Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Глюкозпан - лизин- аргинин белоктарының өзара байланысуы және D глюкозадан алынған жоғары гликациялы соңғы өнім (AGE). Бұл қайталанбайтын, ковалентті, көздің экстраклеттік матрицасы (ЭКМ) мен кристаллиннің коллагенінде молекулааралық және молекулалық ішкі байланыстарды жасайтын өнім. Ковалентті ақуыздар белдіктерді тіндердің ЭКМ-де бір-бірімен кері қайтарымсыз байланыстырады. Глюкозопан адам тіндерінде кез келген басқа AGE- ге қарағанда 10 - 1000 есе жоғары деңгейде кездеседі және қазіргі уақытта ең маңызды AGE- ге айналады.
Glucosepane is a lysine arginine protein cross linking product and advanced glycation end product (AGE) derived from D glucose. It is an irreversible, covalent cross link product that has been found to make intermolecular and intramolecular cross links in the collagen of the extracellular matrix (ECM) and crystallin of the eyes. Covalent protein cross links irreversibly link proteins together in the ECM of tissues. Glucosepane is present in human tissues at levels 10 to 1000 times higher than any other cross linking AGE, and is currently considered to be the most important cross linking AGE.
Қартаюдағы рөлі
Қартаю эластикалық қабаттың үдемелі жоғалуына және ECM-ге бай тіндердің, мысалы, буындар, хрящ, артериялар, өкпелер мен терілердің қатаюына әкеледі. Бұл әсерлер ЭКМ-де ұзақ өмір сүретін белоктарға тік байланыстардың жиналуынан пайда болады. Глюкозпанды Моннье тобының зерттеулері көрсеткендей, глюкозпанның адам коллагеніндегі ЭКМ- дегі кросс- байланыстарының деңгейі жаспен бірге өсуде және диабетпен ауыратын адамдарда жылдам қарқынмен өсуде, осылайша глюкозпанның диабетпен және қартаюмен байланысты артериосклероз, буындардың қатаюы және терідің қыртысуы сияқты ұзақ мерзімді әсерлерінде рөлін көрсетеді. Олар 90 жастағы диабетке шалдықпаған адамның терісінің ЭКМ-де глюкозопанның белдіктің барлық түрлеріне қарағанда 50 есе көп қатысы бар екенін айтады. Сонымен қатар, глюкозопан сияқты ақуыздар ішіндегі және араларындағы қиылысу байланыстарының пайда болуы ЭКМ- де протеолиздік ыдырауды азайтады. Бұл арқанша байланыстардың жинақталуының артуына әкеледі және капиллярлар, гломерульдер, линзалар мен өкпелердегі базалық мембраналардың қалыңдауына байланысты деп есептеледі. Атомдық күш микроскопиясының эксперименттері теріде қартаюдың функциясы ретінде коллаген фибрилдерінің құрылымындағы наношамадағы морфологиялық айырмашылықтарды анықтады. Трансверстік фибрилланың Юнг модулі төмендеуі байқалды. Бұл өзгерістер глюкозопанның тіндерде жинақталуына байланысты деп есептеледі. Бұл фибрилдің тығыздығының өзгеруіне байланысты, бұл суды ұстаудың жаспен байланысты айырмашылығынан туындаған. Барлық атомдық симуляцияларды пайдалана отырып, компьютерлік зерттеулер глюкозопанның коллаген молекуласындағы тығыздықты төмендетеді және суға пороздылығын арттырады. Бұл жастарға қарағанда егде жастағы адамдардың Ахилл және алдыңғы бүйір сүйектері тіндерінің құрамында судың жоғары мөлшерін өлшеу арқылы расталды.
Aging leads to progressive loss of elasticity and stiffening of tissues rich in the ECM such as joints, cartilage, arteries, lungs and skin. It has been shown that these effects are brought about by the accumulation of cross links in the ECM on long lived proteins. Studies done on glucosepane by the Monnier group have shown that the level of glucosepane cross links in human collagen in the ECM increases progressively with age and at a more rapid pace in people with diabetes, thus suggesting the role of glucosepane in the long term effects associated with diabetes and aging such as arteriosclerosis, joint stiffening and skin wrinkling. In fact, they report that in the ECM of the skin of a non diabetic 90 year old, glucosepane accounts for about 50 times the protein cross linking as all other forms of protein cross linking. Further, the build up of cross links such as glucosepane within and between proteins is shown to reduce proteolytic degradation in the ECM. This leads to increased cross link accumulation and is thought to be linked to the thickening of basement membranes in capillaries, glomeruli, lens, and lungs. Atomic force microscopy experiments identified nanoscale morphologic differences in collagen fibril structures as a function of ageing in skin. A decrease in Young's modulus of the transverse fibril was observed. These changes are thought to be due to the accumulation of glucosepane in tissue. It is proposed that this is due to a change in the fibril density caused by age related differences in water retention. Computational studies using all atom simulations revealed that glucosepane results in less tightly held helical structure in the collagen molecule and increase porosity to water. This was confirmed with water content measurement that showed higher content in Achilles and anterior tibias tendon tissue from older individuals compared to young people.
