Учебник для ВУЗОВ

БИОХИМИЯ

VI. Эйкозаноиды

Эйкозаноиды — биологически активные вещества, синтезируемые большинством клеток из полиеновых жирных кислот, содержащих 20 углеродных атомов (слово «эйкоза» по гречески означает 20).

Эйкозаноиды, включающие в себя простаглан-дины, тромбоксаны, лейкотриены и ряд других веществ, — высокоактивные регуляторы клеточных функций. Они имеют очень короткий Т_1/2 поэтому оказывают эффекты как «гормоны местного действия», влияя на метаболизм продуцирующей их клетки по аутокринному механизму, и на окружающие клетки — по паракринному механизму. Эйкозаноиды участвуют во многих процессах: регулируют тонус ГМК и вследствие этого влияют на АД, состояние бронхов, кишечника, матки. Эйкозаноиды регулируют секрецию воды и натрия почками, влияют на образование тромбов. Разные типы эйкозаноидов участвуют в развитии воспалительного процесса, происходящего после повреждения тканей или инфекции. Такие признаки воспаления, как боль, отёк, лихорадка, в значительной мере обусловлены действием эйкозаноидов. Избыточная секреция эйкозаноидов приводит к ряду заболеваний, например бронхиальной астме и аллергическим реакциям.

А. Субстраты для синтеза эйкозаноидов

Главный субстрат для синтеза эйкозаноидов у человека — арахидоновая кислота (20:4, ω-6), так как её содержание в организме человека значительно больше остальных полиеновых кислот-предшественников эйкозаноидов (см. выше табл. 8-1).

В меньшем количестве для синтеза эйкозаноидов используются эйкозапентаеновая (20:5, ω -3) и эйкозатриеновая (20:3, ω -6) жирные кислоты.

Полиеновые кислоты с 20 атомами углерода поступают в организм человека с пищей или образуются из незаменимых (эссенциальных) жирных кислот с 18 атомами углерода, также поступающими с пищей (рис. 8-44).

Рис. 8-44. Синтез полиеновых жирных кислот с 20 углеродными атомами в организме человека

Полиеновые жирные кислоты, которые могут служить субстратами для синтеза эйкозаноидов, входят в состав глицерофосфолипидов мембран. Под действием ассоциированной с мембраной фосфолипазы А₂ жирная кислота отщепляется от глицерофосфолипида и используется для синтеза эйкозаноидов.

Б. Структура, номенклатура и биосинтез простагландинов и тромбоксанов

Хотя субстраты для синтеза эйкозаноидов имеют довольно простую структуру (полиеновые жирные кислоты), из них образуется большая и разнообразная группа веществ. Наиболее распространены в организме человека простагландины, которые впервые были выделены из предстательной железы, откуда и получили свое название. Позже было показано, что и другие ткани организма синтезируют простагландины и другие эйкозаноиды.

1. Структура и номенклатура простагландинов и тромбоксанов

Простагландины (рис. 8-45) обозначают символами, например PG А, где PG обозначает слово «простагландин», а буква А обозначает заместитель в пятичленном кольце в молекуле эйкозаноида.

Рис. 8-45. Семейства простагландинов

Каждая из указанных групп простагландинов состоит из 3 типов молекул, отличающихся по числу двойных связей в боковых цепях. Число двойных связей обозначают нижним цифровым индексом, например, PG Е₂.

Число двойных связей в боковых цепях простагландинов зависит от структуры предшественника — пол неновой кислоты, из которой образовались простагландины. Две двойные связи полиеновой кислоты используются при образовании кольца в молекуле простагландина, а количество оставшихся двойных связей в радикалах, связанных с кольцом, определяет серию простагландина: 1 — если одна двойная связь, 2 — если две двойные связи и 3 — если в радикалах имеются три двойных связи.

PG I — простациклины

PG I — простациклины имеют 2 кольца в своей структуре: одно пятичленное, как и другие простагландины, а другое — с участием атома кислорода. Их также подразделяют в зависимости от количества двойных связей в радикалах (PG I₂, PG I₃).

Тромбоксаны

В отличие от простагландинов, тромбоксаны синтезируются только в тромбоцитах, откуда и происходит их название, и стимулируют их агрегацию при образовании тромба.

Тромбоксаны имеют шестичленное кольцо, включающее атом кислорода (рис. 8-46). Так же, как и другие эйкозаноиды, тромбоксаны могут содержать различное число двойных связей в боковых цепях, образуя ТХ А₂ или ТХ A₃, отличающиеся по активности. ТХ В₂ — продукт катаболизма ТХ А₂ и активностью не обладает.

Рис. 8-46. Структура тромбоксанов. ТХ А₂ синтезируется из арахидоновой кислоты; ТХ А₃ синтезируется из эйкозапентаено-зой кислоты

2. Циклооксигеназный путь: синтез простагландинов и тромбоксанов

Активация фосфолипаз

Синтез простагландинов начинается только после отделения полиеновых кислот от фосфолипида мембраны под действием ферментов (рис. 8-47). Активация фосфолипаз, ассоциированных с мембранами, происходит под действием многих факторов: гормонов, гистамина, цитокинов, механического воздействия.

Рис. 8-47. Отделение арахидоновой кислоты от глицерофосфолипидов. МАГ — моноацилглицерол; ИФ3 — инозитолтри-фосфат

Связывание стимулирующего агента с рецептором может активировать или фосфолипазу \ или фосфолипазу С. Это зависит от типа клетки и типа рецепторов.

