Бета-эндорфин: структура, функция и механизм действия.
Β-Endorphin
Бета-эндорфин: пептидный гормон, влияющий на нервную систему. Структура, виды (β-эндорфин(1-31), (1-26), (1-27)) и роль в эндогенной опиоидной системе.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Пептидный гормон у человека
Peptide hormone in humans
β-эндорфин (бета-эндорфин) — это эндогенный опиоидный нейропептид и пептидный гормон, вырабатываемый в определенных нейронах центральной и периферической нервной системы. Он является одним из трех эндорфинов, производимых у человека, к которым также относятся α-эндорфин и γ-эндорфин. Существуют различные формы β-эндорфина, полная последовательность которого – Tyr Gly Gly Phe Met Thr Ser Glu Lys Ser Gln Thr Pro Leu Val Thr Leu Phe Lys Asn Ala Ile Ile Lys Asn Ala Tyr Lys Lys Gly Glu (31 аминокислоты), обозначаемая как β-эндорфин(1-31), а также варианты, укороченные до первых 26 и 27 аминокислот, как β-эндорфин(1-26) и β-эндорфин(1-27). Первые 16 аминокислот идентичны последовательности α-эндорфина. β-эндорфин рассматривается как часть классов эндогенных опиоидов и эндорфинов нейропептидов.
β Endorphin (beta endorphin) is an endogenous opioid neuropeptide and peptide hormone that is produced in certain neurons within the central nervous system and peripheral nervous system. It is one of three endorphins that are produced in humans, the others of which include α endorphin and γ endorphin. There are multiple forms of β endorphins with the full sequence of Tyr Gly Gly Phe Met Thr Ser Glu Lys Ser Gln Thr Pro Leu Val Thr Leu Phe Lys Asn Ala Ile Ile Lys Asn Ala Tyr Lys Lys Gly Glu (31 amino acids) denoted as β endorphin(1 31) and variants truncated to the first 26 and 27 amino acids as β endorphin(1 26) and β endorphin(1 27). The first 16 amino acids are identical to α endorphin. β Endorphin is considered to be a part of the endogenous opioid and endorphin classes of neuropeptides;
Формирование и структура
β-Эндорфин содержится в нейронах гипоталамуса, а также в гипофизе. Он образуется из β-липотропина, который синтезируется в гипофизе из более крупного пептидного предшественника – проопиомеланокортина (POMC). Формирование β-эндорфина является результатом расщепления C-концевой области β-липотропина, в результате чего образуется 31-аминокислотный нейропептид с альфа-спиральной вторичной структурой. Однако POMC также является источником других пептидных гормонов, включая α и γ меланоцитстимулирующий гормон (MSH), образующихся в результате внутриклеточной обработки внутренними ферментами, известными как прогормонконвертазы. Важным фактором, отличающим β-эндорфин от других эндогенных опиоидов, является его высокая аффинность и продолжительное действие на μ-опиоидные рецепторы – те же рецепторы, к которым связываются химические вещества, извлекаемые из опиума, такие как морфин, и благодаря чему они проявляют свои анальгетические свойства. β-Эндорфин обладает наибольшей аффинностью связывания с μ-опиоидным рецептором среди всех эндогенных опиоидов. Ацетилирование N-конца β-эндорфина, однако, инактивирует нейропептид, препятствуя его связыванию с рецептором. Напряженно-зависимые кальциевые каналы (VDCC) – важные мембранные белки, которые опосредуют деполяризацию нейронов и играют ключевую роль в стимуляции высвобождения нейротрансмиттеров. Когда молекулы эндорфина связываются с опиоидными рецепторами, G-белки активируются и диссоциируют на свои субъединицы Gα и Gβγ. Субъединица Gβγ связывается с внутриклеточным участком между двумя трансмембранными спиралями VDCC. При связывании этой субъединицы с напряженно-зависимым кальциевым каналом возникает блокада, зависящая от напряжения, которая ингибирует канал, препятствуя поступлению ионов кальция в нейрон. В клеточную мембрану также встроен G-белок-связанный внутрь-исправляющий калиевый канал. Когда молекула Gβγ или Gα(GTP) связывается с C-концом калиевого канала, он активируется, и ионы калия выкачиваются из нейрона. Активация калиевого канала и последующая деактивация кальциевого канала вызывают гиперполяризацию мембраны – изменение мембранного потенциала, в результате которого он становится более отрицательным. Снижение концентрации ионов кальция приводит к уменьшению высвобождения нейротрансмиттеров, поскольку кальций необходим для этого процесса. Это означает, что нейротрансмиттеры, такие как глутамат и субстанция P, не могут высвобождаться из пресинаптического терминала нейронов. Эти нейротрансмиттеры играют важную роль в передаче болевых сигналов, и поскольку β-эндорфин снижает высвобождение этих веществ, он оказывает выраженный анальгетический эффект.
