorid sodný, nemieša sa s prirodzene sa vyskytujúcim fluoridom vápenatým. Z tohto dôvodu majú fluoridové zubné pasty varovné štítky.

Hydrolyzovaný rastlinný proteín – Táto nezdravá potravinová zložka je bežná vo väčšine nezdravých potravín. Obsahuje vysoké koncentrácie glutamátu a aspartátu, ktoré môžu stimulovať nervové bunky a v konečnom dôsledku viesť k ich smrti.

Kazeinát vápenatý – Tento toxín sa bežne používa v proteínových doplnkoch, nezdravých potravinách a čokoládových energetických nápojoch. Pre svoje neurotoxické vlastnosti poškodzuje mozog.

Kazeinát sodný – Tento typ proteínu je bežný v mliečnych výrobkoch a nezdravých potravinách. Predpokladá sa, že spôsobuje problémy s autizmom a gastrointestinálnymi ochoreniami.

Kvasnicový extrakt je obľúbenou zložkou potravín v mnohých spracovaných potravinách, ako sú konzervované potraviny. Je toxický pre mozog.

v biochémii

Mechanizmus účinku neurotoxínov hadieho jedu

Úvod

chémia hadí jed

Hadie jedy sú svojím chemickým zložením a fyziologickými účinkami jedinečnou skupinou biologicky aktívnych zlúčenín. Ich toxické a liečivé vlastnosti sú ľudstvu známe už od staroveku. Záujem o štúdium týchto jedovatých produktov sa dlho obmedzoval na potreby lekárskej praxe. Väčšina práce bola venovaná popisu klinického obrazu otravy, hľadaniu metód špecifickej a nešpecifickej terapie, ako aj využitia hadích jedov a prípravkov z nich ako liečebných prostriedkov. Racionálne použitie hadích jedov v medicíne je nemožné bez experimentálneho štúdia a teoretického zdôvodnenia podstaty reakcií, ktoré sa v tele vyvíjajú v reakcii na zavedenie konkrétneho jedu. Štúdium jednotlivých mechanizmov pôsobenia hadích jedov na organizmus je nevyhnutné na vytvorenie vedecky podložených liečebných metód.

Nedostatočné znalosti o mechanizmoch toxického pôsobenia hadích jedov často neumožňujú lekárom rýchlo a účinne zmierniť stav obete. V niektorých prípadoch sa berie do úvahy iba vonkajší obraz otravy a klinická starostlivosť sa obmedzuje na symptomatické prostriedky bez zohľadnenia špecifických účinkov jedu na životne dôležité systémy tela.

Je potrebné poznamenať, že hadie jedy majú silný toxický účinok iba v smrteľných a subletálnych dávkach. Malé dávky nespôsobujú žiadne klinické prejavy otravy a už dlho sa používajú v praktickej medicíne. Terapeutická aplikácia sa však často uskutočňuje empiricky bez dostatočného teoretického zdôvodnenia, čo so sebou prináša chyby. Nie je potrebné dokazovať, že efektívne využitie hadích jedov na klinike by malo byť založené na hlbokom poznaní ich zloženia a vlastností a predovšetkým na experimentálnych štúdiách, ktoré by mali odhaliť fyziologickú podstatu a mechanizmy účinku týchto jedovatých látok. a pomôcť lekárom vedecky využívať jedy na terapeutické účely. Vo výskumných laboratóriách prudko vzrástol záujem o zootoxíny, a najmä o hadie jedy, v súvislosti so získavaním z nich v čistej forme množstva zložiek, ktoré majú vysoko špecifické účinky a určité biologické štruktúry.

Cieľom tejto práce je poukázať na súčasný stav experimentálneho štúdia hadích jedov, odhaliť mechanizmy patofyziologických účinkov na najdôležitejšie funkčné systémy organizmu.

Stav chémie hadích jedov.

Príprava jedov a jej fyzikálno-chemické vlastnosti.

