- •Кафедра биохимии
- •Лекция № 28 Тема: Биохимия нервной ткани
- •Классификация нервной системы
- •Классификация нервной ткани
- •Клетки нервной ткани Нейрон
- •Глиальные клетки
- •Макроглия
- •Химический состав нервной ткани
- •Химический состав серого и белого вещества головного мозга человека
- •1. Простые белки
- •2. Сложные белки
- •Белковый и липидный состав миелина, белого и серого вещества человека
- •Строение нервного волокна. Миелиновая оболочка
- •1. Безмиелиновое волокно
- •2. Миелиновое волокно
- •Обмен веществ и энергии в нервной ткани
- •Спиномозговая жидкость – как диагностический показатель состояния нервной ткани
- •Химический состав спинномозговой жидкости
- •Биохимические основы нервной деятельности
- •Аминокислотные медиаторы
- •Глутамат
- •Энкефалины и другие нейропептиды
- •Вещество р
- •Химические основы боли
- •5.1. Болевые рецепторы
- •5.3. Привыкание к лекарствам и лекарственная зависимость.
- •VI.Нейрохимические механизмы пластичности и памяти.
2. Сложные белки
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, в процессах клеточной адгезии, нерорецепции 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
В цитоплазме 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, находиться 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.
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.
К сократительным 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, жиров и углеводов. Также цитоплазма нейронов содержит ферменты метаболизма посредников и медиаторов.
Мозговая ткань характеризуется высокой активностью: ЛДГ (ЛДГ1,ЛДГ2), АСТ, альдолазы, креатинкиназы (ВВ), гексокиназы, малатдегидрогеназы, глутаматдегидрогеназы, холинэстеразы, кислой фосфатазы, моноаминоксидазы. В глиальных клетках преобладает ЛДГ5, а в нейронах - ЛДГ1.
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 34ммоль на 1г ткани, что значительно превышает их содержание, как в плазме крови, так и в СМЖ.
Высокая концентрация АК в нервной ткани достигается путем их многоступенчатого активного и пассивного транспорта из плазмы крови. Сначала АК переносятся через гематоэнцефалический барьер эндотелия мозговых капилляров, затем они переходят из внеклеточной жидкости в клетки мозга, а далее – в субклеточные органеллы. Активность систем транспорта аминокислот, так же как и состав их пула, изменяются в процессе развития мозга. 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 и глутатиона. Специфичными для мозговой ткани являются ГАМК, N-ацетиласпарагиновая кислота и цистатионин.
В нервной ткани аминокислоты распределяются неравномерно, в основном это касается аминокислот, выполняющих функцию нейромедиаторов (глутаминовая кислота, ГАМК, глицин и др). N-ацетиласпарагиновой кислоты больше в сером веществе, чем в белом. Также она есть в ПНС и сетчатке. Содержание цистаниона выше в белом веществе, чем в сером, и оно повышается в процессе развития.
Содержание (мкмоль/г) свободных аминокислот в мозге, плазме и СМЖ человека
Аминокислота |
мозг |
Плазма крови |
СМЖ |
|||
Глутаминовая |
10,6 |
75% |
0,05 |
23%
|
0,225 |
60% |
N-ацетиласпарагиновая |
5,7 |
- |
- |
|||
Глутамин |
4,3 |
0,70 |
0,030 |
|||
ГАМК |
2,3 |
- |
- |
|||
Аспарагиновая |
2,2 |
0,01 |
0,007 |
|||
Цистатионин |
1,9 |
25% |
- |
77% |
- |
40% |
Таурин |
1,9 |
0,10 |
- |
|||
Глицин |
1,3 |
0,40 |
0,013 |
|||
Аланин |
0,9 |
0,40 |
0,017 |
|||
Глутатион |
0,7 |
0,10 |
0,010 |
|||
Серин |
0,7 |
0,10 |
0,010 |
|||
Треонин |
0,2 |
0,15 |
0,025 |
|||
Триптофан |
0,05 |
0,05 |
0,010 |
|||
Валин |
0,2 |
0,25 |
0,013 |
|||
Лизин |
0,1 |
0,12 |
0,014 |
|||
Лейцин |
0,1 |
0,15 |
0,004 |
|||
Пролин |
0,1 |
0,10 |
- |
|||
Аспарагин |
0,1 |
0,07 |
- |
|||
Метионин |
0,1 |
0,02 |
0,003 |
|||
Изолейцин |
0,1 |
0,10 |
0,080 |
|||
Аргинин |
0,1 |
0,10 |
0,060 |
|||
Цистеин |
0,1 |
0,10 |
0,002 |
|||
Фенилаланин |
0,1 |
0,10 |
0,010 |
|||
Тирозин |
0,1 |
0,10 |
0,006 |
|||
Гистидин |
0,1 |
0,10 |
0,003 |
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. При этом в мозге мало эфиров холестерина. ХС повышает электроизоляционные свойства клеточных мембран, защищает их от ПОЛ, повышает их механическую прочность.
Свободных жирных кислот в мозге мало, а этерефицированных жирных кислот в мозге очень много, в основном это пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и арахидоновая кислоты.
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
По сравнению с другими тканями ткань мозга содержит мало глюкозы и гликогена. У новорожденных концентрация гликогена в мозге выше, чем у взрослых.
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.
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.
Содержание РНК в нейронах велико, что связано с активным синтезом белка. Среднее отношение РНК/ДНК может достигать 50 и редко бывает ниже 3. В печени, поджелудочной железы, почках оно составляет 2-4,5.
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, зато АДФ и АМФ в мозге значительно ниже. Пиримидиновые основания не синтезируются в мозге, а поступают из 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 существует дефицит анионов, который покрывается за счет белков и липидов (у липидов нервной ткани важная роль в ионном балансе).