NAUČNI TEKSTOVI:

- ISTORIJAT PRONALASKA PEPTIDA, KRAJ XIX VEKA – SREDINA XX VEKA
- PEPTIDI I SUŠTINA PEPTIDNE BIOREGULACIJE
- PEPTIDNI BIOREGULATORI
- MODEL INTERAKCIJE KRATKIH PEPTIDA SA DVOSTRUKOM SPIRALOM DNK
- TAJNA ŽIVOTA – NANOPEPTID
- ZNACI STARENJA ORGANIZMA

ISTORIJAT PRONALASKA PEPTIDA, KRAJ XIX VEKA
– SREDINA XX VEKA

Stolećima unazad je enigma strukture i funkcije živoga organizma bio izazov za naučnike koji su pokušavali da odgonetnu koje bi lekovite supstance mogle da normalizuju ne samo prirodne funkcije organa, već i da pomognu u detoksikaciji organizma.

Napor biologa i naučnika je postepeno, korak po korak, rezultirao proučavanjem do molekularnog nivoa najvažnijih osnovnih strukturnih komponeti organa i sistema. Tako su u jedinjenjima dobijenih hidrolizom belančevina, najvažnijih strukturnih elemenata ljudskog organizma, otkrivene aminokiseline (1900 godine je pronađeno samo 13), sve ostalo je nazvano, "peptoni", čija svojstva nisu mogla biti proučavana i koji nisu mogli biti ni istraživani zbog tadašnjeg stepena razvoja nauke.

Ali, nauka se kao i život na Zemlji stalno kretala napred, pa je i teorija E. Fišera o građi humanih belančevina objasnila i funkciju i postojanje ćelijskih aminokiselina. Osnova za ovu teoriju su bila kompleksna istraživanja belančevina (proteina). Fokus ovih istraživanja je upravo bila sinteza aminokiselina i peptida, odnosno njihova sinteza i očuvanju ne samo njihove strukture već i funkcionalnih svojstava. E.Fišer je istražujući pisao o tome da je bez obzira na ogromne teškoće, neophodno tragati ka sintezi jedinjenja i molekula aminokiselina koji će uneti u organizam dati pozitivne zdravstvene efekte.

Treba naglasiti da je njegova teorija, neosporno dokazana, a sinteza belančevina (peptida) u obliku ćelijskih aminokiselina do danas osnova za mnoge naučne radove, istraživanja i otkrića, doduše mnogo kasnije, jer se pionirski poduhvati najčešće ocenjuju negativno od strane savremenika.

Saradnici E.Fišera su sintetisalii više od 125 peptida (ćelijskih aminokiselina) koji su imali različitu građu i dejstvo. Najveći peptid je imao u sebi 18 segmenata aminokiselina.

Posle mnogih dodatnih istraživnja, dijametralno različitih, u drugoj polovini XX veka dokazano je ipak da je teorija E.Fišera neoboriva i dalja istraživanja su usmerena u pravcu proučavanja belančevina, njihovog usavršavanja na osnovu dobijenih podataka i primene u kliničkoj praksi.

Istorija pronalaska peptida krajem XX – početak XXI veka na Institutu za bioregulaciju i gerontologiju u Sankt Petersburgu, severo-zapadnog ogranka Ruske akademije nauka i medicine.

70-tih godina XX veka, na Vojno Medicinskoj akademiji Kirov u Sankt Piterburgu pod rukovodstvom profesora V.H.Havinsona počela su eksperimentalna animalna istraživanja na sintezi kratkih peptida iz različitih tkiva i organa i njihov uticaj nakon unošenja, na organizam čoveka. Produžavajući istrazivanja V.H.Havinson i saradnici su zaključili da peptidi pokazuju ne samo pozitivan fiziološki efekat na organe čoveka već i indukuju spontanu sintezu proteinskih struktura u njima i time direktno uspostavljaju sve vitalne funkcije organizma na najoptimalniji nivo. Definitivno je zaključeno i dokazano da je najefikasnije primeniti organ-specifične peptide, odnosno one koji prirodno čine strukturu određene ćelije u organu.

Do danas je tim pod rukovodstvom akademika, člana Ruske akademije za medicinske nauke, profesora V.H.Havinsona razvio i registrovao više od 40 peptidnih bioregulatora, a u procesu registracije kao lekova su dva preparata kratkih peptida (Bronhogen forte i Pankragen forte), dok su drugi preparati u pripremi za ovaj proces. Preparati ove kompanije su patentno zaštićeni u 13 zemalja uključujući i SAD.

< NA VRH >

PEPTIDI I SUŠTINA PEPTIDNE BIOREGULACIJE

Peptidi igraju centralnu ulogu u fiziološkim procesima u telu. I što je najvažnije, peptidi regulišu delovanje (aktivnost) gena, jer su nosilac jedinstvenog koda informacija za strogo definisane vrste ćelija. Peptidi su supstance u čije molekule su ugrađeni lanci sa više amino kiselina, povezane međusobno peptidnim vezama. Naši životi postoje zbog dva molekula: proteina - peptida, i DNK, koji čuvaju informacije. Ali, DNK je matrica, hemijski molekul, koji sam po sebi nije aktivan. Spajanje peptida sa određenim delom DNK, kao ključ sa bravom, je komandni signal za sintezu zadanih osobina.

Najjednostavnija struktura proteina formirana je peptidanim vezama. Amino kiseline u peptidima međusobno su povezane običnim kovalentnim vezama, koje mogu biti uništene samo u teškim uslovima (na primer, pri kuvanju jaja dolazi do hidrolize peptida i izdvajanja proteina).

Sinteza proteina, odnosno realizacija genetskih informacija u živim celijama ostvaruje se pomoću dva matrična procesa: transkripcijom (tj. sinteza mRNK na matrice DNK) i translacijom genetskog koda i povezivanje sa aminokiselinama.
Ako predstavimo ljudsku fiziologiju kao lutkarsko pozorište, onda transkripcioni faktori rade u njemu nitima, spajajući ruke glumca sa lutkama. Kontrola pravilnog rada transkripcionih faktora je ključ, ne samo u bori protiv raznih bolesti, već i u tehnologiji matičnih ćelija. Međutim, ovi proteini do nedavno su se smatrali neosetljivi na lekove: supstance koje kontrolišu njihove aktivnosti nisu postojale. Ni konvencionalni lekovi (koji se sastoje od "malih" molekula), niti beoklv (koji se sastoji od makromalekula), preparati na koje nisu imali uticaja.