Najjednoduchším spôsobom získania jedovatých sekrétov z hadov je mechanická masáž jedovatých žliaz. V súčasnosti sa namiesto mechanickej masáže často používa stimulácia elektrickým prúdom.

Elektrická stimulácia je nielen šetrnejší spôsob zberu jedu, ale umožňuje získať aj jeho väčšie množstvo. Množstvo jedu získaného od jedného jedinca závisí od veľkosti hadieho tela, jeho fyziologického stavu, počtu opakovaných dávok jedu, ako aj od množstva podmienok prostredia. Treba si uvedomiť, že chov hadov v zajatí ovplyvňuje nielen množstvo získaného jedu, ale aj jeho toxicitu. Pri jede kobry sa teda po šiestich mesiacoch zajatia pozoruje pokles toxicity. Jed zmije mení svoju toxicitu až po 2 rokoch chovu v škôlke. Pokiaľ ide o malé hady (zmija, medník, eph), ich celoročné chovanie v hadcoch neovplyvňuje vlastnosti jedov. Čerstvo extrahovaný hadí jed je mierne opalescentná, viskózna, pomerne priehľadná kvapalina; farba jedu sa mení od svetložltej po citrónovú.

Aktívna reakcia jedov je zvyčajne kyslá. Ich vodné roztoky sú nestabilné a po niekoľkých dňoch strácajú toxicitu. Po vysušení chloridom vápenatým alebo lyofilizácii sa stanú oveľa odolnejšími voči environmentálnym faktorom. Jedy sú pomerne termostabilné a v kyslom prostredí znesú zahriatie až na 120 stupňov Celzia bez straty aktivity. Chemické činidlá majú deštruktívny účinok na jedy: KMnO 4, éter, chloroform, etanol metylénová modrá. Fyzikálne faktory tiež ovplyvňujú: UV žiarenie, röntgenové lúče. Chemický rozbor ukazuje prítomnosť organických aj anorganických látok v hadích jedoch. Podľa moderných koncepcií je toxická aktivita a biologické vlastnosti hadích jedov spojené s ich proteínovými zložkami.

Hlavné fázy štúdia chemického zloženia a štruktúry toxických polypeptidov hadích jedov. Otázky týkajúce sa chemickej povahy a mechanizmov účinku hadích jedov pritiahli pozornosť výskumníkov. V skorých štúdiách bol toxický účinok spojený s aktivitou enzýmov prítomných v jedoch. V súčasnosti je všeobecne akceptovaný názor, že hlavné toxické vlastnosti sú určené neenzymatickými polypeptidmi, spolu s ktorými jedy obsahujú silné enzýmové systémy, ktorých povaha a špecifickosť účinku vo väčšine prípadov určuje jedinečnosť integrálneho obrazu. otravy. Úspechy a úspechy v oblasti štúdia chemického zloženia jedov úzko súvisia s vývojom a zdokonaľovaním metód frakcionácie a čistenia komplexných zmesí zlúčenín s vysokou molekulovou hmotnosťou. Až do 60. rokov 20. storočia sa pri štúdiu jedov využívala najmä dialýza cez semipermeabilné membrány a elektroforetická separácia. Rozvoj metód gélovej filtrácie, iónomeničovej chromatografie, ultracentrifugácie, ako aj vývoj a automatizácia metód na analýzu primárnej štruktúry makromolekúl umožnili rozlúštiť sekvenciu aminokyselinových zvyškov toxických polypeptidov väčšiny hadov v relatívne krátka doba.

1.Terminológia a klasifikácia toxických polypeptidov

chémia hadí jed

Až donedávna existovali terminologické ťažkosti pri pokuse o porovnávaciu analýzu funkčných a štrukturálnych znakov rôznych neenzymatických toxických polypeptidov hadích jedov. Týka sa to najmä polypeptidov izolovaných z jedu hadov čeľade Elapidae. V prvých fázach štúdia chemického zloženia jedov boli takéto ťažkosti nevyhnutné a boli vysvetlené nedostatočným stupňom čistenia jednotlivých polypeptidov, čo vo väčšine prípadov sťažovalo určenie špecifickej povahy ich účinku. V dôsledku toho rôzni autori dali rôzne názvy polypeptidom, ktoré sa ukázali byť extrémne blízke a niekedy identické vo svojej chemickej štruktúre a farmakologických účinkoch. Najmä skupina kardiotoxínov bola označená ako faktor, ktorý depolarizuje kostrové svaly; toxín Y; priamy lytický faktor - PLF; kobramíny A a B; cytotoxíny 1 a 2.

