<<
>>

Металлотионеины

В цитозоле и ядрах клеток эукариот широко представлены металлотионеины - низ­комолекулярные соединения (мол. масса 6-7 кДа), обладающие высокой хелаторной

способностью в отношении ионов тяжёлых металлов, таких как цинк, медь, кадмий, ртуть, при этом каждая молекула белка может связывать до 7 ионов металла [516].

Металлотионеин впервые был выделен как кад­мий- и цинксодержащее соединение из коркового веще­ства почки лошади в 1957 г. [979]. В настоящее время показано, что белок состоит из 60 (или 61) аминокислот, включая 20 остатков цистеина, в его состав не входят цистин, гетероциклические и ароматические аминокис­лоты; содержит 7 г-атомов Zn и/или Сс1 на моль белка, в некоторых случаях также обнаруживаются Си, Бе и Щ. Несмотря на высокое содержание Б-Н групп в физиоло­гических условиях они находятся в восстановленном состоянии и не образуют внутри­молекулярных дисульфидных связей.

В настоящее время металлотионеин-подобные белки обнаружены во многих одно- и многоклеточных организмах и сгруппированы в семейство, состоящее из трёх классов. К I классу относятся металлотионеины млекопитающих (содержатся главным образом в пече­ни, почках, кишечнике), ко II - одноклеточных эукариот (например, дрожжей), по первич­ной структуре отличающиеся от белков класса I; в III класс выделены металлотионеины растений, состоящие из молекул, содержащих от 2 до 11 остатков у-глутамилцистеина, и называемые фитохелатинами (если С-концевой аминокислотой является глицин) или го- мофитохелатинами (С-концевая аминокислота - р-аланин) [1550]. Фитохелатины, очевид­но, синтезируются из глутатиона под действием фитохелатинсинтазы. У человека выяв­
ляются 4 изоформы металлотионеинов (МТ-1, МТ-2, МТ-3 и МТ-4), которые являются тканеспецифичными: МТ-1 и МТ-2 представлены во многих органах и тканях, в наиболь­шей степени в печени, почках, поджелудочной железе, изоформа МТ-3 специфична для мозга, а МТ-4 для фибробластов кожи [1024].

На клетках Saccharomyces cerevisiae показано, что экзогенный О 2 активирует транс­крипцию гена металлотионеина (в бактериях с генетическим дефектом Cu,Zn-COfl - силь­нее), причём эффект опосредован активацией фактора лранскрипции теплового шока [937]. Синтез металлотионеинов в организме млекопитающих индуцируется широким спектром физиологических и патологических сигналов: атомами металлов (Zn, Cd, Cu, Hg, Bi, ...), гормонами, (дексаметазон, глюкагон, адреналин, норадреналин), цитокинами (ин­терлейкины 1 и 6, у-интерферон), форболовыми эфирами, ангиотензином II, а также физи­ческими и химическими стрессами. У мышей 4 гена металлотионеинов локализованы в 8-й хромосоме; у человека в 16-ой хромосоме выявляется 12 генов, кодирующих все 4 изо­формы металлотионеинов, промоторные участки этих генов содержат последовательности для связывания регуляторных элементов: MRE (металл-респонсивные элементы) или MTF-1 (металл-респонсивный транскрипционный фактор), GRE (глюкокортикоид- респонсивные элементы), ARE (антиоксидант-респонсивный элемент), а также АР-1, АР-2 и Spl [190, 467].

Экспрессия синтеза металлотионеинов на повышение содержания тяже­лых металлов или стрессовые воздействия происходит достаточно быстро, однако мРНК и апобелок быстро подвергаются деградации и протеолизу. Существуют данные, что вос­становленный глутатион и металлотионеины находятся в реципрокных отношениях: сни­жение содержания GSH в печени приводило к увеличению концентрации цинка и метал­лотионеинов и наоборот [1347]. Аналогичный эффект получен при индукции синтеза ме­таллотионеина под действием параквата у мышей: предварительное введение животным Ь-бутионин-8Е-сульфоксимина (ингибитор синтеза глутатиона) и диэтилмалеата (сниже­ние содержания GSH) повышало скорость транскрипции мРНК металлотионеина в почках и печени [1089].

