БИОХИМИЯ НЕРВНОЙ ТКАНИ

БИОХИМИЯ НЕРВНОЙ ТКАНИ

1.Структура и функции нервной ткани. Гематоэнцефалический барьер: строение и биологическая роль.

2.Особенности энергетического обмена в нервной ткани.

3.Особенности обмена углеводов в нервной ткани.

4.Белки и физиологически активные пептиды нервной ткани: классификация и функции.

5. .Особенности обмена аминокислот и аммиака в нервной ткани (пуриновый цикл).

6.Особенности обмена липидов в нервной ткани. Миелиновые мембраны: особенности состава и функции. Нарушения миелинизации нейронов.

7.Биохимия возникновения и проведения нервного импульса. Конкурентное ингибирование прозерином холинэстеразы.

8.Характеристика основных нейромедиаторов

9.Нарушение обмена биогенных аминов при психических и нервных заболеваниях.

Структура и функции нервной ткани. Гематоэнцефалический барьер: строение и биологическая роль.

Химические основы жизнедеятельности нервной ткани имеют, с одной стороны, общие черты, присущие клеткам любой ткани, с другой, специфиче особенности, определяемые характером функций, выполняемых нервной системой в целостном организме. Эти особенности проявляются как в химическом составе, так и в метаболизме нервной ткани.

Нервная ткань состоит из трех клеточных элементов: нейронов (нервных клеток); нейроглии — системы клеток, непосредственно окружающих нервные клетки в головном и спинном мозге; мезенхимных элементов, включающих микроглию.

Основной структурно-функциональной единицей является нейрон.

Нейрон связан с помощью дендритов и аксонов с такими же клетками и клетками других типов (секреторными, мышечными), разделенными

Роль нейронов –восприятие, проведение и обработка информации Роль нейроглии – опора, защита и питание нейронов Клетки нейроглии: астроциты, олигодендроциты, клетки эпендимы и

микроглии.

Функции нервной системы:

Высший уровень регуляции метаболизма

Связь организма с внешней средой

Адаптация организма к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды

Основа высших психических процессов (мышления и речи) Особенности химического состава и метаболизма нервной ткани

определяются наличием гематоэнцефалического барьера (ГЭБ),

обладающего избирательной проницаемостью для различных метаболитов и способствующего накоплению некоторых веществ в нервной ткани.

Строение ГЭБ

Функции ГЭБ

Регуляторная – создание избирательной проницаемости веществ

внервные клетки

Защитная

Химический состав нервной ткани

Серое вещество предсталено:

телами нейронов.

Белое вещество – аксонами В связи с различием строения серое и белое вещество отличаются по химическому составу.

Всером веществе: воды больше, чем в белом белки составляют половину плотных веществ, а в белом веществе – одну треть

Вбелом веществе: на липиды приходится более половины сухого остатка, а в сером – лишь около 30%.

Особенности энергетического обмена в нервной ткани.

Головной мозг составляет около 2% массы тела, при спокойном состоянии организма он утилизирует около 20% поглощенного кислорода. Мозг потребляет кислород больше, чем постоянно функционирующий миокард. За 10 секунд мозг поглощает весь кислород, находящийся в ткани.

Высокая активность митохондриальных ферментов цикла

лимонной кислоты предотвращает накопление лактата в тканях мозга; большая часть пирувата окисляется до Ацетил-КоА.

Основное количество Ацетил-КоА подвергается окислению в цикле лимонной кислоты и дает энергию. Небольшая часть Ацетил-КоА используется для образования нейромедиатора ацетилхолина.

Метаболиты цикла Кребса используется для синтеза аспартата и глутамата. Эти аминокислоты обеспечивают обезвреживание аммиака в тканях мозга.

Запасы гликогена в клетках головного мозга незначительны.

В отличие от других тканей организма человека ВЖК не проникают через ГЭБ и не могут быть использованы в качестве энергетического материала.

Аминокислоты не могут служить источником энергии для синтеза АТФ (АТР), поскольку в нейронах отсутствует глюконеогенез.

Основным энергетическим субстратом является глюкоза

Только при продолжительном голодании и сахарном диабете нервная ткань переключается на кетоновые тела. В крайних случаях такие аминокислоты как глутамат и аспартат превращаются в соответствующие кетокислоты, которые способны к окислению с образованием энергии.

