Biohemija nervnog tkiva. Biohemija nervnog tkiva Struktura i funkcije nervnog tkiva. Karakteristike njegovog sastava i metabolizma

Nervno tkivo se po svom sastavu i metaboličkim procesima značajno razlikuje od ostalih tkiva.

NEURON

Neuron- Ovo funkcionalna jedinica nervni sistem, jeste tijelo (som) , brojni razgranati kratki procesi - dendriti i jedna duga klica - akson , koji u dužinu može doseći nekoliko desetina centimetara. Aksoni i dendriti završavaju sinaptičke formacije . Dendriti provode nervni impuls prema tijelu ćelije, a akson ga odvodi od some. Dakle, dendriti i aksoni su odgovorni za prijem, odnosno prijenos signala. Tijelo neurona je trofički centar, čije kršenje integriteta dovodi ćeliju do smrti.

Tijelo neurona je okruženo plazma membranom plazmalema . Plazmalema ima strukturnu funkciju, služi kao barijera za održavanje intracelularnog sastava (stanične organele, vezikule neurotransmitera, metaboliti), igra aktivnu (jonske pumpe, enzimi) i pasivnu (jonski kanali, oslobađanje neurotransmitera) ulogu u stvaranju membranski potencijal, transport tvari kroz membranu i prijenos nervnog impulsa.

Unutar neurona je ispunjen neuroplazma (citoplazma). Volumen neuroplazme aksona i dendrita može biti nekoliko puta veći od volumena neuroplazme u tijelu neurona. Neuroplazma sadrži sve glavne organele ćelije.

HEMIJSKI SASTAV NERVNOG TKIVA

Zbog razlike u strukturi, siva i bijela tvar nervnog tkiva razlikuju se po hemijskom sastavu.

Siva tvar sadrži više vode od bijele tvari.

U sivoj tvari proteini čine polovinu gustih tvari, au bijeloj - jednu trećinu.

U bijeloj tvari lipidi čine više od polovine suhog ostatka, au sivoj tvari samo oko 30%.

Hemijski sastav sive i bijele tvari ljudskog mozga

Proteini nervnog tkiva

U mozgu, proteini čine 40% suhe mase. Trenutno je izolovano više od 100 proteinskih frakcija nervnog tkiva (hromatografijom, elektroforezom i ekstrakcijom puferskim rastvorima).

Nervno tkivo sadrži jednostavne i složene proteine.

Jednostavni proteini

Neuroalbumini - glavni rastvorljivi proteini (89-90%) nervnog tkiva, proteinska su komponenta fosfoproteina, retki su u slobodnom stanju. Lako se vezuje za lipide nukleinske kiseline, ugljikohidrate i druge neproteinske komponente.

neuroglobulini, sadržane u maloj količini (prosječno 5%).

Kationski proteini- bazični proteini (pH 10,5 - 12,0), na primjer, histoni. Tokom elektroforeze, oni se kreću prema katodi.

Neuroskleroproteini (potporni proteini). Na primjer, neurokolageni, neuroelastini, neurostromini itd. Oni čine 8-10% svih jednostavnih proteina nervnog tkiva, lokalizovani su uglavnom u bijeloj tvari mozga i PNS-u, te obavljaju strukturnu i potpornu funkciju.

Kompleksni proteini

Kompleksne proteine ​​nervnog tkiva predstavljaju: nukleoproteini, lipoproteini, proteolipidi, fosfoproteini, glikoproteini itd. .

glikoproteini - sadrže oligosaharidne lance koji daju specifične razlike ćelijske membrane. Neurospecifični glikoproteini su uključeni u formiranje mijelina, u procesima ćelijskih

adhezija, neurorecepcija i međusobno prepoznavanje neurona u ontogeniji i regeneraciji.

Proteolipidi - u najvećim količinama nalaze se u mijelinu iu malim količinama - u sinaptičkim membranama i sinaptičkim vezikulama.

neurospecifične proteine

Citoplazma neurona sadrži kalcineurin, protein 14-3-2, protein S-100, protein P-400.

Protein S-100(ili kiseli protein), sadrži mnogo glutaminske i asparaginske kiseline, homologan je mišićnom troponinu C, nalazi se u citoplazmi ili je povezan sa membranama. Sa 85-90% koncentriran je u neuroglijama, a 10-15% u neuronima. Učestvuje u razvoju nervnog sistema i njegove plastičnosti. Koncentracija S-100 se povećava kada se životinje treniraju.

Proteini 14-3-2 - kiseli protein koji je pretežno lokalizovan u CNS neuronima.

Protein R-400 nalazi se u malom mozgu miševa, gdje može biti odgovoran za kontrolu motora.

Kontraktilni proteini neurona su neurotubulin, neurostenin, proteini slični aktinu (kinezin, itd.). Omogućuju orijentaciju i pokretljivost citoskeleta (mikrotubule i nerofilamenti), aktivan transport supstanci u neuronu i učestvuju u radu sinapsi.

Neuroni sadrže proteine ​​koji izvršavaju humoralna regulacija. Ovo su neke hipotalamski glikoproteini, neurofizini i sličnih proteina.

Na membrani neurona su neurospecifični površinski antigeni (NS 1, NS 2, L 1) sa nepoznatom funkcijom i faktori stanične adhezije (N-CAM), važan za razvoj nervnog sistema.

Neurospecifični proteini su uključeni u realizaciju svih funkcija nervnog sistema - generisanje i provođenje nervnog impulsa, procese obrade i skladištenja informacija, sinaptički prenos, ćelijsko prepoznavanje, prijem itd.

Nervni sistem uključuje mozak i kičmenu moždinu i periferne živce. Hemijski sastav nervnog tkiva je veoma složen. Sastoji se od raznih supstanci ugrađen u druga tkiva u tijelu i neke supstance nalazi se gotovo isključivo u nervnom tkivu. Razni dijelovi nervnog sistema koji obavljaju različite funkcije, kao što su siva i bijela tvar moždanih hemisfera, mali mozak, medula, kičmena moždina, periferni nervi, imaju nejednak sastav. To nam omogućava da zaključimo da je razlika u funkciji nervnog sistema povezana sa određenom razlikom u hemijskom sastavu njegovih odjela.

