364 16. Особенности обмена веществ в отдельных органах и тканях

Мышечная дистрофия и атрофия проявляется в постепенной гибели мышечных клеток и замене их соединительной тканью. Это происходит в результате действия кислых гидролаз, особенно, протеиназ, освобождающихся из лизосом. Усиленный распад мышечных белков (атрофия мышц) наблюдается при денервации мышц, сопровождающейся иммобилизацией мышц, Е-авитами- нозом.

Е-авитаминоз, наблюдаемый при атрофии мышц, связан, по-видимому, с повреждением мембран мышечных лизосом продуктами перекисного окисления липидов, которое в отсутствии антиоксиданта(витамина Е) происходит более активно.

16.5. Биохимия нервной системы

Нервная ткань имеет общие черты, присущие клеткам любой ткани, а с другой стороны, ее специфичность определяется характером выполняемых функций.

Нервная ткань состоит из трехклеточных элементов:

1)нейронов (нервных клеток);

2)нейроглии – системы клеток, окружающих нейроны в головном и спинном мозге;

3)мезенхимных элементов.

Нейрон состоит из тела клетки, множества ветвящихся коротких отростков – дендритов, и одного длинного отростка– аксона, длина которого достигает нескольких десятков сантиметров.

Больше половины поверхности нейрона занята синапсами. Дендриты и аксоны служат для проведения нервного импульса. Работа мозга сводится к расшифровке информирующих аффекторных импульсов и созданию управляемых эффекторных импульсов.

Межмолекулярные механизмы возникновения и проведения нервного импульса лежат в основе интегральных функций мозга.

Структурной основой нервной клетки является субстанция Ниссля, которая построена из рибонуклеиновых кислот и белков. В цитоплазме нейронов обнаружена тонкая сеть нейрофибрилл– линейно ориентированных белковых молекул.

Аксоны нервных клеток образуют нервные волокна. Последние могут быть миелиновыми и безмиелиновыми. Проводниковая часть нервной системы и ЦНС состоят из миелиновых волокон. Они функционально более совершенны и обладают высокой скоростью проведения нервных импульсов.

Миелин (или миелиновые вещества) – это наслаивающиеся на нервные отростки мембраны клеток нейроглии. По химическому составу это сложный белково-липидный комплекс.

16. Особенности обмена веществ в отдельных органах и тканях 365

Серое вещество головного мозга состоит из нейронов, а белое вещество – из аксонов. Эти отделы мозга отличаются и по химическому составу. В сером веществе белки составляют половину плотных веществ, а в белом– одну треть. Липиды в белом веществе составляют половину, а в сером – 30%.

В нервной ткани содержатся как простые, так и сложные белки. К простым белкам относятся нейроальбумины и нейроглобулины, а также нейросклеропротеины и некоторое количество гистонов. Нейроальбумины входят в состав фосфопротеидов нервной ткани и находятся, как правило, в связанном состоянии с липидами, углеводами, нуклеиновыми кислотами.

Нейросклеропротеины – это структурно-опорные белки, локализованные, в основном, в периферической нервной системе и в белом веществе мозга.

Сложные белки нервной ткани представлены липопротеидами, нуклеопротеидами, фосфопротеидами и гликопротеидами. В ткани мозга содержатся особые надмолекулярные образования: липогликонуклеопротеиновые комплексы, а также липогликопротеины и липонуклеопротеины.

Вткани мозга обнаружено большое количество ферментов, которые катализируют обмен белков, липидов и углеводов. В кристаллическом виде выделены креатинкиназа, ацетилхолинэстераза. Некоторые ферменты нервной ткани существуют в нескольких изоферментных формах. Например, альдолаза, лактатдегидрогеназа, гексокиназа.

Минеральные вещества (Na, К, Сu, Fе, Са, Мn, Мg) равномерно распределены между серым и белым веществом. Количественное соотношение неорганических катионов и анионов в мозговой ткани свидетельствует о дефиците анионов, который, возможно, покрывается за счет липидов. Предполагают, что участие липидов в ионном балансе– это одна из функций липидов в деятельности головного мозга.

