Л. К. ШАТАЕВА, В. X. ХАВИНСОН, И. Ю. РЯДНОВА

ПЕПТИДНАЯ САМОРЕГУЛЯЦИЯ ЖИВЫХ СИСТЕМ (ФАКТЫ И ГИПОТЕЗЫ)

санкт-петербург «наука»

L. К. SHATAEVA, V. Kh. KHAVINSON, I. Yu. RYADNOVA

PEPTIDE SELF-REGULATION OF LIVING SYSTEMS (FACTS AND HYPOTHESES)

e

St. PETERSBURG «NAUKA» 2003

Л. К. ШАТАЕВА, В. X. ХАВИНСОН, И. Ю. РЯДНОВА

ПЕПТИДНАЯ САМОРЕГУЛЯЦИЯ ЖИВЫХ СИСТЕМ (ФАКТЫ И ГИПОТЕЗЫ)

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ «НАУКА» 2003

УДК 573.7; 017.6: 612.014 ббк 24.239 ш 28

Шатаева Л. К,, Хавинсон В. X., Ряднова И. Ю. Пептидная саморегуляция живых систем (факты и гипотезы). — СПб.: Наука, 2003. 222 с.

ISBN 5-02-026192-0

Монография посвящена актуальной проблеме взаимосвязи структур и регуляторных (информационных) функций эндогенных пептидов и их синтетических аналогов,, обеспечивающих саморегуляцию организма в условиях внешней или внутренней дестабилизации. В компактной форме представлены литературные данные о физико-химических свойствах аминокислот и пептидов, которые определяют их участие в межмолекулярных взаимодействиях и могут быть основой биологически значимых связей между ними. Предложена гипотеза о передаче биохимических сигналов в клетке и в межклеточной среде по системе водородных связей водного окружения пептидов и фосфолипидных мембран. В работе освещены некоторые молекулярные механизмы развития возрастной патологии. Представленные данные положены в основу практических подходов к получению лечебных препаратов функционально- и тканеспецифического действия как в форме природных комплексных пептидных препаратов, так и в виде их синтетических аналогов.

Монография предназначена для специалистов в области теоретической биологии, биофизики и клинической биохимии, а также для студентов и аспирантов, интересующихся вопросами молекулярной информатики. Библиогр. 376 назв. Ил. 14. Табл. П.

Рецензенты: д-р биол. наук проф. ВН. Кокряков и д-р биол. наук проф. А.Т. Марьянович

Shataeva L. К., Khavinson V. Kh., Ryadnova I. Yu. Peptide self-regulation of living systems (facts and hypotheses). — St. Petersburg: Naitka, 2003. 222 p.

The monograph is dedicated to the discussion problem of correlation between the structures and regulatory (informational) properties of endogenous peptides and their synthetic analogs, which secure the self-regulation of the organism under the conditions of external or internal destabilization. It presents a compact review of published data on the physical-chemical properties of amino acids and peptides, which determine their intermolecular interactions and can serve as the basis for biologically relevant links between them. It is proposed that biochemical signals within a cell and in an intercellular medium can be transmitted through the system of hydrogen bonds of water environment of the peptides and phospholipid membranes. Some molecular mechanisms of age-related pathology development are discussed. The presented data underlie the practical approaches to the production of function- and tissue-specific pharmaceuticals both in the form of natural peptide complexes and as their synthetic analogs.

The monograph is proposed for specialists in the theoretic biology, biophysics and clinical biochemistry, as well as for high school and postgraduate students interested in the problems of molecular informatics. Bibliography 376 references. Illustration 14 pict., 11 tabl.

ISBN 5-02-026192-0

© Издатсльстио «Наука», 2003 ©Л. К. Шатасна, В. X. Хавинсон, И. Ю. Ряднова, 2003

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемая монография содержит систематизированные фактические данные о регуляторных пептидах и сформированные на этой базе гипотезы о механизмах их взаимодействия на уровне живой клетки и организма. Авторы преследуют главную цель — проследить, каким образом индивидуальные структурные и физико-химические характеристики пептидов определяют их взаимодействия друг с другом и с различными компонентами живой клетки и как эти взаимодействия складываются в координированную систему саморегуляции в органах, тканях и на уровне целого организма.

Проявление регуляторных свойств авторы связывают с особенностями гидратации пептидов. Сочетание клатратных структур воды вокруг гидрофобных участков и гидратных структур около полярных групп позволяет наглядно представить единство молекулярной динамики пептида и его водного окружения. Статистический анализ аминокислотных последовательностей низкомолекулярных пептидов и регуляторных белков обнаружил в их структуре повторяющиеся олигопептидные блоки. Гипотеза, предложенная авторами, состоит в том, что эти блоки составляют основу взаимной индукции регуляторной активности олигопепти-дов и высокомолекулярных белков. В монографии также рассматриваются особенности взаимодействия пептидов с элементами цитоплазматической клеточной мембраны: рецепторами и фосфолипидными участками поверхности клетки. Выдвинуто предположение о том, что не только белковые рецепторы, но и внешний слой мембраны, представляющий собой сложный орнамент положительно и отрицательно заряженных полярных групп фосфолипидов, может исполнять роль клеточного рецептора. Пептиды вследствие своей по-лиамфолитной природы комплементарно взаимодействуют

5

только с определенным участком внешнего фосфолипидно-го слоя. Взаимодействие пептидов, в частности факторов транскрипции, с двойной спиралью ДНК также является актуальной проблемой. Авторами предложена модель комплементарное™ молекулярных поверхностей ДНК и регуляторного пептида на промотерных участках двойной спирали. Такой подход служит расширению представлений о специфичности локальных взаимодействий пептидных и нуклеотидных цепей.

В монографии рассмотрены некоторые молекулярные механизмы процессов возрастной инволюции органов и тканей организма. Авторами подчеркивается, что изменения, происходящие при старении, носят более функциональный, чем органический характер, что делает возможным их коррекцию. Универсальность системы пептидной саморегуляции на уровне всего организма сочетается с более узкой специфичностью их действия на тканевом уровне, т. е. с определенным уровнем тканеспецифичности регуляторных пептидов. Исследования, проведенные в Санкт-Петербургском институте биорегуляции и геронтологии СЗО РАМН, показали, что эндогенные регуляторные пептиды и нуклео-протеиновые комплексы являются эффективными лекарственными средствами для компенсации и нормализации определенных физиологических функций. Особое внимание в монографии уделено проблеме разработки и использования пептидных препаратов в геронтологии для профилактики ускоренного старения.

Авторы монографии сумели объединить представления о пептидах, фосфолипидах и ДНК, сложившиеся в области физической химии, биохимии и молекулярной биологии, и сформировать на этой основе новую концепцию, согласно которой фундаментальная роль в саморегуляции принадлежит регуляторным пептидам. Во всем диапазоне молекулярных масс — от дипептидов до высокомолекулярных белков — пептиды объединены информационными связями и поэтому действуют в координированной системе саморегуляции. На молеку