Биохимия. Биохимия нервной ткани

• Название: Биохимия нервной ткани
• Анкор: Биохимия
• Дата: 16.05.2023
• Размер: 3.85 Mb.
• Имя файла: Lektsia_20_Biokhimia_nervnoy_tkani_31_05_01_Lechebnoe_delo.pptx
• Тип: Лекция; #1135324

Лекция 20: Биохимия нервной ткани, особенности химического состава энергетический обмен. Биохимия возникновения и проведения нервного импульса. Медиаторы.

Дисциплина: Биохимия

для специальности 31.05.01 Лечебное дело ИФОИТМ ТГМУ

доц. О. А. Артюкова

Основные вопросы лекции:

• Биохимия нервной ткани.
• Химический состав нервной ткани (белки, углеводы, липиды).
• Энергетический обмен в нервной ткани.
• Биохимия возникновения и проведение нервного импульса.
• Медиаторы: ацетилхолин, катехоламины, серотонин, гамма-аминомасляная кислота, глутаминовая кислота, глицин эндорфины, энкефалины.
• Нарушение обмена нейромедиаторов при психических заболеваниях.
• Состав спинномозговой жидкости (ликвора).

По соcтаву и процессам метаболизма нервная ткань значительно отличается от других тканей.

Нервная система появилась на более позднем этапе эволюции живых организмов

для регуляции метаболизма у многоклеточных организмов; для обеспечения связи с

окружающей средой; для осуществления адаптации организма к изменениям условий

внутренней и внешней среды.

Нервная система формирует:

1) генерацию нервного импульса (сигнала),

2) проведение нервного импульса,

3) запоминание и хранение информации,

4) формирование эмоций и поведения,

5) мышление.

Нейрон - структурно-функциональная единица нервной ткани.

Нейрон — электрически возбудимая клетка, которая обрабатывает, хранит и передает информацию с помощью электрических и химических сигналов.

В головном мозге насчитывается

около 90—95 миллиардов нейронов. Нейроны соединяясь, формируют биологические нейронные сети.

Нейрон имеет сложное строение: содержит ядро, тело клетки и отростки (дендриты и аксоны).

Отростки образованы мембраной и наполнены цитоплазмой, в составе которой присутствуют белки и ферменты, синтезирующие нейромедиаторы в концевых пластинках аксона (синапсах).

Нейроглия.

Нейроглия — совокупность вспомогательных клеток нервной ткани, составляющих 40 % объёма ЦНС. Клетки, своими телами и отростками заполняющие пространства между нейронами 

и мозговыми капиллярами. Количество глиальных клеток в 10-50 раз больше, чем нейронов.

Каждый нейрон окружен несколькими клетками нейроглии, которые равномерно распределены

по всему мозгу. Клетки нейроглии мельче нейронов в 3—4 раза и отличаются от них по морфологическим и биохимическим признакам (характерен анаэробный гликолиз, повышена

активность ферменты АОЗ).

Функция нейроглии:

- создание гемато-энцефалического барьера (ГЭБ),

необходимого для защиты нейронов;

- регуляция поступления веществ в ЦНС и их выведения в кровь;

- обеспечении нейронов энергией (лактат → ПВК);

- борьба с радикалами (активными формами кислорода).

Миелиновая оболочка — электроизолирующая оболочка, многократно оборачивает аксон подобно изоляционной ленте.

Миелиновая оболочка представляет собой, по сути,

множество слоёв клеточной мембраны:

• белки составляют 25—30% сухого вещества;
• на долю липидов приходится 70—75% от массы.

Большую часть липидов составляют: фосфолипиды

(сфингомиелин) - 43%, холестерол, галактолипиды.

Гемато-энцефалический барьер (ГЭБ) определяет специфику и особенности метаболизма нервной ткани.

ГЭБ имеет избирательную проницаемость для различных

метаболитов, а также способствует накоплению некоторых

веществ в нервной ткани (на долю ГЛУ и АСП приходится

70-75 % от всех аминокислот).

Через ГЭБ проходят:

глутамин, глюкоза, кетоновые тела, ДОФА.

Через ГЭБ не проходят:

жирные кислоты, глутаминовая кислота, дофамин.

Таким образом, внутренняя среда нервной ткани намного

отличается по химическому составу от других тканей.

Химический состав тканей ЦНС.

