251
Гликозаминогликаны представляют собой длинные неразветвлённые цепи гетерополиса-харидов. Они построены из повторяющихся дисахаридных единиц. Одним мономером этого дисахарида является гексуроновая кислота (D-глюкуроновая кислота или L-идуроновая), вторым мономером - производное аминосахара (глюкозили галактозамина). NH2-rpynna аминосахаров обычно ацетилирована, что приводит к исчезновению присущего им положительного заряда. Кроме гиалуроновой кислоты, все гликозаминогликаны содержат сульфатные группы в виде О-эфиров или N-сульфата.
В настоящее время известна структура шести основных классов гликозаминогликанов, которые представлены в табл. 15-4.
Гиалуроновая кислота находится во многих органах и тканях. В хряще она связана с белком и участвует в образовании протеогликановых агрегатов, в некоторых органах (стекловидное тело глаза, пупочный канатик, суставная жидкость) встречается и в свободном виде. Предполагается, что в суставной жидкости гиалуроновая кислота выполняет роль смазочного вещества, уменьшая трение между суставными поверхностями.
Повторяющаяся дисахаридная единица в гиалуроновой кислоте имеет следующую структуру:
Таблица 15-4. Структура различных классов гликозаминогликанов
Класс гликозаминогликанов |
Компоненты, входящие в |
Структура |
|
||
|
состав дисахаридных единиц |
гликозаминогликанов |
|
||
|
|
|
|
|
|
Гиалуроновая кислота |
1. |
D-глюкуроновая |
кислота |
D-глюкуроновая |
кислота |
|
2. К-ацетил-D-глюкозамин |
(β1→3) |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N-ацетилглюкозамин ( β1 → 4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D-глюкуроновая |
кислота |
|
|
|
|
(β1 → 3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N-ацетилглюкозамин (β1 → 4) |
|
|
|
|
|
|
|
Хондроитин-4-сульфат |
1. |
D-глюкуроновая |
кислота |
D-глюкуроновая |
кислота |
(хондроитинсульфат А) |
2. К-ацетил-В-галактозамин-4- |
(β1 → 3) |
|
||
|
сульфат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N-ацетил-галактозамин-4- |
|
|
|
|
|
сульфат (β1 → 4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D-глюкуроновая |
кислота |
|
|
|
|
(β1 → 3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N-ацетилгалактозамин-4- |
|
|
|
|
|
сульфат (β1 → 4) |
|
|
|
|
|
|
|
Хондроитин-6-сульфат |
1 |
. D-глюкуроновая |
кислота |
D-глюкуроновая |
кислота |
|
|
|
|
|
|
252
(хондроитинсульфат С) |
2. |
М-ацетил-D-галактозамин-6- |
(β1→ 3) |
|
|
|
|
сульфат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
N-ацетилгалактозамин-6- |
|
||
|
|
|
сульфат (βl → 4) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
D-глюкуроновая кислота (βl → |
|||
|
|
|
3) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
N-ацетилгалактозамин-6- |
|
||
|
|
|
сульфат |
|
|
|
|
|
|
(β1 → 4) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Дерматансульфат1 |
1 |
. L-идуроновая кислота |
L-идуроновая кислота (β1 → 3) |
|||
|
2. |
N-ацетил-D-галактозамин-4- |
N-ацетилгалактозамин-4- |
|
||
|
сульфат |
сульфат (β1 → 4) |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
L-идуроновая кислота (β1 → 3) |
|
||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
N-ацетилгалактозамин-4- |
|
||
|
|
|
сульфат (β1 → 4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кератансульфат |
1. |
D-галактоза |
D-галактоза |
(β1 |
→ |
4) |
|
2. |
N-ацетил-В-галактозамин-6- |
N-ацетилглюкозамин (β1 → 3) |
|
||
|
сульфат |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D-галактоза (βl → 4) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
N-ацетилглюкозамин-6-сульфат |
|||
|
|
|
(β1 → 3) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Гепарансульфат2 |
1. |
D-глюкуронат-2-сульфат |
D-глюкуронат-2-сульфат (αl → |
|||
|
2. |
К-ацетил-0-галактозамин-6- |
4) |
|
|
|
|
сульфат |
N-ацетилглюкозамин-6-сульфат |
||||
|
|
|
(αl → 4) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
D-глюкуронат-2-сульфат (βl → |
|||
|
|
|
4) |
|
|
|
|
|
|
N-ацетилглюкозамин-6-сульфат |
|||
|
|
|
(α1 → 4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1В состав дисахаридной единицы может входить D-глюкуроновая кислота.
