Карнозин: дипептид мышц и мозга¶

Карнозин (β-аланил-L-гистидин) — природный дипептид, состоящий из аминокислот β-аланина и L-гистидина. Впервые выделен в 1900 году российским химиком Владимиром Гулевичем из экстракта мышечной ткани, от латинского carnis («мясо») он и получил своё название. Соединение присутствует преимущественно в скелетных мышцах, сердечной мышце и в тканях центральной нервной системы позвоночных животных, включая человека. Карнозин относят к классу имидазолсодержащих дипептидов наряду с анзерином, гомокарнозином и офтальминовой кислотой.

¶Химическое строение и свойства

Молекула карнозина образована пептидной связью между карбоксильной группой β-аланина и аминогруппой гистидина. Молекулярная масса составляет около 226,2 г/моль. Благодаря имидазольному кольцу гистидина соединение обладает буферными свойствами в физиологическом диапазоне pH (около 6,8–7,4), что важно для мышечного сокращения. Карнозин хорошо растворим в воде, устойчив в нейтральных и слабокислых растворах, но гидролизуется под действием специфического фермента карнозиназы (сывороточной карнозиназы, CN1) с образованием исходных аминокислот.

¶Биосинтез и распределение

Синтез карнозина происходит в организме ферментом карнозинсинтетазой (ATPGD1), которая соединяет β-аланин и гистидин. Наибольшие концентрации дипептида обнаружены в быстрых гликолитических мышечных волокнах, где он может достигать 20–30 ммоль/кг сухой массы. В мозге карнозин локализуется в нейронах и глиальных клетках, особенно в обонятельных луковицах. Уровень карнозина в мышцах зависит от вида животного, возраста, типа волокон и рациона: у человека он ниже, чем у ряда животных (например, у лошадей и китов). Содержание дипептида в тканях снижается с возрастом.

¶Биологические функции

Карнозину приписывают несколько взаимосвязанных функций:

• Буферная. Имидазольная группа нейтрализует избыток ионов водорода, образующихся при анаэробном гликолизе, поддерживая кислотно-щелочной баланс в мышцах.
• Антиоксидантная. Дипептид связывает свободные радикалы, ионы переходных металлов (меди, железа), подавляет перекисное окисление липидов и гликирование белков.
• Антигликационная. Карнозин препятствует образованию конечных продуктов гликирования (AGE), связанных со старением и диабетическими осложнениями.
• Нейропротекторная. В экспериментах на животных показано защитное действие карнозина на нейроны при ишемии и окислительном стрессе.

¶Применение

Карнозин используется как компонент биологически активных добавок, преимущественно в спортивном питании, где его связывают с повышением физической работоспособности и ускорением восстановления. Однако клинические данные о его эффективности у человека остаются ограниченными и неоднородными. В офтальмологии растворы карнозина применяют в составе глазных капель при катаракте — на основании его антиоксидантных и антигликационных свойств. В косметической промышленности дипептид включают в антивозрастные средства. β-Аланин, предшественник карнозина, широко продаётся как эргогенная добавка, поскольку его приём повышает внутримышечные запасы дипептида.

¶Исследования и критика

Научный интерес к карнозину связан с гипотезами о его роли в механизмах старения и возрастных заболеваний. Ряд исследований указывает на связь низкого уровня карнозина с нейродегенеративными процессами. Вместе с тем значительная часть доказательств получена в опытах на клеточных культурах и животных, а перенос результатов на человека требует осторожности. Систематические обзоры спортивных добавок отмечают методологические ограничения существующих работ и необходимость более строгих испытаний. Карнозин не является лекарственным средством с доказанной клинической эффективностью при большинстве заявленных состояний.

¶Интересные факты

Название «карнозин» отражает его первоначальное обнаружение именно в мясе. Дипептид был одним из первых биологически активных пептидов, описанных в научной литературе. Содержание карнозина в мышцах напрямую коррелирует с выносливостью некоторых животных: считается, что высокая концентрация дипептида вносит вклад в способность китов и черепах к длительному пребыванию под водой.