Hemija mozga se mijenja s godinama. U moždanom tkivu novorođenčeta cerebrozidi su gotovo potpuno odsutni. Povećanje njihovog broja ide paralelno sa formiranjem mijelinskih ovojnica. Sa starenjem se povećava suha tvar, a smanjuje se količina fosfornih spojeva.

Sadržaj fosfornih spojeva u mozgu životinja različitog spola također nije isti. Dakle, kod žena je količina fosfolipida i ukupnog fosfora veća nego kod muškaraca.

Različiti dijelovi nervnog sistema su različiti kao prvo prema njihovom sadržaju vode . najbogatiji vodom cerebralni korteks mozak, koji obavlja važnu i složenu funkciju, manje - bijele tvari mozak, onda kičmena moždina i na kraju , nervna vlakna.

Isto se primjećuje u sadržaju vjeverica u različitim dijelovima nervnog sistema, i broj lipida preokreće. Sljedeće su opšti pokazatelji hemijski sastav različitih delova nervnog sistema:

Odjeli nervnog sistema Voda Proteini Lipidi

Siva tvar mozga 82,7 51,0 25,0

Bijela tvar mozga 74,0 33,0 40,0

Kičmena moždina 72,8 31,0 . 43.0

Periferni nervi 60,0 28,5 50,0

Proteini nervnog tkiva Veoma raznoliko. Među njima su pronađeni proteini koji su po svojim svojstvima bliski albumini i globulini, proteini kao što su keratini i elastin, nukleoproteini i lipoproteini. IN siva tvar mozak sadrži proteine neuroglobulini i neurostromin, koji uključuju do 0,5% fosfora. Neuroglobulin je deoksiribonukleoprotein, a neurostromin je ribonukleoprotein. Oko 20-45% svih organska materija jezgra sive i bijele tvari čine nukleinske kiseline. Gde 20-30% jezgra nukleinskih kiselina nervne celije Mozak se sastoji od RNK, čija je količina u drugim ćelijama tijela mnogo manja.

Takođe se nalazi u proteinima mozga neurokeratin, koji u pogledu rastvorljivosti i otpornosti na delovanje proteolitičkih enzima slično keratinu u drugim tkivima. On razlikuje se od keratina kože i vuna po svojoj hemijskoj strukturi (neurokeratin je lipoprotein, rastvorljiv u hloroformu) i sastav aminokiselina (na primjer, sadrži 2 puta manje arginina od keratina). Neurokeratin koncentriran uglavnom u bijeloj tvari mozga i nervnim vlaknima (aksonima). Neurokeratic, zajedno sa fosfolipidima, čini ovojnicu nervnog vlakna,

Kolagen i elastin su također pronađeni među moždanim proteinima.

Proteini nervnog tkiva često formiraju kompleksne komplekse sa lipidima - lipoproteina i proteolipida.

Veliko mjesto među proteinima nervnog sistema zauzimaju proteini-enzimi svih vrsta metabolizma. Enzimi koji kataliziraju transformaciju proteina, ugljikohidrata i lipida pronađeni su u mozgu i perifernim živcima. Konkretno, u nervnom tkivu nalaze se: amilaza, maltaza, fosforilaza, kisele i alkalne fosfataze, fosfotidaze, RNKaze i DNKaze, proteaze, holinesteraze, karbanhidraza, katalaza, citokromski sistem, dehidrogenaze, enzimi deoksidativne glikolize i oksidaze kiseline. i dekarboksilaze aminokiselina, transportne ATPaze itd. Shodno tome, nervni sistem obezbeđuje veliki skup enzima za sve aspekte svojih metaboličkih procesa.

Ugljikohidrati. IN nervno tkivo sadrži glikogen (100-150 mg%), glukoza 150 mg% i pentoze. Mozak sadrži heteropolisaharidi, uglavnom gangliozidi - glikolipidi, koji se sastoje od ostataka glukoze, galaktoze, sfingozina, viših masnih kiselina i neuraminske kiseline. Kao rezultat proučavanja biohemijskih mehanizama sinaptičkog prenosa nervnog impulsa, utvrđena je značajna uloga gangliozida i enzima neuraminidaze (razgrađuje neuraminsku kiselinu) u sinaptičkim membranama. Vjeruje se da je neuraminidaza membranski enzim i gangliozidi, koji sadrže neuraminsku kiselinu, služe kao jedna od komponenti aktivnog transporta jona.

Lipidi. U nervnom tkivu pronađeni su fosfolipidi, holesterol i holesteroli, cerebrozidi i mala količina glicerida.

Kvantitativne karakteristike i sastav različitih lipida mogu se vidjeti na primjeru mozga velikog goveda:

Masna kiselina lipida u mozgu ima više visok stepen nezasićenosti, nego lipidi u drugim tkivima. Među nezasićenim masnim kiselinama nervnog tkiva postoje one koje imaju 4 (arahidonska kiselina) i čak 5 (klupanodonska kiselina) dvostruke veze. Većina masnih kiselina je dio fosfolipida, sledeći po broju masnih kiselina su cerebrozidi, sfingomijelini i na kraju neutralne masti. Compound lipidne supstance mozak se razlikuje od svog sastava u drugim organima i tkivima, a prije svega po tome što nervno tkivo sadrži dosta fosfolipida i holesterol.

Nervno tkivo je najbogatije cefalinom, sfingomijelinom (plazmalogeni), koji čine 1/3 svih fosfolipida u bijeloj tvari mozga i oko 1/5 u sivoj tvari.

Najviše holesterola V nervni sistem je u slobodnom stanju, a ne u obliku holesterola. Dio holesterola u mozgu je vezan za proteine. Sadržaj holesterola u nervnom sistemu raste sa godinama.

