Введение

L (+) (S) Канаванина – это непротеиногенная аминокислота, встречающаяся в некоторых бобовых растениях. Она структурно связана с протеиногенной α-аминокислотой L-аргинином, при этом единственное различие заключается в замене метиленового мостика (единицы) в аргинине на окса-группу (то есть атом кислорода) в канаванине. Канаванина накапливается главным образом в семенах организмов, которые её производят, где она выполняет роль сильнодействующего защитного соединения против травоядных (вследствие ошибочного распознавания её клетками как аргинина) и одновременно является жизненно важным источником азота для развивающегося эмбриона. Родственная L-каналин аналогична орнитину.

Токсичность

Механизм токсичности каннаванина заключается в том, что организмы, потребляющие его, как правило, ошибочно включают его в состав собственных белков вместо L-аргинина, что приводит к образованию структурно дефектных белков, которые могут функционировать неправильно. Расщепление каннаванина аргиназой также дает начало каналинy, сильному инсектициду. Токсичность каннаванина может усиливаться при дефиците белка в рационе (МакКендлес стал героем книги Джона Кракауэра (и одноименного фильма) «В диких условиях»).

У млекопитающих

У мышей NZB/W F1, NZB и DBA/2, которых кормили L-канаванином, развивается синдром, сходный с системной красной волчанкой, в то время как у мышей BALB/c, получавших постоянный рацион белка, содержащего 1% канаванина, не отмечалось изменений в продолжительности жизни. Семена и проростки люцерны содержат L-канаванин. L-канаванин, содержащийся в люцерне, был связан с симптомами, напоминающими волчанку, у приматов, включая людей, и другими аутоиммунными заболеваниями. Часто прекращение употребления в пищу устраняет проблему.

Толерантность

Некоторые специализированные травоядные толерантны к L-канаванину либо благодаря эффективному его метаболизму (см. L-каналин), либо предотвращая его включение в собственные новосинтезируемые белки.

По метаболической детоксикации

Травоядные животные могут эффективно метаболизировать каннаванин. Жук Caryedes brasiliensis способен расщеплять каннаванин до каналина, а затем детоксифицирует каналин посредством редуктивного деаминирования с образованием гомосерина и аммиака. В результате жук не только устойчив к этому веществу, но и использует его как источник азота для синтеза других аминокислот, что позволяет ему развиваться.

По избирательности

Пример этой способности можно найти у личинки табачного почка Heliothis virescens, которая способна переносить большие (летальная концентрация 50 или LC50 300 мМ) количества канаванина с пищей. Эти личинки тщательно избегают включения L-канаванина в новосинтезируемые белки благодаря желудочно-кишечной экспрессии канаваниновой гидролазы – фермента, расщепляющего L-канаванин на L-гомосерин и гидроксигуанидин, – и L-аргининкиназы, которая фосфорилирует L-канаванин. В отличие от этого, личинки табачного рогового червя Manduca sexta могут переносить лишь незначительные количества (1 микрограмм на килограмм массы тела) канаванина с пищей, поскольку их аргинил-тРНК лигаза обладает очень низкой, если вообще какой-либо, способностью к различению. Аргинил-тРНК-синтетазу этих организмов экспериментально никто не изучал. Однако сравнительные исследования включения радиоактивно меченого L-аргинина и L-канаванина показали, что у Manduca sexta соотношение включения составляет примерно 3:1. Семена Dioclea megacarpa содержат высокие уровни канаванина. Жук Caryedes brasiliensis, тем не менее, способен переносить его, поскольку обладает наиболее высокодискриминационной аргинил-тРНК лигазой из известных (на 1982 год). У этого насекомого уровень радиоактивно меченого L-канаванина, включенного в вновь синтезированные белки, едва обнаружим. Более того, этот жук использует канаванин как источник азота (см. выше).