Transkripcione veze ne rade same, već u kombinaciji sa drugim proteinima. Naučnici su otkrili da veze proteina imaju poseban spiralni oblik. Oni su predložili, da ako je konstruisani red spirala sličan ovom u "vezi" po veličini, to jedna od njih, po mogućnosti, može biti ugrađena u stanje strukturu kompleksa i da promene aktivnost gena u DNK.

Naučnici su eksperimentalno utvrdili da peptidi regulišu aktivnost gena putem komplementarnog vezivanja sa odredenim delom DNK, odnosno sa genospecifičnim vezama i direktno su uključeni u mehanizme epigenske regulacije. Peptidi u tako "utvrđenom položaju" prenose informacije strogo određenom tipu ćelija (sinteza specifičnih tkivnih proteina). A to znači da određeni peptid deluje na strogo definisani tip tkiva ili organa.

Mehanizam peptidne regulacije žive materije može se svesti na sledeće faze:

- Komplementarna interakcija kratkih peptida sa DNK,
- Promene u usaglašenosti i dejstvu (aktivnosti) gena,
- Sinteza specifičnih tkivnih proteina,
- Regulacija biohemijskih i fizioloških procesa.

Sumirajuci navedeno, napominjemo da peptidi utiču na organizam tako što pokreću proces podmlađivanja i obnove ćelija. Peptidi, i prirodni (dobijeni ekstrakcijom iz jednog organa) i sintetički imaju zaštitni efekat na organizam na ćelijskom nivou. Peptidi štite ćelije od izlaganja toksinima, ubrzavaju metabolizam u celijama i uklanjaju iz njih otpadne materije, ali generalno, peptidi normalizuju rad organa, doprinose zasićenju hranljivim sastojcima, kao i obnovu oštećenih tkiva.

< NA VRH >

PEPTIDNI BIOREGULATORI

Život savremenog čovečanstva je ispunjen ogromnim pritiscima na ljudski organizam. Stres, narušena ekologija, nedovoljno kretanje - sve to dovodi do funkcionalnih poremećaja organizma, teorije starenja neosporno dokazuju da je bazični proces sterenja organizma na ćelijskom nivou i upravo zbog toga i "pomoć" organu mora biti na istom nivou – mikroskopskim gradivnim jedinicama ćelije zajedničkim za žive organizame genaralno.

Mada se do skora mislilo da je mladost nešto što brzo prolazi u nepovrat, danas se zna, zahvaljujući 30-godišnjim istraživanjima procesa starenja ruskih naučnika da su se pojavile unikatne komponentne - peptidni bioregulatori, koji delujući na osnovnu strukturu ćelije organizma sprečavaju razvoj bolesti, ali se i suprostavljaju progresivnim biološki uslovljenim obolenjima, čuvajući mladost i funkcionalnost svake žive celije organizma, a samim tim i organizma u celini.

Proučavanjem strukture najaktivnijih kombinacija aminokiselina (peptida) različitih organa, u laboratorijskim uslovima su stvorena anologna jedinjenja. Uneti u organizam čoveka peptidi mogu produžiti za 30-40% život ćelije tog organa iz koga su stvoreni (tkivno-specifično dejstvo i struktura).

Mehanizam dejstva kompleksa peptida može se objasniti na način da oni revitalizujući ćeliju, podmlađuju kompletno čitav organizam, imaju protektivno dejstvo jer povećavaju otpornost ćelije od hipoksije i dejstva toksina, normalizuju razmenu materija u tkivima, inteziviraju metablizam na ćelijskom nivou. Peptidi imaju protektivno i revitalizirajuće dejstvo na tkiva i organe kako u normalnim, fiziološkim uslovima, tako i u patološkim uslovima, pošto održavaju na fiziološkom nivou broj zrelih, funkcionalno aktivnih ćelija, kao i razmenu materija u njima. Ovim dejstvom peptidi optimizuju fiziološke procese organa i tkiva.

Peptidi su organske supstance koje se sastoje iz aminokiselina sjedinjenih peptidnom vezom, kao bi-, tri, tetrapeptidi ali i polipeptidi. U ćelijama živog organizma peptidi se sintetišu iz aminokiselina ili se javljaju kao rezultat razmene materija belančevina. Mnogi prirodni peptidi imaju biološki aktivna svojstva (npr. glutation, glukagon, gramicidin).

Peptidni bioregulatori su kratki lanci aminokiselina, prvobitno izdvojeni iz organa i tkiva životinja, a potom sintetisani u laboratorijskim uslovima. Oni imaju sposobnost da regenerišu tkiva i organe, ustanovljavajući ponovo funkciju koju su narušili patološki procesi. Narušavanje bioregulacije na celijskom nivou, dovodi do smanjenja otpornosti organizma prema faktorima spoljne sredine i homeostaze ćelije, što je jedan od uzroka starenja organizma. Peptidni bioregulatori normalizuju sintezu belančevina, tako što sprečavaju sukcesivne degenerativne promene karakteristične za starenje i kanališu promenu zdravog ljudskog organizma ka procesima revitalizacije.

Peptidni bioregulatori se primenjuju profilakticki i u terapiji sindroma povezanih sa biološkim starenjem organizma i značajno povećavaju efektivnost određenih procedura rehabilitacije posle dejstva raznih ekstremnih stresogenih faktora kao što su trauma, radijacija, intoksikacija, infekcija, psiho-fizicki napori i dr.

Peptidi kao i belančevine, sastoje se iz ostataka aminokiselina, povezanih peptidnim vezama, a po hemijskom sastavu ni u čemu se ne razlikuju od belančevina same strukture ćelije. Ipak razlike među njima postoje u strukturi i pre svega u dužini polipeptidnog lanca. Peptidi imaju kraće lance - približno granica između peptida i belančevina se nalazi u okviru 50 aminokiselinskih ostataka.

