Биохимия нервной ткани

104. Химический состав и особенности метаболизма нервной ткани. Белки, нейро­пептиды, липиды, углеводы. Энергетика мозга.

Нервная ткань состоит из трех клеточных элементов: нейронов (нервные клетки); нейроглии – системы клеток, непосредственно окружающихнервные клетки в головном и спинном мозге; мезенхимных элементов, включающих микроглию – глиальные макрофаги (клетки Ортеги). Ф-ии: высший уровень регуляции метаболизма, связь организма с внешней средой,адаптация организма к изм.усл.внеш.ср.

Серое вещество головного мозга представлено в основном телами нейронов, а белое вещество – аксонами. В связи с этим указанные отделы мозга значительно различаются по своему химическому составу. Белки-50% на сухой вес серого в-ва, 30%-белого в-ва., белков больше в функционально более активных отделах мозга, более активное включение АК идет в белки сложных и физиологически более молодых отделов мозга-серое в-во. Опорные белки-нейросклеропротеиды(нейроколлагены и нейроэластины), нейроглобулины(нейроальбумины). Мембранные белки-участвуют в формировании и контроле за работу ионных каналов, рецепторные, уч.в создании потенциала покоя и действия. Специфические белки-обучение(белок Мура), память, дифф-ка нейронов(фактор роста нервов).

АК-уч.в синтезе специфических белков, явл.медиаторами(глютаминовая, аспарагиновая, глицин), из АК образ.биогенные амины(АХ,катехоламины,серотонины, ГАМК), обр.нейропептиды(эндорфины,энкефалины,гипофизарные гормоны), дезинтаксикационная ф-я(глютаминовая к-та обезврежтвает избыток NH3, кот явл раздражителем).

Липиды-высокое содержание (до 50% от сухой массы), разнообразие стр-ры, постоянство состава, разнообразие ЖК состава, высокое содерж ПНЖК. Ф-ии липидов-структурная-уч.в построении мембран, ф-я диэлектриков(изоляция), защитная, регуляторная. Холестерин-25г.(новорожденные 2г), мозг синтезирует холестерин из ацетил КоА.

В мозговой ткани имеются гликоген и глюкоза, но по сравнению с другими тканями ткань мозга бедна углеводами. Общее содержание глюкозы в головном мозге разных животных составляет в среднем 1–4 мкмоль на 1 г ткани, а гликогена – 2,5–4,5 мкмоль на 1 г ткани.

Интенсивность обновления богатых энергией фосфорных соединений в головном мозге очень велика. Именно этим можно объяснить, что содержание АТФ и креатинфосфата в мозговой ткани характеризуется значительным постоянством. В случае прекращения доступа кислорода мозг может «просуществовать» немногим более минуты за счет резерва лабильных фосфатов. Прекращение доступа кислорода даже на 10–15 с нарушает энергетику нервных клеток, что в целостном организме выражается наступлением обморочного состояния. По-видимому, при кислородном голодании мозг может очень недолго получать энергию за счет процессов гликолиза