Niektorí autori pri výbere názvu vychádzali z patofyziologických účinkov (kardiotoxín, PLP, cytotoxín), iní zdôrazňovali niektoré chemické vlastnosti polypeptidu, napríklad jeho základný charakter (kobramín), iní priradili číselné alebo písmenové označenie. zlomok. Až v posledných rokoch sa zistila úzka podobnosť v chemickej štruktúre týchto polypeptidov. Boli získané dôkazy, že hemolytická, cytotoxická, kardiotoxická a iné typy aktivity sú vlastné väčšine týchto toxínov. Preto sa skupina základných polypeptidov, ktoré nemajú špecifickú neurotoxickú aktivitu, ale účinne pôsobia na biologické membrány, nazývala membránovo aktívne polypeptidy (MAP).

Na základe porovnávacej analýzy primárnej štruktúry a fyziologického pôsobenia, ktorá ukázala veľkú vzájomnú podobnosť neurotoxických polypeptidov, boli zjednotené pod spoločný termín – neurotoxín. Teda všetky toxické polypeptidy, ktoré nemajú enzymatické vlastnosti a podľa mechanizmu účinku, boli doteraz izolované z jedu hadov čeľade Elapidae a sú rozdelené do troch skupín. Do prvej skupiny patria polypeptidy, ktoré selektívne a špecificky blokujú cholinergné receptory subsynaptickej membrány nervovosvalového spojenia – postsynaptické neurotoxíny (post-NT). Druhú skupinu predstavujú polypeptidy, ktoré selektívne pôsobia na presynaptické zakončenia myoneurálnych synapsií a narúšajú proces uvoľňovania acetylcholínu – presynaptické neurotoxíny (pre-NT).

Do tretej skupiny patria polypeptidy, ktoré aktívne ovplyvňujú membránové štruktúry buniek, vrátane excitabilných, čo spôsobuje ich depolarizáciu – membránovo aktívne polypeptidy (MAP).

2. Chémia postsynaptických neurotoxínov

Napriek tomu, že post-NT izolované z kobrieho jedu sú si podobné vo svojich farmakologických vlastnostiach, z hľadiska chemickej štruktúry ich možno rozdeliť na dva typy.

Typ 1 zahŕňa post-HT, čo je jednoduchý polypeptidový reťazec pozostávajúci zo 60-62 aminokyselinových zvyškov so 4 disulfidovými mostíkmi (obr. 1.A) a so zásaditými vlastnosťami, molekulovou hmotnosťou približne 7000 (post-HT-1) .

Typ 2 zahŕňa post-NT, pozostávajúci zo 71-74 aminokyselinových zvyškov, ktoré majú 5 disulfidových mostíkov (obr. 1, B), molekulovú hmotnosť približne 8000 (post-NT-2).

Obr. 1. Primárna štruktúra neurotoxínu II (A) a neurotoxínu I (B) z jedu kobry strednej Ázie

Post-NT-1 sú zostavené z 15 bežných aminokyselinových zvyškov, v ich zložení spravidla chýbajú Ala, Met a Phen. Naopak, dochádza k post-HT-2 alanínu. Zaujímavosťou stredoázijského kobrieho jedu je prítomnosť oboch typov neurotoxínov v ňom. Navyše v neurotoxíne obsahujúcom 73 aminokyselinových zvyškov sú Arg alebo Lys 51, charakteristické pre všetky post-HT-2, nahradené Glu.