Sivu tvar moždanih hemisfera karakterizira visoka koncentracija gangliozida.

Minerali nervnog tkiva su približno ravnomerno raspoređeni u različitim delovima nervnog sistema. u glavi i kičmena moždina pronađeni K, Na, Ca, Mg, Cu, Fe, Al, Zn, Mn, Co, P, Cl, I, S. Neki joni, posebno joni kalijuma igraju važnu ulogu u nervna aktivnost , posebno u provođenju impulsa duž nervnog vlakna. Većina gona je vezana za proteine ​​i lipide.

ekstraktivne supstance. U nervnom tkivu pronađene su azotne i niskomolekularne supstance bez azota koje se nalaze u drugim organima i tkivima (jetra, mišići). Od azotni pronađene ekstraktivne supstance: kreatin, fosfokreatin, ATP i ADP, slobodne aminokiseline, holin, acetilholin, serotonin, γ -aminobutirna kiselina, mokraćne kiseline, glutamin i asparagin, histamin, itd. K bez azota ekstraktivne supstance uključuju glukozu, inozitol, laktat, piruvat, triozu i heksozu fosfate.

nervnog tkiva

Glatko mišićno tkivo neuronskog porijekla.

Glatko mišićno tkivo epidermalnog porijekla

Mioepitelne ćelije se razvijaju iz epidermalnog pupoljka. Nalaze se u znojnim, mliječnim, pljuvačnim i suznim žlijezdama i dijele zajedničke prekursore sa sekretornim stanicama žlijezda. Mioepitelne ćelije su direktno uz mioepitelne ćelije i imaju zajedničku bazalnu membranu. Tokom regeneracije, te i druge ćelije se obnavljaju iz uobičajenih nediferenciranih prekursora. Većina mioepitelnih ćelija je zvezdastog oblika. Ove ćelije se često nazivaju košastim ćelijama: njihovi procesi pokrivaju terminalne dijelove i male kanale žlijezda. Tijelo ćelije sadrži jezgro i organele. opšte značenje, u procesima - kontraktilni aparat, organiziran, kao u ćelijama mišićnog tkiva mezenhimskog tipa.

Miociti ovog tkiva razvijaju se iz ćelija nervnog primordija u sastavu unutrašnji zidčašica za oči. Tijela ovih ćelija nalaze se u epitelu stražnje površine šarenice. Svaki od njih ima proces koji ide u debljinu šarenice i leži paralelno s njenom površinom. Proces sadrži kontraktilni aparat, organizovan na isti način kao i kod svih glatkih miocita. Ovisno o smjeru procesa (okomito ili paralelno s rubom zjenice), miociti formiraju dva mišića - sužavajući i šireći zjenicu.

Nervno tkivo je sistem međusobno povezanih nervnih ćelija i neuroglije koji obezbeđuju specifične funkcije percepcije, ekscitacije, generisanja i prenošenja impulsa. Osnova je strukture organa nervnog sistema koji obezbeđuju regulaciju svih tkiva i organa, njihovu integraciju u organizam i komunikaciju sa okolinom.

Postoje dvije vrste ćelija u nervnom tkivu - nervne i glijalne. Nervne ćelije (neuroni, ili neurociti) - glavni strukturne komponente nervnog tkiva sa specifičnom funkcijom. Neuroglia osigurava postojanje i funkcioniranje živca do izvora, obavljajući potporne, trofičke, granične, sekretorne i zaštitne funkcije.

Neuroni ili neurociti su specijalizovane ćelije nervnog sistema odgovorne za primanje, obradu i prenošenje signala drugim neuronima, mišićnim ili sekretornim ćelijama. Neuron je morfološki i funkcionalno nezavisna jedinica, ali uz pomoć svojih procesa ostvaruje sinaptički kontakt sa drugim neuronima, formirajući refleksne lukove - karike u lancu od kojeg je izgrađen nervni sistem. Ovisno o funkciji u refleksni luk Postoje tri vrste neurona:

aferentni;

asocijativni;

efferent.

Aferentni (ili receptorski, osjetljivi) neuroni percipiraju impuls, eferentni (ili motorni) ga prenose do tkiva radnih organa, podstičući ih na djelovanje, a asocijativno (ili interkalarne) komuniciraju između neurona.

Velika većina neurona (99,9%) je asocijativna.

Neuroni dolaze u raznim oblicima i veličinama. Na primjer, promjer ćelijskih tijela-granula korteksa malog mozga je 4-6 mikrona, a divovski piramidalni neuroni motoričke zone korteksa mozga - 130-150 mikrona. Neuroni se sastoje od tijela (ili perikariona) i procesa: jednog aksona i različitog broja razgranatih dendrita. Tri vrste neurona razlikuju se po broju procesa:

unipolarni;

bipolarni;

multipolarni.

Dendriti su istinske izbočine tijela ćelije. Sadrže iste organele kao i tijelo ćelije: nakupine hromatofilne supstance (tj. granularni endoplazmatski retikulum i polizomi), mitohondrije, veliki broj neurotubula (ili mikrotubula) neurofilamenata. Zbog dendrita, površina receptora neurona se povećava 1000 ili više puta.

akson - to je proces kojim se impuls prenosi iz tijela ćelije. Sadrži mitohondrije, neurotubule i neurofilamente, kao i glatki endoplazmatski retikulum.

