3 ОМ Нервная система. 3 ом, Модуль Нервная система. Вопросы модуля
 Скачать 40.64 Kb.
|
|
3 ОМ, Модуль «Нервная система». Вопросы модуля. Энергетический обмен нервной ткани. Липидный обмен нервной ткани. Синтез миелина. Роль холина. Общее представление о процессе трансметилирования. Особенности обмена метионина. Роль витаминов Вс и В12 в процессе трансметилирования. Белковый обмен нервной ткани. Декарбоксилирование как общий путь катаболизма аминокислот. Роль биогенных аминов. Роль витаминов группы В1 и В6 в процессах образования биогенных аминов. Специфические пути обмена отдельных аминокислот: тирозина, триптофана, глутамата и аспартата. Составление схемы: аминокислота --- нейромедиатор --- роль нейромедиатора. Функционирование головного мозга сопряжено с использованием значительного количества энергии. Наиболее высокую потребность в ней испытывают АТФ-зависимые процессы, связанные с функционированием транспортных АТФаз на нейрональных мембранах. Они используют до 70% всей образующейся в нервных клетках АТФ. Энергетическое обеспечение клеток головного мозга сопряжено с аэробными процессами. Мозг нуждается в поступлении большого количества кислорода. Хотя его масса составляет всего лишь 2% от массы тела, он потребляет около 20% всего поступающего в организм кислорода. Повышение функциональной активности мозга сопровождается увеличением скорости потребления им кислорода. Основным субстратом окисления головного мозга является глюкоза. Мозг потребляет до 60 % всей глюкозы организма. В нервных клетках глюкоза подвергается распаду в процессе аэробного гликолиза с вовлечением пирувата в процесс окислительного декарбоксилирования и с распадом последнего в цикле трикарбоновых кислот. В нейронах содержится крайне незначительное количество гликогена. Поэтому функционирование головного зависит от поступления в него глюкозы из крови. При гипогликемии (голодание, тяжелая физическая работа, нехватка инсулина), содержание АТФ в нервных клетках быстро уменьшается. Следствием того может быть возникновение коматозного состояния (гипогликемическая кома). К аналогичным последствиям приводит нарушение поступления в мозг и кислорода. Кратковременные прекращения поступления кислорода к мозгу приводят к кратковременным нарушениям со стороны его функционирования. Однако при длительной кислородной недостаточности эти изменения становятся необратимыми и приводят к смерти. В качестве еще одного энергетического субстрата в мозге используется глутаминовая кислота. Это связано с тем, что она легко подвергается трансаминированию с образованием α- кетоглутаровой кислоты, которая далее вовлекается в цикл трикарбоновых кислот. При голодании нервные клетки могут использовать кетоновые тела в качестве дополнительного субстрата окисления. Особенно велико значение этого субстрата окисления на ранних этапах онтогенеза. Небольшая часть глюкозы в мозге (до 5%) используется в процессе пентозофосфатного окисления. Скорость этого процесса в нервной ткани сравнительно не высока, по сравнению с таковой в печени и жировой ткани. Однако пентозофосфатный путь распада глюкозы играет в ней важную роль. Он связан с поддержанием в нервных клетках пула восстановленного НАДФ, который необходим для процессов липогенеза. Его скорость в нервной ткани определяется соотношением окисленного и восстановленного НАДФ. Интенсивность пентозофосфатного пути окисления глюкозы более высока в сером, чем в белом веществе мозга. Высокая интенсивность аэробных процессов в мозге обусловливает в нем интенсивный синтез АТФ. Другим макроэргическим фосфатом нервной ткани является креатинфосфат. Его концентрация вдвое выше, чем АТФ. Считается, что креатинфосфат и его метаболит креатин формируют своеобразный энергетический буфер в нервных клетках, который позволяет в некоторых ситуациях стабилизировать уровень АТФ. Это связано с тем, что креатинфосфат может переносить свою макроэргическую фосфатную группу на АДФ в креатинкиназной реакции. При нарушениях в ткани мозга церебральный изофермент креатинфосфокиназа появляется в крови, что является диагностическим признаком. Липидный обмен нервной ткани. Синтез миелина. Роль холина. Характерной особенностью строения нервной ткани является присутствие в ней большого количества липидов. Высокое содержание липидов в нервной ткани определяется выполняемыми ими функциями: • структурной (образуют нейрональные