Nasýtenie post-HTi a 2 disulfidových väzieb naznačuje ich dôležitý funkčný význam pri udržiavaní biologicky aktívnej konformácie molekuly. Redukcia disulfidových väzieb vedie k strate 92 % aktivity post-NT-1 a 50 % post-NT-2. opätovná oxidácia obnovuje pôvodnú aktivitu neurotoxínov. Zdá sa, že väčšia odolnosť post-NT-2 voči chemickým vplyvom je spôsobená prítomnosťou piatej disulfidovej väzby, ktorá stabilizuje časť polypeptidového reťazca. Zároveň je v post-NT-1 táto istá časť molekuly najviac predĺžená a nemá disulfidové mostíky. Prítomnosť mostíkov určuje odolnosť post-LT voči tepelným účinkom. V kyslom prostredí teda post-NT vydrží zahrievanie na 100 °C počas 30 minút bez výraznej straty aktivity alebo ošetrenia 8M močovinou počas 24 hodín, ale je inaktivovaný zásadami.

Dešifrovanie primárnej štruktúry neurotoxických polypeptidov umožnilo nastoliť otázku lokalizácie a štruktúry aktívneho centra molekuly, ktorá interaguje s cholínovým receptorom. Štúdium štruktúry týchto polypeptidov ukazuje na prítomnosť α aj β štruktúr v molekulách neurotoxínu. Centrálna časť post-HT-1 molekuly, bez disulfidových väzieb, môže mať väčšiu a-helikálnosť. Okrem toho hydrofilná povaha väčšiny bočných reťazcov aminokyselinových zvyškov, ktoré tvoria sekvenciu od pozícií 24-25 po polohy 39-40, môže spôsobiť premietanie tejto slučky na vonkajšiu stranu molekuly, takže je možné že aktívne centrum je lokalizované v tomto regióne.

Dôležitá je analýza umiestnenia a chemickej modifikácie invariantných aminokyselín nachádzajúcich sa v homologických neurotoxínoch v rovnakých oblastiach. Tieto aminokyseliny, zachované počas evolúcie v identických častiach polypeptidového reťazca, sa môžu podieľať na organizácii aktívneho centra alebo zabezpečiť udržanie aktívnej konformácie molekuly. Prítomnosť konštantných aminokyselín vyžaduje prítomnosť invariantného tripletového génového kódu v molekule DNA potrebného na syntézu danej aminokyselinovej sekvencie.

Pretože cieľom pre post-HT, ako aj pre acetylcholín, je cholinergný receptor, zjavne aktívne miesta neurotoxínov by mali byť podobné kvartérnym amóniovým a karbonylovým skupinám acetylcholínu. Zistilo sa, že voľné aminoskupiny, vrátane N-koncových, nie sú povinné poskytovať toxickú aktivitu. Acylácia 6 aminoskupín v neurotoxíne z jedu thajskej kobry viedla k strate 1/3 aktivity.

Dalo by sa predpokladať, že karbonylové skupiny peptidovej kompozície, vždy prítomné v post-HT molekule, môžu byť dôležité pri zabezpečovaní toxicity. Sú však neprístupné v reakcii interakcie s receptorom. Vo väčšej miere túto požiadavku spĺňajú vedľajšie skupiny bočných reťazcov invariantnej kyseliny asparágovej a asparagínu. Modifikácia kyseliny asparágovej metylesterom glycínu má za následok stratu aktivity o 75 % pôvodnej hodnoty.

Ireverzibilnú väzbu medzi post-NT a cholinergným receptorom nemožno vysvetliť iba interakciou guanidínových a karbonylových skupín post-NT so zodpovedajúcimi oblasťami receptora. Ich interakcia by mala byť prevažne elektrostatickej povahy, avšak komplex receptor-toxín v koncentrovaných soľných roztokoch nedisociuje. Pravdepodobne tieto dve funkčné skupiny slúžia ako „rozpoznávacie miesta“ počas počiatočného kontaktu post-NT a receptora. Konečná ireverzibilná väzba je určená interakciou proteín-proteín, ktorá už zahŕňa ďalšie oblasti post-HT a cholinergného receptora.