МЕТАБОЛИЗМ НЕРВНОЙ ТКАНИ Обмен глюкозы и гликогена.Основным субстратом дыхания мозговой ткани является глюкоза В физиологических условиях роль пентозофосфатного пути окисления глюкозы в мозговой ткани невелика. В расчете на всю массу головного мозга содержание глюкозы в нем составляет около 750 мг. .. Данный расчет, а также величина артериовенозной разницы по глюкозе доказывают, что основным субстратом дыхания головного мозга является глюкоза крови. Между глюкозой и гликогеном мозговой ткани имеется тесная связь, выражающаяся в том, что при недостаточном поступлении глюкозы из крови гликоген головного мозга является источником глюкозы, а глюкоза при ее избытке — исход­ным материалом для синтеза гликогена. Распад гликогена в мозговой ткани проис­ходит путем фосфоролиза с участием системы цАМФ. Наряду с аэробным метаболизмом углеводов мозговая ткань способна к до­вольно интенсивному анаэробному гликолизу. Обмен лабильных фосфатов (макроэргов) Интенсивность обновления богатых энергией фосфорных соединений в головном мозге очень велика. Именно этим можно объяснить, что содержание АТФ и креатин-фосфата в мозговой ткани характеризуется значительным постоянством. При прекра­щении доступа кислорода мозг может “просуществовать” немногим более минуты за счет резерва лабильных фосфатов. Обмен белков и аминокислот концентрация свободной глутаминовой кислоты в мозге выше, чем в любом другом органе млекопитающих (10 мкмоль/г). В мозге содержится ряд свободных амино­кислот, которые лишь в незначительных количествах обнаруживаются в других тка­нях млекопитающих. Это @-аминомасляная кислота, N-ацеталаспарагиновая кислота и цистатионин .Одна из функций дикарбоновых аминокислот в головном мозге — связывание аммиака, освобождающегося при возбуждении нервных клеток. При функциональных различных состояниях ЦНС наступают изменения в интен­сивности обновления белков. Так, при действии на организм животных возбуждающих агентов (фармакологические средства и электрический ток) в головном мозге усили­вается интенсивность обмена белков. Возбуждение нервной системы сопровождается повышением содержания аммиака в нервной ткани. Это явление наблюдается как при раздражении периферических нервов, так и при раздражении мозга Непосредственный источник глутаминовой кислоты в мозговой ткани — путь восстановительного аминирования а-кетоглутаровой кислоты: 1 Образование глутаминовой кислоты из а-кетоглутаровой и аммиака является важным механизмом нейтрализации аммиака в ткани мозга, где путь устранения аммиака за счет синтеза мочевины не играет существенной роли. Кроме того, глутаминовая кислота образуется и в процессе переаминирования Активность АсАТ в мозговой ткани значительно выше, чем в печени и особенно в почках.Обмен липидов Липиды составляют около половины сухой массы головного мозга. в нервных клетках серого вещества особенно много фосфоглицеридов, а в миелиновых оболочках нервных стволов — сфингомиелина. Из фосфоглицеридов серого вещества мозга наиболее интенсивно обновляются фосфатидилхолины и особенно фосфатидилинозитол. Обмен липидов миелиновых оболочек протекает с небольшой скоростью. Холестерин, цереброзиды и сфингомиелины обновляются очень медленно.

ПЕПТИДЫ НЕРВНОЙ ТКАНИ Многие из пептидов, подобно норадреналину и адреналину, функционируют не только как медиаторы, но и как гормоны, т. е. передают ин­формацию через циркулирующие жидкости организма. Нейропептиды синтезируются в нейронах мозга и в некоторых клетках кишечника, вероятно в тех, которые образуются из общих для них и нейронов эмбриональных клеток. Энкефалины и эндорфины имеются в спинном мозге — в сен­сорных нейронах, воспринимающих чувство боли, и в нейронах лимбической системы, регулирующих эмоции. Эти пептиды обра­зуются путем частичного гидролиза белка, который получил на­звание проопиомеланокортин: белок служит предшественником кортикотропина, Р-липотропина, р-эндорфина и метионинэнкефалина Пептид р-липотропин своим названием обязан тем, что в небольшой мере активирует липолиз в жировой ткани,. Ангиотензин II участвует в регуляции водно-солевого обмена и объема циркулирующей жидкости. Все компоненты ренин-ангиотензиновой системы есть в мозге. Соматостатин обнаружен в разных отделах мозга и в кишеч­нике. Он ингибирует секрецию гипофизарных гормонов — соматотропина, тиротропина и пролактина. Либерины и статины, секреция которых в гипоталамусе стимулируется нервным импульсом, проходят небольшой путь до гипофиза, и, действуя через специфические рецепторы мембран, стимулируют или ингибируют секрецию гор­монов гипофизарными клетками.