мембраны); • диэлектрической (обеспечивают изоляцию электрических нервных проводников); • регуляторной (предшественники синтеза биологически активных веществ). К наиболее распространенным липидам нервной ткани относятся фосфолипиды, гликолипиды и холестерол. В мозге присутствует значительное количество фосфолипидов, к числу которых относятся глицерофосфатиды (фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин) и сфингофосфатиды (сфингомиелин). На долю фосфолипидов в сером веществе приходится до 70%, а в белом – до 50% от суммарной массы липидов. Все они участвуют в формировании липидного бислоя нейрональных мембран. В нервной ткани практически не встречаются триацилглицеролы и свободные жирные кислоты, а эфиры холестерола содержатся только в участках миелинизации нервных волокон. Из гликолипидов в мозге широко присутствуют цереброзиды, сульфатиды и ганглиозиды. Все они включают в свой состав церамидную часть, которая состоит из сфингозина и связанного с ним остатка высшей жирной кислоты. К другим представителям гликолипидов относятся сульфатиды. Они представляют собой производные цереброзидов, в состав углеводного компонента которых входят остатки серной кислоты. Цереброзиды и сульфатиды локализуются преимущественно в миелиновых оболочках, а ганглиозиды входят в состав нейрональных мембран. Для нервной ткани характерен более широкий спектр жирных кислот, чем для других тканей организма. Их содержание в нервной ткани выше, чем в других тканях. В ней встречается более 50 их представителей, относящихся к насыщенным и ненасыщенным жирным кислотам, в состав которых входит от 12 до 26 углеродных атомов. В молекулу ненасыщенных жирных кислот может входить от 1 до 6 двойных связей. Для нервной ткани характерно сравнительно высокое содержание полиеновых длинноцепочечных жирных кислот (20:4; 22:5; 22:6 и др.). Жирнокислотный состав нейрональных мембран подвержен высокой лабильности. Он изменяется под влиянием различных внешних и внутренних факторов. Это, в свою очередь, предопределяет высокую лабильность нейрональных мембран и их способность к адаптации в меняющихся условиях. В нервной ткани выявляются и некоторые особенности обмена липидов. Для нее характерна высокая скорость биосинтеза высших жирных кислот. Причем в митохондриях клеток головного мозга практически не происходит распада высших жирных кислот в процессе β-окисления. Для нервной ткани характерен процесс α-окисления жирных кислот, с которым связан процесс распада в мозге жирных кислот с разветвленным радикалом. Для мозга характерна высокая скорость синтеза холестерола, особенно в период его формирования. С возрастом она существенно снижается. Структура миелина. Нервные клетки (нейроны) относятся к возбудимым клеткам. Они способны генерировать электрический потенциал на клеточной мембране и передавать его на соседние клетки. Именно с этими процессами связаны высшие функции головного мозга. Нейроны имеют многочисленные отростки. Каждый нейрон коры больших полушарий головного мозга контактирует с 10000 других нейронов. Все они получают электрические импульсы через дендриты и передают их на соседние клетки через аксоны. Длина аксона может достигать 1 метра. Снаружи он часто покрыт Шванновскими клетками, которые формируют на них миелиновую оболочку, многократно «наматываясь» на нервный проводник. Последняя включает в свой состав большое количество липидов, обеспечивающих эффективную электрическую изоляцию нервного проводника и проведение нервного импульса. Миелин представляет собой особую структуру, которая образована плотно упакованными мембранами глиальных (Шванновских) клеток, между которыми практически отсутствует цитоплазма. Учитывая мембранное происхождение миелина становится понятно, что основными его липидными компонентами являются фосфолипиды, гликолипиды и холестерол. Около 75% компонентов миелина представлено липидами и около 25% – белками. Среди белков выделяют специфический для миелина протеолипид Фолча, кислый белок Вальгрема и основной белок. Основной белок появляется в нервной ткани перед началом миелинизации и принимает участие в инициации этого процесса. К белкам миелина относятся и некоторые ферменты – гидролаза эфиров холестерола, карбоангидраза, пептидазы, β-галактозидазы и др. Белки миелина очень медленно обмениваются. Период их полураспада составляет около 14 дней. Процесс образования миелина (миелинизация) происходит в разных участках мозга не в одно и тоже время. С максимальной скоростью он идет до рождения ребенка. Заканчивается миелинизация ко второму году жизни, хотя существуют данные о том, что этот процесс продолжается почти до 20 лет. Нарушение процесса образования миелина приводит к тяжелому поражению ЦНС. Подобное состояние (демиелинизация) возникает при аутоиммунных заболеваниях и генетических дефектах. Одним из факторов, предрасполагающих к демиелинизации, относится дефицит витамина В12. Этот витамин в форме 5'- дезоксиаденозилкобаламина выступает в роли кофермента метилмалонил-КоА и катализирует реакцию превращения метилмалонил-КоА в сукцинил–КоА. Характерным проявлением недостаточности витамина В12 служит появление неврологической симптоматики. Причиной ее возникновения служит нарушение миелинизации нервных волокон. В основе нарушения процесса миелинизации лежит накопление в нервных клетках метилмалонил-КоА. Этот метаболит тормозит синтез высших жирных кислот, необходимых для образования миелиновой оболочки нервных проводников. Роль холина. Холин – витаминоподобное вещество (В4). Из холина образуются фосфатидилхолины (или лецитины) - самые распространенные глицерофосфолипиды, которые образуют миелиновую оболочку нервных окончаний. В организме фосфатидилхолин синтезируется из диглицерина и холина. Еще один путь образования фосфатидилхолина – метилирование фосфатидилэтаноламина с использованием метильных групп S-аденозилметионина. Обмен метионина.Метионин - это незаменимая аминокислота. Главной особенностью обмена метионина является то, что из него образуется активный С1 в виде СН3-группы, которая участвует в различных синтезах. Чтобы стать источником СН3- группы, метионин подвергается активации с участием АТФ. В результате этой реакции от АТФ отщепляются все три остатка фосфорной кислоты, а аденозин присоединяется к атому серы метионина. Так образуется активная форма метионина - S- аденозил-метионин. S-аденозил-метионин участвует в реакциях трансметилирования. Наиболее важный из них - синтез фосфатидилхолина из фосфатидилэтаноламина, обезвреживание биогенных аминов с участием О-метилтрансфераз, синтез адреналина из норадреналина, синтез ацетилхолина из холина и ацетил-КоА, синтез креатина, который в виде креатинфосфата является резервной формой макроэргических связей и участвует в обеспечении нервной ткани и работающей мышцы АТФ. В реакциях трансметилирования, наряду с метилированным соединением, образуется S-аденозилгомоцистеин. Гомоцистеин может вновь превращаться в метионин в реакции трансметилирования с 5 метил-Н4-фолатом. Промежуточным переносчиком метильной группы в этой реакции является метилкобаламин – производное витамина В12. Учитывая возможности превращения метионина, источником его может быть и гомоцистеин. Из гомоцистеина может образовываться и цистеин. Ферменты, катализирующие эти реакции, содержат витамин В6 в виде пиридоксальфосфата. При нарушениях превращения гомоцистеина в метионин в крови и моче накапливается гомоцистин, который образуется из гомоцистеина. Выделение гомоцистина с мочой – симптом недостаточности ферментов, участвующих в метаболизме гомоцистеина, и недостаточности витаминов Вс, В12, В6. Декарбоксилирование аминокислот. В организме человека происходит окислительное декарбоксилирование. Ферменты - декарбоксилазы. Их простетическая группа представлена пиридоксальфосфатом - это активная форма витамина В6. Продукты реакции – биогенные амины и углекислый газ. Биологическое значение реакций декарбоксилирования аминокислот: 1. Реакции необратимы - приводят к необратимому распаду аминокислот. 2. Образуется значительное количество СО2 - конечного продукта метаболизма, который выводится из организма. 3. Образуются амины, которые обладают высокой биологической активностью. Поэтому такие амины называют биогенными аминами. Они являются медиаторами, с помощью которых сигнал передается от одной клетки к другой и от одной молекулы к другой. Субстратная специфичность декарбоксилаз разнообразна. 1. Глутаматдекарбоксилаза - высокоспецифичный фермент. Работает в клетках серого вещества головного мозга. Катализирует реакцию превращения глутаминовой кислоты в гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК). ГАМК является медиатором тормозных импульсов в нервной системе. ГАМК и ее аналоги применяются в медицине как нейротропные средства для лечения эпилепсии и других заболеваний. 