To je najvažnija specificnost svih belančevina. Zato peptidi, za razliku od belančevina ne podležu denaturaciji odnosno ireverzibilnoj promeni prirodne konfiguracije pod dejstvom ekstremnih uticaja na ćeliju. Dejstvo peptida na organizam može se opisati na sledeći način – peptidi revitalizuju tj. "podmlađuju" ćelije ljudskog organizma u celini, imaju protektivni efekat, povećavaju otpornost ćelije prema hipoksiji, ubrzavaju metaboličke procese i iskoristljivost nutritivnih metabolita neophodnih za ćelijsku homeostazu i održavaju na fiziološkom nivou broj zrelih, funkcionalno aktivnih ćelija čime optimizuju fiziološke procese organa i tkiva.

MODEL INTERAKCIJE KRATKIH PEPTIDA
SA DVOSTRUKOM SPIRALOM DNK

Poređenje prostornog uređenja funkcionalnih grupa nukleotidnih osnova (baza) na površini velikog kanala dvojne spirale DNK i funkcionalnih grupa kratkih peptida ukazuje na to, da ove poliamfolitne strukture imaju mogućnost višestruke dopunske interakcije (uzajamnog dejstva). Kao primer, dat je model dopunske veze sintetičkog tetrapeptida epifize Ala-Glu-Asp-Gly sa nizom nukleotida ATTTS u vodeći lanac dvojne spirale DNK, koje se ponavlja na početnim delovima gena telomeraze i RNK polimeraze II. Pokazano je da regulatorni peptidi i njihove dopunske jedinice u dvostrukoj spirali DNK mogu biti povezane sa proton-donatorom i proton-akceptorom koji su u interakciji, s učešćem molekula hidratacione vode.

Poznato je da normalne ćelije reaguju na spoljne ili unutrašnje promene u intenzitetu promena transkripcije (prenošenje sa jednog na drugi) aktivnih gena i sinteze RNK. Jedan od faktora patološkog stanja tela usporava te procese, a posebno, poremećaj procesa inicijacije transkripcije. U isto vreme, utvrđeno je, da su neki proteini, koji kontrolišu ćelijski ciklus, bili aktivni kao faktori transkripcije. Pitanje mehanizma inicijacije transkripcije rešava se proučavanjem strukture transkripcionih faktora i određivanje njihovih obavezujućih lokacija sa dvostrukom spiralom DNK na početnom (nekodiranom) delu gena. Od pojave prvih studija iz ove oblasti u ranim 80. pronađeni su zajednicki strukturni motivi u strukturi transkripcionih faktora nekih gena i njihovih kompleksa sa određenim povezanošću nukleidnih parova u dvostrukoj spirali DNK početnih delova gena. Otkriveno je, da se ćelijska aktivacija hromatina i kontrola transkripcije sprovodi složenim sistemom transkripcionih faktora i agonista, uključujući i visoko-molekularne proteine, kao i malo-molekularne peptide i kratke peptide.

Tada se činilo, da je specifična aktivnost mnogih visokomolekularnih transkripcionih faktora lokalizovana na relativno kratkom delovima peptidnog lanca koji se sastoji od 30-100 aminokiselinskih ostataka. Ova zapažanja su identifikovala novi problem farmakologije i medicine. Trebalo je utvrdi, koja minimalna dužina i aminokiselinski ostatak kratkih peptida, direktno i selektivno kontaktiratira sa početnim delom gena i koji je u stanju da imitira dejstvo faktora transkripcije. Više detalja molekularnih mehanizama transkripcije u ćelijama dat je u literaturi.

Uobičajeni pristup za određivanje lokacije povezivanja u strukturi proteina je korišćenje imunospecifičnih metoda. Na primer, bio je definisan V-lanac laminina, koji se sastoji od 14 aminokiselinskih ostataka, koji je odgovoran za atheziju epitelnih ćelija. Dalja istraživanja su pokazala da ovaj peptid može biti skraćen na pet aminokiselinskih ostataka sa potpunim očuvanjem selektivnosti vezivanja sa receptorom. Sličan problem je predstavljao i praktično je rešen za peptidni hormon eritropoetin. Hormon eritropoetin (MM 46000), promoviše proliferacije, diferencijacije i preživljavanja ćelija-prethodnika eritrocita. U grupi peptida pronađeni su kratki peptidi (14 aminokiselinskih ostataka), koji su pokazivali dejstvo slično naslednom hormonu.

U isto vreme su identifikovani i ispitani endogeni regulatorni peptidi čoveka, koji su pokazali specifične aktivnosti tkiva, kada se koriste u veoma malim koncentracijama. Studija produkata hidrolize hemoglobina i peptida, sadržanih u hranljivoj sredini tokom kultivacije ljudskih crvenih krvnih zrnaca, pokazalo je da kratki segmenati lanaca globina su aktivni, neuobičajeno za početni hemoglobin: oni se vezuju za opijatne receptore, potenciraju delovanje bradikinina. Regulatorni peptidi su takođe izolovani iz žive kulture ćelija koštane srži, ispitane u pogledu posebne regulatorne aktivnosti i nazvani su mielopeptidima.

Nedavno je i eksperimentima dokazala da prirodni peptidni preparati, kao i njihovi sintetski analozi - tetrapeptidi specifične strukture - pokazuju specifične delatnosti tkiva, učestvuju u aktiviranju hromatina i normalizaciju ritam sinteze proteina u kulturi tkiva i na nivou organizama. Može se pretpostaviti da kratki peptidi, koji podržavaju autokrinu regulaciju, postaju mimetici i agonisti visokomolekularnih transkripcionih faktora.

Mehanizmi penetracije kratkih peptida u ćeliju i ćelijaski nukleus mogu biti različiti. Prema I.P.Ašmarinu, mehanizam prodora neuropeptida u ćeliji i gene neurona je sličan mehanizmu prodora steroidnih hormona. Više hidrofilnih kratkih peptida, za razliku od steroidnih hormona, za savladivanje membrane lipida vezuju se sa hidrofilnim grupama fosfolipida na spoljašnjoj strani membrane, grupišu se i ulaze u ćeliju, koristeći mehanizam sličan pinocitozi. Formiranje kompleksa "protein-protein" i njihovo razdvajanje – opšti je mehanizam unutarćelijskih transportnih procesa. U citoplazmi se nalaze receptori steroida, koji su u strukturi "C4 cinkovi prst". U odsustvu steroidnih hormona taj receptor je povezan sa proteinima HSP 90 (heat stock protein), koji je uvek prisutan u citoplazmi. Pri pojavi steroidnog hormona, taj neaktivni kompleks se razbija, i steroidni hormon se vezuje za receptor, formirajući aktivni kompleks, koji se prenosi do jedra, gde se vezuje za regulatorni deo celog gena i aktivira (ili potiskuje) njegovu transkripciju.