Nervno tkivo se sastoji od mnogih vrsta ćelija sa različitim specifičnim funkcijama. To unosi određene poteškoće u upoznavanju osnova molekularnih procesa koji se odvijaju u nervnom tkivu. Može se izdvojiti nekoliko glavnih zadataka čije rješenje leži u oblasti biohemije nervnog tkiva: a) proučavanje molekularne osnove za provođenje ekscitacije duž aksona; b) proučavanje molekularne osnove sinaptičke transmisije; c) proučavanje posebnosti metabolizma proteina, lipida, ugljikohidrata, koji osiguravaju ispunjenje glavnih funkcija nervnog tkiva; d) proučavanje molekularne osnove obrade i skladištenja informacija; e) proučavanje molekularne osnove interakcije između ćelija nervnog tkiva i drugih tkiva tela;

Hemijski sastav nervnog tkiva

. Njegova glavna komponenta je voda, au sivoj tvari je više nego u bijeloj. Suvi ostatak predstavljaju proteini, lipidi i minerali. Među njima je posebno mnogo lipida u bijeloj tvari mozga - 17%. Udio proteina u sivoj i bijeloj tvari mozga je približno isti, iznosi 8, odnosno 9%.

mijelinska ovojnica- derivat plazma membrane glijalnih ćelija (oligodendroglija). Na osnovu suhe težine, sadržaj lipida u mijelinu je 70-80%, proteina - 20-30%. Voda čini 40% mase svježeg tkiva. Odnosno, u poređenju sa drugim plazma membrane u mijelinu sadržaj lipida je ~ 2 puta veći.

Mijelinski specifični lipidi, kao takvi, ne postoje. Ali mijelin se značajno razlikuje od drugih membrana u smislu kvantitativnog sadržaja lipida. Treba napomenuti visok sadržaj cerebrozida i smanjenu količinu gangliozida i fosfolipida. Mijelinska membrana tipično sadrži značajnu količinu cerebrozida, a povećanje njihovog broja tokom embrionalnog razvoja korelira s procesom mijelinizacije. Suprotno tome, sadržaj cerebrozida se pokazuje znatno manjim ako se u procesu mijelinizacije patoloških poremećaja mijelin perifernih nerava ima sličnu strukturu, ali sadrži manje lecitina i više sfingomijelina. Poluživot lipida kreće se od 5 sedmica (fosfatidilinozitol) do 2-4 mjeseca (fosfatidilholin, fosfatidilserin) ili do godinu dana (fosfatidiletanolamin, holesterol, cerebrozidi, sulfati, sfingomijelin).

Posljedica visokog sadržaja lipida je mali postotak proteina. Poluživot proteina mijelina je oko 1 mjesec.

Osobine metabolizma nervnog tkiva

Ćelije nervnog tkiva karakteriše konstantno visoka potrošnja ATP-a, koji se troši na procese biosinteze proteina i membranskih lipida, na procese održavanja membranskog potencijala. Kod osobe od 70 kg, mozak od oko 1,5 kg koristi 20% kiseonika koji troši cijelo tijelo. Brzina protoka krvi u mozgu ovisi o razini kisika i ugljičnog dioksida u krvi. Uz povećanje pCO 2, protok krvi može doseći maksimalno 90 ml / 100 g tkiva / min (u normalnom stanju ova vrijednost je 55-65 ml). Smanjenje protoka krvi ili smanjenje kisika u tkivima (hipoksija ili anoksija) dovodi do oštećenja stanica nervnog tkiva. Osetljivost na kiseonik varira u ćelijama različitih delova mozga i zavisi od starosti. U prosjeku se troši 3,5 ml kiseonika na 100 g nervnog tkiva u minuti. Glavni potrošač kisika je proces oksidacije ugljikohidrata (95% cjelokupnog korištenog kisika). U mozgu se 4 formira za 1 minut. 10 21 ATP molekula. Ostatak kisika se koristi na alternativne načine, od kojih jedan može biti stvaranje reaktivnih vrsta kisika. Visoka potrošnja kiseonika u nervnom tkivu nesumnjivo je praćena pojačanim stvaranjem ovakvih oblika, a to može izazvati oštećenje ćelija nervnog tkiva. Tome doprinose i brojni drugi uslovi. Prije svega, to su karakteristike hemijskog sastava nervnog tkiva koje su gore navedene. Nervno tkivo karakteriše visok sadržaj lipida bogatih nezasićenim masnim kiselinama. Poznato je da nezasićene veze u ovim molekulima lako napadaju reaktivne vrste kisika sa stvaranjem peroksidnih spojeva. IN cerebrospinalnu tečnost malo ceruloplazmina i transferina - proteina koji mogu vezati metale (bakar i željezo). Ovi metali u nevezanom stanju mogu doprinijeti stvaranju najotrovnijeg oblika kisika - hidroksilnog radikala. Štaviše, nervno tkivo je bogato ne-hem oblicima gvožđa, koji potiču stvaranje ovih radikala. Ovome treba dodati i mogućnost pojave gvožđa iz hemoglobina sa malim krvarenjima u nervnom tkivu, što pojačava stvaranje toksičnih oblika kiseonika.

Shema stvaranja reaktivnih vrsta kisika njegovom troelektronskom redukcijom

Ne može se isključiti mogućnost stimulacije stvaranja toksičnih vrsta kisika pod utjecajem neurotransmitera. Pokazalo se da se stvaranje slobodnih radikala pojačava pod utjecajem takvog neurotransmitera kao što je glutaminska kiselina. I konačno, neki enzimi nervnog tkiva mogu učestvovati u formiranju reaktivnih vrsta kiseonika. U nervnom tkivu, kao iu drugim tkivima, postoji antioksidativna zaštita koja se manifestuje u obliku enzimskih i neenzimskih oblika. Enzimi uključeni u neutralizaciju radikala uključuju superoksid dismutazu (SOD), katalazu i enzime metabolizma glutationa. Neenzimski oblici zaštite uključuju vitamine (E, C, A), proteine ​​(ceruloplazmin, transferin). Prikazana je uloga melatonina kao specifičnog antioksidansa nervnog tkiva.

Brzina prijenosa tvari iz krvi u mozak

U različitim dijelovima mozga, ove vrijednosti mogu biti različite za iste supstance. To je zbog postojanja takozvane krvno-moždane barijere, koju treba posebno razmotriti za svaku supstancu ili klasu supstanci. Krvno-moždana barijera se ne može predstaviti kao jedna strukturna formacija. Razlike u stopama unosa supstanci mogu biti posljedica strukturnih karakteristika vaskularnog endotela, bazalne membrane i lokacije susjednih neuroglija stanica.