Головной мозг

Серое вещество

(тела нейронов)

Вода – 84%

Сухое вещество - 16%

(белки 8%, липиды 5%

минеральные вещества 1%)

Белое вещество

(аксоны)

Вода – 70%

Сухое вещество - 30%

(белки 9%, липиды 17%,

минеральные вещества 2%)

В нервной ткани по сравнению с другими тканями организма содержание липидов очень высокое.

Функции липидов в нервной ткани:

- структурная (входят в состав мембран нейронов);

- диэлектрики (миелиновая оболочка);

- защитная (ганглиозиды - активные антиоксиданты, ингибиторы ПОЛ);

- регуляторная (фосфатидилинозиты - предшественниками БАВ).

Большая часть липидов нервной ткани находится в составе плазматических мембран нейронов

и в миелиновых оболочках. Липиды постоянно обновляются, но скорость их обновления низкая.

В нервной ткани присутствуют: фосфолипиды (ФЛ), холестерин (ХС), сфингомиелин, цереброзиды и ганглиозиды.

Эфиры холестерина можно встретить только в участках активной миелинизации.

ХС синтезируется интенсивно только в развивающемся мозге (в ЦНС низкая активность ГМГ–КоА-редуктазы - ключевого фермента синтеза ХС). Содержание свободных жирных кислот также очень низкое (не проходят ГЭБ). ТАГ отсутствуют.

В нервной ткани нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение и передачу генетической информации и ее реализацию при синтезе клеточных белков.

Нервные клетки практически не делятся, синтез ДНК не происходит.

Содержание РНК в них самое высокое по сравнению с клетками остальных тканей организма (характерен синтез РНК и белков).

В клетках нервной ткани не могут синтезироваться пиримидины, оступают из крови (ГЭБ для них проницаем).

Сильные раздражители (громкие звуки, зрительные стимулы и эмоции) приводят к повышению скорости синтеза РНК и белков в определенных участках мозга.

Это указывает на то, что изменения в ЦНС кодируются в виде синтезированных макромолекул.

Энергетический обмен нервной ткани.

Для мозга характерна высокая интенсивность энергетического обмена с преобладанием аэробных процессов. При массе 1400г (2% массы тела), мозг получает около 20% объема крови и 30% О2. Головной мозг не располагает запасами О2. Резервный О2 мозга расходуется в течение 10-12 сек, что объясняет высокую чувствительность ЦНС к гипоксии. Постоянный и непрерывный приток глюкозы и О2 – необходимое условие энергетического обеспечения нервных клеток!

Энергия макроэргических связей АТФ необходима для

- создание мембранного потенциала, который используется для проведения нервных импульсов и активного транспорта;

- работы цитоскелета, обеспечивающего аксональный транспорт, выделение нейромедиаторов, пространственную ориентацию структурных единиц нейрона;

- синтеза веществ (нейромедиаторов, РНК, белков, липидов);

- обезвреживания аммиака.

Энергетические субстраты нервной ткани.

1. Основным энергетическим субстратом в нервной ткани является глюкоза,

аэробное окисление которой обеспечивает 85-90% потребляемой энергии.

2. Содержание гликогена в нервной ткани ничтожно (0,1% от массы).

3. Проникновение глюкозы из крови в ткань мозга осуществляется по градиенту

концентрации (3,5-5,5 ммоль/л) и не зависит от инсулина.

4. В качестве дополнительных субстратов нейроны и глиальные клетки могут

использовать аминокислоты (ГЛУ и АСП) и пируват.

5. В экстремальных состояниях (голодание) нервная ткань переключается

на окисление кетоновых тел (обеспечивают до 50% всей энергии).

6. Окисления других субстратов для получения энергии в нервной ткани не происходит!

7. Анаэробный гликолиз в нервной ткани возможен, но мало эффективен!

При гипогликемии (менее 2,77 ммоль/л)

в нервной ткани образуется мало АТФ.

Следствием этого является быстрое

наступление необратимых изменений

в тканях мозга (гипогликемическая кома).

Особенности обмена углеводов в нервной ткани.

Для эффективного обеспечения метаболизма глюкозы в мозге необходим витамин В1.