Энергия АТФ в нервной ткани используется неравномерно во времени. Резкое повышение энергозатрат происходит при очень быстром переходе от сна к бодрствованию.

Образование креатинфосфата способно удерживать макроэргические связи. Реакция полностью обратима, ее направление зависит от соотношения АТФ/АДФ в клетках нервной ткани. Во время сна накапливается фосфокреатин. Переход к бодрствованию. Приводит к резкому уменьшению концентрации АТФ — равновесие реакции сдвигается влево, т.е. образуется АТФ.

Особенности обмена углеводов в нервной ткани

Наиболее распространенным углеводом нервной ткани является глюкоза. Мозг активно потребляет глюкозу из крови. Известно, что ткань головного мозга потребляет до 70% эндогенной глюкозы, которая образуется в организме в процессе глюконеогенеза. Все это определяется тем, что глюкоза представляет собой основной энергетический субстрат, используемый нервными клетками.

Глюкоза –важнейший предшественник биосинтеза аминокислот (особенно глутамата, аспартата, аланина, глицина) и других метаболитов.

Проникновение глюкозы в ткань мозга не зависит от действия инсулина. Инсулин не проходит через гематоэнцефалический барьер.

Высокая скорость потребления глюкозы нервными клетками обеспечивается работой высокоактивной гексокиназы мозга (активность гексокиназыв мозге выше по сравнению с другими тканями).

Отсутствует фермент глюкозо-6-фосфатаза, катализирующий

дефосфорилирование глю-6-фосфата и выход глюкозы из клетки

В нейронах ПФП выражен незначительно.

В нейроглии ПФП является одним из основных метаболических путей глюкозы.

Образующийся в процессе ПФП НАДФН2 используется для синтеза в клетках головного мозга:

- жирных кислот

- холестерина.

Метаболит глюкозы – ацетил-КоА – является предшественником для синтеза:

- жирных кислот

- холестерина

Содержание гликогена в нем невелико, всего около 0,1% от общей массы углеводов. Однако интенсивность его обмена в мозге очень высока. В мозге новорожденных уровень этого полисахарида втрое выше такового у взрослых.

Глюкоза, галактоза, N-ацетилгалактозамин, сиаловые кислоты нужны для синтеза углеводных компонентов ганглиозидов, выполняющих

рецепторные функции.

Галактоза и реже глюкоза являются углеводными компонентами цереброзидов, которые предохраняют нервный импульс от иррадиации в окружающую среду.

При гипоксии снижается скорость аэробного окисления глюкозы и накапливаются лактат и пируват.

Белки и физиологически активные пептиды нервной ткани: классификация и функции.

Для нервной ткани характерно высокое содержание белков. Однако содержание белков в ней меньше, чем в других тканях (в мышечной или в печени). В значительно большем количестве они присутствуют в сером, чем в белом веществе.

Среди белков нервной ткани выделяются простые и сложные белки.

К простым белкам относятся:

•нейроальбумины (простые, растворимые белки. В небольшом количестве встречаются в свободном виде, широко используются для образования сложных белков, соединяясь с углеводами, липидами.

•нейроглобулины (составляют основную массу растворимых белков нервной ткани. Значительная их часть входит в состав сложных белков);

•основные (катионные) белки – гистоны и некоторые негистоновые белки;

•нейросклеропротеины (нерастворимые белки, которые локализуются преимущественно в белом веществе и выполняют опорную функцию. Представлены нейроколлагенами, нейростроминами и нейроэластинами); Особенностью белкового состава нервной ткани является то, что

в ней в значительном количестве присутствуют сложные белки (липопротеины, гликолипиды, фосфопротеины и др.). К наиболее распространенным сложным белкам нервной ткани относятся гликопротеины и протеолипиды.

Функции белков нервной ткани выполняют:

каталитическая (белок 13-4-2, креатинкиназа ВВ);

структурная (опорную) – нейроколлагены;

транспортня – нейрофизины;

регуляторная (гормоны, нейротрофины);

сократительная – нейротубулин, нейростенин;

выступают в роли факторов адгезии нервных клеток (N

обеспечивают генерацию и проведение нервного импульса.

Для нервной ткани характерно присутствие особых тканеспецифических белков, не характерных для других тканей.

