: 07.04.2025
Цианид – это не только яд, но и полезный межклеточный регулятор. Все дело в дозе…
Недавно ученые в очередной раз подтвердили известное утверждение швейцарского врача и алхимика Парацельса, согласно которому «все есть лекарство, и все есть яд – все дело в дозе»… Как выяснилось, даже цианистые соединения, естественно, в малых дозах, играют в нашем организме роль регуляторов нормальных клеточных процессов
Цианиды – соли цианистоводородной (синильной) кислоты присутствовали на нашей планете еще до появления атмосферного кислорода. По-видимому, они вырабатывались древними организмами, которые использовали их в биохимических процессах. Известно, что цианиды продуцируют и некоторые современные виды бактерий и растений, у которых они выполняют различные регуляторные функции. К примеру, при создании чувства кворума (общение путем химических сигналов для регуляции поведения и физиологической активности в популяции) у бактерий или в процессе прорастания зародышей у растений.
Для клеток млекопитающих цианиды всегда считались сильными ядами, которые ингибируют митохондриальное дыхание – кислород-зависимую выработку энергии в этих клеточных органеллах. Но что если в ходе «кислородной» эволюции древняя роль цианидов все же не была утрачена полностью, а только ослабла и «спряталась» за появившимися другими типами регуляторных молекул?
Ответить на этот вопрос смогли исследователи из международной исследовательской группы, возглавляемой учеными из Швейцарии, которые обнаружили, что цианистый водород, в очень низких концентрациях, действительно служит является важной сигнальной молекулой в организме млекопитающих.
С химической точки зрения, цианистый водород является слабой кислотой. При физиологических значениях кислотности среды примерно 95% его содержится в летучей недиссоциированной форме (HCN, цианистый водород, или синильная кислота) и 5% − в диссоциированной форме (CN−). Обе формы в своем исследовании ученые называют цианидамиСначала ученые определили, что цианид в очень малых концентрациях присутствует в клетках и тканях мышей, причем его наибольшее количество вырабатывается печенью. Они также обнаружили цианиды и в человеческих клетках.
Как оказалось, ключевую роль в процессе синтеза этих молекул в клетках играет глицин – распространенная незаменимая аминокислота, которую млекопитающие способны синтезировать сами и получать с пищей. Известно, что прием глицина оказывает защитное действие на клетки, и ученые предположили, что частично этот положительный эффект глицина может быть обусловлен как раз его способностью стимулировать синтез цианидов в низких концентрациях.
Сам синтез происходит внутри лизосом – клеточных органелл, в полости которых поддерживается кислая среда, содержатся гидролитические ферменты и происходит «переваривание» ненужных клетке макромолекул. Сначала ферменты пероксидазы продуцируют HOCl, используя перекись водорода H2O2 и хлориды, затем HOCl реагирует с глицином с образованием сначала N-монохлорглицина, а затем N,N-дихлорглицина, а последняя молекула разлагается на несколько компонентов, одним из которых является тот самый цианистый водород с запахом горького миндаля.
Благодаря своим газообразным свойствам цианид без проблем покидает лизосомы, достигая различных клеточных компонентов. Он также может диффундировать из клетки и действовать как паракринный (действующий на ближайшее клеточное сообщество) медиатор наряду с другими небольшими эндогенными газообразными сигнальными молекулами, такими как оксид азота (NO), монооксид углерода (CO) и сероводород (H2S).
Как показали эксперименты на клеточных культурах, цианид, как и к другие газообразные сигнальные молекулы, в очень низких (наномолярных) концентрациях оказывает благоприятные эффекты, стимулируя работу митохондрий, клеточный метаболизм и размножение клеток. Но вот в более высоких, начиная от 10 микромолярных, он действительно становится ядом.
Баланс между цитопротекторными и цитотоксическими концентрациями зависит от способности клетки вырабатывать и утилизировать эти соединения. Организм человека регулирует уровень цианидов с помощью фермента роданазы (тиосульфатсульфотрансферазы), которая превращает цианистый водород в нетоксичные соли-тиоцианаты.
Удивительные результаты этого исследования могут быть полезны и с практической, медицинской точки зрения. К примеру, редкое и неизлечимое на сегодняшний день наследственное заболевание глициновая энцефалопатия характеризуется патологическим накоплением этой аминокислоты в клетках. Ученые выяснили, при этом накапливаются и цианиды, способствуя цитотоксическим эффектам. Возможно, новые знания помогут найти способ улучшить состояние таких пациентов. Возможно, что в будущем более глубокое понимание роли эндогенных цианидов поможет лечить и другие, менее экзотические болезни.
Фото: https://www.flickr.com
Публикации по теме:
Сложность как мерило эволюционного прогресса
Оксилипины: эволюция биохимического «эсперанто»
: 07.04.2025 