Возникновение и проведение нервного импульса в эксперименте наблюдали в изолированном аксоне кальмара. Основной механизм мембраны аксона, создающей нервный импульс – это натриевый насос (иначе – Nа, К-АТФаза), а также два типа проводящих каналов– натриевые каналы и калиевые каналы. Все три структуры построены из специальных белков и функционально связаны друг с другом.

Всостоянии покоя внутренняя сторона клеточной мембраны нервной клетки заряжена электроотрицательно по отношению к наружной поверхности. Объясняется это тем, что количество ионов натрия, выкачиваемое натриевым насосом, не вполне уравновешивается поступлением в клетку ионов -ка лия. При этом часть ионов натрия удерживается слоем антиионов (анионов) на наружной поверхности клеточной мембраны.

Таким образом, если электрохимический трансмембранный градиент равен нулю, то распределение зарядов неравномерно: внутри аксона образуется избыток электроотрицательных зарядов, а снаружи – избыток положительных,

366 16. Особенности обмена веществ в отдельных органах и тканях

т.е. возникают трансмембранная разность электрических потенциалов– т.н. «потенциал покоя».

Раздражение нерва тем или иным агентом селективно изменяет проницаемость нервной клетки (аксона), увеличивается проницаемость (в 500 раз) для ионов натрия и остается без изменений для ионов калия. В результате ионы натрия устремляются внутрь клетки. Компенсирующий поток калия наружу из клетки несколько запаздывает. Это приводит к возникновению отрицательного заряда на наружной поверхности клеточной мембраны и возникает потенциал действия (или Спайк). Продолжительность спайка не превышает 1 мс. Спайк имеет восходящую фазу, пик и нисходящую фазу. Падение потенциала в период нисходящей фазы связан с усиленным выходом ионов калия над поступлением ионов натрия. В это время мембранный потенциал возвращается к норме(происходит деполяризация нейрона). После проведения импульса в клетке восстанавливается состояние покоя. Ионы натрия, вошедшие в нейрон при возбуждении, заменяются на ионы калия. Переход ионов натрия происходит против градиента концентрации и осуществляется с помощью натриевого насоса и требует затраты энергии АТФ. Восстанавливается концентрация ионов натрия и калия в клетке. Нерв снова готов для получения следующего импульса возбуждения,

Другим важным вопросом является синаптическая передача нервного импульса от одной нервной клетки к другой или воздействие на клетки эффекторного органа. Потенциал действия, возникнув в одном участке аксона вследствие диффузии ионов из этого участка вдоль волокна, снижает потенциал покоя в соседнем участке и вызывает здесь развитие потенциала действия.

Потенциал действия, возникнув в одном месте, проходит весь аксон и достигает воспринимающей клетки. Потенциал действия в таком качестве называется нервным импульсом.

Связь множества нейронов в высших отделах центральной нервной системы осуществляется посредством медиаторов. Наиболее классическими медиаторами являются ацетилхолин и норадреналин. Содержащие их нервы соответственно называются холинэргическими и адренергическими, а эфферентные системы делят на холинорецепторы и адренорецепторы.

В синапсах нервных окончаний имеются пузырьки(везикулы), которые содержат медиаторы. При возбуждении выход медиатора из пузырька происходит «квантами», т.е. до полного опорожнения пузырька. Количество медиатора в 200 квантов достаточно для возбуждения«потенциала действия» в постсинаптическом нейроне.

Схема синаптической передачи следующая. Деполяризация мембраны вызывает быстрый ток ионов кальция в клетку. Увеличение внутриклеточной концентрации ионов кальция стимулирует слипание синаптических пузырьков с плазматической мембраной. Так запускается процесс высвобождения их со-

16. Особенности обмена веществ в отдельных органах и тканях 367

держимого. Для выброса содержимого одного пузырька требуется примерно4 иона кальция.

Белок-хеморецептор в составе постсинаптической мембраны взаимодействует с выделившимся в синаптическую щель медиатором– ацетилхолином. В результате резко увеличивается пропускная способность мембраны для ионов натрия. Таким образом, взаимодействие между рецептором и медиатором стимулирует целый ряд реакций, заставляющих постсинаптическую нервную клетку или клетку эффектора исполнять свою специфическую функцию.