Moderni pogledi na propustljivost citoplazmi i nukleidne membrane pokazuju da penetracija kroz ove membrane i difuzione puteve postoji.

Pored ranije poznatih jonskih kanala i procesa pinocitoza, bili su otkriveni kanali, formirani familijom transmembranskih porins proteina, prisutnih u mitohondriji i citoplazmi membrane. Ovi proteini sadrže do 50% hidrofilnih aminokiselina i strukturnih motiva amfifilne a-spirale. Medutim, većina peptidnih lanaca nalazi se u p-usaglašenosti. Nekoliko transmembranskih porins lanaca obrazuju pore bacvastog oblika (barrel-shaped), koje su porozne za male hidrofilne i amfifilne molekule (urea, glicerol, triptofan, itd.). Na primer, pri razlici u koncentracijama triptofana 0.001 M, njegov difuzioni protok kroz membranu je 600 molekula po sekundi na 1 µm2 površine membrane.

Grupa porinsa uključuje podgrupe akvaporinsa - proteine koji kontrolišu protok vode u ćeliju i iz ćelije u skladu sa malim promenama u pH okoline.

Nukleidne membrane takođe imaju razvijen sistem transportnih pora, formiranih proteinskim kompleksima - nukleoporama koje kontrolišu saobraćaj nukleoproteinskih kompleksa u jezgro i iz jezgra. Unutrašnji prečnik nukleopora je reda 42 nm, tako da propuštaju molekule sa molekulskom masom od 5000 Da.

Dakle, mogućnost prodiranja kratkih peptida u ćeliju i jezgro ćelije ne izaziva nikakve suštinske sumnje. Naše eksperimentalne studije su u skladu sa pretpostavkom penetracije kratkih peptida u ćeliju i njeno jezgro, jer ubacivanjem peptida u strukturu ćelije izaziva promene u sastavu hromatina. U literaturi je bilo dokazano, da u ćelijama u strukturi tkiva, kratki sintetički peptidi ne samo da uđu u celiju, kroz citoplazmu i nukleidne membrane, već i učestvuju u aktiviranju pojedinih gena, naročito gene telomeraze.

Proučavanjem, otkriveno je dejstvo kratkih sintetičkih peptida na promene heterohromatina u leukocitima i aktiviranje ribozomalnih gena, dekondenzacija gusto zbijenih vlakana hromatina, kao i oslobadanje gena, utisnutih u rezultate starosne kondenzacije euhromatizovanih delova celija.

Međutim, do danas postoji očigledne razlike između brojnih zapažanja regulatornih dejstava neurohormona i sintetičkih oligopeptida na stanje hromatina i koncepta molekularnih mehanizma selektivnog vezivanja ovih peptida sa početnim delovima gena.

Među kratkim sintetičkim peptidima, prethodno ispitanih u pogledu aktiviranja hromatina, najefikasniji se pokazao sintetički tetrapeptid epifize (Ala-Glu-Asp-Gly). Ovaj peptid je, takođe, od posebnog značaja, jer pokazuje visoke geroprotektivne aktivnosti. Istraživane su strukturne karakteristike ovog peptida kako bi se pronašle sličnosti između parametara, specifične za ove peptide, na koje utiču aminokiseline i nukleotidi u strukturi dvostruke spirale DNK. Predlože se model specifičnog vezivanja peptida na bazi prepoznavanja sa početnim delovima gena, izgrađenih na principu geometrijske i elektrohemijske komplementarnsti dva pravospiralna molekula - peptida i dvostruke spirale DNK.

Osnove dopunskih interakcija u
sistemu "oligopeptid - oligonukleotid"

Cilj našeg istraživanja bio je u pronalaženju mogućeg mehanizma za selektivno prepoznavanje i vezivanje kratkih peptida sa delom genetskog aparata, koji je odgovoran za pokretanje sinteze proteina.

Mehanizam prepoznavanja u sistemu "peptid - DNK" po principu "jedna aminokiselina - jedan par nukleotida" ne može biti specifičan. Od 20 aminokiselina najmanje 8 može istovremeno da komunicira sa funkcionalnim grupama dva susedna bazna para, jer su prilično dugi i kreću se po površinama funkcionalnih grupa. Medutim, selektivnost takvih veza je nizak. Aminokiseline sa aromaticnim bočnim grupama mogu se vezati za dvostruke spirale DNK, kao rezultat interakcije aromatičnog prstena aminokiseline i nukleotida.

Veća selektivnost (izbor) prepoznavanja i povezivanja obezbeđuje mnogobrojnu ko-operativnu interakciju u sistemu "oligopeptid - oligonukleotid".

Molekularno prepoznavanje u oblasti biologije je zasnovan na tačnom odnosu molekularnih površina interakcijskih molekula i slučajnosti dimenzionih parametara rasprostranjenih na toj površini interakcijskih funkcionalnih grupa. Strukturne veze ove vrste nazivaju se matričom komplementarnosti.

Peptidni lanac koji se sastoji od L-izomera može imati više sastava. Konkretno, R-strukturni oblici peptidnih lanca imaju najčešće izduženi oblik i odnose se na proširenu vrstu peptidnih sastava, u kojim je udaljenost izmedu aminokiselinskih ostataka jednako. Ovaj oblik obezbeđuje dovoljnu slobodu bočnih grupa i omogućava im da izvrše najveći broj medumolekularih interakcija. Orijentacija bočnih grupa aminokiselinskih ostataka zavisi od mogućnosti medumolekularne interakcije sa drugim makromolekulima ili sa komponentama životne sredine.

Slika 1. Ortogonalna projekcija proširenog sastava peptida Ala-Glu-Asp-Gly (projekcija na površinu). Prikazene su krajnje i bočne funkcionalne grupe, sposobne za dopunske interakcije sa DNK.

Zadebljana linija označava osnovni peptidni lanac. Atomi osnovnog peptidnog okvira nisu označeni, atomi vodonika i kiseonika, koji pripadaju površini peptidne veze, nisu prikazani:

- NH3 - proton donorne grupe,
- O - proton akceptorne grupe,
- CH3 - hidrofobna (metalna) grupa.