2Может содержать N-сульфопроизводное глюкозамина вместо N-ацетилглюкозамина и различное количество идуроновой и глюкуроновой кислот.
Гиалуроновая кислота содержит несколько тысяч дисахаридных единиц, молекулярная масса её достигает 105 - 107 Д.
Хондроитинсульфаты - самые распространённые гликозаминогликаны в организме человека; они содержатся в хряще, коже, сухожилиях, связках, артериях, роговице глаза. Хондроитинсульфаты являются важным составным компонентом агрекана - основного протеогликана хрящевого матрикса. В организме человека встречаются 2 вида хондроитинсульфатов: хондроитин-4-сульфат и хондроитин-6-сульфат. Они построены одинаковым образом, отличие касается только положения сульфатной группы в молекуле N-ацетилгалактозамина (см. схему А).
253
Одна полисахаридная цепь хондроитинсульфата содержит около 40 повторяющихся дисахаридных единиц и имеет молекулярную массу 104 - 106 Д.
Кератансульфагы - наиболее гетерогенные гликозаминогликаны; отличаются друг от друга по суммарному содержанию углеводов и распределению в разных тканях. Кератансульфат I находится в роговице глаза и содержит кроме повторяющейся дисахаридной единицы L-фукозу, D-маннозу и сиаловую кислоту. Кератансульфат II был обнаружен в хрящевой ткани, костях, межпозвоночных дисках. В его состав помимо Сахаров дисахаридной единицы входят N-ацетилгалактозамин, L-фукоза, D-манноза и сиаловая кислота. Кератансульфат II входит в состав агрекана и некоторых малых протеогликанов хрящевого матрикса. В отличие от других гликозаминогликанов, кератансульфаты вместо гексуроновой кислоты содержат остаток галактозы (см. схему Б).
Молекулярная масса одной цепи кератансуль-фата колеблется от 4 × 103 до 20 × 103 Д.
Дерматансульфат широко распространён в тканях животных, особенно он характерен для кожи, кровеносных сосудов, сердечных клапанов.
В составе малых протеогликанов (бигликана и декорина) дерматансульфат содержится в межклеточном
Схема А
Схема Б
706
веществе хрящей, межпозвоночных дисков, менисков. Повторяющаяся дисахаридная единица дерматансульфата имеет следующую структуру (см. схему А).
Молекулярная масса одной цепи дерматансульфата колеблется от 15 × 103 до 40 × 103 Д.
254
Гепарин - важный компонент противосвёртывающей системы крови (его применяют как антикоагулянт при лечении тромбозов). Он синтезируется тучными клетками и находится в гранулах внутри этих клеток. Наибольшие количества гепарина обнаруживаются в лёгких, печени и коже. Дисахаридная единица гепарина похожа на дисахаридную единицу гепарансульфата. Отличие этих гликозаминогликанов заключается в том, что в гепарине больше N-сульфатных групп, а в гепарансульфате больше N-ацетильных групп. Молекулярная масса гепарина колеблется от 6 × 103 до
25 × 103 Д (см. схему Б).
Гепарансульфат находится во многих органах и тканях. Он входит в состав протеогликанов базальных мембран. Гепарансульфат является постоянным компонентом клеточной поверхности. Структура дисахаридной единицы гепарансульфата такая же, как у гепарина. Молекулярная масса цепи гепарансульфата колеблется от 5 × 103 до 12 × 103 Д.
101. Молекулярная структура миофибрилл. Структура и функция основных белков миофибрилл миозина, актина, тропомиозина, тропонина.