Құрылу
AGE ретінде глюкозопанның пайда болуына әкелетін реакция жолы Maillard реакциясы немесе ферментті емес қоңырлану деп аталады. Глюкозопан окистену жолынан тыс жолмен түзіледі. Глюкозпанның пайда болуына әкелетін нақты механизмді зерттеушілер анықтауға тырысты. Алайда, қазіргі уақытта сақиналық түзілімге дейін жақсы сипатталған. Глюкозопанның түйісу тіндерінде пайда болуы жергілікті ерекшелікпен анықталды. Мысалы, толық коллаген фибрилінің молекулалық динамикалық симуляциясын пайдалана отырып жүргізілген зерттеулер энергетикалық жағынан қолайлы жерлерді, әсіресе коллаген фибрилінің аралық аймағында, анықтады. Бұл белдік тығыздығының төмендігіне және аралық аймақтағы фибрилляралық судың жоғары болуына байланысты болуы мүмкін.
As an AGE, the reaction pathway that leads to glucosepane formation is known as the Maillard Reaction, or non enzymatic browning. Glucosepane is found to form through a non oxidative path. The exact mechanism leading to glucosepane has been a challenge for researchers to determine. However, it is currently well characterized up to the ring formation. The formation of glucosepane within connective tissues has been shown to be site specific. For example, studies using Molecular Dynamics simulations of a complete collagen fibril revealed energetically favourable locations, particularly within the collagen fibril gap region. This may be due to the lower protein density and higher intra fibrillar water content within the gap region.
Жалпы реакция жолы
Глюкозопанның жалпы түзілу жолы лизиннің редукциялық қант D глюкозасына шабуыл жасап, Шифф базасы деп аталатын тұрақсыз иминді қалыптастыруымен басталады, содан кейін ол тұрақты аминокетоза Амадори өнімін қалыптастыру үшін қайта ұйымдастырылады. Осыдан кейін тұрақты Amadori өнімдері α дикарбонил аралық арқылы глюкозопанды қалыптастыру үшін баяу ыдырайды.
The overall pathway of glucosepane formation starts with lysine attacking the reducing sugar D glucose to form the unstable imine known as a Schiff base, which then rearranges to form the more stable aminoketose Amadori product. From there, the stable Amadori Product slowly degrades to form glucosepane through an α dicarbonyl intermediate.
Амадори өнімінен α-дикарбонилдің пайда болу механизмі
Глюкозопанды беретін Амадори өнімінен α дикарбонил аралық құрамына дейінгі нақты реакция жолын анықтау қиын болды. Бастапқыда зерттеушілер α дикарбонил аралық түрін болжады, онда карбонилдер D глюкозаның C2 және C3 -інде орналасқан. Алайда, реакцияда 13C изотобымен таңбаланған карбонил көміртекті C1 глюкозамен қолдану арқылы зерттеушілер α дикарбонилдің бастапқы глюкозаның омыртқасының C5 және C6 нүктелерінде орналасқан карбонилдері бар екенін анықтады. Ұсынылған ең жақсы механизм - α дикарбонил N 6 (2,3 дигидрокси 5,6 диоксиогексил) L лизинат, глюкозопан реакциясының негізгі аралық бөлігі, Амадори өнімінен кетоэнол таутомеризмі арқылы 6 көміртекті қант тірекшесіне дейін карбонил ауысу арқылы және С 4 гидроксилді жою арқылы қалыптасады. Сонымен қатар, еріткіш судағы ауыр сутегін, D2O пайдалану арқылы гипотезалық карбонил ауысуының шамасына дәлел келтірілді. Зерттеушілер реакциядан кейін көміртек тірекшесінің барлық HC OH-сы DC OH-ға айналғандығын анықтады, бұл барлық сутегілер кетоэнол таутомеризмі арқылы көшірілгенін көрсетеді, сондықтан карбонил ауысуы тірекшеге дейін төмендеп, ақыр соңында C 4 гидрокси тобын жойды.