2. Орнитиндекарбоксилаза - высокоспецифичный фермент. Катализирует превращение орнитина в путресцин. Образующийся путресцин (диаминобутан) является трупным ядом. В результате присоединения остатков пропиламина из путресцина могут образоваться спермин и спермидин. Спермин и спермидин относятся к группе биогенных полиаминов. Полиамины принимают участие в процессах пролиферации клеток и роста тканей, а также в регуляции биосинтеза белка. Они являются ингибиторами некоторых ферментов, в том числе протеинкиназ. Введение полиаминов в организм снижает температуру тела и кровяное давление. При раковых заболеваниях обнаружено резкое увеличение секреции полиаминов и повышение их экскреции с мочой. 3. Гистидиндекарбоксилаза - фермент абсолютной субстратной специфичности. Превращает гистидин в гистамин. Гистамин является медиатором и содержится в нервных клетках и в тучных клетках. Гистамин хранится в секреторных гранулах и секретируется в кровь при повреждении ткани (удар, ожог и т.д.). Особенно много его выделяется в очаге воспаления. Гистамин играет важную роль в проявлении аллергических реакций. Эффекты гистамина: - расширение капилляров и повышение сосудистой проницаемости; - понижение артериального давления; - повышение тонуса (спазм) гладких мышц - в том числе гладкой мускулатуры бронхов; - усиление секреции желудочного сока. Антигистаминные препараты применяются с целью предотвратить образование гистамина и обладают противовоспалительным и антиаллергическим действием. По механизму действия некоторые из них являются ингибиторами гистидиндекарбоксилазы, а другие конкурируют с гистамином за взаимодействие с рецепторами клеток. 4. Сериндекарбоксилаза. Катализирует первую реакцию синтеза ацетилхолина из серина. Ацетилхолин – возбуждающий медиатор вегетативной нервной системы. 5. Декарбоксилаза ароматических аминокислот. Имеет широкую субстратную специфичность. Превращает несколько разных аминокислот: а) триптофан - в триптамин; б) 5-окситриптофан - в триптамин (серотонин); в) 3,4-диоксифенилаланин - в дофамин. Серотонин вырабатывается в нервной ткани. Некоторые виды головных болей (мигрени) связаны с избыточной выработкой серотонина. Серотонин сужает сосуды, регулирует свертывание крови. Обладает антиаллергическим действием. Триптамин обладает сходным эффектом. Аминокислота фенилаланин может в результате окисления присоединять две ОН-группы в кольце и превращаться в диоксифенилаланин (ДОФА). Из него под действием декарбоксилазы ароматических аминокислот образуется дофамин. Дофамин является предшественником катехоламинов - норадреналина и адреналина. Инактивация биогенных аминов. В организме имеются механизмы, позволяющие разрушать биогенные амины. 1. Метилирование по оксигруппам тех аминов, которые такие группы содержат, либо включают оксигруппы в свою молекулу после гидроксилирования. Источник метильного радикала: S-аденозилметионин. Реакцию катализируют ферменты - О-метилтрансферазы. Они переносят метильную группу на кислород. После присоединения аденильного остатка АДФ к сере метионина, метильная группа метионина становится очень мобильной и легко переносится на разные вещества, в том числе и на кислород оксигрупп. 2. Окисление амина по аминогруппе с целью дезаминирования. Главный путь инактивации биогенных аминов - их окисление под действием оксидаз с отщеплением аминогруппы. В результате исчезает биологическая активность амина. Механизм передачи нервного импульса между окончаниями нервных клеток. Перенос электрического импульса между нервными клетками происходит через нервные окончания – синапсы. В структуру синапса входят пре- и постсинаптические мембраны, а между ними находится синаптическая щель. В пресинаптическом нервном окончании содержатся специальные мембранные пузырьки, содержащие нейромедиатор. Нейромедиаторы представляют собой вещества, которые обеспечивают передачу нервного импульса через синапс. Все они подразделяются на: •возбуждающие медиаторы (адреналин, норадреналин, ацетилхолин и др.); •тормозные медиаторы (глицин, ГАМК и др.). Нейромедиаторы могут быть представлены: •аминокислотами (глутамат, глицин, ГАМК и др.); •биогенными аминами (катехоламины, серотонин); •пептидами (энкефалины). Самостоятельная работа. Составление схемы: аминокислота (тирозин, триптофан, глутамат, аспартат) --- нейромедиатор --- роль нейромедиатора. |