Витамин В1 (тиамин) играет важную роль в процессах метаболизма нервной ткани. ТДФ (активная форма В1) является коферментом основных метаболических путей обмена глюкозы:

- пируватдекарбоксилазного комплекса, 

- α-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса (цикл Кребса),

- транскетолазы (неокислительная стадия пентозофосфатного цикла).

Бери-бери — заболевание, возникающее вследствие недостатка в пище витамина В1 (тиамина). Характеризуется распространенным поражением периферических нервов (полиневрит, характеризуется дегенеративными изменениями в периферической нервной системе, распадом аксонов нервных волокон и их миелиновых оболочек.

Тиамин способствует улучшению работы мозга, памяти, внимания,

мышления, нормализует настроение, повышает способность к обучению. 

В1 - витамин оптимизма и бодрости духа!

Роль креатинфосфата в энергообеспечении ЦНС.

Функционирование нервной ткани сопровождается резкими перепадами в потреблении энергии. Резкое повышение энергозатрат происходит при быстром переходе от сна к бодрствованию. Креатин-фосфатная система в ЦНС отличается быстрым ресинтезом АТФ из АДФ (эффективна только в течение очень короткого времени!)

Реакция обратима и катализируется креатинфосфокиназой (КФК-ВВ).

Метаболизм белков и аминокислот в нервной ткани.

Белки в ЦНС находятся в состоянии активного обновления.

Синтез белков снижается при гипогликемии и гипоксии.

Функции белков нервной ткани

Структурно-опорная

Нейроальбумины,

нейроглобулины, нейросклеропротеины, нуклеопротеины, липопротеины

Обеспечение метаболизма

Ферменты: ЛДГ, АСТ,

альдолаза, КФК-ВВ

Нейроспецифические

Белок S-100 и др.

Нейроспецифические белки участвуют в осуществлении всех функций нервной системы.

Белок S-100 - Са-связывающий белок. Содержит много ГЛУ и АСП,

85-90% белка сосредоточено в нейроглии, 10-15% - в нейронах.

Белок S-100 участвует в развитии нервной системы и ее пластичности,

осуществляет сопряжение синаптических и метаболических процессов.

Концентрация белка S-100 в ЦНС возрастает при обучении!

Патологическое повышение концентрации белка S-100 в крови обусловлено

массивной гибелью клеток нервной ткани и выходу из них белка S-100

в кровоток (диагностика заболеваний ЦНС, таких как инсульт и др.).

Некоторые препараты модифицируют функциональную активность белка S-100.

Белок 14-3-2 -кислый белок, который преимущественно локализован в

нейронах ЦНС.

Белок Р-400 находится в мозжечке, возможно отвечает за двигательный

контроль.

Содержание аминокислот в нервной ткани в 8 раз выше, чем в крови.

Функции аминокислот в нервной ткани:

• Источник «сырья» для синтеза белков, пептидов, липидов, нейромедиаторов и др. В сером веществе преобладает синтез БАВ, в белом – белков миелиновой оболочки.
• Нейротрансмиттеры /нейромедиаторы. Аминокислоты и их производные участвуют в синаптической передаче.
• Источник энергии (глутамат, лейцин, изолейцин, валин превращаются в кислоты цикла Кребса).
• Обезвреживание аммиака. При возбуждение нервной системы возрастает образование NH4+, который связывается с ГЛУ с образованием ГЛУ(н). Реакцию с затратой АТФ катализирует глутаминсинтетаза.

Непонятно наличие в клетках мозга набора ферментов орнитинового цикла, но без карбамоилфосфатсинтазы, из-за чего мочевина не образуется.

Метаболизм глутаминовой кислоты (ГЛУ) занимает центральное место в обмене аминокислот в мозге (50% общего аминоазота мозга).

Глутаминовая кислота не проходит через ГЭБ, она образуется

в нервной ткани из глюкозы (10% глюкозы, поглощаемой мозгом). 

Участие глутаминовой кислоты (ГЛУ) в метаболизме нервной ткани:

1. Обезвреживание аммиака.

2. Энергетическая (ГЛУ превращается в α-кетоглутарат)

3. Участвует в реакциях дезаминирования других аминокислот.

4. ГЛУ - донор NH2-группы в биосинтезе заменимых аминокислот.

5. Синтез глутатиона (антиоксидант).

6. Образование γ-аминомасляной кислоты (ГАМК). 

7. Нейромедиатор (возбуждающий).

Завершающий слайд