The particular reaction path proceeding from the Amadori product to the α dicarbonyl intermediate that will yield glucosepane was difficult to determine. Initially, researchers hypothesized an α dicarbonyl intermediate in which the carbonyls were located on C 2 and C 3 of D Glucose. However, by using glucose with C 1, the carbonyl carbon, marked with the isotope 13C in the reaction, researchers found that the α dicarbonyl formed has the carbonyls located at C 5 and C 6 of the original glucose backbone. The best mechanism proposed is that the α dicarbonyl N 6 (2,3 dihydroxy 5,6 dioxohexyl) L lysinate, a key intermediate in the glucosepane reaction, forms from the Amadori product through a carbonyl shift all the way down the 6 carbon sugar backbone by keto enol tautomerism and the elimination of the C 4 hydroxyl. Further, evidence was given for the extent of the hypothesized carbonyl shift by using heavy hydrogen in the solvent water, D2O. Researchers found that all the H C OH of the carbon backbone were converted to D C OH after the reaction, demonstrating that all the hydrogens got transferred out through keto enol tautomerism, and thus the carbonyl shift went all the way down the backbone, finally eliminating the C 4 hydroxy group.
Аргининге тік байланысуға арналған сақина жабылуы
Алқаның қалай және қашан пайда болғаны әлі күнге дейін белгісіз. Бір мақалада α дикарбонилден кейінгі кезеңде сақина пайда болуы керек деп айтылған. Зерттеуде α дикарбонилден глюкозопанға өтудің ең ықтимал механизмі молекулалық альдимин 6 (3,4 дигидрокси 6 оксо 3,4,5,6 тетрагидро 2H азепиний 1 йл) норлеуцин арқылы деп болжанды және басқа бір дәлел табылды. Сақинаның пайда болуының гипотезасы N-нің C6 карбонилге нуклеофилдік шабуылдауынан, содан кейін судың жойылуынан пайда болады (2). Мұның аргинин жақтау тізбегімен конденсацияланып, аргининнің азоттары мен сақинадағы электрофильді карбонилдердің нуклеофильді қосу-алу реакцияларында глюкозопанды береді, екі суды жояды.
It is still relatively unclear how the ring is formed and when. One article suggests, and it seems the current belief, that the ring must form in the step after the α dicarbonyl is formed. The study hypothesized, and another found correlating evidence, that the most likely mechanism of getting from the α dicarbonyl to glucosepane is through the intramolecular aldimine 6 (3,4 dihydroxy 6 oxo 3,4,5,6 tetrahydro 2H azepinium 1 yl) norleucine. The ring is hypothesized to form by a nucleophilic attack of N on C 6 carbonyl, followed by elimination of a water (2). This then condenses with the arginine side chain to yield glucosepane in nucleophilic addition elimination reactions of the nitrogens of arginine and the electrophilic carbonyls on the ring, eliminating two waters.
Жинақтау
АГЭ- ге әкелетін гликациялық процестер адам ағзасындағы ұзақ өмір сүретін ақуыздарға, мысалы терідегі коллаген мен көздегі кристаллинге әсер етеді. Мысалы, терідегі коллагеннің жартылай жойылу мерзімі он бес жыл. Бұл белоктар организмдегі басқа белоктар сияқты тез ыдырай бермейді, сондықтан Amadori өнімінің тұрақтылығы және өте баяу түрленуі глюкозопанға айналуға жеткілікті уақыт береді. 50 Amadori өнімінің тұрақты күйдегі мөлшерінің 60% - ы қартайған кезде глюкозопанға айналады деп есептелген. Глюкозепанның басқалардан айырмашылығын айнымалы байланысы өнімінің таралуының себебі, оның құралған α- дикарбонилінің, N 6 (2,3 дигидрокси 5,6 диоксиогексил) L лизинат, тұрақты гликозациялау агенті болып табылады, өйткені ол лизин арқылы белокқа кері байланыста болады. Сондықтан ол оңай ыдырай бермейді және басқа ыдырайтын α дикарбонил аралықтарынан айырмашылығы, басқа ыдырайтын α дикарбонил аралықтарынан айырмашылығы, ол ЭКМ-де ферменттермен ыдырайтын болады.
