Биохимия нервной и мышечной ткани

1.

им. А.Дж. Джумалиева
Лекция для 2 курса
Стоматологического факультета
Лектор:
доктор биологических наук, доцент
Махмудова Жылдыз Акматовна
E-mail адрес: [email protected]

2.

Тема: Биохимия нервной и мышечной ткани.
План :
Химический состав белого и серого вещества мозга
Белки нервной ткани их роль
Особенности метаболизма:
Углеводов
Липидов
Белков
Механизм проведения нервных импульсов

3.

Виды мышечной ткани
Химический
состав
мышечной
ткани
Белки мышечной ткани, их биороль
Небелковые азотистые и
и
безазотистые вещества мыщц, их
биороль
Энергетика мышечного сокращения

4.

Функции:
-Генерация электрического сигнала (нервного импульса)
-Проведение нервного импульса
-Запоминание и хранение информации
-Формирование эмоций и поведения
-Мышление
• осуществляет высший уровень регуляции метаболизма
• обеспечивает связь организма с окружающей средой
• осуществляет адаптацию организма к изменяющимся
условиям внешней среды

5.

Состав
Химический состав мозга.
Н2О
Белки
Липиды
Минер.вещества:
Na, K, Cu, Fe, Ca, Mg, Mn,
P;
Серое
Белое
в-во
84
8
5
в-во
70
9
17
1
2
Нуклеотиды: АТФ, АДФ, АМФ,
ц-АМФ, ц-ГМФ
(в % от массы сырой ткани)

6.

Нервная ткань состоит из трех клеточных элементов:
нейронов,
нейроглии,
мезенхимные элементы (микроглии)
• В сером веществе головного мозга
в основном
сосредоточены нейроны
• Белое вещество головного мозга и периферические
нервы состоят из нейроглии

7.

ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА ГМ
Головной
мозг
2%
от
массы
тела;
потребляет 25% O2 в покое от общего потребления его всем организмом;
Наиболее интенсивно расходуют O2 клетки коры мозга и мозжечка.
При прекращении доступа O2 мозг может «просуществовать» немногим более 6
минут за счёт резерва лабильных фосфатов.
АТФ и креатинфосфат имеют значительное постоянство в ГМ.
Фосфорные соединения часто обновляются в ГМ

8.

Нейроны непосредственного контакта с
кровью не имеют, так как отделены ГЭБ,
наличие которого приводит к избирательной
проницаемости вещества между кровью и
клетками нервной систеМЫ

9.

Углеводы
Количество углеводов и продуктов их
метаболизма в ткани мозга мало:
1. Резервные углеводы - гликоген (0,1 %)
2. Глюкоза (1 -4мкмоль/л)
3. Гексозофосфаты
4. Триозофосфаты
5. ПВК
6. молочная кислота.

10.

ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА:
-ткань мозга бедна углеводами (гликоген, глюкоза)
-100-120 гр. глюкозы в сутки используется в ткани мозга.
-90% глюкозы в ткани мозга окисляется до CO2, H2O, энергии.
-есть пентозный цикл и гликолиз.
-распад гликогена идёт путём фосфоролиза с участием цАМФ.
Кетоновые тела как энергетический субстрат используются мозгом лишь при
голодании и длительной работе.
Метаболизм мозга за счёт резерва углеводов
долго продержаться не может, так как содержание гликогена здесь невелико
(0,1%). С этим связано развитие комы при избыточном введении инсулина. В
ткани мозга активны ГК, ФФК.

11.

Липиды нервной ткани:
Особенностью нервной ткани является
использование липидов в качестве
структурного материала,
в то время как в других тканях эту функцию выполняют белки.
Липиды представлены:
цереброзидами,
ганглиозидами,
сфмингомиолинами,
фосфатидилхолинами,
фосфатидилсеринами,
ХС.

12.

Белки нервной ткани
Простые:
Нейроальбумины-89-90%
Нейроглобулины- 5%
гистоны,
Нейросклеропротеины
(нейроколлаген, нейроэластин, нейростромин)

13.

Сложные белки:
Нуклеопротеины
Липопротеины
Протеолипиды
Фосфопротеины
Гликопротеины

14.

Нервная ткань характеризуется высоким обменом
аминокислот и белков.
Максимальная скорость в сером веществе, минимальная
в белом.
Аминокислоты используются :
для синтеза белков, пептидов, некоторых липидов,
гормонов, биогенных аминов и др.
В сером веществе преобладает синтез БАВ,
в белом – белков миелиновой оболочки.
АК и их производные участвуют в синаптической
передаче (глу), в осуществлении межнейрональных
связей.

15.

Липиды. В группу липидов головного мозга входят
фосфоглицериды,
холестерин,
сфингомиелины,
цереброзиды, ганглиозиды и в небольшом количестве
нейтральные жиры.
Особенность: липиды не используются в качестве энергетического
материала, а в основном идут на строительные нужды.
В нейронах серого вещества из фосфоглицеридов наиболее интенсивно
обновляются фосфотидилхолины и особенно фосфотидилинозитол,
который является предшественником внутриклеточного посредника
ИТФ.
В миелиновых оболочках обмен липидов протекает медленно, очень
медленно обновляются холестерин, цереброзиды и сфингомиелины

16.