После отделения арахидоновой кислоты от фосфолипида она выходит в цитозоль и в различных типах клеток превращается в разные эйкозаноиды. В клетках имеется 2 основных пути превращения арахидоновой кислоты: цик-лооксигеназный, приводящий к синтезу простагландинов, простациклинов и тромбоксанов, и липоксигеназный, заканчивающийся образованием лейкотриенов или других эйкозаноидов (рис. 8-48).

Рис. 8-48. Синтез эйкозаноидов из арахидоновой кислоты. Глюкокортикоиды ингибируют синтез всех типов эйкозаноидов, так как ингибируют фосфолипазу А2, и таким образом уменьшают количество субстрата для их синтеза. Аспирин и другие противовоспалительные препараты нестероидного действия ингибируют только циклооксигеназный путь

Синтез простагландинов

Фермент, катализирующий первый этап синтеза простагландинов, называется PG Н₂ синтазой и имеет 2 каталитических центра. Один из них называют цик-лооксигеназой, другой — пероксидазой. Этот фермент представляет собой димер гликопротеинов, состоящий из идентичных полипептидных цепей. Фермент имеет гидрофобный домен, погружённый в липидный слой мембран ЭР, и каталитический домен, обращённый в полость ЭР. В активном центре циклооксиге-назы находится тирозин (385), в активном центре пероксидазы — простетическая группа — гем. В организме имеются 2 типа циклоокси-геназ (PG Н₂ синтаз). Циклооксигеназа 1 — конститутивный фермент, синтезирующийся с постоянной скоростью. Синтез циклооксигеназы 2 увеличивается при воспалении и индуцируется соответствующими медиаторами — цитокинами.

Оба типа циклооксигеназ катализируют включение 4 атомов кислорода в арахидоновую кислоту и формирование пятичленного кольца. В результате образуется нестабильное гидроперок-сидпроизводное, называемое PG G₂. Гидропероксид у 15-го атома углерода быстро восстанавливается до гидроксильной группы пероксидазой с образованием PG Н₂. До образования PG Н₂ путь синтеза разных типов простагландинов одинаков. Дальнейшие превращения PG Н₂ специфичны для каждого типа клеток.

Например, PG Н₂ в клетках ГМК может быть восстановлен под действием PG Е синтазы с образованием PG Е₂ или под действием PG D синтазы с образованием PG D₂. В тромбоцитах содержится фермент тромбоксансинтаза, превращающий тот же исходный PG Н₂ в ТХ обладающий сильным сосудосуживающим действием. В клетках эндотелия под действием фермента простациклинсинтазы из PG Н₂ синтезируется PG I₂ (простациклин), имеющий сосудорасширяющее действие.

В. Структура и синтез лейкотриенов, ГЭТЕ, липоксинов

Лейкотриены также образуются из эйкозаноевых кислот, однако в их структуре отсутствуют циклы, как у простагландинов, и они имеют 3 сопряжённые двойные связи, хотя общее число двойных связей в молекуле больше (рис. 8-49). Лейкотриены С₄, D₄ и Е₄ имеют заместители в виде трипептида глутатиона, дипептида глицил-цистеина или цистеина, соответственно.

Рис. 8-49. Липоксигеназный путь синтеза эйкозаноидов

Липоксигеназный путь синтеза, приводящий к образованию большого количества разных эйкозаноидов, начинается с присоединения молекулы кислорода к одному из атомов углерода у двойной связи, с образованием гидропероксидов — гидропероксидэйкозатетраеноатов (ГПЭТЕ). Далее гидропероксиды превращаются в соответствующие гидроксиэйкозатетроеноаты (ГЭТЕ).

Структура и синтез лейкотриенов и ГЭТЕ

Синтез лейкотриенов идёт по пути, отличному от пути синтеза простагландинов, и начинается с образования гидроксипероксидов — гидропероксидэйкозатетраеноатов (ГПЭТЕ). Эти вещества или восстанавливаются с образованием гидроксиэйкозатетроеноатов (ГЭТЕ) или превращаются в лейкотриены или липок-сины. ГЭТЕ отличаются по положению гидроксильной группы у 5-го, 12-го или 15-го атома углерода, например: 5-ГЭТЕ, 12-ГЭТЕ.

Липоксигеназы действуют в 5-й, 12-й или 15-й позиции арахидоновой кислоты в зависимости от типа ткани. Например, в ПЯЛ содержится в основном 5-липоксигеназа, в тромбоцитах — 12-липоксигеназа, в эозинофилах — 15-липоксигеназа.

В лейкоцитах и тучных клетках 5-ГПЭТЕ превращается в эпоксид-лейкотриен А₄ (LT А₄), где нижний индекс 4 обозначает общее количество двойных связей. Наличие 3 сопряжённых двойных связей обусловливает название «лейкотриен».

Другие типы лейкотриенов образуются из LT А₄. LT В₄ образуется под действием эпоксид-гидролазы в лейкоцитах и клетках эпителия сосудов. Другой путь приводит к образованию группы лейкотриенов: LT С₄, LT D₄, LT Е₄. Их синтез начинается с присоединения трипепти-да глутатиона к 6-му атому углерода с образованием LT С₄ в реакции, катализируемой глутатион-Б-трансферазой. В следующей реакции удаляется глутамат, и LT D₄ содержит дипептид глицилцистеин. На последней стадии отщепляется глицин, и LT Е₄ содержит только цистеин.

Липоксины (например, основной липоксин А₄) включают 4 сопряжённых двойных связи и 3 гидроксильных группы.

Синтез липоксинов начинается с действия на арахидоновую кислоту 15-липоксигеназы, затем происходит ряд реакций, приводящих к образованию липоксина А₄ (рис. 8-50).

Рис. 8-50. Строение и синтез липоксина А4