3. Chémia presynaptických neurotoxínov

Druhá skupina neurotoxínov, presynaptické neurotoxíny (pre-NT), sa zriedkavo nachádza v hadích jedoch. Len niektoré z nich boli izolované v purifikovanej forme a študované. V čeľade Elapidae sa presynaptické NT nachádzajú v jede austrálskeho tajpana - typoxíne, austrálskeho tigrovaného hada - notexíne a v jede kraitu - β-bungarotoxíne. Krotoxín, neurotoxín z jedu štrkáča, má prevládajúci presynaptický účinok na nervovosvalové spojenia u obojživelníkov a postsynaptický účinok u cicavcov. Na rozdiel od post-HT sú neurotoxíny skupiny 2 postavené z väčšieho počtu aminokyselinových zvyškov, a preto majú väčšiu molekulovú hmotnosť. Niektoré z nich sú navyše komplexy pozostávajúce z podjednotiek.

Jedným z prvých pre-NT získaných pomocou zónovej elektroforézy na škrobovom géli a následne purifikovaných chromatografiou na KM-Sephadexe s opakovanou rechromatografiou bol β-bungarotoxín. β-bungarotoxín sa skladá z približne 179 aminokyselinových zvyškov, medzi ktorými prevláda kyselina asparágová (22 zvyškov), glycín (16), lyzín (13), arginín (14), tyrozín (13). Prítomnosť 20 cystínových zvyškov naznačuje, že molekula p-bungarotoxínu je stabilizovaná aspoň 10 sulfidovými väzbami. Molekulová hmotnosť neurotoxínu je 28 500.

Predpokladalo sa, že β-bungarotoxín nemá enzymatické vlastnosti a je homogénny. Zistilo sa však, že β-bungarotoxín pozostáva z dvoch podjednotiek s molekulovými hmotnosťami 8800 a 12400 a štúdiom účinkov β-bungarotoxínu na oxidačnú fosforyláciu v mitochondriách nervových zakončení dospeli k záveru, že toxín má fosfolipázu činnosť.

Notexín sa získal iónomeničovou chromatografiou v gradiente octanu amónneho. Hlavná neurotoxická zložka notexínu, tvoriaca 6 % surového nerafinovaného jedu, bola izolovaná vo forme prípravku obsahujúceho 27 % notexínu opakovanou chromatografiou.

4. Vplyv jedov na nervovosvalový prenos

Najviac je študovaný mechanizmus narušenia prenosu vzruchu v myoneurálnej synapsii pod vplyvom hadích jedov. Už prvé pozorovania obrazu smrti otráveného zvieraťa, ktorému dominovali príznaky ochrnutia kostrového a dýchacieho svalstva, si vyžiadali štúdium tohto javu v prísnych laboratórnych podmienkach. Početné experimenty na izolovaných nervovosvalových preparátoch ukázali, že hadie jedy blokujú prenos vzruchu z nervu do svalu, znižujú dráždivosť na priamu a nepriamu stimuláciu a spôsobujú depolarizáciu nervových a svalových membrán.

Inhibíciu neuromuskulárneho prenosu pod vplyvom jedu možno realizovať dvoma mechanizmami. Jeden z nich je spojený s blokujúcim účinkom jedu na koncovú dosku. Druhý je založený na depolarizačnom účinku na excitabilné membrány. Pri použití celého jedu je však ťažké rozlíšiť tieto dva mechanizmy, pretože jeho depolarizačný účinok vedie k blokovaniu šíriaceho sa vzruchu v nervových vláknach a vo vysokých koncentráciách jed spôsobuje svalovú kontraktúru. Jed zabraňuje depolarizačnému účinku acetylcholínu na izolované svaly, zatiaľ čo zlúčeniny acetylcholínesterázy znižujú jeho blokujúci účinok.