Металлотионеины участвуют в детоксикации тяжёлых металлов, при этом в отличие от специализированных хелаторов трансферрина и ферритина связывают ионы различных металлов и таким образом неспецифично препятствуют их вовлечению в свободноради­кальные реакции; они также регулируют метаболизм Си и Zn, являясь физиологическими донорами этих ионов [977, 978, 1550]. Металлы по аффинности к ним металлотионенинов располагаются в следующий ряд: Zn < Cd < Cu < Hg [1344]. Структурные исследования нативных металлотионеинов млекопитающих показали, что для .них характерна уникаль­ная кластерная организация атомов Zn и/или Cd и остатков цистеина; структура кластеров металлотионеинов отчасти схожа со структурой железосерных кластеров ферредоксинов и рубредоксинов [1550]. Металлотионеины не только связывают ионы меди, но переводят их в редокс-неактивное состояние, при этом окисление SH-групп белка может снижать его взаимодействие с Си и делать возможным участие ионов меди в окислительно­восстановительных реакциях [540]. Так, с использованием системы Си/аскорбат/Н202 по­казано, что в отсутствие Н202 металлотионеин блокировал Cu-зависимую продукцию ра­дикала аскорбата при молярном соотношении Си/металлотионеин 12:1, в присутствии же перекиси водорода это соотношение снижалось до 6:1, при этом количество SH-rpynn белка уменьшалось на 50 %. Регенерация SH-групп металлотионеина дигидролипоевой кислотой сопровождалась восстановлением его способности угнетать Cu-зависимое окис­ление аскорбата [540]. Атомы металлов в молекуле металлотионеина могут обмениваться между кластерами, а также металлами окружающей среды, и атомами других молекул; более того, они могут переноситься в глутатион, тимулин и апоферменты, превращая их в
полностью активные ферменты. Поэтому фактически металлотионеины служат для накоп­ления ионов металлов и поддержания их концентрации в свободном виде на низком уров­не [977]. Способность транспортировать ионы Си и Zn на вновь синтезированные белки позволяет рассматривать металлотионеины как своеобразные шапероны в процессах син­теза металлопротеинов [1180]. В условиях окислительного стресса, приводящего к сдвигу редокс-баланса БН-содержащих соединений в сторону окисленного (дисульфидного) со­стояния, способность ОББв и других дисульфидов высвобождать атомы Zn из металло- тионеинов имеет важные последствия для прогрессирования патологических состояний, таких как болезни Альцгеймера и Паркинсона [978]. Нитрозилирование цистеиновых ос­татков в металлотионеинах при действии N0* также приводит к высвобождению ионов металлов, в частности Zn [641].

Ввиду высокого содержания БН-групп металлотионеины выступают эффективными ингибиторами радикалов. Исследования показывают, что все 20 атомов Б могут взаимо­действовать с органическими радикалами. В пересчёте на моль вещества металлотионеин в 340 раз более эффективно по сравнению с глутатионом ингибировал ОН-радикалы, его эффективность в отношении ОН*-индуцированных повреждений ДНК была в 800 раз вы­ше [157]. В отношении ингибирования радикалов 2,2‘-азобис(2-амидо- пропан)дигидрохлорида эффективность металлотионеина была в 100 раз выше чем глута­тиона, при этом в 10 раз более эффективно он ингибировал процессы ПОЛ в микросомах [1037]. Предполагается, что наиболее ярко антиоксидантная функция металлотионеинов проявляется в ядре, где они защищают от окислительных повреждений ДНК [394, 1014]. Помимо ингибирования радикалов металлотионенины стабилизируют мембраны, являют­ся регуляторами экспрессии генов [516, 1550] и влияют на активность ферментативных антиоксидантов [749]. На разных культурах клеток выявляется прямая взаимосвязь содер­жания металлотионеина с устойчивостью клеток к апоптозу [1389]. Эксперименты на но- каутных по МТ-1 и МТ-2 мышах показывают, что такие животные развиваются нормаль­но, однако у них снижена адсорбция цинка в желудочно-кишечном тракте [467]. У мышей с повышенной экспрессией металлотионеинов наблюдалось усиление устойчивости изо­лированного сердца к ишемии реперфузии, что проявлялось в снижении инфарктной зоны, меньшем выходе креатинкиназы в перфузионный раствор и сохранении силы сердечных сокращений [812]. В головном мозге изоформа МТ-3 выступает ростмодулирующим фак­тором и снижение его содержания наблюдается при болезни Альцгеймера и ряде нейроде- генеративных патологий [1425].

<< | >>
Источник: Меныцикова Е. Б. и др.. Окислительный стресс. Прооксиданты и антиоксиданты / Е.Б. Меныцикова, В.З. Ланкин, Н.К. Зенков, И.А. Бондарь, Н.Ф. Круговых, В.А. Труфакин. - М.: Фирма «Слово»,2006. - 556 с.. 2006
Помощь с написанием учебных работ

Еще по теме Металлотионеины:

  1. ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА d- И f-ЭЛЕМЕНТОВ
  2. Лекарственные средства {/-элементов I группы
  3. Лекарственные средства меди
  4. Юрий Андреевич Андреев. Три кита здоровья СПб.:,1994. — 382 с., 1994
  5. Предисловие к 14-му официальному изданию (неофициальных, воровских было без счету)
  6. Предисловие к 11-му изданию
  7. Предисловие к 7-му изданию
  8. Глава первая ДОРОГА НА ОКЕАН
  9. Солнечный поддень жизни, или Сохранить бы последние крохи
  10. Глава вторая ДУХ ВЫСОКИЙ, ДЕЯТЕЛЬНЫЙ, ДОБРЫЙ
  11. Стрессы лужу-паяю, чиню-починяю!
  12. Глава третья ЖИВАЯ ЭНЕРГИЯ ЗЕМЛИ И НЕБА
  13. Секрет всех законов, или Жизнь в резонанс с законами мироздания
  14. Все стихии