В мышечной клетке имеются миофибриллы — особым образом организованные пучки белков, располагающиеся вдоль клетки. Миофибриллы, в свою очередь, построены из белковых нитей (филаментов) двух типов — толстых и тонких. Основным белком толстых нитей является миозин, а тонких — актин. Миозиновые и актиновые нити — главный компонент всех сократительных систем.
Электронно-микроскопическое изучение поперечных и продольных срезов мышц обнаружило строго упорядоченное расположение миоэиновых и актиновых нитей в миофибрилле. Функциональной единицей миофибриллы является саркомер — участок миофибриллы (длиной 2,5 мкм) между двумя Z-пластинками.
Саркомер включает пучок миозиновых нитей, серединой прикрепленных к М-пластинке (М-линия), и пучки актиновых нитей, прикрепленных к Z-пластинкам. Многие сотни саркомеров образуют миофибриллу.
Чередование в миофибрилле участков, содержащих толстые нити, с участками, содержащими тонкие нити (A-диски и I-диски), создает поперечную полосатость мышц.
Саркоплазма, вмещающая миофибриллы, пронизана между ними сетью цистерн и трубочек эндоплазматического (саркоплазматического) ретикулума, а также системой поперечных трубочек, которые тесно контактируют с саркоплазматическим ретикулумом, но не сообщаются с ним.
СТРОЕНИЕ МИОЗИНОВЫХ НИТЕИ
Миозиновые нити образованы белком миозином. Миозин составляет почти половину всех белков скелетной мышцы. Молекула миозина содержит две идентичные тяжелые полипептидные цепи (молекулярная масса каждой 200 ООО) и четыре легкие цепи (молекулярная масса около 20 ООО). Каждая тяжелая цепь на большой части длины с С-конца имеет конформацию а-спирали, и обе спирали скручены друг с другом; эта часть молекулы имеет форму палочки. Противоположные концы каждой цепи (N-концы) имеют глобулярную форму, образуя головки молекулы. К каждой из головок нековалентно присоединены по две легкие цепи.
Миозин катализирует гидролиз АТФ; это было установлено Энгельгардтом и Любимовой в 1939 г. Энергия гидролиза используется для сокращения мышцы. Значительно позднее выяснилось, что каталитический активный центр локализован в головках молекулы миозина. Открытие АТФазной активности миозина в высокой степени стимулировало исследования мышечного сокращения, поскольку было первым прямым указанием на источник энергии для сокращения и на роль миозина в
использовании этой энергии.
Палочкообразные хвосты молекул миозина могут соединяться друг с другом продольно, образуя пучки; головки выступают на поверхности пучка, выстраиваясь вокруг него по спирали. В области М-линии пучки стыкуются хвост к хвосту . Так получаются миозиновые нити саркомера, каждая из которых содержит около 400 молекул миозина.
СТРОЕНИЕ АКТИНОВЫХ НИТЕЙ
255
В состав актиновых нитей входят белки актин, тропомиозин и тропонин. Основу нитей составляют молекулы актина. Актин — это глобулярный белок с молекулярной массой 43 ООО и шарообразными молекулами диаметром около 5 нм; такая форма актина называется G-актин (глобулярный актин). G- актин содержится и во многих немышечных клетках.
Молекулы G-актина могут нековалентно соединяться, образуя фибриллярный актин — F-актин. Форма молекул F-актина напоминает две нитки бус, скрученные друг с другом. В мышечных клетках весь актин находится в форме F-актина.
К F-актину могут присоединяться головки миозина, причем на каждой молекуле G-актина в F- актине есть центр связывания миозина. В результате такого взаимодействия в сотни раз увеличивается АТФазная активность миозина. Соединение F-актина с миозином называют актомиозином. Образование связей между миозиновыми и актиновыми нитями в саркомере имеет важное значение в процессе сокращения мышцы.
Молекулы другого белка актиновых нитей — тропомиозина — имеют форму палочек длиной 40 нм. Они располагаются вблизи желобков спиральной ленты F-актина, вдоль нее, причем каждая молекула тропомиозина соединена с семью молекулам G-актина, а концами примыкает к соседним молекулам тропомиозина.