Glycation processes that lead to AGEs particularly affect long lived proteins in the human body, such as collagen in the skin and crystallin in the eyes. Skin collagen, for instance, has a half life of fifteen years. Because these proteins do not degrade as quickly as other proteins in the body, the Amadori product, which is stable and thus transforms very slowly, has time enough to convert into glucosepane. It has been estimated that 50 60% of the steady state levels of Amadori product is converted into glucosepane in old age. A suspected reason for the prevalence of the glucosepane cross link product as opposed to others is that the α−dicarbonyl from which it forms, N 6 (2,3 dihydroxy 5,6 dioxohexyl) L lysinate, is a persisting glycating agent because it is irreversibly bound through lysine to a protein. Therefore, it is not easily degraded and thus is more commonly available to form a cross link with arginine, unlike other cross link α dicarbonyl intermediates, which are found bound and free and thus more susceptible to being degraded by enzymes in the ECM.
Ингибициялау немесе жою перспективалары
Глюкозопанның көптеген ескіру патологияларында маңызды рөл атқаратыны анықталғандықтан, көптеген зерттеушілер тіндерде глюкозопан деңгейін төмендетудің жолдарын зерттеді. Мұны жүзеге асырудың әртүрлі әдістері қарастырылды.
Because of the important role glucosepane has been found to play in many pathologies of aging, many researchers have been investigating ways in which the levels of glucosepane could be reduced in tissues. Various methods of doing so have been examined.
α-дикарбонил тұзағы
Глюкозопанның пайда болуын тежеуге тырысқан әдістердің бірі α дикарбонил тұтқыр молекуласы - аминогуанидин (АГ) пайдалану болып табылады. АГ α дикарбонил аралықпен аргининге қарағанда жоғары аффиндікпен әрекеттеседі, осылайша қиылысқан байланысты бұғаттайды. Бұл әдістің сәл сәтті болғанына қарамастан, бұл әдіс тышқандардың қалыпты қартаюына әсер етпеді.
One method attempted to inhibit glucosepane formation is to use an α dicarbonyl trap molecule, aminoguanidine (AG). AG reacts with the α dicarbonyl intermediate with a higher affinity than arginine, thus blocking the cross link. While this method has been seen to have some success, it did not greatly interfere with the normal aging of rats.
Тиазолий тұздары
Тағы бір зерттелген әдіс - α дикарбонил аралық бөлігін бұзу үшін тиазолий тұздарын қолдану, осылайша глюкозопанға әкелетін реакция жолын кесіп тастау. Бұл қосылыстар альфа-дикарбонил аралықтағы көрші карбонилдерге шабуылдайтын бидентат нуклеофилдер ретінде әрекет етеді, бұл карбонилдер арасындағы С С байланысының бөлінуіне әкеледі. Алайда олардың жұмыс істеуінің басқаша гипотезасы - олар хелаттандырғыш агенттер ретінде әрекет етеді. Тьязолийдің екі молекуласы, PTB (N фенацилтиязолий бромиді) және ALT 711 - мысықтарда глюкозопан деңгейін төмендетуде табысты нәтиже көрсетті.
Another method that has been investigated is the use of thiazolium salts to break the α dicarbonyl intermediate, therefore cutting off the reaction pathway that leads to glucosepane. These compounds are thought to act as bidentate nucleophiles that attack the adjacent carbonyls in the alpha dicarbonyl intermediate, which then leads to the cleaving of the C C bond between the carbonyls. However, an alternate hypothesis as to how they work is that they act as chelating agents. Two thiazolium molecules, PTB (N phenacylthiazolium bromide) and ALT 711, have demonstrated success at reducing glucosepane levels in rats.
ECM айналымы
Кресс-байланыстарды азайтудың мүлдем басқа әдісі - ЭКМ айналым процестерін күшейту, бұл жаңалармен алмастыру үшін кросс-байланысты ақуыздарды ыдырауды мәжбүрлейді. Алайда, бұл жағдайдың мүмкін болатын жағымсыз жағы - қан тамырларының ақаулығы, бұл шамадан тыс айналмадан туындайды.
A completely different approach to reducing cross links that has been proposed is enhancing the ECM turnover processes, which would force the degradation of cross linked proteins to replace them with new. However, a potential downside to this would be leaky blood vessels resulting from too far enhanced turnover.