СОСТАВ И СВОЙСТВА ЗМЕИНЫХ ЯДОВ З. Баркаган, П. Перфильев Змеиные яды представляют собой бесцветную или слегка желтоватую, более или менее мутную жидкость без запаха и со слегка затхлым привкусом. В яде есть примеси из ротовой полости змеи (клетки эпителия, бактерии). Реакция свежего яда слабо кислая или нейтральная. При хранении в жидком виде яды быстро теряют свою активность и загнивают, в сухом же виде сохраняются очень долго и почти не теряют активности в течение 20-30 лет. Отсыревание ведет к порче яда.
Нагревание до 80-100° почти полностью инактивирует яды гадюк и гремучих змей, но мало влияет на яды кобры и других аспидов.
Змеиные яды - это сложная смесь органических и неорганических веществ. Главной составной частью их являются построенные из аминокислот белки и пептиды разной степени сложности. На долю этих веществ приходится 65-85% веса сухого остатка яда. Кроме того, в ядах змей имеются свободные аминокислоты, жиры, жирные кислоты, неорганические соли и другие вещества.
В настоящее время хорошо изучено, из каких основных элементов состоят змеиные яды. Оказалось, что, как и все другие продукты животного происхождения, входящие в их состав сложные соединения состоят, в основном, из четырех элементов таблицы Менделеева: углерода, водорода, азота и кислорода. В сухом остатке яда содержится 43-49% углерода, 11 - 17% азота, 6- 9% водорода и 15-22% кислорода. На все остальные элементы приходится 5-8% веса высушенного яда. Из этого веса наибольшая часть падает на серу (1,62- 4,27% веса сухого остатка яда). Известно, что в белках сера образует весьма важные реактивные группы в виде так называемых сульфгидрильных (соединения серы с водородом) и дисульфидных (валентная связь двух атомов серы между собой) соединений. Сравнительно большое содержание серы в белках змеиных ядов служит косвенным показателем их высокой реактогенности и биологической активности. Имеются данные, что по крайней мере у части ядов химическая блокада их дисульфидных групп ведет к резкому ослаблению отравляющего действия этих веществ. Так, действие на нервную систему яда индийской кобры в значительной степени ослабляется при добавлении веществ превращающих дисульфидные группы в сульфгидрильные (Михеель и Шмитц; Бинэ и соавторы; Хинрикс и др.).
По содержанию элементов и по составу аминокислот яды всех змей мало отличаются друг от друга. По биохимическим же свойствам и отравляющему (токсическому) действию они резко различны. Следовательно, тайну исключительно высокой биологической активности змеиных ядов следует искать не в особенностях элементарного и аминокислотного их состава, а в строении более сложных соединений - белков и пептидов. Как из одинаковых кирпичей строят совершенно различные здания, так и из одного и того же набора аминокислот могут быть синтезированы белки с различными свойствами.
Современные методы фракционирования смесей органических соединений (электрофорез, ультрацентрифугирование, ультрафильтрация, фиксация на ионообменных смолах и др.) позволили провести разделение белков, входящих в состав змеиных ядов, определить их биохимические свойства и ядовитость. Оказалось, что в состав змеиных ядов входит от 5 до 11 различных белковых фракций. Белки змеиных ядов обладают свойствами либо ферментов, либо ферментных ядов.1 На этой основе сложился общепринятый в настоящее время взгляд, согласно которому основными действующими началами змеиных ядов являются простые или сложные белки, обладающие свойствами ферментов или ферментных ядов.
Не вдаваясь в подробное объяснение, укажем лишь что основная трудность состояла в том, чтобы установить, какие именно ферменты ответственны за токсическое действие яда. Долгое время ответить на этот вопрос нельзя было даже предположительно. Дело в том, что змеиные яды оказались настоящей "кладовой" различных сильнодействующих ферментов. Перечисление их заняло бы слишком много места, в связи с чем мы укажем лишь основные группы: протеолитические ферменты (от эндо- и экзопептидаз до узкоспециализированных энзимов, как брадикининогеназа, плазмин и др.); свертывающие кровь ферменты (типа протеаз и зстераз), полифосфатазы; мукополисахаридазы; оксиредуктазы и др.
Змеиные яды представляют собой бесцветную или слегка желтоватую, более или менее мутную жидкость без запаха и со слегка затхлым привкусом. В яде есть примеси из ротовой полости змеи (клетки эпителия, бактерии). Реакция свежего яда слабо кислая или нейтральная. При хранении в жидком виде яды быстро теряют свою активность и загнивают, в сухом же виде сохраняются очень долго и почти не теряют активности в течение 20-30 лет. Отсыревание ведет к порче яда.
Нагревание до 80-100° почти полностью инактивирует яды гадюк и гремучих змей, но мало влияет на яды кобры и других аспидов.
Змеиные яды - это сложная смесь органических и неорганических веществ. Главной составной частью их являются построенные из аминокислот белки и пептиды разной степени сложности. На долю этих веществ приходится 65-85% веса сухого остатка яда. Кроме того, в ядах змей имеются свободные аминокислоты, жиры, жирные кислоты, неорганические соли и другие вещества.