Третий белок актиновых нитей — тропонин — имеет глобулярную форму; он построен из трех разных субъединиц. Тропонин нековалентно связан с тропомиозином и с актином; на каждую молекулу тропомиозина приходится одна молекула тропонина. Одна из субъединиц тропонина содержит Са-связывающие центры: эта субъединица по строению сходна с кальмодулином.
Тонкие нити прикреплены к Z-пластинкам, которые тоже представляют собой белковые структуры. Содержание миозина, актина, тропомиозина и тропонина в миофибриллах равно примерно 55, 25, 15 и 5 % соответственно.
102. Биохимические механизмы мышечного сокращения и расслабления. Роль ионов кальция и
других ионов в регуляции мышечного сокращения. Особенности энергетического обмена в мышцах; роль креатинфосфата.
Механизм сокращения поперечнополосатой мышечной ткани
1.Разряд мотонейрона. До сокращения мышцы концентрация ионов кальция в саркоплазме составляет
10-8 –10-7 моль/л.
2.Высвобождение нейромедиатора : из нервных окончаний ацетилхолин
3.Связывание АХ : связывается с холинорецепторами = никотинрецепторами (одновременно являются Nа-каналами, которые открываются) в цитоплазму ток ионов Nа (по градиенту концентрации и градиенту заряда) потенциал ПМ от -80 мВ до +40 мВ =деполяризация мембраны : а)-активация потенциалзависимых Nа-каналов- ---потенциал действия по трубочкам Т-системы ---мышечное сокращение; б) активация потенциалчувствительных К-каналов (ионы К+ наружу) и потенциал покоя восстанавливается.
4.Генерация потенциала действия в мышечном волокне. Меняют конформацию медленные потенциалчувствительные Са-каналы ПМ = дигидропиридинчувствительные (1-субъединица) Са каналы СР (=рианодиновые RyR): 4 п/п цепи с М.м. 2 200 кДа,
активаторы: низкие (микромолярные) концентрации Са2+, АТФ. ЖК, кофеин, полиамины, ионы тяжелых Ме,
ингибиторы: рианодин, ионы Mg 2+, Са2+ в мили/М концентрации
5.Распространение деполяризации внутрь волокна по Т-трубочкам.
6.Высвобождение ионов Са из концевых цистерн СР и их диффузия к толстым и тонким филаментам. Передача сигнала от ПМ к мембране СР реализуется в разных типах мышц через химический тип и через конформационный тип передачи сигнала. Мембраны СР содержат Са-каналы и Са-АТФ-азу, которая активируется тем кальцием, что освобождается из ретикулума через Са-каналы и взаимодействует с регуляторными белками (ТнС, кальмодулин).
7.Связывание Са с ТнС, открывающее миозин-связывающие участки актина. Концентрация Са+2 10-
6 - 10-5 моль/л необходима и достаточна для образования I комплекса ТнССа+2.
Связывание Са+2 изменяет пространственную структуру тропонина и комплекс реагирует с ТнI и ТнТ влияя на их взаимодействие с Тм, образуя II комплекс ТнС4Са+2- Тм
256
При изменении конформации Тн открываются активные центры F-актина, который взаимодействует с «головками» миозина, образует актомиозин, обладающий АТФ-азной активностью.
8. Образование поперечных связей между актином и миозином и скольжение тонких филаментов относительно толстых, сопровождающееся укорочением волокна. Актомиозин, гидролизуя АТФ, высвобождает энергию для мышечного сокращения, что обеспечивает продвижение актина по миозину. Каждая из головок генерирует маленькое тянущее усилие (несколько пиконьютонов) - усилия суммируются – мышца может развивать достаточно большие напряжения.
Расслабление
Для процесса расслабления требуется энергия в виде АТФ, Mg+2-Ca+2 - АТФ-аза, находящаяся в мембране СР, активируясь под действием карнозина и анзерина, используя энергию АТФ, начинают перекачивать ионы кальция из саркоплазмы в полость цистерн.
