Биологический каталог




Нейрохимия: Учебник для биологических и медицинских вузов

Автор И.П.Ашмарин, А.Е.Антипенко, В.В.Ашапкин, Г.Г.Вольский, С.А.Дамбинова и

ских окончаниях зарегистрирована интенсификация синтеза специфических белков при обучении.

¦ Следовательно, чем интенсивнее протекают в том или ином образовании мозга процессы переработкой запоминания поступающей информации, тем выше потребность в богатых энергией соединениях и субстратах для синтетических реакций.

Кроме того, огромную роль в обеспечении функционирования синапсов играют процессы фосфорилирования белков, также связанные с потреблением АТФ или ГТФ. Циклы фосфорилирования — дефосфорилирования белков служат важным регу-ляторным механизмом, обеспечивающим пластичность на уровне нейронов. Процесс фосфорилирования является Са2+-кальмо-дулин-зависимым или циклонуклеотид-зависимым; последнее обстоятельство делает понятным высокую t концентрацию циклических нуклеотидов и высокую активность ферментов их метаболизма в синаптических окончаниях. 'В синапсах процесс фосфофилирования специфических белков включается разнообразными нейромедиаторами. Изменение степени фосфорилирования белков, участвующих в функционировании синаптических окончаний, рецепторов, ферментов синтеза и метаболизма нейромедиаторов может существенно менять проводимость синапса; это доказано на примере фосфорилирования тирозингидроксилазы и ряда других белков.

Фосфорилирование специфических белков служит необходимым этапом синаптической передачи, обеспечивая выход некоторых нейромедиаторов в синаптическую щель. Энергозависимость процесса высвобождения нейромедиаторов в синаптическую щель, участие в нем АТФазных системна также энергозависимость процесса обратного захвата нейротрансмиттера из синаптической щели подтверждена результатами многих исследований. Последовательность протекающих;при этом процессов отражает схема 5.5.

¦ Таким образом, осуществление такой.важной и специфической функции нервной ткани, как синаптическая передача, требует значительных энергетических затрат. -В настоящее время трудно оценить количественно эти затраты, однако их большой объем не вызывает сомнений, посколькучисло синаптических контактов на поверхности нейронов необычайно велико. По данным П.Г.Костюка, на 100 мк2 поверхности мотонейрона кошки располагается около 15 синаптическихгбутонов (у человека — 23), а общее число синаптических контактов на мото-

187

нейроне достигает 15 000-20 ООО, занимая до 38-40% поверхности нейрона.

Схема 5.5. Участие Са2+-кальмодулинзависимого фосфорили-рования белков в обеспечении синаптической передачи (по De Lorenzo, 1981)

Деполяризация (электростимуляция)

резкое повышение проницаемости мембраны для Са

^ вход Са3 + активация кальмодулина (КМ)

активация КМ-зависимых протеинкиназ, осуществляющих фосфорилирование специфических белков

-г-

инициация движения синаптических везикул ^экэоцитоз

выход нейротрансмиттера в синаптическую щель

Еше одним важным обстоятельством, накладывающим определенный отпечаток на энергетический обмен и многие другие стороны метаболизма нервной ткани, является необычное для большинства других типов клеток соотношение между поверхностью клетки и объемом ее центральной части. Так, для мотонейронов коры кошки средние размеры тела клетки составляют около 50 мк, в то время как длина аксона — до 104— 106 мк; общая поверхность клетки - до 105 мк2. Поверхность дендритов клеток Пуркинье мозжечка в 80-100 раз превышает поверхность сомы.

Подобные особенности структуры клеток нервной системы объясняют причины значительных энергетических затрат на транспортные нужды клетки. В первую очередь необходимо упомянуть трансмембранный перенос субстратов, медиаторов, различных предшественников с помощью специфических транс-локаз или в результате конформационных перестроек мембран, большинство из которых сопровождаются фосфорилировани-ем-дефосфорилированием мембранах белков. Например, установлено, что не более 5% важнейшего энергетического субстрата — глюкозы — поступает в мозг за счет пассивной диффузии; подавляющее количество глюкозы переносится через ГЭБ с энергетическими затратами и при участии К+, Na -АТФазы. По мнению ряда нейрохимиков, на эти процессы расходуется в 188

среднем 7-10% АТФ, образующейся в мозге за единицу времени.

В последние годы внимание нейрохимиков привлекает изучение аксонального и ретроградного транспорта. Показано, что по аксону переносятся различные белки, синтезированные в перикарионе, ряд аминокислот, некоторые углеводы - глюко-замины, сиаловые кислоты и др. Транспорт последних обусловливает специфические перестройки и функциональные модификации белков синаптических окончаний за счет включения в них углеводных компонентов. Представление о соединениях, транспортируемых по аксону с различной скоростью, дают сведения, приведенные в табл.5.9.