После выделения медиатора (ацетилхолина) следует этап его быстрого удаления и инактивирования, что подготавливает синапс к восприятию нового импульса, Инактивация ацетилхолина происходит ферментативным гидролизом. Фермент – ацетилхолинэстераза:

H3C

+

+ H O

H3C

+

OH + CH3COOH

H C

N

CH

CH

O C CH

2

H C

N

CH

CH

ацетилхолинэстераза

3

2

2

3

3

2

2

уксуснаякислота

H3C

O

H3C

холин

ацетилхолин

Второй путь инактивации– это активный транспорт ацетилхолина в нейрон, где он накапливается для повторного использования.

В адренорецепторах существует два вида рецепторов для норадреналина: a- и b-адренергические рецепторы. Они отличаются по специфическим реакциям, которые вызывают, и агентам, которые способны блокировать данные реакции.

b-адренергические рецепторы включают эффекторную клетку с помощью цикл-АМФ, а a-адренергические рецепторы– цикл-ГМФ, которые, в свою очередь, оказывают влияние на последующий метаболизм клетки.

В метаболизме катехоламинов (норадреналин, серотонин, адреналин, дофамин) особая роль принадлежит ферменту моноаминооксидазе(МАО), который удаляет аминогруппы и тем самым инактивирует вышеперечисленные медиаторы.

Есть и другой механизм их инактивации в результате вторичного поглощения синаптическими нервами. Медиатор при этом теряет способность воздействовать на постсинаптические клетки.

Адренергическая и холинэргическая система головного мозга взаимодействуют с другими системами мозга, использующими серотонин в качестве медиатора.

Серотонин взаимодействует со специфическими рецепторами, каки предполагают, влияют на процессы сна.

Другим важным нейромедиатором является ГАМК . Ее количество во много раз выше, чем других нейромедиаторов.

368 16. Особенности обмена веществ в отдельных органах и тканях

Медиаторные функции в синапсах нейронов выполняют также специфические пептиды мозга. Известно несколько десятков пептидов мозга. Иногда они совмещают медиаторные и гормональные функции, т.е. передают информацию через циркулирующие жидкости организма. Энкефалины и эндорфины имеются в спинном мозге, в нейронах, воспринимающих боль, регулирующих эмоции. Они образуются в результате гидролиза белка пропиомеланокортина. Известны две формы холецистокинина. Один построен из33 аминокислот, другой – из 8-ми. Холецистокинин имеется в ткани как мозга , так и в ткани кишечника.

Вещество Р (содержит 11 аминокислот) находится в сенсорных нейронах спинного мозга, где функционирует как медиатор. В ткани кишечника он выполняет функции местного гормона.

Ангиотензин II (содержит 8 аминокислот) регулирует водно-солевой обмен и объем циркулирующей жидкости. Он оказывает прямое вазопрессорное действие, регулирует кровяное давление.

Либерины и статины секретируются в гипоталамусе, проходят небольшой путь до гипофиза, стимулируют или ингибируют секрецию гормонов гипофизарными клетками.

Каналы, соединяющие гипоталамус с гипофизом, можно рассматривать как растянутые синапсы, а либерины и статины – как медиаторы в этих синапсах.

Память – это свойство всего мозга в целом. Субстратом ее являются нейроны. Память нельзя рассматривать в отрыве от деятельности человека. В эксперименте показано, что обучение животных новым навыкам связано с изменением химизма клеток мозга (нейронов): меняется степень фосфорилирования ядерных белков, степень метилирования ДНК. Применение веществ, стимулирующих синтез РНК, облегчает обучение. Запоминание информации сопровождается изменением антигенного состава мозговой ткани. Память – это цепь процессов, в которой рибонуклеопротеиды играют существенную роль. Биохимической основой генетической памяти являются ДНК-клетки.

Система нейрологической памяти включает в себя кратковременную -па мять и долговременную память.

Афферентная импульсация, приходящая в нейроны во время обучения, вызывает активацию синтеза РНК и белка, что приводит к установлению новых синаптических связей. Вновь синтезированные молекулы нуклеиновых кислот являются хранилищем информации.