Вследствие этого: содержание Са+2 в саркоплазме падает ниже 10-7 моль/л ; что ведёт к распаду комплексов I, II;
комплекс ТнС-4Са+2 утрачивает свой Са+2; тропонин I, реагируя с тропомиозином, подавляет дальнейшее взаимодействие миозиновой головки с F-актином; блокировка активных центров F- актина приводит к распаду актомиозина.
мышца расслабляется и её длина достигает исходной.
Особенности энергетического обмена в мышцах
Источником АТФ служит гликолиз, ß- окисление, ЦТК и ЦПЭ В мышцах постоянно протекает ресинтез АТФ по двум основным путям: миокиназный (аденилаткиназный); креатинкиназный: (реакция Ломана, 1934)
Изоферменты КК не только в разных органах, но и в одной и той же клетке. В мышечных клетках 4 : в митохондриях, миофибриллах, мембранах саркоплазматического ретикулума, в комплексе с мембранными транспортными белками -. -в МТХ происходит реакция превращения АТФ в КФ, а в местах использования энергии – синтез АТФ.
Работами С. Гудбьярнассона и соавт. (1970) установлено, что при ишемии сокращения сердца останавливаются через 1-2 мин, когда запасы АТФ снижаются всего лишь на 20%, а содержание КФ более значительно.
Синтез креатинина: в почках, метилирование в
печени, транспорт в мышцы и клетки мозга. Нефермен КФ креатинин, выводится с мочой
103. Химический состав нервной ткани.
Миелиновые мембраны: особенности состава и структуры. Энергетический обмен в нервной ткани. Значение аэробного распада глюкозы. Медиаторы нервной системы. Физиологически активные пептиды мозга.
Функции нервной системы:
1. Хранит, воспринимает и перерабатывает информацию из внешней и внутренней среды;
257
2.Генерирует сигналы, обеспечивающие ответные реакции, адекватные действующим раздражителям – осуществляет адаптацию и сохранение гомеостаза
НС координирует взаимодействие организма с внешней средой, координирует функции различных органов и тканей и осуществляет интеграцию частей организма в единое целое, является центральным органом поддержания гомеостаза.
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ НЕРВНОЙ ТКАНИ
В связи с различием строения, серое и белое вещество нервной ткани отличаются по химическому составу.
Химический состав серого и белого вещества головного мозга человека
Компонент |
Серое вещество (%) |
Белое вещество (%) |
Вода |
84,0 |
70,0 |
Сухой остаток |
16,0 |
30,0 |
Белки |
8,0 |
9,0 |
Липиды |
5,0 |
17,0 |
Минеральные вещества |
1,0 |
2,0 |
Белки нервной ткани |
|
|
Вголовном мозге на белки приходиться 40% сухой массы. Методами хроматографии, электрофореза и экстракции буферными растворами. выделено более 100 белковых фракций нервной ткани
Внервной ткани содержатся простые и сложные белки.
1.Простые белки
Нейроальбумины – основные растворимые белки (89-90%) нервной ткани, являются белковым компонентом сложных белков фосфопротеинов, в свободном состоянии встречаются редко.
Нейроглобулины, содержатся в небольшом количестве (в среднем 5%).
Катионные белки - осн'овные белки (рН 10,5 – 12,0),
Нейросклеропротеины (опорные белки) - нейроколлагены, нейроэлластины, нейростромины и др. Составляют 8-10% от всех простых белков нервной ткани, локализованы в основном в белом веществе головного мозга и ПНС, выполняют структурно-опорную функцию.
2. Сложные белки Нервной ткани представлены: нуклеопротеинами, |
липопротеинами, |
протеолипидами, фосфопротеинами, гликопротеинами и т.д. |
|
Гликопротеины – содержат олигосахаридные цепи, которые придают специфические отличия клеточным мембранам. Нейроспецифические гликопротеины участвуют в формировании миелина,
впроцессах клеточной адгезии, нейрорецепции и взаимном узнавании нейронов в онтогенезе и при регенерации.
Протеолипиды – в наибольших количествах содержатся в миелине и в небольших количествах - в синаптических мембранах и синаптических пузырьках.