Таблица 5.9. Характеристика аксонального транспорта (по A.Lasek, G.Brady, 1982)

Тип аксонального транспорта Скорость, мм/день Транспортируемый материал

Прямой:

- быстрый I 200-400 Гликопротеиды, гликолипиды, белки, медиаторы, ферменты, ионы Са2+

- промежуточный II 50 Митохондриальные белки

III 15 Миозиноподобные белки

IV 2-4 Актин, клатрин окаймленных пузырьков, калъмодулин, ферменты

- медленный V 0,2-1,0 Белки нейрофиламентов, тубулин, т -белки аксоплазмы

Обратный

- быстрый 100-200 Нейроростовые факторы, лизосомальные ферменты, трофические вещества, катаболиты

Несмотря на то что механизмы, обеспечивающие аксоплаз-матический ток, не вполне ясны, его зависимость от уровня макроэргических соединений доказана в экспериментах, где этот процесс ингибировался в присутствии 2,4-ДНФ, цианида или при ишемии. В возникновении перистальтических волн вдоль аксона определенную роль играют нейротубулярные структуры. Обязательным условием функционирования специфических сократительных белков нейротубул — тубуяина, кинезина и

189

других являются конформационные перестройки после присоединения ГТФ, а также фосфорилирование с затратой АТФ или ГТФ под действием Са^+-зависимых протеинкиназных систем. Учитывая весьма значительные размеры и протяженность аксонов, а также скорость аксонального транспорта, составляющую для "медленного" тока 1-5 мм, а для "быстрого" — от 40 до 500 мм в день, можно сделать вывод, что осуществление этой специфической функции нервной ткани требует определенных затрат богатых энергией соединений.

Поддержание определенного конформационного состояния белков важных структурных образований нейрональных отростков — нейрофиламентов — также требует энергетических затрат, поскольку конформационные переходы белков нейрофиламентов осуществляются за счет реакций фосфорилирования-дефосфорилирования. Преимущественная локализация нейрофиламентов в осевом цилиндре аксонов и дендритов обеспечивает определенную пространственную ориентацию нейрональных отростков. Это обстоятельство имеет необычайную важность для осуществления нейрональных контактов, для организации функциональных ансамблей нейронов, т.е. для осуществления интегративной деятельности мозга.

¦ Рассмотренные данные позволяют в некоторой степени конкретизировать общее положение об исключительно высоких энергетических потребностях нервной ткани и понять причину тесной зависимости между функциональной активностью мозга и интенсивностью энергетического обмена.

Выводы

1. Для мозга характерна высокая интенсивность энергетического метаболизма; мозг взрослого животного или человека потребляет до 20-25% кислорода, поступающего в организм, и до 70% свободной глюкозы, выделяемой из печени в артериальную кровь.

2. Наиболее интенсивно потребление кислорода и глюкозы осуществляется в филогенетически более молодых отделах мозга; максимальная скорость дыхания обнаружена в коре больших полушарий, минимальная — в спинном мозге и периферических нервах. Интенсивность дыхания нейронов, как правило, выше, чем нейроглиальных клеток.

3. Интенсивность энергетического метаболизма мозга заметно возрастает в ходе постнатального онтогенеза, достигая максимальных значений к периоду окончания миелинизации и за-

190

вершения процессов дифференцировки.

4. Основным энергетическим субстратом мозга служит глюкоза, за счет окисления которой обеспечивается 85-90% энергетических потребностей ткани. Относительно низкое содержание глюкозы в мозге и высокая скорость ее окисления объясняют исключительно тесную зависимость энергетического метаболизма нервной ткани от поступления глюкозы из крови.

5. В качестве дополнительных: энергетических субстратов ней-рональные и глиальные клетки могут использовать аминокислоты, в первую очередь — глутамат и аспартат. Окисление свободных жирных кислот и кетоновых тел в мозге возможно главным образом в ранний постнатальный период. Степень использования в мозге дополнительных энергетических субстратов во многом определяется проницаемостью для них гематоэнцефа-лического барьера, а также активностью ферментов их метаболизма. Интенсивность окисления глюкозы и дополнительных энергетических субстратов различна в "большом" и "малом" энергетических компартментах мозга.

6. При изучении специфических черт протекания и регуляции реакций гликолиза в мозге установлены:

а) особая важность гексокиназной реакции как основного пути ввода окисляемых субстратов в гликолитическую цепь; доказана более высокая активность гексокиназы в мозге по сравнению с другими тканями;

б) однонаправленная и синхронная регуляция адениновыми нуклеотидами скорости наиболее медленных этапов гликолиза — гексокиназной и фосфофруктокиназной реакций, что позволяет объединить эти два фермента в единый функциональный комплекс;

в) специфическая для мозга внутриклеточная локализация лактатдегидрогеназы не только в цитоплазме, но и в митохондриях, что дает возможность наиболее полно использовать пируват и лактат в дальнейших окислительных реакциях в митохондриях.

7. Для мозга характерны следующие специфические черты функционирования и регуляции ЦТК:

а) основным путем пополнения пула метаболитов ЦТК служит пируватдегидрогеназная реакция, скорость которой существенно выше, чем в других тканях;

б) активность ферменто

страница 38
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95

Скачать книгу "Нейрохимия: Учебник для биологических и медицинских вузов" (21.4Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(24.10.2019)