V experimentoch krotoxín blokoval svalovú kontrakciu v dôsledku nepriamej stimulácie a nemal žiadny vplyv na membránový potenciál. Štúdie účinku jedov dvoch odrôd (s krotamínom a bez neho) však zaznamenali prakticky nezvratný blokujúci účinok jedu bez krotamínu na nervovosvalový prenos u mačiek a potkanov, a to ako na svalové membrány, tak aj na špecifické receptory postsynaptickej membrány. Neuromuskulárny blok pod vplyvom jedu s obsahom krotamínu bol dosiahnutý depolarizáciou svalových membrán. Viper jed je tiež schopný narušiť nervovosvalový prenos, čo spôsobuje periférnu paralýzu v dôsledku ireverzibilnej blokády špecifických acetylcholínových receptorov. Inhibuje tiež elektrickú aktivitu svalových vlákien. Imunochemická analýza ukázala v jede prítomnosť proteínovej frakcie podobnej postsynaptickej α- toxín z jedu kobry čiernokrkej.

Na Ústave bioorganickej chémie pomenovanej po. Akademici M.M. Shemyakina<#"justify">5. Postsynaptické neurotoxíny (post-NT)

Na rozdiel od jedu celej kobry post-NT selektívne blokujú prenos vzruchu v neuromuskulárnom spojení bez ovplyvnenia elektrických vlastností nervu a svalu. Inkubácia izolovaných neuromuskulárnych preparátov počas jednej hodiny v roztoku obsahujúcom post-NT v koncentrácii asi 1 μg/ml vedie k progresívnemu poklesu amplitúdy potenciálu koncovej platničky (EPP). Inhibičný účinok sa zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou stimulácie, súčasne klesá amplitúda EPP bez výrazných zmien v ich frekvencii. Dokonca aj pri vysokých koncentráciách nemal post-NT žiadny vplyv na pokojové potenciály svalových aj motorických zakončení.

Membrány cholinergných receptorov kostrových svalov stavovcov sú najcitlivejšie na účinky post-NT. Somatické svaly morských mäkkýšov a srdce mihule sú zároveň odolné voči pôsobeniu neurotoxínov kobry. Druhové rozdiely v citlivosti cholinergných receptorov u rôznych zástupcov stavovcov (žaby, kurčatá, mačiatka, potkany). Bolo navrhnuté, že post-NT nie sú priamymi konkurentmi acetylcholínu pre aktívne miesto cholinergného receptora.

6. Presynaptické neurotoxíny (pre-NT)

Neurotoxíny s presynaptickým charakterom účinku selektívne ovplyvňujú mechanizmus uvoľňovania acetylcholínu bez ovplyvnenia citlivosti na mediátor postsynaptických štruktúr. Spracovanie izolovaného nervovosvalového preparátu β- bungarotoxín po počiatočnom období zvyšujúcej sa frekvencie vedie k úplnej eliminácii PEP. Rýchlosť nástupu inhibičného účinku závisí tak od koncentrácie pre-NT, ako aj od frekvencie stimulácie. Bola tiež stanovená závislosť času nástupu blokády nervovosvalového prenosu od teploty okolia. Typoxín (1 μg/ml) pri teplote 37 °C teda spôsobil inhibíciu liečiva na hodinu, keď teplota klesla na 28 °C, vodivosť zostala až do 4 hodín inkubácie. Pre-NT neznižujú reakciu izolovaných svalov na exogénny acetylcholín a neovplyvňujú vedenie vzruchu pozdĺž nervových zakončení. Iný dôkaz selektívneho presynaptického pôsobenia β- bungarotoxín sa získali na tkanivovej kultúre zbavenej nervov získanej z myoblastov 10-dňových kuracích embryí. Predinkubácia α- bungarotoxín úplne eliminoval depolarizáciu spôsobenú následným zavedením acetylcholínu do média. V týchto podmienkach β- bungarotoxín nebol účinný. V neskorších fázach akcie β- bungarotoxín, pozoruje sa deštrukcia vezikúl acetylcholínom až do ich úplného vymiznutia. Zaznamenáva sa aj vakuolizácia mitochondrií zakončení motorických nervov.