В настоящее время хорошо изучено, из каких основных элементов состоят змеиные яды. Оказалось, что, как и все другие продукты животного происхождения, входящие в их состав сложные соединения состоят, в основном, из четырех элементов таблицы Менделеева: углерода, водорода, азота и кислорода. В сухом остатке яда содержится 43-49% углерода, 11 - 17% азота, 6- 9% водорода и 15-22% кислорода. На все остальные элементы приходится 5-8% веса высушенного яда. Из этого веса наибольшая часть падает на серу (1,62- 4,27% веса сухого остатка яда). Известно, что в белках сера образует весьма важные реактивные группы в виде так называемых сульфгидрильных (соединения серы с водородом) и дисульфидных (валентная связь двух атомов серы между собой) соединений. Сравнительно большое содержание серы в белках змеиных ядов служит косвенным показателем их высокой реактогенности и биологической активности. Имеются данные, что по крайней мере у части ядов химическая блокада их дисульфидных групп ведет к резкому ослаблению отравляющего действия этих веществ. Так, действие на нервную систему яда индийской кобры в значительной степени ослабляется при добавлении веществ превращающих дисульфидные группы в сульфгидрильные (Михеель и Шмитц; Бинэ и соавторы; Хинрикс и др.).
По содержанию элементов и по составу аминокислот яды всех змей мало отличаются друг от друга. По биохимическим же свойствам и отравляющему (токсическому) действию они резко различны. Следовательно, тайну исключительно высокой биологической активности змеиных ядов следует искать не в особенностях элементарного и аминокислотного их состава, а в строении более сложных соединений - белков и пептидов. Как из одинаковых кирпичей строят совершенно различные здания, так и из одного и того же набора аминокислот могут быть синтезированы белки с различными свойствами.
Современные методы фракционирования смесей органических соединений (электрофорез, ультрацентрифугирование, ультрафильтрация, фиксация на ионообменных смолах и др.) позволили провести разделение белков, входящих в состав змеиных ядов, определить их биохимические свойства и ядовитость. Оказалось, что в состав змеиных ядов входит от 5 до 11 различных белковых фракций. Белки змеиных ядов обладают свойствами либо ферментов, либо ферментных ядов.1 На этой основе сложился общепринятый в настоящее время взгляд, согласно которому основными действующими началами змеиных ядов являются простые или сложные белки, обладающие свойствами ферментов или ферментных ядов.
Обыкновенная гадюка. Фото minaxtarantulas.seСостав и активность ферментов в ядах разных групп змей неодинаковы. Так, по данным лаборатории профессора Я. X. Туракулова и сообщениям ряда зарубежных ученых, участвующие в расщеплении белков протеолитические ферменты в ядах гадюк и гремучих змей несравненно более сильны и многообразны, чем в ядах аспидов. В последних же имеется фермент "холинэстераза", участвующий в гидролитическом расщеплении важнейшего передатчика нервных импульсов - ацетилхолина, тогда как в ядах гадюк и гремучих змей этого фермента нет. Ферменты, вызывающие ввертывание крови, напротив, имеются в ядах большинства гадюк и гремучих змей и отсутствуют в ядах аспидов (кроме некоторых австралийских видов). Вместе с тем имеются ферменты, обнаруженные в ядах всех змей.
Вполне понятно, что при таком обилии в ядах различных ферментов было трудно установить, какие из них несут главную ответственность за отравляющие свойства этих соединений. Конечно, можно было бы считать, что каждый из них вносит свою "лепту" в общую картину отравления. Так одно время и делали, объясняя, например, повреждение стенок кровеносных сосудов действием гиалуронидазы яда, разрушение клеток крови влиянием фосфолипазы А, омертвение тканей в зоне укуса - действием протеаз и т. д. Однако такой подход (он встречается в некоторых книгах и по сей день), не выделявший главные факторы и звенья отравления и ставивший на одну доску множество разных ферментов, представлялся с научной точки зрения мало обоснованным, а с врачебной - бесперспективным. Подчас очень трудно найти противоядие против одного какого-нибудь отравляющего вещества. Отыскать же средство, которое блокировало бы действие нескольких десятков различных веществ, не только практически, но и теоретически невозможно.
К счастью, дальнейшие исследования показали, что эти опасения напрасны. Уже первые опыты по разделению ядов на отдельные белковые фракции, проведенные в 30-х годах настоящего столетия, показали, что из ядов может быть выделено ограниченное число компонентов, являющихся "главными носителями" токсичности. Эти фракции в малых дозах воспроизводили у животных типичную картину отравления змеиным ядом, тогда как остальные были мало токсичны даже в дозах, превосходивших в несколько раз абсолютно смертельное количество цельного яда. Сопоставление ядовитости отдельных фракций яда с их ферментными свойствами послужило основанием для заключения о том, какие белки и ферменты ядов играют ведущую роль в отравляющем действии.