медиаторы из типичных синапсов частично тоже диффундируют в межклеточную жидкость и попадают в кровь, и наоборот — из крови могут проникать в синапсы. Последнее свойство позволяет выяснить, какие физиологические функции регулируются данным медиатором. Например, введение в кровь экспериментальному животному ацетилхолина вызывает такие же реакции органов, как и раздражение, электрическим током холинэргических нервов. На этом же свойстве — способности проникать из крови в синапсы — основано применение медиато­ров и их аналогов в качестве лекарственных средств.

Энергетика мозга необходим для поддержания ионных потенциалов по обе стороны нейронной мембраны, хранения и переработки поступающей информации, поддержание своеобразной пространственно-функцион-й архитектоники мозга.

105. Медиаторы: ацетилхолин, биогенные амины, аминокислоты, пептиды. Их функ­ции в нервной ткани, образование и инактивация (примеры). Связь нарушений обмена медиаторов с заболе­ва­ниями ЦНС.

Медиатор-в-во, кот.синтезируется в нейроне, содерж.в пресинаптических окончаниях, высвобождаются в синаптическую щель в ответ на нервн.имп-с и действует на специфич.участки, вызывая изменения мембранного пот-ла и метаболизма кл-ки.1гр-Амины(АХ, А, НА, дофамин, серотонин). 2- АК. 3-пуриновые нуклеотиды. 4-нейропептиды.

Ацетилхолин представляет собой сложный эфир уксусной кислоты и холина. Он синтезируется в нервной клетке из холина и активной формы ацетата — ацетилкоэнзима А при помощи специального фермента холинацетилтрансферазы, серин, метионин, фолиевая и пантотеновая(В6) к-ты. Локализация – медиальное ядро перегородки, диагональная связка. Аксоны проецируются на гипокамп, проходя через КБП. Память, регул.движений, уровень бодрствования. Нарушение в системе инактивации-миастения при аутоиммунном поражении АХрецепторов, акт-ть ХЭ превышает АХ, ботулизм-блок выхода ХЭ из пузырьков.

НА-синтез в нервных кольцевых пластинках из тирозина при участии НАДФН2, В6, аскорбиновой к-ты и Са. 2типа рецепторов- альфа и бета. Передача импульсов с альфа адренорецепторов связана с цГМФ, бета-цАМФ. Антогонист-адреналин. Инактивация – под действием МАО с участием НАД(ФАД), путем метилирования с участием метионина и послед-е окисление в печени и выведение с мочой. Аксоны ветвятся и проецируются в гипоталамусе, мозжечке и переднем мозге. НА нейроны причастны к поддерж.бодрствования, сноведения и регуляция настроения. Ствол мозга (преимущ.голубое пятно)-конц-я внимания, косвенное влияние на эмоциональное сост. НАактивация имен место при панических актах.

Дофамин-нейроны сосредоточены в обл ср.мозга(черная субстанция, и вертебральная покрышка. Многие аксоны посылают свою аксоны в передний мозг где уч.в поддержке эмоц., решений. Другие волокна в обл.полосатого тела-регул.сложных движений. Дегенерация ДФА приводит к ригидности мышц, тремору, с.Паркинсона.

Глутаминовая к-та-в процессе возбуждения участвует за счет освобождения NH3, при торможении-образ ГАМК.

ГАМК-регуляция моторной активности, поддержание судорожной активности, формир.поведенческих р-й, контроль высвобождения ряда гипофизарных гормонов, осущ.высшие интегративне ф-ии(память, обучение)

Серотонин производный триптофана. В обр.уч.В6, В2, РР, С.

Нейропептиды-жажда,память, половое поведение, приобрет.новых поведенческих навыков(энкефалины, эндорфины)

106. Ликвор. Состав, функция, роль исследований в оценке метаболизма нервной ткани.

Общий объем спинномозговой жидкости (ликвора) в норме у взрослого человека составляет около 125 мл, который каждые 3-4 ч обновляется. Ликвор рассматри­вают иногда как первичный транссудат или ультрафильтрат плазмы. Состав спинно­мозговой жидкости существенно отличается от состава плазмы крови что и позволяет приписывать сосудистому эндотелию в нервной системе главную роль в осуществлении барьерной функции.