Tabela 18.4. Brzina kojom se tvari kreću iz krvi u mozak

Supstanca		Vmax (nmol/min/g)
fenilalanin
adenozin
Trijodotironin

Osobine metabolizma ugljikohidrata

Glukoza je glavni energetski supstrat nervnih ćelija. Zalihe glikogena u mozgu su neznatne (0,1% moždane mase). Glikogen je koncentrisan uglavnom u astroglijama. Visoka potreba za energijom sa malim zalihama glikogena čini nervne ćelije direktno ovisnim o isporuci glukoze iz krvi. Od 8,9 mg glukoze oksidirane u mozgu, vaskularni krevet Vraća se 1,2 mg laktata i 0,1 mg pirogrožđane kiseline. Ovo ukazuje da je glavni način oksidacije glukoze aerobna oksidacija. Aktivnost heksokinaze u mozgu je skoro 20 puta veća nego u drugim tkivima. Ovaj enzim je snažno povezan sa mitohondrijama i, u poređenju sa heksokinazama mišića i jetre, ima veći afinitet za glukozu. Kao i druga tkiva, u mozgu, fosfofruktokinaza je glavni ključni enzim čija aktivnost određuje brzinu uzimanja glukoze. Aktivatori enzima su fruktoza-6-fosfat, ADP, AMP, a inhibitori su produkti reakcije ATP i limunska kiselina. Ove supstance omogućavaju regulaciju potrošnje glukoze u skladu sa metaboličkim potrebama ćelije. Enzimi glikolize nalaze se ne samo u tijelu neurona, već iu nervnim završecima, gdje daju energiju za rad sinapsi. Tijekom rasta i razvoja mozga, prilično značajan dio glukoze se oksidira duž pentozofosfatnog puta. NADPH+ koji nastaje u ovom procesu koristi se u reakcijama sinteze holesterola, masnih kiselina i u mehanizmima antioksidativne zaštite. Potreba za glukozom je prilično velika. U mirovanju, mozak troši oko 5 mg glukoze u minuti na 100 g moždane mase. U normalnim uslovima ova potreba je zadovoljena, ali hipoglikemija izaziva disfunkciju moždanih ćelija. To se izražava u gubitku svijesti i konvulzijama. Tokom posta glukoza se mobiliše iz depoa u prvim satima, a zatim se nivo glukoze u krvi održava zbog glukoneogeneze. U kasnijim periodima (1 sedmica) posta, nervne ćelije mogu koristiti ketonska tijela kao izvor energije. Inzulin nema direktan utjecaj na uzimanje glukoze u moždanim stanicama.

Osobine metabolizma proteina i aminokiselina

Protok aminokiselina iz krvi u moždane stanice ovisi o karakteristikama stanica i o krvno-moždanoj barijeri. Sposobnost ćelija nervnog tkiva da akumuliraju aminokiseline je ograničena. Mozak ima nekoliko nezavisnih transportnih sistema zavisnih od jona natrijuma pojedinačne grupe aminokiseline: dva sistema za transport neutralnih aminokiselina i odvojeni sistemi za transport kiselih i baznih aminokiselina. Preovlađujuće aminokiseline u ćelijama nervnog tkiva (75% svih aminokiselina) su glutaminska i asparaginska kiselina i njihovi derivati ​​(N-acetilasparaginska, glutamin, glutation) i GABA. U većoj koncentraciji u mozgu, u odnosu na druge ćelije, nalaze se taurin (za njega postoji čak i poseban transportni sistem), cistationin. Neke moždane aminokiseline funkcionišu kao neurotransmiteri (glicin, glutaminska kiselina) ili se koriste za njihovu sintezu (tirozin za dopamin i norepinefrin, triptofan za serotonin, glutaminska kiselina za GABA). Neke reakcije metabolizma aminokiselina u mozgu uz učešće dikarboksilnih aminokiselina prikazane su na slici 18.5. Kao što znate, GABA nastaje dekarboksilacijom glutaminske kiseline. Nalazi se u visokim koncentracijama u mozgu i leđnoj moždini. GABA može biti podvrgnuta transaminaciji sa α-ketoglutaratom da bi se formirao sukcinski semaldehid i glutaminska kiselina. Prvi se oksidira u sukcinat, koji je uključen u ciklus trikarboksilne kiseline. Ovo je takozvani “GABA šant”. Kroz njega prolazi do 20% -ketoglutarne kiseline mozga. Glutaminska kiselina je centralna za metabolizam aminokiselina u mozgu. U mozgu je otkrivena aktivnost gotovo svih enzima sinteze uree (osim karbomoil fosfat sintetaze). Stoga ne dolazi do stvaranja uree u mozgu. Poremećaj unosa i metabolizma aminokiselina uzrokuje značajne promjene u funkcijama.

Značajke stvaranja amonijaka

Amonijak nastaje u mozgu, uglavnom uz učešće adenilat deaminaze (slika 18.6). Atom dušika aminokiseline kroz sistem glutamat-aspartat ulazi u adenilat (AMP), koji se deaminira. Amonijak se kvari toksični efekat na funkciju neurona. To je zbog posebnosti mehanizama njegove neutralizacije u nervnom tkivu. Glavno mjesto u neutralizaciji amonijaka zauzimaju reakcije stvaranja glutamina. Ovaj proces uključuje glutamat dehidrogenazu i glutamin sintetazu. Važan međuproizvod ciklusa trikarboksilne kiseline, α-ketoglutarna kiselina, koristi se kao početni supstrat za stvaranje glutamina. Vjeruje se da kada se koncentracija amonijaka u krvi poveća, značajan dio ove kiseline se koristi za vezivanje amonijaka. Kao rezultat, dolazi do "curenja" supstrata iz ciklusa trikarboksilne kiseline. To, pak, remeti procese oksidacije i pogoršava opskrbu nervnih stanica energijom. Nervno tkivo karakteriše visok sadržaj RNK i prilično visoka stopa formiranja ovih molekula. Moždano tkivo sadrži kompletan set enzima za de novo sintezu purinskih nukleotida, a de novo sinteza pirimidin nukleotida je nemoguća zbog odsustva karbomoil fosfat sintetaze. S druge strane, nukleozidi lako prolaze krvno-moždanu barijeru i mogu se ponovo uključiti u sintezu nukleotida. Nedostatak jednog od enzima koji katalizuju ponovnu upotrebu nukleozida dovodi do ozbiljnog oštećenja funkcije mozga (Lesh-Nyhan sindrom).

