Карнозин (бета-аланил-L-гистидин) — дипептид, состоящий из остатков аминокислот бета-аланина и гистидина. Обнаружен в высоких концентрациях в мышцах и тканях мозга.
Биологическая роль карнозина окончательно не выяснена. Установлено, что он является предшественником в биосинтезе анзерина; благоприятно влияет на гликолиз и окислит. фосфорилирование, увеличивая кол-во образующегося АТФ; повышает отношение Са/АТФ при нарушенном активном транспорте Са в пузырьках саркоплазматич. ретикулома; увеличивает эффективность активного транспорта К+ и Na+ через плазматическую мембрану; препятствует пероксидному окислению липидов; активирует восстановление поврежденных тканей. Биосинтез карнозина осуществляется главным образом в скелетных мышцах при участии малоспецифичного фермента карнозинсинтетазы.
Реакция практически необратима, т. к. ПФ (пирофосфорная кислота) быстро гидролизуется пирофосфатазой до Н3РО4. У многих животных в корковом слое почек, печени, в обонятельной луковице, селезенке, cекрете слизистой тонкого кишечника находится фермент карнозиназа, катализирующий гидролиз карнозина до аланина и гистидина. Карнозин синтезируют из хлорангидрида N-фталил-аланина и гистидина или выделяют из измельченных мышц экстрагированием водой при 60 °С с последующим осаждением карнозина из безбелкового фильтрата солями Ag и Ва. Растворы карнозина в экспериментах на животных оказались эффективными для лечения старческой катаракты и при заживлении послеоперационных ран. По зарубежным данным, м.б. использован для ускорения заживления ран в стоматологической хирургии.
Исследователи из Великобритании, Южной Кореи, России и других стран показали, что карнозин имеет свойства антиоксиданта. Доказана активность карнозина в удалении активных форм кислорода (АФК), а также альфа-бета ненасыщенных альдегидов, образующихся из суперокисленых жирных кислот клеточных мембран в процессе окислительного стресса.
История открытия
Карнозин был обнаружен в составе безбелкового мышечного экстракта русским биохимиком Владимиром Сергеевичем Гулевичем в 1900 г. и получил свое название от латинского слова мясо (caro carnis). Он обратил на себя внимание исследователей благодаря исключительно высокому содержанию в возбудимых тканях – его количество в мышцах позвоночных животных достигает 20 ммоль/л (в некоторых случаях – 40 ммоль/л), что превосходит в несколько раз содержание АТФ. В 1911 г. была установлена структура карнозина, представляющего собой β-аланил-L-гистидин, в 1918 г. осуществлен его химический синтез.
Важность карнозина для функции возбудимых тканей стала ясна из работ академика Сергея Евгениевича Северина (1901-1993) и его учеников. Северин впервые продемонстрировал, что карнозин является природным стимулятором мышечной активности, и внесение его в среду, в которой находится утомленная мышца, приводит к немедленному восстановлению ее сократительной активности. Этот опыт получил в науке название феномена Северина.
Севериным и его сотрудниками было показано, что карнозин тесно связан с функциональной активностью мышечной ткани: он появляется в онтогенезе в период формирования нервно-мышечных контактов, его содержание соответствует интенсивности мышечной функции, а при мышечных патологиях его накопление мышечной тканью стремительно снижается.
Первая гипотеза о механизме действия карнозина и его производных, обнаруженных при исследовании его метаболизма в тканях (карцинина, анзерина, офидина, гомокарнозина и их ацетилированных производных), приписывала этим соединениям роль эффективного природного буфера протонов, препятствующего закислению активно метаболизирующей ткани. Карнозин может также связывать ионы некоторых металлов (железа, меди, кадмия), предотвращая их токсическое действие, а также служить осморегулятором (что особенно важно для «проходных» рыб, меняющих при половом созревании среду обитания). В 1984 г. было показано, что карнозин имеет способность препятствовать окислительному повреждению клеточных мембран, то есть выполнять функцию тканевого антиоксиданта. Анализ этой способности показал, что карнозин может защищать белки, липиды, а также нуклеиновые кислоты возбудимых тканей от окислительного повреждения. Оказалось, что он также способен препятствовать модификации белков углеводами, гликированию, которое делает невозможным нормальное функционирование белковых молекул в клетке.
В 2000 г. на международной конференции в Москве, посвященной 100-летию со дня открытия карнозина, была выпущена памятная медаль, посвященная этому биологическому протектору. При подведении итогов столетнего изучения биологической активности карнозина, было подчеркнуто, что эта многофункциональная молекула выполняет функции природного протектора возбудимых тканей. В случаях, при которых природные механизмы антиоксидантной защиты нарушаются, что имеет место при возрастных изменениях, нейродегенеративных заболеваниях, а также при нарушениях кровоснабжения мозга и сердца, можно считать оправданным применение карнозина в качестве лекарственного средства.
В 2001 г. на двух языках (русском и английском) А.А. Болдырев выпустил книгу «Гистидин-содержащие дипептиды возбудимых тканей», в которой обобщил успехи мировой науки в исследовании карнозина и его производных.
В настоящее время карнозин выпускается во многих странах в качестве пищевой добавки и рекомендуется для улучшения качества питания, для устранения последствий эмоционального стресса, при компенсации истощающей физической нагрузки, а также в спортивной медицине. Имеется опыт положительного применения карнозина как антиаллергического средства, укрепляющего природный иммунитет организма.
Успехи отечественной науки привлекают внимание к этой проблеме мировой научной общественности. Появляются все новые исследования, расширяющие возможности применения этого соединения. В Научном центре неврологии РАМН в Москве проводятся клинические испытания карнозина как дополнительного лекарственного препарата при лечении пациентов, страдающих паркинсонизмом или нарушениями кровообращения.