Содержание белка в спинномозговой жидкости незначительно (0,15—0,40 г/л), причем отношение альбумины/глобулины равно 4; липидов в сотни раз меньше, чем в плазме крови. Возможно, что липиды плазмы крови в спинномозговой жидкости отсутствуют. В ткани мозга, количество свободных аминокислот высоко и превышает во много раз концентрацию их в крови и тем более в спинномозговой жидкости. некоторые аминокислоты (например, глутаминовая кислота) почти не проникают через гематоэнцефалический барьер. В то же время амиды аминокислот (в частности, глутамин) легко преодолевают этот барьер. Содержание глюкозы в спинномозговой жидкости относительно велико (2,50—4,16 ммоль/л), но несколько меньше, чем в крови, причем концентрация глюкозы в спинномозговой жидкости может повышаться или снижаться в зависимости от изменений содержания глюкозы в крови.

По содержанию натрия и калия спинномозговая жидкость практически не отличается от плазмы крови. Кальция в спинномозговой жидкости почти в 2 раза меньше, чем в плазме крови. Содержание хлора заметно выше, а концентрация ионов бикарбоната несколько ниже в спинномозговой жидкости, чем в плазме. Гипогликорахия (уменьшение содержания глюкозы в спинномозго­вой жидкости) характерна для менингита, тогда как гипергликорахия (уве­личение содержания глюкозы в спинномозговой жидкости) наблюдается при энцефа­литах, диабете и т. д. Характерно снижение концентрации хлора в спинномозговой жидкости при менингитах и повышение содержания его при энцефалитах. Показано также, что при менингитах, инсультах, опухолях мозга, травмах в спинномозговой жидкости повышается активность АсАТ, ЛДГ и ряда других ферментов.

107. Биохимические основы проведения нервного импульса. Роль ферментов, медиа­торов, АТФ, мембранных белков, кальция, цАМФ, калия и натрия.

В синапсе аксон прерывается, и передача импульса на другую клетку происходит путем диффузии определенного вещества — медиатора. Лучше других изучены медиаторные функции ацетилхолина и норадреналина. В синапсах одного нейрона использу­ется в качестве медиатора какое-либо одно вещество — ацетилхолин (холинэргические нейроны, или синапсы), норадреналин (адренэргические нейроны) и т. д.

В процессе синаптической передачи импульса можно выде­лить следующие этапы:

а) нервный импульс, дошедший до окончания аксона, вызы­вает освобождение медиатора из нервного окончания в синаптическую щель

б) медиатор диффундирует к мембране другой клетки (постсинаптической мембране);

в) в постсинаптической мембране медиатор присоединяется к рецептору медиатора — белку, и в результате изменения конфор-мации рецептора генерируется возбуждающий постсинаптический потенциал, который при достижении порогового уровня может вызвать потенциал действия. Если постсинаптическая мембрана принадлежит аксону другой нервной клетки, потенциал действия начинает движение по этому аксону (нервный импульс); если синапс соединяет аксон с эффекторной клеткой, возникает ха­рактерная для клетки реакция, например секреция железы или сокращение мышечного волокна;

г) медиатор в синаптической щели

инактивируется или уда­ляется из нее, после чего синапс готов к передаче следующего импульса.

Роль медиаторов в передаче нервных импульсов

ацетилхолин и норадреналин. Содержащие их нервы называют соответственно холинергическими и адренергическими. В соответствии с этим все эфферентные системы делят на холинорецепторы и адренорецепторы.К медиаторам относятся дофамин, адреналин, серотонин, гистамин, ГАМК и др.

Обширная группа холинорецепторов весьма неоднородна как в структурном, так и в функциональном отношении. Объединяют их медиатор — ацетилхолин - и общая схема строения синапса.