Akcia β- bungarotoxín je podobný pôsobeniu botulotoxínu, ktorý tiež ovplyvňuje mechanizmus uvoľňovania acetylcholínu z nervových zakončení. Existujú však rozdiely: botulotoxín nespôsobuje počiatočné zvýšenie PEP; na rozdiel od toxínu botulizmu β- bungarotoxín interaguje iba s cholinergnými zakončeniami; Pri pôsobení botulotoxínu neboli pozorované žiadne zmeny v presynaptickej oblasti.

Schopnosť bola odhalená na synaptozómoch z mozgu potkanov β- bungarotoxín znižuje hromadenie GABA, serotonínu, norepinefrínu a cholínu. Pretože β- Bungarotoxín vytláča najmä už nahromadené neurotransmitery, dá sa predpokladať, že jeho pôsobenie je spojené s poškodením procesu ukladania, a nie transportom mediátorov.

Záver

Mechanizmus účinku hadích jedov zatiaľ vedci úplne nerozlúštili. Ale priehľadná kvapka jedu, akonáhle je v krvi, sa šíri po celom tele a v určitej dávke má priaznivý účinok na telo pacienta. Zistilo sa, že malé množstvá kobrieho jedu majú analgetický účinok a môžu sa dokonca použiť ako náhrada morfínu u pacientov trpiacich malígnymi novotvarmi. Navyše, na rozdiel od morfia, hadí jed pôsobí dlhšie a hlavne nie je návykový. Okrem toho boli vytvorené lieky na báze kobrieho jedu, ktoré zlepšujú celkový stav pacientov trpiacich bronchiálnou astmou, epilepsiou a angínou pectoris.

Potreba hadieho jedu sa z roka na rok zvyšuje a hadie škôlky zriadené v mnohých regiónoch našej krajiny túto potrebu zatiaľ nedokážu uspokojiť. Preto je potrebné chrániť jedovaté hady v prírodných podmienkach, ako aj zabezpečiť ich rozmnožovanie v zajatí.

Malo by sa pamätať na to, že v rukách neskúsených ľudí sa hadí jed nestane spojencom v boji o udržanie zdravia, ale nebezpečným nepriateľom a môže spôsobiť ťažkú ​​otravu. Theophrastus Paracelsus hovoril o potrebe správneho výberu dávky liečivej látky a tvrdil, že „...všetko je jed, nič nie je jedovaté a všetko je liek. Samotná dávka robí z látky jed alebo liek.“ Toto porekadlo slávneho vedca nestratilo význam ani dnes a pri použití hadích jedov sú pacienti povinní dôsledne dodržiavať pokyny ošetrujúceho lekára.

Je známe, že hadie jedy sú nebezpečné pre mnohé druhy cicavcov. Ale medzi nižšie organizovanými zvieratami, najmä medzi hmyzom, sú známe druhy, ktoré nie sú náchylné na pôsobenie hadieho jedu, čo umožňuje ich použitie ako protilátky.

Ak zhrnieme úvahy o množstve problémov týkajúcich sa vlastností chemickej štruktúry a mechanizmov účinku jedov, nemožno nespomenúť, že Príroda - tento najšikovnejší experimentátor - poskytla výskumníkom jedinečné nástroje na štúdium základných problémov štruktúry a fungovanie živej bunky.

Zootoxíny sú vynikajúce modely pre molekulárnu biológiu, ktoré umožňujú riešiť otázky vzťahov medzi štruktúrou a funkciou v biomolekulách.

Bibliografia

1. Orlov B.N. "Jedovaté zvieratá a rastliny ZSSR." M.: Vyššia škola, 1990. - 272 s.

G.I. Oxendender „Jedy a protilátky“ L.: Nauka, 1982. - 192 s.

E. Dunaev, I. Kaurov „Plazy. Obojživelníky." M.: Astrel, 2010. - 180. roky.

B.S. Tuniev, N.L. Orlov "Kaukazské hady". M.: Partnerstvo vedeckých publikácií KMK, 2009. - 223 s.

www.floranimal.ru

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