U izgradnji modela matrice komplementarnosti tetrapeptida sa odgovarajućim učešćem dvostruke spirale DNK korišćeni su objavljivani podaci o geometrijskim karakteristikama dvostruke spirale DNK i peptidnog lanca i obrasci interakcije DNK sa poliamfolitamima.

U konkretnom slucaju u studiji karakteristika sastava tetrapeptida Ala-Glu-Asp-Gli pronađeno je, da eneretski najpovoljna usaglašenost u vodenom rastvoru (homogeno okruženje) ima maksimalnu dužinu od 5.15 A, maksimalnu širinu od 8,5 A. U fiziološkim uslovima, odnosno, u neutralnom okruženju pH u rastvoru neskomolekularnih elektrolita i pri mnogobrojnim interakcijama sa DNK, koji određuju distance između nukleotidnih parova, ovaj tetrapeptid ima izduženi oblik proširene r-strukture sa transkonfiguracijskim rasporedom bočnih grupa tih ostataka.

Očigledno, kao rezultat međusobnog odbijanja između susednih negativno naelektri-sanih bočnih grupa ostatka glutaminske i asparaginske kiseline i granične karboksil-ne grupe, njihova usaglašenost će biti energetski povoljna.

Nukleotidni parovi dvostruke spirale DNK u aktivnom hromatinu rasporedeni su jedan nad drugim, gotovo u paralelnoj ravni. Na jednu zavojnicu dvostruke spirale DNK dolazi 10 baznih parova, prosečno rastojanje između ravni baznih parova je 3,4 A. Poznato je, da fosfodiesterna osnova lanca deli poprečni presek dvostruke spirale DNK na dva nejednaka dela. U tom smislu, na molekularnoj površini dvostruke spirale DNK razlikujemo veći i manji kanal širine od 22,2 A i 11,8 A, odvojene sa dva fosfodiesterna lanaca.

Na slici je prikazana ortogonalna projekcija na ravan stranica r-usaglašenosti tetrapeptida Ala-Giu-Asp-Gli. Ovaj tetrapeptid sa prilično glomazanim bočnim grupama, samo u većem kanalu dvostruke spirale DNK je u interakciji sa funkcionalnim grupama, koje su izložene na površini tog kanala nukleotidnim parovima dvostruke spirale. Interakcija peptida sa manjim kanalom dvostruke spirale je energetski nepovoljan zbog međusobnog odbijanja fosfatnih grupa DNK i karboksilnih grupa peptida.

Dakle, dvostruka spirala DNK i peptidni lanac imaju određene dimenzije: dužina peptidnog lanca u r-usaglašenosti, pripisuje se velicini jedne aminokiseline, i iznosi 3,47 A, a rastojanje između baznih parova u DNK lanca jednaka je 3,4 A. Pošto oba učesnika u interakciji imaju pravospiralnu orijentaciju glavnih lanaca, to peptid, bez daljeg stresa, može se postaviti u veliki kanal DNK. To dovodi do mnogobrojnih međumolekularnih interakcija peptida i DNK, uključujući polarne i hidrofobne grupe oba učesnika.

Kada tražite nizove nukleotidnih parova, komplementarnih ovom tetrapeptidu, po rasporedu proton-donatora, proton-akceptora i hidrofobnih grupa, uzimaju se u obzir strukturne karakteristike lokacije nukleotidnih parova na površini velikog kanala DNK, podatke o interakcijama između parova aminokiselina i peptida sa nukleinskim osnovama i ocena elektrostatičkog potencijala površina DNK. U isto vreme igraju ulogu orijentacijione interakcije peptida sa nukleinskim osnovama.

Najviše polaznih (nekodiranih) delova gena sadrže u lanacima mnogobrojna ponavljanja relativno kratkih sekvenci (nukleotidnih jedinica). Dužina takvih blokova obično je 6-10 baznih parova (bp), odnosno, manje od jednog zavoja dvostruke spirale. U strukturi transkripcionih faktora i regulatornih peptida su, takođe, sadržane ponavljajuće sekvence aminokiselina, koje se obično sastoje od 5-6 aminokiselinskih ostataka (AO dalje) u peptidnom bloku. Pretpostavljamo da ponavljanje nukleotidnih blokova na početnim delovima gena su mesta selektivnog vezivanja za peptidne blokove, koji se vraćaju u sastav regulatornih peptida. Regulatorni peptid i određena sekvenca nukleotida DNK znaju jedni druge u slučajevima u kojima aminokiselinska sekvenca na dovoljnoj dužini lanca dopunski određuje raspored funkcionalnih grupa nukleotidnih jedinica u velikom kanalu dvojne spirale DNK.

Dimenzione karakteristike lokacije funkcionalnih grupa pojedinačnih nukleotidnih parova, koji su na površini velikog kanala dvostruke spirale DNK pri objedinjavanju nukleotidnih parova u opštu strukturu, određuju potencijal molekularne površine velikog kanala. Jasno, svaka jedinica nukleotidnih parova eksponira na površinu velikog kanala DNK svoju jedinstvenu osobinu funkcionalnih grupa. Ove grupe mogu da učestvuju u vodoničkim, jonskim vezama i hidrofobnim interakcijama sa peptidnim lancima, ako je lokacija bočnih grupa peptida dopunski odgovara tim osobinama.

Model dopunske interakcije tetrapeptida
Ala-Giu-Asp-Gli (AEDG) sa dvostrukom spiralom DNK

Za naše istraživanje smo odabrali grupu visokomolekularnih faktora transkripcije, koje imaju karakteristike "spirala-petlja-spirala", strukture koje su detaljno izučene. Mnoge od njih su uključene u pokretanje transkripcije vitalnih gena: telomeraze i RNK polimeraze II. Poznato je da deo petlje ovih proteina se sastoji od 14 ostataka, uglavnom asparaginske, glutaminske aminokiseline i treonina. Proučili smo sintetički peptid koji je kvalitativno sličan ovoj petlji, po odnosu hidrofilnih i hidrofobnih grupa.
Međumolekularna interakcija između peptida AEDG i DNK sprovodi se u obliku vodoničnih veza između funkcionalnih grupa oba učesnika. Dužina vodonične veze u ovim sistemima obično iznosi 2.0-2.5 A, odnosno, veća je od polovine rastojanja između površina uparenih osnovnom dvojnom spiralom. Preredospodela nukleotidnih parova bila je određena njihovom sekvencom ATTTS, koja je komplementarna tetrapeltidu AEDG.