Нейроспецифические белки
Вцитоплазме нейронов присутствуют кальцийнейрин, белок 14-3-2, белок S-100, белок Р-400.
Белок S-100 (или кислый белок), содержит много глутаминовой и аспарагиновой кислот, гомологичен мышечному тропонину С, находится в цитоплазме или связан с мембранами. На 85-90% он сосредоточен в нейроглии, и на 10-15% в нейронах. Участвует в развитии нервной системы и ее пластичности. Концентрация S-100 возрастает при обучении животных.
Концентрация в мозге в 100 000 раз превышает содержание в других тканях и составляет до 90% растворимой фракции белков нервных клеток. Все фракции S100 специфически взаимодействуют с
258
кальцием, но отличаются друг от друга количеством кальций-связывающих центров (от 2 до 8) Белки S100 синтезируются глиальными клетками , а затем транспортируются в нейроны. Обеспечивают функциональный гомеостаз клеток мозга путем сопряжения и интеграции разноплановых метаболических процессов
Выделяют 4 основных молекулярных процесса, лежащих в основе биологической активности белков группы S100.
1.Связывание Са2+ и кальций-зависимое специфическое межмолекулярное взаимодействие белков S100 с другими белками,
Белок |
S100 |
+ Са2+ |
→конформер+молекула-акцептор |
→ |
аллостерическая модуляция |
|
функциональной активности молекулы-акцептора. |
|
|
|
|||
|
Белок |
S100 |
воздействует на у , |
моноаминоксидазау |
, основной белок миелина |
|
нейроспецифическая енолаза (гликолиз) [, ряд ДНК-связывающих белков и гликопротеинов . Взаимодействие происходит по похожей схеме:
Белок S100 + Са2+ → конформер+протеинкиназа →фосфопротеинкиназа →влияние на фосфорилирование/дефосфорилирование белковых молекул (посттранскрипционная модификация).
3.Влияние на состояние микротрубочек нервных клеток. В результате ассоциации/диссоциации молекул S100 и ионов Са2+ происходит изменение концентрации кальция в клетке, что определяет процесс перестройки и диссоциации микротрубочек.
Белок S100 косвенно воздействует на внутриклеточный транспорт.
4. Влияние на процессы обмена и специфической рецепции
Белки S100 изменяют уровень специфического связывания лигандов ( ацетилхолина , ГАМК , дофамина , серотонина , норадреналина ) с рецепторами.
Экспериментально доказано участие белков группы S100 в регуляции процессов направленного роста отростков нейронов , в завершении нейроонтогенеза в становлении основных форм врожденного поведения , в механизмах памяти и обучения .
Белки S100 не являются жизненно важными компонентами (как ферменты гликолиза или окислительного фосфорилирования), необходимыми для поддержания общего гомеостаза живых клеток. Экспериментальные воздействия на белки S100 обычно не сопровождаются заметным ухудшением соматического состояния животных, но одновременно приводят к резким и разнообразным нарушениям интегративной функции мозга , информационного гомеостаза , в обеспечении и оптимизации которого и заключается их общебиологическая роль.
Белок 14-3-2 - кислый белок, который преимущественно локализован в нейронах ЦНС.
Белок Р-400 находится в мозжечке мышей, где, возможно, отвечает за двигательный контроль.
Ксократительным белкам нейрона относятся нейротубулин, нейростенин, актиноподобные белки (кинезин и др.). Они обеспечивают ориентацию и подвижность цитоскелета (микротрубочек и нерофиламентов), активный транспорт веществ в нейроне, участвуют в работе синапсов.
В нейронах имеются белки, осуществляющие гуморальную регуляцию. Это некоторые
гликопротеины гипоталамуса, нейрофизины и подобные им белки.
На мембране нейронов расположены нейроспецифические поверхностные антигены (NS1, NS2, L1) с неизвестной функцией и факторы адгезии клеток (N-САМ), важные для развития нервной системы.
Нейроспецифические белки участвуют в осуществлении всех функций нервной системы - генерации и проведении нервного импульса, процессах переработки и хранении информации, синаптической передаче, клеточном узнавании, рецепции и др.