Osobine metabolizma lipida

Nervno tkivo karakteriše visok intenzitet metabolizma lipida u toku razvoja organizma i relativna stabilnost metabolizma kod odrasle osobe. Kao što je već spomenuto, stopa obnavljanja lipida u mozgu je prilično niska. Produženo gladovanje malo utiče na metabolizam lipida nervnog tkiva. U mladosti, nervne ćelije su u stanju da sintetišu holesterol, ali kasnije postepeni pad aktivnost hidroksimetilglutaril reduktaze, usporavajući i zaustavljajući sintezu holesterola. Aktivno stvaranje kompleksnih lipida događa se u periodu mijelinizacije. Kongenitalni poremećaji metabolizma složenih lipida praćeni su teškim oštećenjem moždanih funkcija (vidjeti poglavlje "Metabolizam lipida").

Metabolički odnosi neurona i glijalnih ćelija

Kao što je već pomenuto, nervno tkivo je složeno organizovan sistem ćelija, a značajan deo njega zauzimaju neuroglijalne ćelije. Preko 50% ukupnog broja moždanih ćelija su astrociti, što je oko 30% ukupnog volumena mozga. Ekstracelularni prostor mozga je relativno mali i čini oko 10% ukupnog volumena mozga. Zbog toga neznatne promjene volumena ćelija, a prvenstveno astroglije, povlače značajne promjene u broju komponenti ekstracelularnog prostora, što može značajno uticati na funkciju nervnih ćelija. Postaje očigledno da su transportna svojstva neuroglijalnih membrana odgovorna za regulaciju sastava i razmjene vanćelijske tekućine nervnog tkiva. Osim toga, uzimajući u obzir posebnosti anatomskog odnosa između neuroglije i neurona, neuroglijalne stanice imaju značajan utjecaj na procese transporta metabolita iz krvi u neurone i obrnuto. Treba dodati da su i glavne zalihe glikogena koncentrisane u neurogliji, što dodatno naglašava njen značaj u neuronskom trofizmu. Između neurona i astrocita postoji aktivna razmjena informacija, budući da su neuroglijalne stanice sposobne sintetizirati i lučiti različite faktore rasta i medijatore, a neuroglija različitih dijelova mozga luči različite spojeve. Na primjer, enkefaline proizvodi neuroglija malog mozga, cerebralnog korteksa i hipotalamusa kao odgovor na stimulaciju njihovih β-receptora, a somatostatin proizvodi neuroglija malog mozga, ali ne i korteks ili strijatum. Astrociti mogu sintetizirati faktor rasta živaca, faktor rasta sličan insulinu. Osim toga, membrane astrocita imaju receptore koji im omogućavaju da odgovore na neuronske medijatore. Među takvim receptorima, pored gore navedenih -adrenergičkih receptora, postoje i receptori za aminokiseline, posebno jono- i metabotropni glutaminski receptori. Poznato je da, za razliku od acetilholina, čiji višak se uništava specifičnim enzimom acetilkolinesterazom, glutaminska kiselina nema takve enzime, a njen nivo u sinaptičkom pukotinu održava se zahvaljujući posebnim transportnim sistemima u membrani astrocita. Opisana su tri transportna sistema za GLU u astrocitima: Na + -zavisni transportni mehanizmi, CI - ovisni i Ca 2+ -zavisni transportni mehanizmi. U području sinaptičke transmisije, pomoću glutaminske kiseline, medijator stupa u interakciju ne samo s pre- i postsinaptičkim membranama, već i sa membranama procesa astroglijalnih stanica koje okružuju ovo sinaptičko područje, na kojem se nalaze GLU receptori. Stimulacija metabotropnih GLU receptora u astrocitima dovodi do aktivacije inozitolnog sistema intracelularnih medijatora, što rezultira povećanjem nivoa intracelularnog kalcijuma. Ovo uzrokuje promjenu aktivnosti mnogih regulacijskih sistema ćelije zavisnih od Ca. Promjene u zapremini astrocita su također povezane s utjecajem jona kalcija. Važno mjesto u ovom procesu ima karboanhidraza, čija je aktivnost 150-200 puta veća od one u neuronima. Pod uticajem ovog enzima nastaje ugljična kiselina koja disocira, a produkti disocijacije se uklanjaju iz ćelije uz učešće Na + /H + i Cl - /HCO 3 - nosača. Ova izmjena dovodi do nakupljanja NaCl, povećanja osmolarnosti unutar stanica i oticanja astrocita. Oticanje dovodi do smanjenja volumena ekstracelularnog prostora. Promjene u volumenu stanica koje zavise od djelovanja regulatora i naknadne promjene u ekstracelularnom prostoru mogu regulirati lokalne koncentracije neurotransmitera, metabolita i faktora rasta u određenim područjima mozga. Pretpostavlja se da neuron-astroglia sistem takođe može regulisati mikrocirkulaciju u mozgu. Anatomija astroglijalnih ćelija je takva da jedna ćelija može kontaktirati nekoliko sinaptičkih regiona, druge astrocite i održavati kontakt sa kapilarima. Azot oksid može biti kandidat za takvu saradnju. GLU stimulira proizvodnju NO od strane astrocita, što može povećati brzinu protoka krvi.