Slika 2. Ortogonalna projekcija modela dopunske veze
tetrapeptida Ala-Giu-Asp-Gli sa dvostrukom spiralom DNK

Pri izgradnji modela dopunskih medumolekularnih veza tetrapeptida sa DNK uzima se u obzir dužina kovalentnih veza 1.5 A, jon-jonske veze 2,5 A i vodonična veza 2.0-2.5 A. Mogućnost promene uglova nagiba površina nukleotidnih parova, u odnosu na osu dvostruke spirale, nisu razmatrane.

Na slici je ortogonalna projekcija peptida, u kombinaciji sa jedinicom nukleotidnih parova dvostruke spirale DNK. Prikazano je, kako je tetrapeptid AEDG razmešten u velikom kanalu dvostruke spirale DNK, u skladu sa zahtevima komplementarnosti funkcionalnih grupa tog tetrapeptida sa funkcionalnim grupama nukleotidnih parova. Specificnost predloženog modela je činjenica, da je peptid u velikom kanalu istovremeno u interakciji sa osnovama funkcionalnih grupa obeju lanaca dvojne spirale DNK.

Treba napomenuti, da je sličan raspored funkcionalnih grupa na površini velikog kanala dvojne spirale za nukleotidne parove A - T i G - C, visoka mobilnost funkcionalnih grupa, krajnjih aminokiselinskih ostataka alanina i glicina, kao i varijabilnost ugao nagiba ravni nukleotidnih parova u odnosu na osu dvojne spirale koji dozvoljava tetrapeptidu AEDG dopunsku vezu sa sekvencama ATTTG, GTTTC, STTTS, iako će snaga ovih veza biti slabija, nego sa ATTTS.

Kao što je već pomenuto, tetrapeptid AEDG je od posebnog značaja zbog svoje visoke geroprotektorske efikasnosti. U eksperimentima na životinjama, pokazuje značajan uticaj na povećanje očekivanog životnog veka i sprečavanje procesa maligne transformacije tkiva. Postoji hipoteza da je ukupna dužina vremena postojanja ćelijskih populacija u korelaciji sa dužinom telomera hromozoma, a time i aktivnost enzima telomeraze. U procesu ćelijske proliferacije smanjuje se broj ponavljanja TTAGGG na krajnjim delovima hromozoma, zbog problema sa replikacijom. To stalno skraćivanje se može prevazići ako ćelija ima dovoljno visok nivo aktivne telomeraze. Većina normalnih somatskih ćelija nemaju aktivne telomeraze, i skraćenje telomera završava se gubitkom vitalnosti takvih ćelija.

Koristeci podatke iz literature, otkrili smo da redosled nukleotida ATTTS, određuje sa modelom dopunskih interakcija peptid – DNK, koji se nalazi 9 puta u sastavu početnog dela telomeraze gena (na intervalu 3729 bp od početka transkripcije). Očigledno, dopunske interakcija peptida AEDG sa jedinicama ATTTS može da dovede do reaktiviranja telomeraznog promotera u somatske celije, koje iniciraju unutarćelijsku sintezu telomeraze, istezanje telomera, povećanje proliferativnog potencijala tkiva, i na taj način može značajno uticati na životni vek.

Specificni gen, koji se nalazi u subtelomernoj oblasti takođe sadrži blok ATTTS u sastavu svog početnog dela i može da posluži kao osnova povezivanja sintetičkog tetrapeptida epifize.

Jedan od uzroka starenja je usporavanje sinteze proteina. Transkripcija svih proteinskih gena prenosi se enzimom DNK – zavisne RNK polimeraze II, nakon pokretanja ovog procesa faktorima transkripcije. Biosinteza RNK polimeraze II, takođe, ne može biti sproveden bez pokretanja transkripcije odgovarajucim FT. Ranije u literaturi je objavljeno, da je blok ATTTGCAT jedan od mesta povezivanja FT RNK polimeraze II. Na početnom delu gena velike subjedinice RNK polimeraze II niz ATTTS sreće se 3 puta na vodećem lancu, i 5 puta na sastavu lanaca (antiparalelni), a niz ATTTG - 6 puta.

U tekućoj literaturi, može se pronaći značajan broj publikacija o regulatornom dejstvu kratkih peptida. Razlika između visokomolekularnim faktorima transkripcije i kratakih peptida, koji su uključeni u pokretanje transkripcije gena, se manifestuju pre svega u procesima transporta ovih molekula, iz okoline u jezgra ćelija. Pored toga, kratki peptidi su tkivno specifični, ali nisu po vrstama specifični i ne pokazuju imunogenost.

Naši predloženi modeli molekularne interakcije kratkih peptida sa dvostrukim spiralama DNK na početnom delu gena zaslužuje eksperimentalnu verifikaciju na nivou fizičko-hemijskih istraživanja sintetičkog sistema "oligopeptid - oligonukleotid".

Zaključci:

Strukture peptida i dvostruke spirale DNK obezbeduju uslove za prepoznavanje i dopunsko povezivanje peptida za određenu jedinicu nukleotida u funkcionalnim grupama na površini velikog kanala dvostruke spirale DNK u oblasti početnog dela gena. U povezivanju učestvuju oba lanca dvostruke spirale DNK. Predložene metode molekularnog modelovanja dopunskog povezivanja peptida na početnom delu gena može biti korisno za pronalaženje potencijalno aktivnih kratkih peptida – mimetici faktora transkripcije – prema redosledu nukleotida na početnom delu celokupnog gena.

Literatura:

1. Havinson V.H., Šateva L.K.: Model dopunske interakcije kratkih peptida sa dvostrukom spiralom DNK, Med. akad. casopis, 2005. T. 5, No 1, S. 15-23, Sankt-Peterburgški Institut za bioregulaciju i gerontologiju SZO RAMH, Institut za makromolekularna jedinjenja RAN, Sankt-Peterburg.