Ферменты нервной ткани
В мозговой ткани содержится большое количество ферментов, катализирующих обмен белков, липидов и углеводов. Также цитоплазма нейронов содержит ферменты метаболизма посредников и медиаторов.
Мозговая ткань характеризуется высокой ферментативной активностью: Энергетический обмен: ферменты цикла Кребса, активна креатинкиназы (ВВ),
259
Углеводный обмен: гексокиназа, альдолаза, в нейронах ЛДГ (ЛДГ1,ЛДГ2), в глиальных клетках преобладает ЛДГ5,
Белковый обмен: АСТ, глутаматдегидрогеназа, Обмен фосфатов: кислая фосфатаза
Обмен медиаторов синтез и разрушение :ацетил холинэстераза, моноаминоксидазы.
Для мозга характерна так же высокая активность ферментов метаболизма циклических нуклеотидов, которые принимают участие в синаптической передаче нервного импульса.
Аминокислоты нервной ткани
Аминокислотный фонд мозга человека составляет в среднем 34 ммоль / 1г ткани, это значительно превышает их содержание в плазме крови и спинномозговой жидкости (СМЖ) Аминокислоты проникают в мозг молодых животных быстрее и достигают более высоких концентраций, чем у взрослых
Более 50% α-аминоазота головного мозга приходится на долю глутаминовой кислоты, глутамина
иглутатиона. Специфичными для мозговой ткани являются ГАМК, N-ацетиласпарагиновая кислота
ицистатионин. N-ацетиласпарагиновой кислоты больше в сером веществе, чем в белом Роль
ацетиласпарагиновой кислоты рассматривается в развитии алкоголизма.
Глутаминовая кислота, ГАМК, глицин и др. обладают нейромдиаторной активностью.
Липиды нервной ткани
Нервная ткань отличается высоким содержанием и разнообразием липидов, которые придают ей специфические особенности.
В сером веществе фосфоглицериды составляют более 60% от всех липидов, а в белом – около 40%. В белом веществе содержится больше холестерина, сфингомиелинов и особенно цереброзидов, чем в сером веществе.
Холестерин составляет около 25% от общего содержания липидов, эфиров холестерина.мало ХС повышает электроизоляционные свойства клеточных мембран, защищает их от ПОЛ, повышает их механическую прочность.
Свободных жирных кислот присутствуют в составе ФЛ и сфинголипидов: пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и арахидоновая.
Сфинголипиды (ганглиозиды и цереброзиды) участвуют в процессах коммуникации нервной клетки с окружающей ее средой. Они обеспечивают передачу сигналов с наружной поверхности клетки в ее внутреннее пространство. Разнообразие углеводных частей сфинголипидов делает их носителями специфической информации.
Ганглиозиды находятся преимущественно в сером веществе. Выделяют 4 основных ганглиозида – Gм1, GD1a, GD1b и GT1. Зрительная кора относительно богата GT1 и GD1b, в коре головного мозга содержатся в основном GT1, в белом веществе - Gм1. Функции ганглиозидов: 1). являются рецепторами внешних сигналов; 2). с гликопротеинами отвечают за специфичность клеточной поверхности, распознавание клеток и их адгезию; 3). участвуют в развитии нервной системы при образовании «правильных» межклеточных связей; 4). участвуют в коммуникации между мембранами аксонов и окружающими их олигодендроглиальными клетками; 5). участвуют в функциональной адаптации зрелой нервной системы. Синтез ганглиозидов связан с дифференциацией нейронов.
Цереброзиды находятся преимущественно в белом веществе, особенно их много миелине. В цереброзидах и сульфатидах ЦНС превалируют производные галактозы. Количество галактоцерамидов и галактосульфатидов возрастает по мере миелинизации.
Фосфатидилинозитолы в ЦНС не превышают 0,5-2% от общих липидов. Локализованы в плазматических мембранах, в миелине (до 95% всех фосфоинозитов мозга), в ЭПС, наружной митохондриальной и ядерной мембранах. Участвуют в инозитолтрифосфатной системе передаче сигнала с мускариновых и α1-адренергических рецепторов.