Нейроспецифические белки играют важную роль в синаптической передаче, хранении и переработке поступающей в мозг информации, клеточном узнавании, рецепции, катализе и т.д. За счет этого они участвуют в формировании высших функций головного мозга, таких как память и обучение.

В настоящее время известно около 60 представителей нейроспецифических белков, среди которых наиболее изученными являюся:

Белок S-100 представляет собой сравнительно небольшой кислый растворимый белок с молекулярной массой около 20 КDа, состоящий из двух полипептидных цепей. В состав его полипептидной цепи входит большое количество моноаминодикарбоновых кислот (глутамат, аспартат). Белок S- 100 присутствует в белом и сером веществе коры мозга, подкорковых образований и спинном мозге. В большом количестве он содержатся в глиальных клетках (астроцитах и олигодендроцитах).

Молекула этого белка связана с мембранами синаптосом и обладает способностью связывать катионы кальция. При присоединении Са2+ белок изменяет конформацию полипептидной цепи. При этом открываются ионные каналы, через которые осуществляется трансмембранный перенос К+и Na+.

Висследованиях на экспериментальных животных показано, что содержание этого белка возрастает в отдельных подкорковых образованиях в процессе их обучения.

Внастоящее время получены данные о том, что белок S-100 является онкомаркером. Его продукция и, как следствие того, концентрация в крови, значительно возрастают при меланоме.

Внорме белок S100 не присутствует в сыворотке крови.Повышение S- 100 в спинномозговой жидкости и плазме свидетельствует о нарушении гематоэнцефалического барьера и гибели астроцитов.

Белок 14-3-2 имеет сравнительно небольшую молекулярную массу (46

–50 КDа), состоит из 2 полипептидных цепей и находится только в нейронах.

Является растворимым белком, содержащимся в цитоплазме нервных клеток. Встречается преимущественно в сером веществе больших полушарий.

Белок 14-3-2 представляет собой нейроспецифический изофермент енолазы. Этот изофермент состоит из 2 одинаковых субъединиц –γ,γ. В других тканях молекула енолазы отличается по ее субъединичному составу и имеет структуру – α,α и α,γ.

Основный белок миелина (МВР) - щелочной белок, с высоким содержанием (25%) основных аминокислот (арг, лиз, гис).

Функции:

питание аксона

изоляция

ускорение проведения нервного импульса

опорная и барьерная функции

энцефалитогенез

Нейрофизины обеспечивают транспорт и защиту от разрушения ряда биологически активных пептидов в ЦНС, например вазопрессина и окситоцина). Нейрофизины представляют собой семейство белков с небольшой молекулярной массой, полипептидная цепь которых включает в состав до 100 аминокислотных остатков.

Для белков нервной ткани характерен интенсивный метаболизм. Скорость их превращений зависит от функционального состояния нервной

системы. По интенсивности обмена белки нервной ткани значительно превосходят белки других тканей.

Помимо белков в структуре нервной ткани есть многочисленные олигопептиды – нейропептиды. В их состав входит от 2 до 60 аминокислотных остатков. С-концевые остатки нейропептидов часто амидированы.

Пептиды нервной ткани проявляют высокую биологическую активность. Они способны изменять поведенческие реакции, принимать участие в формировании памяти и др. Подобные эффекты нейропептидов связаны с тем, что они выступают в роли нейромедиаторов и гормонов. К нейропептидам относятся сотни различных представителей, которые объединяются в 40 семейств. Среди них либерины и статины гипоталамуса, опиоидные пептиды, меланокортины, вазопрессин, окситоцин, панкреатические пептиды (нейропептид Y) и многие другие.

Эндорфины - группа полипептидов, по структуре сходных с опиатами (морфиноподобными соединениями):

вырабатываются в нейронах головного мозга

обладают способностью уменьшать боль, аналогично опиатам, и влиять на эмоциональное состояние.

Энкефалины- эндогенные антистрессовые биорегуляторы обладают противошоковым эффектом.

Нейропептид Y- регулятор тонуса гладкой мускулатуры (сосудов, бронхов), сексуального поведения, уменьшает аппетит

Дипептиды мозга карнозин и ансерин:

обладают антиоксидантной активностью,

ингибируют NO-зависимую гуанилатциклазу,

замедляют процессы старения человека, влияя на скорость апоптоз