< NA VRH >

TAJNA ŽIVOTA – NANOPEPTID

Stručnjaci tvrde da je trajanje života homo sapiensa 100-120 godina. Zašto onda tako malo ljudi danas doživi te godine? Kakvi naučni pronalasci vode dugačkom životu? Šta su kratki peptidi i da li se tajna života nalazi u tim nanopeptidima? Vladimir N. Anisimov, predsednik Gerontološkog Saveza kaže: "Kao što to već znamo, čovečanstvo brzo stari. U zadnjih 160 godina očekivana dužina života se svake godine smanjuje za tri meseca i nemamo razlog za pretpostavku kako će se taj proces promeniti. Istovrenano u zadnjoj deceniji podaci pokazuju popravak tendencije, u Sjedinjenim Državama naprimer, gde očekuju da će više nego pola miliona ljudi doživeti stotu godinu”.

Jedna od mogućnosti je – najaktivnija oblast istarživanja ruskih naučnika - razvijanje peptidnih lekova. Istraživanje je trajalo više nego 35 godina i to u najčuvenijim ruskim institutima: u Sankt Peterburgu, Moskvi, Novosibirsku i drugim gradovima.

Puno eksperimanta je vršeno lekovima i najčešće (više nego 30 eksperimenata) ispituju njihovo dejstvo na produženje života. Utvrđeno je da ovi lekovi smanjuju broj oboljenja i usporavaju proces starenja. Naučnici su izneli svoj program u oblasti prevencije protiv preranog starenja.

Vladimir Nikolajevic Shabalin, direktor Gerontološkog Instituta MŽR, akademik, profesor:
Gerontologija, gerijatrija – postoji više teorija u istraživanju procesa starenja. Najvažnija oblast našeg istraživanja je biološki proces ljudskog života. Tokom dvadesetog veka se očekivan rok trajanja života skoro udvostrucio. U kameno doba su ljudi živeli prosečno 25 godina, u srednjem veku 30-35 godina, dok krajem XX veka već 70 godina.

U ovo doba je čovecanstvo postiglo neki nivo intelektualnog razvoja. Muškarci su počeli da se umešaju u biološki proces života, probali su da žive što je duže moguće. Postoje tri glavna faktora koji omogućuju prevenciju protiv patološkog starenja:

1. hemijski faktor – reguliše neke degeneracije
2. fizički faktor – uticaj sekundarnih procesa na organizam
3. biološki faktor – uticaj preventivnih elementa na proces starenja

Bioregulatori su jako važni za intelektualni razvoj, oni mogu da omoguće ostvarenje naših zahteva i želja.

Vladimir Khatskelevic Khavinson, potpredsednik Gerontološkog Saveza, direktor Bioregulativnog i Gerontološkog Instituta Univerziteta u Sankt Peterburgu i dopisni član Gerontološkog Instituta, RAM kaže:
"Danas prezentujemo istaknuti učinak, metode i tehnike na svetskom nivou koji igraju znatnu ulogu u prevenciji protiv preranog starenja. Ovaj program je efikasan i uspešan u Rusiji."

Rezultati dugotrajnih istraživanja u Bioregulativnom i Gerontološkom Institutu Univerziteta u Sankt Peterburgu su pokazali da kratki peptidi i 2-3-4 aminokiseline, koje se sastoje od peptidnih bioregulatora, regulišu metabolizam i tako nam omogućuju da telo funkcioniše na način kao što to radi mlad i zdrav organizam. Ovako se regeneriše biološko i funkcionalno aktivno habanje kao i nezdrave ćelije i nezdrava tkiva.

Nanopeptid je temelj jednog novog skupa lekova, a to je kompleks peptidnih bioregulatora. Svi eksperimenti potvrđuju da peptidi efketivno utiču na proces starenja.

Ovo je princip delovanja aktivizacionog metabolizma na kompleksnom temelju u ljudskom organizmu i ćelijama. Utiče na nanopeptidnu–kratki lanci 2-3-4 aminokiseline – sekvenciju koja je zapravo jedan ugrađeni informacioni kod, pa ćelije započinju aktivnu sintezu sa belančevinama. Ovaj mehanizam je univerzalni ključ, on se promenom godinama i sam menja pošto je poznato: što je starija ćelija, to sve teže sintetizuje belančevine. Peptidi su bezopasni pošto su aminokiseline i prirodno prisutne u organizmu. Popravljaju proces metabolizma, popravljaju ćelije a tkiva i organi pomoću njih imaju karakteristike mladog organizma.

Protekom godina smo naučili kako da izaberemo peptide za raznovrsne tipove tkiva: kosti, hrskavice, mišici, vaskularni sistem, itd. Naprimer peptidi corpus pineale (deo mozga) kod čoveka stvaraju odgovarajući ritam za proizvodnju melatonina sa strane hormona koji sprečava starenje. Noćni posao je veoma štetan pošto se melatonin stvara samo noću i to za vreme spavanja. Onaj koji noću radi, brže stari.

Institut je od životinjskih i sintetizovanih repromaterijala razvio nekoliko desetina nanolekar-a ali nažalost oni će se u apotekama širom sveta pojaviti tek posle nekoliko godina.

Biološki znaci starenja

Biološko starenje (involutivne i degenerativne promene) nastaju na molekularnom nivou zbog poremećaja sinteze specificnih belančevina i promena na nivou gena što dovodi do promene strukture tkiva i organa. Ove strukturne promene dovode do gubitka funkcije organa i pojave znaka starenja organizma (od hroničnih obolenja, fizičkih znaka starenja kože i fizičkog spoljneg aspekta) do smrti kao finalnog procesa starenja. Biološko starenje se sinhrono događa na svim sistemima humanog i organima humanog organizma:

Involutivne promene na timusu počinju već u prvoj godini života i tokom života dovode do imunodeficijencije (poremećaj imunog odgovora) što rezultira pojavom sniženog imuniteta, malignih obolenja i izmenom (sniženje) otpornosti ka infekciji.

Involutivne promene na epifizi dovode do sniženja sinteze melatonina, hormona koji ima udaljene efekte na ceo organizam (promena bioritma, nesanica, sniženje imuniteta, reproduktivnih funkcija i sklonosti ka kancerogenim obolenjima).

Promene na koštano-zglobnom sistemu dovode degenerativnih obolenja kostiju i osteoporoze.

Promene u hematopoeznom i kardiovaskularnom sistemu odnose se pre svega na promenu eritropoeze i sklonosti ka trombozama, embolijama, moždanim insultima, razvoju koronarne ateroskleroze i povećanjem rizika od pojave infarkta miokarda,
ali i hipertenzije.