Углеводы нервной ткани
Нейроны относятся к инсулиннезависимым тканям. По сравнению с другими тканями ткань мозга содержит мало гликогена, гл-6-ф, что связано с высокой скоростью обмен. У новорожденных концентрация гликогена в мозге выше, чем у взрослых.
260
Олигосахариды составляют 2-10% массы плазматической мембраны, большая их часть связана с белками и меньшая с - гликолипидами. Практически все они локализованы на внешней поверхности плазматической мембраны и придают ей индивидуальность и специфичность.
Нуклеиновые кислоты и нуклеотиды нервной ткани
Большинство нейронов ЦНС диплоидны, а небольшая их часть в некоторых отделах ЦНС (клетки Пуркинье мозжечка) может содержать избыточное количество ДНК.
Особенностями хроматина нейронов являются необычно короткие нуклеосомные единицы, наличие редких вариантов гистонов, большое разнообразие негистоновых белков и высокая матричная активность.
Высокое содержание РНК в нейронах связано с активным синтезом белка. Среднее отношение РНК/ДНК может достигать 50 и редко бывает ниже 3. В печени, поджелудочной железе, почках оно составляет 2-4,5. Пиримидиновые основания не синтезируются в мозге, а поступают из печени.
Содержание цАМФ и цГМФ в головном мозге значительно выше, чем во многих других тканях. Уровень цАМФ в мозге составляет в среднем 1-2, а цГМФ – до 0,2 нмоль на 1г ткани.
Макроэргические соединения нервной ткани
Количество макроэргических соединений в нервной ткани невелико, их распределение примерно одинаково во всех отделах мозга. Макроэргические соединения представлены в основном креатинфосфатом и АТФ, на долю ГТФ, ЦТФ, УТФ приходиться менее 10% всех макроэргов. Содержание креатина и креатинфосфата более, чем в 2 раза превышает количество адениновых нуклеотидов. Количество АТФ в нервной ткани примерно такое же, как и в печени.
Минеральные вещества нервной ткани
Na+, K+, Cu2+, Fe2+, Ca2+, Mg2+ и Mn2+ распределены в головном мозге относительно равномерно между серым и белым веществом. Содержание фосфора в белом веществе выше, чем в сером. В мозговой ткани низкое содержание неорганических анионов, которое компенсируется отрицательно заряженными белками и липидами (у липидов нервной ткани важная роль в ионном балансе).
Белковый и липидный состав миелина, белого и серого вещества человека
Компонент |
Содержание % |
|
|
|
В миелине |
В белом веществе |
В сером веществе |
Белки |
30,0 |
39,0 |
55,3 |
Липиды |
70,0 |
54,9 |
32,7 |
Общ.фосфолипиды |
43,1 |
45,9 |
69,5 |
Лецитин |
11,2 |
12,8 |
26,7 |
Фофатидилсерин |
4,8 |
7,9 |
8,7 |
Фосфатидилинозит |
0,6 |
0,9 |
2,7 |
Холестерин |
27,7 |
27,5 |
22,0 |
Сфингомиелин |
7,9 |
7,7 |
6,9 |
Церебозиды |
22,7 |
19,8 |
5,4 |
Плазмогены |
12,3 |
11,2 |
8,8 |
ганглиозиды |
3,8 |
1,7 |
5,4 |
Строение нервного волокна. Миелиновая оболочка
Из аксонов нейронов образуются нервные волокна. Каждое волокно состоит из осевого цилиндра (аксона), внутри которого находится аксоплазма с нейрофибриллами, митохондриями и синаптическими пузырьками.
В зависимости от строения оболочек, окутывающих аксоны, нервные волокна делят на:
безмиелиновые (безмякотные) и миелиновые (мякотные).
1. Безмиелиновое волокно
Безмиелиновое волокно состоит из 7-12 тонких аксонов, которые проходят внутри тяжа, образованного цепочкой нейроглиальных клеток.
Безмиелиновые волокна имеют постганглионарные нервные волокна, входящие в состав вегетативной нервной системы.
2. Миелиновое волокно