β Endorphin is found in neurons of the hypothalamus, as well as the pituitary gland. It is derived from β lipotropin, which is produced in the pituitary gland from a larger peptide precursor, proopiomelanocortin (POMC). The formation of β endorphin is then the result of cleavage of the C terminal region of β lipotropin, producing a 31 amino acid long neuropeptide with an alpha helical secondary structure. However, POMC also gives rise to other peptide hormones, including α and γ melanocyte stimulating hormone (MSH), resulting from intracellular processing by internal enzymes known as prohormone convertases. A significant factor that differentiates β endorphin from other endogenous opioids is its high affinity for and lasting effect on μ opioid receptors. the same receptor to which the chemicals extracted from opium, such as morphine, derive their analgesic properties. β Endorphin has the highest binding affinity of any endogenous opioid for the μ opioid receptor. Acetylation of the N terminus of β endorphin, however, inactivates the neuropeptide, preventing it from binding to its receptor. Voltage dependent calcium channels (VDCCs) are important membrane proteins that mediate the depolarization of neurons, and play a major role in promoting the release of neurotransmitters. When endorphin molecules bind to opioid receptors, G proteins activate and dissociate into their constituent Gα and Gβγ sub units. The Gβγ sub unit binds to the intracellular loop between the two trans membrane helices of the VDCC. When the sub unit binds to the voltage dependent calcium channel, it produces a voltage dependent block, which inhibits the channel, preventing the flow of calcium ions into the neuron. Embedded in the cell membrane is also the G protein coupled inwardly rectifying potassium channel. When a Gβγ or Gα(GTP) molecule binds to the C terminus of the potassium channel, it becomes active, and potassium ions are pumped out of the neuron. The activation of the potassium channel and subsequent deactivation of the calcium channel causes membrane hyperpolarization. This is when there is a change in the membrane's potential, so that it becomes more negative. The reduction in calcium ions causes a reduction of neurotransmitter release because calcium is essential for this event to occur. This means that neurotransmitters such as glutamate and substance P cannot be released from the presynaptic terminal of the neurons. These neurotransmitters are vital in the transmission of pain, and as β Endorphin reduces the release of these substances, there is a strong analgesic effect.
Лечение боли
β-эндорфин изучался главным образом за его влияние на ноцицепцию (то есть восприятие боли). β-эндорфин модулирует восприятие боли как в центральной, так и в периферической нервной системе. Когда боль возникает, болевые рецепторы (ноцицепторы) посылают сигналы в задние рога спинного мозга, а затем в гипоталамус посредством высвобождения нейропептида, называемого субстанцией P. В периферической нервной системе этот сигнал вызывает привлечение Т-лимфоцитов – белых кровяных клеток иммунной системы – в область, где ощущается боль. В центральной нервной системе β-эндорфин связывается с опиоидными рецепторами в заднем корешке спинного мозга и ингибирует высвобождение субстанции P в спинном мозге, уменьшая количество возбуждающих болевых сигналов, направляемых в мозг. Хотя его гормональный эффект зависит от вида.
β Endorphin has been primarily studied for its influence on nociception (i. e., pain perception). β endorphin modulates pain perception both in the central nervous system and the peripheral nervous system. When pain is perceived, pain receptors (nociceptors) send signals to the dorsal horn of the spinal cord and then up to the hypothalamus through the release of a neuropeptide called substance P. In the peripheral nervous system, this signal causes the recruitment of T lymphocytes, white blood cells of the immune system, to the area where pain was perceived. In the central nervous system, β endorphin binds to opioid receptors in the dorsal root and inhibits the release of substance P in the spinal cord, reducing the number of excitatory pain signals sent to the brain. though its hormonal effect is species dependent.
Упражнения
β Выделение эндорфинов в ответ на физические упражнения известно и изучается, по крайней мере, с 1980-х годов. Исследования показали, что концентрации эндогенных опиоидов в сыворотке крови, в частности β-эндорфина и β-липотропина, повышаются как в ответ на острую физическую нагрузку, так и на тренировки.
β Endorphin release in response to exercise has been known and studied since at least the 1980s. Studies have demonstrated that serum concentrations of endogenous opioids, in particular β endorphin and β lipotropin, increase in response to both acute exercise and training.
Солнечный свет
Существуют доказательства того, что β-эндорфин выделяется в ответ на ультрафиолетовое излучение, будь то воздействие солнца или искусственный загар. Считается, что это способствует развитию аддиктивного поведения у людей, злоупотребляющих солнечными ваннами и посещающих солярии, несмотря на риски для здоровья.
There is evidence that β endorphin is released in response to ultraviolet radiation, either through sun exposure or artificial tanning. This is thought to contribute to addiction behavior among excessive sunbathers and users of artificial tanning despite health risks.
Механизм действия
β Эндорфин действует как агонист, связывающийся с различными типами G-белковых рецепторов (GPCR), в частности, с мю-, дельта- и каппа-опиоидными рецепторами. Эти рецепторы отвечают за супраспинальную анальгезию.
β Endorphin acts as an agonist that binds to various types of G protein–coupled receptors(GPCRs), most notably to the mu, delta, and kappa opioid receptors. The receptors are responsible for supra spinal analgesia.
История
β-Эндорфин был обнаружен в экстрактах гипофиза верблюда Ч. Х. Ли и Дэвидом Чунгом. Первичная структура β-эндорфина была установлена еще 10 лет назад, но без осознания этого факта, когда Ли и его коллеги проанализировали последовательность другого нейропептида, вырабатываемого гипофизом – γ-липотропина. Они заметили, что C-концевой участок этого нейропептида был схож с C-концевыми участками некоторых энкефалинов, что наводило на мысль о возможном сходстве их функций. Впоследствии выяснилось, что C-концевая последовательность γ-липотропина и является первичной последовательностью β-эндорфина.
β Endorphin was discovered in camel pituitary extracts by C. H. Li and David Chung. The primary structure of β endorphin was unknowingly determined 10 years earlier, when Li and colleagues analyzed the sequence of another neuropeptide produced in the pituitary gland, γ lipotropin. They noticed that the C terminus region of this neuropeptide was similar to that of some enkephalins, suggesting that it may have a similar function to these neuropeptides. The C terminal sequence of γ lipotropin turned out to be the primary sequence of the β endorphin.