Promene funkcija respiratornih organa zasnivaju se na promeni strukture kapilara i elastičnosti vlakana na nivou alveola i smanjenju funkcije ventilacije pluća, razvoju emfizema i respiratorne insuficijencije.

Involutivne promene organa za varenje evidentne su pre svega u usporavanju regeneracije sluznice i smanjenju tonusa tankog creva, što dovodi do funkcionalnih poremećaja varenja hrane. Starenjem se menja funkcija jetre, smanjuje protelitička, lipolitička i amilolitička aktivnost pankreasa. Povećava se sklonost ka stvaranju žučnih kamenaca zbog zastoja žuči, a snižava se peristaltika, motorna i sekretorna funkcija digestivnog trakta.

Involutivne promene na urogenitalnom sistemu manifestuju se snižavanjem klirensa kreatinina i uree, kod muškaraca se razvija adenom prostate, zbog gubitka elastičnosti zidova mokrćne bešike dolazi do učestalih urinarnih infekcija i inkontinencije urina.

Biološko starenje kože i njenih derivata pretstavlja vizuelno najdramaticniji aspekt starenja organizma. Koža gubi tonus, pojavljuju se bore, hiperpigmentacije i keratoze. Kosa gubi prirodni pigment, postaje seda, proređuje se, a nokti postaju krti, gube prozračnost i uobičajenu strukturu.

Starenjem reproduktivnih organa kod oba pola dovodi do dramatičnih psihofizickih promena. Kod muškaraca se posle 50 godine smanjuje spermatogeneza, snižava nivo testosterone u cirkulaciji što dovodi do gubitka libida i često do impotencije. Glavni razlog impotencije u starijoj dobi lezi u razvoju aterosklerotičnih promena na arterijama i promena građe venskog sistema polnih organa. Andropauza ima značajne negativne efekte na ukupno psihičko zdravlje muškarca i razvoj depresije. Kod ženskog pola, nakon 50-te godine nastaje klimakterijum (ekvivalent andropauzi), menja se hormonski status što dovodi do atrofičkih promena na sluznici genitalnog trakta. Psihički se manifestuje promenama raspolozenja, čestom razdrazljivošću i depresijom.

Biološkim starenjem endokrinog sistema nastaju promene u lučenju hormona kod oba pola i mnogobrojni efekti na organizam, najčešce poremecaj glikoregulacije i nastanak dijabetes melitusa.

Biološko starenje čulnih organa: s godinama se značajno degenertaivno menjaju strukture organa sluha i vida što rezultira gubitkom sluha u većoj ili manjoj meri.
Na organima vida menja se oštrina vida i sposobnost akomodacije, razvija se katarakta, glaukom, degeneracija makule retine. Senzorni organi starenjem gube svoje osnovne funkcije: menja se čulo ukusa, mirisa, smanjuju se sposobnosti taktilne i somatske osetljivosti.

U starijoj životnoj dobi struktura ćelija nervnog sistema se menja tako što dolazi do degenerativnih obolenja (Parkinsonova bolest, Alzhajmer, demencija, slabija memorija). Značajne su izmene u sferi psihičkih promena i promena karaktera: smanjenje tolerancije, adaptacije na promene u socijalnom okruzenju, sklonost ka agresivnom ili depresivnom raspolozenja. Razvojem senilnosti, snižavaju se intelektualne sposobnosti do personalnih promena kao što su nesposobnost pisanja, čitanja i pamćenja.

Psihološke karakteristike starenja

Biološka starost, ma kako bila neminovna, dovodi do ozbiljnih personalnih promena individue i često do gubitka intelektualnih funkcija i generalno samopouzdanja. Promene su u u oblasti emotivne sfere (osećaj razočaranja i negativnog životnog bilansa, usamljivanje i gubitak socijalnog statusa), gubitka fizičke privlačnosti i često teških gubitaka autoriteta u porodici ili okolini. Menja se sfera interesovanja, akcenat se prenosi na sopstveni unutrašnji svet, smanjuje se kontrola nad sopstvenim reakcijama, javlja se otpor ka promenama, strah od smrti. Donose se često negativni životni bilansi, koji vode ka osećanju depresije sa suicidalnim idejama.

Psihološke karakteristike starenja, kao prateći segment biološkog starenja su poseban segment regenerativne medicine i razvoja procedura i preparata koji bi trebalo odloži biološko starenje.

Koji je mehanizam dejstva peptidnih bioregulatora u ubrzanju procesa regeneracije na ćelijskom nivou?

Svaka ćelija organizma sastoji se od jedra i mitohondrija uz veliki broj drugih elemenata. U jedru je genetski zapis – informacija, zadužena za sve fundamentalne procese tokom čitavog života čoveka.

DNK, nosilac svih naslednih faktora, tokom života trpi određene promene. Na primer negativni faktori koji deluju na organizam čoveka dovode do udvajanja DNK i niza reakcija koji se odražavaju na sintezu ćelijskih belančevina, narušava se proces stvaranja, razvoja i regeneracije ćelija. Nastaje "začaran krug". Upravo to je bio motiv naučnika da razvije metodu dejstva na regulaciju sinteze belančevina u celiji.

Peptidni bioregulatori aktivišu DNK u ćeliji, za koju su specificni i štite ćeliju svodeći na minimum negativne faktore koji je ugrožavaju. Na taj način specificni kratki lanci peptida različitog sastava aminokiselina imaju sposobnost ne samo zaštite DNK i strukture ćelije nego i normalizuje i ubrzavaju proces regeneracije tkiva i organa stimulišući unutrašnje rezerve tkiva i optimizacije svih osnovnih funkcija organa u organizmu. Ovim se ne samo deluje profilaktički i čuva zdravlje već i vraća biološki sat unazad!

Zahvaljujuci dugogodišnjim istrazivanjima, eksperimentalnim i kliničkim, peptidni bioregulatori su postali dostupni, njihova je efikasnost dokazana, a bezbednost u potpunosti potvrđena. Tokom godina su više hiljada ljudi, uspešno primenjujuci ove preparate sačuvali zdravlje i osećaju se mladim u različitim starosnim dobima. Zahvaljujuci otsustvu kontraindikacija i dostupnosti preparata bez recepta lekara, pojavio se nov način ne samo osećati se zdravim već to i biti.

< NA VRH >