Biohemijske osnove nekih neuropsihijatrijskih bolesti

U ovom pododjeljku polazit ćemo od činjenice da čitatelj već ima razumijevanje osnova neurofiziologije i neuroanatomije. Stoga ćemo razgovarati o grupi bolesti u mehanizmu razvoja čiji su biohemijski aspekti jasno vidljivi: mijastenija gravis, moždani udar, bolesti koje su se razvile zbog mutacija u mitohondrijskoj DNK, fragilni X sindrom i druge patologije uzrokovane ponavljanjem trojki. u DNK, Parkinsonova bolest, Alchajmerova bolest i šizofrenija. Huntingtonova bolest je već opisana u odjeljku Nukleinske kiseline. Sve ove neuropsihijatrijske poremećaje karakteriše hronični tok i narušavanje intelektualnih funkcija, što dovodi do degradacije pojedinca. Izvanredne podatke pruža Nacionalna fondacija za istraživanje mozga (SAD). Samo u ovoj zemlji direktni troškovi bolesti povezanih s oštećenjem funkcije mozga (psihijatrijske, neurološke, alkoholizam itd.) iznose više od 401 milijardu dolara godišnje, ili 1/7 svih američkih izdataka za zdravstvenu zaštitu.

Biohemijski mehanizmi oštećenja mozga usled moždanog udara

Oštećenje mozga tokom moždanog udara uzrokovano je smanjenjem protoka krvi. Kao posljedica oštećenja, ovisno o lokaciji i veličini lezije, dolazi do gubitka svijesti, razvoja paralize, gubitka vida, govora. Da bi se takvim pacijentima propisao odgovarajući tretman, potrebno je razumjeti glavne mehanizme koji su uključeni u oštećenje mozga kod moždanog udara. Prije svega, trebate znati da se u većini slučajeva moždani udar razvija kao posljedica tromboze. cerebralne arterije. Zbog toga se pogoršava opskrba mozga kisikom i glukozom, koji su važni za njegov metabolizam. Dovoljno je reći da u njihovom odsustvu ćelije umiru za manje od 1 sata.

Simptomi Parkinsonove bolesti javljaju se zbog nedostatka dopamina u supstanciji nigra i u corpus striatumu.

Parkinsonovu bolest karakteriziraju tremor, bradikinezija (slabost i ograničenost motoričke aktivnosti) i ukočenost mišića. Rijetko se javlja prije 40. godine, ali nakon 50. godine, 1% ljudi boluje od ove bolesti. Pojam parkinsonizma je širi. Uključuje i druge bolesti koje su praćene gore navedenim simptomima. Ključna patološka karakteristika Parkinsonove bolesti je degeneracija pigmentnih ćelija u supstanciji nigra. Inače, ove ćelije sintetiziraju i koriste dopamin kao neurotransmiter, po čemu su i dobile naziv – dopaminergički. Dopaminergički neuroni se nalaze u mnogim područjima mozga, uključujući nigrostriatalni, mezolimbički, mezokortikalni i tuberohipofizni sistem.

Jedan pristup u terapiji zamjene Parkinsonove bolesti je da L-DOPA prelazi krvno-moždanu barijeru i pretvara se u dopamin u mozgu.

Dopaminska hipoteza za porijeklo šizofrenije

IN različiti periodi Vremenom su se pojavile biohemijske teorije prema kojima su acetilholin, -aminobutirna kiselina (GABA), norepinefrin, opijati, peptidi i drugi molekuli učestvovali u nastanku šizofrenije. Međutim, u posljednjih 30 godina fokus je bio na dopaminu. Početkom 1950-ih, odmah nakon toga uspješan početak upotrebom neuroleptika (antipsihotika) za liječenje psihoza, uključujući šizofreniju, uočeno je da šizofreničari razvijaju parkinsonizam tokom takve terapije. Slična zapažanja sugeriraju da antipsihotici smanjuju nivo dopamina u tijelu. Ove i druge činjenice potvrdile su učešće dopamina u razvoju šizofrenije (tabela 18.10). U skladu s hipotezom nastanka shizofrenije, ova patologija se smatra manifestacijom hiperdopaminergije. Nasuprot tome, Parkinsonova bolest se može smatrati hipodopaminergičnim stanjem.

Biohemija nervnog sistema proučava hemijski sastav nervnog tkiva i karakteristike njegovog metabolizma. Specifičnost nervnog tkiva određena je krvno-moždanom barijerom (BBB). Omogućava selektivnu propusnost različitih metabolita i podstiče nakupljanje određenih supstanci u nervnom tkivu, pa se njegovo unutrašnje okruženje značajno razlikuje po hemijskom sastavu od ostalih tkiva. Karakteristike nervnog tkiva određene su njegovim funkcijama u celom organizmu i ispoljavanjem u njemu hemijski sastav i metaboličke procese koji su mu svojstveni.

Siva tvar mozga predstavljena je uglavnom tijelima neurona, dok je bijela tvar predstavljena aksonima, pa se ovi dijelovi razlikuju po hemijskom sastavu.

Siva tvar sadrži više vode. Udio suhog ostatka u njemu je 16%, polovina su proteini, jedna trećina su lipidi. Bijelu tvar mozga karakterizira manja količina vode (70%) i visoki sadržaj suhog ostatka (30%), u kojem ima dvostruko više lipida od proteina.

Proteini nervnog tkiva

Količina proteina u mozgu je oko 40%. Po rastvorljivosti se dele na:

a) rastvorljiv u vodi;

b) rastvorljiv u slanim rastvorima;

c) nerastvorljiv.

Siva tvar sadrži više proteina topljivih u vodi, bijela - naprotiv, nerastvorljiva. Uz pomoć savremenih biohemijskih metoda istraživanja pronađeno je oko 100 rastvorljivih proteina u moždanom tkivu. Proteini nervnog tkiva dijele se na jednostavne i složene.