Ацетилхолин представляет собой сложный эфир уксусной кислоты и холина. Он синтезируется в нервной клетке из холина и активной формы ацетата — ацетилкоэнзима А при помощи специального фермента холинацетилтрансферазы (холинацетилазы).В общих чертах картину участия ацетилхолина в осуществлении передачи нервного возбуждения можно представить следующим образом. В синаптических нервных окончаниях имеются пузырьки (вези­кулы), которые содержат нейромедиаторы. Эти пузырьки покрыты обо­лочкой, которая образована белком клатрином. При возбуждении высвобождение медиатора происходит “квантами”, т. е. путем полного опорожнения каждого отдельного пузырька. Временное увеличение внутриклеточной кон­центрации ионов кальция стимулирует слияние мембраны синаптических пузырьков с плазма­тической мембраной и таким образом за­пускает процесс высвобождения их содержи­мого. Для выброса содержимого одного пу­зырька требуются примерно четыре иона кальция. Выделенный в синаптическую щель ацетилхолин вступает во взаимодействие с белком-хеморецептором, входящим в состав постсинаптической мембраны. В результате изменяется проницаемость мембраны, — резко увеличивается ее пропускная способность для ионов натрия.. После выделения медиатора должна наступить фаза его быстрой инактивации или удаления, чтобы подготовить синапс к восприятию нового импульса.

В холинергических синапсах это происходит двумя путями. Прежде всего, ацетилхолин подвергается ферментативному гидролизу. Второй путь — это активный энергозависимый транспорт ацетилхолина в нейрон, где он накапливается для последующего повторного использования. В большинстве отделов головного мозга гидролиз ацетилхолина осуществляется ацетил-холинэстеразой (истинной холинэстеразой, которая гидролизует ацетилхолин быстрее, чем иные эфиры холина). В нервной ткани существуют и другие эстеразы, которые способны гидролизовать ацетилхолин, но значительно медленнее, чем, например, бутирилхолин. Эти эстеразы называются холинэстеразой (или псевдохолинэстеразой). К числу холинергических систем отно­сятся моторные нейроны, образующие нервно-мышечные соединения, все преганглионарные нейроны автономной нервной системы и постганглионарные нейроны парасимпатической нервной системы.

В зависимости от чувствительности к той или иной группе хими­ческих соединений холинергические нейроны делятся на “мускариновые” (активируемые мускарином) и “никотиновые” (активируемые никотином). Мускариновые рецепторы ацетилхолина, имеющиеся во многих нейронах автономной системы, специфически блокируются атропином. Никотиновые синапсы присутствуют в ганглиях и скелетных мышцах. Их ингибиторами являются кураре и активный компонент этого яда — D-тубокурарин, Известно, что в метаболизме катехоламиновых медиаторов особая роль при­надлежит ферменту моноаминоксидазе Этот фермент удаляет аминогруппу у норадреналина, серотонина, дофамина и адреналина, тем самым инактивируя упомянутые медиаторы. Однако в последние годы было показано, что, помимо ферментативного превращения, существует и другой механизм быстрой инактивации, точнее удаления, медиаторов..

Адренергическая и холинергическая системы головного мозга тесно взаимодей­ствуют с другими системами мозга, в частности использующими серотонин в ка­честве медиатора. В основном серотонинсодержащие нейроны сосредоточены в ядрах мозгового ствола. Нейромедиаторная роль серотонина осуществляется в результате взаимодействия серотонина со специфическими серотонинергическими рецепторами. Выявлено что торможение кортикостероидами секреторной активности гипофиза оказывается менее эффективным у тех животных, мозг которых беднее серотонином.

Важным нейромедиатором, выполняющим тормозные функции, является ГАМК, количество которой в головном мозге во много раз выше, чем других нейромедиаторов.

Гипотензивные лекарственные препараты, под действием содержа­щихся в нервной клетке (аксоне) ферментов превращаются в вещества, напоминающие по своему строению норадреналин. Эти “ложные” медиаторы накапливаются и выделяются вместе с естественными медиаторами, разбавляя их и тем самым снижая их эффект.