Так, удалось выделить один из основных токсинов яда индийской кобры, который оказался низкомолекулярным белком или полипептидом, богатым аминокислотами, содержащими серу. Это вещество получили независимо друг от друга в 1936 г. немецкие ученые Ф. Михеель и Ф. Юнг и индийские исследователи Б. Гхош и С. Де. В дальнейшем было установлено, что этот "кобротоксин" - ферментный яд, который в очень малых дозах (в 17 раз меньших, чем цельный яд кобры) вызывает типичный для данного отравления паралич нервной системы. Много позже (в 1959 г.) в яде кобры было обнаружено еще одно нейротоксичное вещество, свойства которого еще точно не установлены. Все другие части яда кобры оказались сравнительно мало токсичными и не вызывали главных признаков отравления этим ядом.
Значительно труднее оказалось определить токсические начала ядов гремучих змей и гадюк. Правда, при анализе свойств отдельных фракций этих ядов неизменно устанавливали, что наиболее ядовитыми компонентами их являются белки, обладающие протеолитическим и свертывающим кровь действием. Это же показало и изучение фракций ядов змей фауны СССР - гюрзы, песчаной эфы и др. Опытами, проведенными как у нас в стране (3. С. Баркаган, А. А. Жаворонков, Ф. Ф. Талызин и соавторы), так и за рубежом (Ахуджа и Брукс, Клобузицкий и др.), установлено также, что введение веществ, блокирующих свертывающие ферменты и протеазы ядов, делает животных нечувствительными к введению в вену 2-20 абсолютно смертельных доз ядов гадюк и гремучих змей. Все это подтверждало мнение, что именно протеолитические ферменты этих ядов являются главными виновниками их отравляющего действия. Однако выделить эти ферменты в очищенном виде долгое время не удавалось.
Лишь в 1959-1962 гг. группой японских исследователей (Маэно, Мицухаси, Саваи, Оконоги, Осака и др.) были получены из змеиного яда два очищенных фермента: Н-альфа- и Н-бета-протеиназы. Эти ферменты, особенно Н-альфа-протеиназа, при введении животным без всех остальных составных частей яда вызывали все характерные признаки отравления от местных и общих кровоизлияний и повышения сосудистой проницаемости до внутрисосудистого свертывания крови, шока, малокровия и омертвения тканей в зоне поражения. Н-альфа-протеиназа оказалась в 3 раза более ядовитой, чем цельный яд. Удаление или нейтрализация указанных выше ферментов почти полностью лишали яд токсичности. В течение последних лет эти данные подтвердились исследованиями большой группы ученых, изучавших яды других гадюк и гремучих змей. Нужно сказать, что полная идентификация этих ферментов пока еще не закончена, по их принадлежность к протеолитическим не вызывает никакого сомнения.
Помимо этого, в ядах некоторых наиболее опасных гремучих змей Южной Америки найдена также особая токсическая фракция, действующая на центральную нервную систему и кровообращение, которая обладает свойствами ферментного яда. Это токсическое начало выделили из яда бразильской гремучей змеи в 1938 г. К. Слотта и X. Френкель-Конрат (Сан-Пауло, Бразилия). Авторы назвали его "кротоксином" и установили, что он обладает фосфолипазным действием, т. е. является ферментом, катализирующим расщепление лецитина с образованием токсического вещества - лизолецитина. В процессе этой реакции разрушаются оболочки красных кровяных телец (эритроцитов), в которых много лецитина, и возникают другие нарушения в организме. Отсюда было высказано предположение, что фермент фосфолипаза является одним из важных токсических начал змеиного яда. Поскольку же фосфолипаза имеется в ядах всех змей, ее начали считать важным действующим началом и других ядов. Правда, при этом оставалось неясным, почему отравления ядами гадюк или гремучих змей, аспидов и морских змей не имеют между собой никакого сходства.
Ясность в этот вопрос внесли в 1956 г. немецкие ученые Е. Хаберман и В. Нейман, которым удалось доказать, что "кротоксин" не является одним неделимым веществом, а состоит из смеси двух веществ - фосфолипазы и низкомолекулярного простого белка, который не обладает фосфолипазным действием. Выделенная авторами чистая фосфолипаза яда оказалась малотоксичной и не воспроизводила основных признаков отравления змеиным ядом, тогда как второй компонент был очень ядовитым. Авторы это токсическое начало назвали "кротактином".
Разделение других ядов также показало, что фосфолипазная активность часто обнаруживается вне зоны распределения основных носителей токсичности. Протеолитическая же активность всегда совпадает в ядах гадюк и гремучих змей с участками максимальной токсичности.
Таким образом, современной науке удалось уже получить важные сведения об основных действующих началах змеиных ядов, хотя химические свойства их расшифрованы не до конца и требуют дальнейшего изучения. Такие исследования проводятся в научных лабораториях ряда стран, в том числе и в СССР. Основным центром изучения химических и ферментных свойств ядов змей нашей фауны является специализированная лаборатория при Академии наук Узбекской ССР, руководимая лауреатом Ленинской премии профессором Я. X. Туракуловым.