Jednostavni proteini nervnog tkiva

Jednostavni proteini uključuju neuroalbumine, koji čine 90% svih rastvorljivih proteina u nervnom tkivu. Oni formiraju komplekse sa lipidima, nukleinskim kiselinama, ugljikohidratima, glavne su komponente fosfoproteina i praktički se ne javljaju u slobodnom stanju. Količina neuroglobulina je oko 5% svih rastvorljivih proteina. Glavni predstavnici kationskih proteina nervnog tkiva su histoni, koji se dijele na 5 frakcija ovisno o sadržaju ostataka lizina, arginina i glicina u njihovom sastavu. Neuroskleroproteini (neurokolageni, neuronelastini, neurostromini) su proteini koji podržavaju strukturu, koji čine 8-10% broja jednostavnih proteina u nervnom tkivu. Lokalizirani su u perifernom nervnom sistemu i bijeloj tvari mozga.

Kompleksni proteini nervnog tkiva

Proteini su predstavljeni nukleoproteinima, lipoproteinima, proteolipidima, fosfoproteinima, glikoproteinima itd. Moždano tkivo sadrži i složene supramolekularne formacije - liponukleoproteine, lipoglikoproteine, glikoliponukleoproteinske komplekse.

Nukleoproteini se odnose na ribonukleoproteine ​​ili deoksiribonukleoproteine, koji se rastvaraju u vodi, solima, livadama.

Lipoproteini čine značajan dio vodotopivih proteina nervnog tkiva. Njihova lipidna komponenta su uglavnom fosfogliceridi i holesterol.

Proteolipidi - proteinsko-lipidni kompleksi - su netopivi u vodi, ali topljivi u organskim rastvaračima. U osnovi, proteolipidi su koncentrirani u mijelinu, koji se u malim količinama nalaze u sinaptičkim membranama i sinaptičkim vezikulama.

Fosfoproteini mozga čine 2% ukupnog broja kompleksnih proteina. Oni su sastavni dijelovi membrana različitih morfoloških struktura nervnog tkiva.

Glikoproteini su heterogena grupa kompleksnih proteina. Ovisno o odnosu proteinskih i ugljikohidratnih komponenti, dijele se na:

a) glikoproteini koji sadrže od 5 do 40% ugljikohidrata, njihovu proteinsku komponentu predstavljaju albumini i globulini;

b) glikolipoproteini, u kojima je udio ugljenih hidrata od 40 do 80%, kao i postojeća lipidna komponenta.

Specifični proteini nervnog tkiva:

a) protein S100 (Mooreov protein) - pripada porodici kiselih proteina niske molekularne težine sa visokim sadržajem ostataka glutaminske i asparaginske kiseline. To je neurospecifičan protein, iako se neke njegove izoforme javljaju u drugim tkivima. U CNS-u je identifikovano 18 izoformi proteina S100, koji su koncentrisani uglavnom u neuroglijama, sa ne više od 10-15% u neuronima. Moore proteini su klasifikovani kao Ca, Zn, Cu vezujući proteini kalmodulinskog tipa sa različitim funkcijama.

Oni upravljaju:

- fosforilacija drugih proteina i njihova enzimska aktivnost;

— unutarćelijski i aksonalni transport;

- ćelijska dioba i transkripcija;

- pokretljivost i kontraktilna aktivnost ćelija;

— procesi proliferacije i apoptoze;

- ćelijski metabolizam itd.

Proteini iz porodice S100, kao neurospecifični, povezani su sa višim funkcijama mozga - razmišljanjem, pamćenjem, pažnjom, inteligencijom. Povećanje količine S100 proteina u krvi ukazuje na kršenje metaboličkih procesa u mozgu koji se javljaju kod Alchajmerove bolesti, šizofrenije, vaskularnih, malignih bolesti, alkoholizma, zbog starosne promjene i sl.

b) protein 4312 je kiseli protein koji se nalazi u malim količinama u neuronima i neuroglijama. Biološka uloga nije razjašnjeno;

c) protein 10B - učestvuje u procesima pamćenja;

d) membranski proteini sinaptičkih vezikula - sinapsin i sinaptin, sinaptofizin su uključeni u vezivanje za površinu sinaptičkih vezikula komponenti citoskeleta, regulišući oslobađanje neurotransmitera iz vezikula u sinaptičku membranu.

Enzimi nervnog tkiva

U nervnom tkivu postoje nespecifični enzimi koji regulišu glavne metaboličke puteve za metabolizam ugljikohidrata, lipida, proteina: izoenzimi laktat dehidrogenaze, aldolaze, heksokinaze, malat dehidrogenaze, glutamat dehidrogenaze, kisele fosfataze i dr.

U neurospecifične enzime nervnog tkiva spadaju: enolaza, izoenzimi CPK (CPK), glutamat dekarboksilaza, arginaza, leucin aminopeptidaza, acetilholinesteraza.

Lipidi nervnog tkiva

Karakteristična karakteristika nervnog tkiva je visok sadržaj lipida. Lipidi nervnog tkiva dijele se u dvije grupe:

1) lipidi sive materije koji su deo neuronskih membrana;

2) lipidi bijele tvari, od kojih se gradi višeslojni mijelinski omotač.

Većina lipida sive tvari slična je membranskim lipidima u drugim tkivima.

Mijelinske strukture su karakteristične samo za nervno tkivo. Tipični lipidi mijelina su: holesterol, sfingolipidi, fosfolipidi. U embrionalnom periodu razvoja, količina mijelina u mozgu je zanemarljiva, ali odmah nakon rođenja, sinteza mijelina se značajno povećava. mijelinska ovojnica okolo nervnih vlakana ostaje stabilan tokom života. Specifična priroda lipida nervnog tkiva određuje njegovu karakteristike. U sastavu lipida nervnog tkiva nema neutralnih masti, niska koncentracija masne kiseline, značajnu količinu kompleksnog fosfa i glikolipida. Bijela i siva tvar mozga razlikuju se po kvalitativnom sastavu lipida. U sivoj tvari, fosfolipidi čine oko 60% ukupnog sadržaja lipida, u bijeloj tvari - 40%. U bijeloj tvari je veća količina kolesterola, sfingomijelina, cerebrozida nego u sivoj tvari mozga.