Энергетический обмен в нервной ткани:
ГЛЮКОЗА
Основным субстратом дыхания мозговой
ткани является глюкоза.
В мозговой ткани содержится 750 мг
глюкозы.
За 1 мин окисляется 75 мг глюкозы.

17.

Газообмен мозга значительно выше, чем газообмен
других тканей. На долю головного мозга
приходится 2-3%от массы тела. В состоянии
физического
покоя
потребление
кислорода
головным мозгом достигает 20-25% от общего
потребления, а у детей в возрасте до 4 лет мозг
потребляет 50% кислорода. Интенсивность
дыхания мозга возрастает при увеличении
функциональной активности и снижается при
наркозе.

18.

Таким образом:
Источник АТФ
•Только (!) аэробный распад глюкозы
•Аэробная продукция АТФ может быть активирована лишь в очень
небольшой степени, поскольку активность изоцитатратдегидрогеназы в
базальных условиях близка к максимуму
•Жирные кислоты не проникают через гематоэнцефалический барьер
•Анаэробный гликолиз практически не способен к активации
•Аминокислоты не могут служить источником энергии для
синтеза АТФ (АТР), поскольку в нейронах отсутствует глюконеогенез.
•Даже непродолжительная гипоксия вызывает необратимые нарушения
в нейронах.
В клетках головного мозга практически единственным источником
энергии, который должен поступать постоянно, является глюкоза.
Только при продолжительном голодании клетки начинают использовать
дополнительный источник энергии — кетоновые тела.

19.

Особенности обмена АМК в нервной ткани
В нервной ткани концентрация АМК 8 раз больше, чем в плазме крови.
Центральное место в обмене принадлежит глутаминовой кислоте.
C ООH
C H2
+NH3
C H2
C =О
C ООH
C H2
C H2
С понтанно
C =NH
C ООН
а-Кетоглутарат
+ H2O
C ООН
а-Иминоглутарат
C ООH
C H2
C H2
C Н-NH2
C ООН
L-глутамат
НАДН+Н+
HАД+
Глутаматде-г
идрогеназа

20.

CO2
Н2N-CН-CH2-CH2-COOН
COOН
Глутамат
Глутаматдекарбоксилаза
ПФ-В 6
Н2N-CH2-CH2-CH2-COOН
ГАМК

21.

Ферменты:
ЛАКТАТДЕГИДРОГЕНАЗА (ЛДГ)
КРЕАТИНКИНАЗА –ВВ
ХОЛИНЭСТЕРАЗА ( ХЭ)
МОНОАМИНОКСИДАЗА (МАО)

22.

Нейромедиаторы и нейрогормоны
Нервные клетки управляют функциями организма с помощью
химических сигнальных веществ, нейромедиаторов и нейрогормонов.
Нейромедиаторы — короткоживущие вещества локального действия;
они выделяются в синаптическую щель и передают сигнал соседним
клеткам.
Нейрогормоны — долгоживущие вещества дальнего действия,
поступающие в кровь. Однако граница между двумя группами
достаточно условная, поскольку большинство медиаторов
одновременно действует как гормоны.

23.

В нервных волокнах есть ферменты, необходимые для
синтеза медиатора
При раздражении нерва вещество должно выделяться и
реагировать со специальным рецептором и вызывать
биологическую реакцию.

24.

Ацетилхолин – сложный эфир уксусной кислоты и холина.
Деполяризация мембраны синаптических окончаний
вызывает быстрый ток ионов кальция в клетку. Для
выброса содержимого одного пузыря надо 4 иона Ca2+.
Ацетилхолин взаимодействует с белком хеморецептором
постсинаптической мембраны.
Изменяется проницаемость мембраны – увеличивается её
пропускная способность для ионов натрия.

25.

Медиаторы нервной системы:
Синтез и распад ацетилхолина
( С Н3) 3N+-C H2-C H2-OH + C H3-C O-S -KoA
Ацетил-КоА
Холин
О
Холинацетил-т
рансфераза
( С Н3) 3N+-C H2-C H2-O - С - C H3 + НS -KoA
Ацетилхолин
О
(
С Н3)
+
3N -C H2-C H2-O - С
Ацетилхолин
(
- C H3 + Н2О
Ацетилхолин-э
стераза
С Н3) 3N+-C H2-C H2ОН
Холин
+
C H3С ООН
Уксусная
кислота

26.

Биохимия мышечной ткани.
Функция мышц - обеспечить подвижность тела,
путем сокращения и расслабления.
40-42% массы тела составляет мышечная ткань.
Поперечно-полосатые
скелетные
сокращаются произвольно
мышцы,
Сердечные мышцы-сокращаются непроизвольно.
Гладкие мышцы-сокращаются непроизвольно.

27.

Химический состав мышцы:
Н2О72-80%
Белки- 16,5-21%
Гликоген- 3%
ФЛ- 1%
ХС
Креатин +КФ
Креатинин
АТФ
Карнозин
Ансерин
АМК
Лактат

28.

Мышечные белки, биороль.
Саркоплазматические-35%
Фибриллярные белки-45%
Белки стромы-20%
Саркоплазматическим белкам относятся:
миоглобин, белки-ферменты, участвующие в
тканевом
дыхании
и
окислительного
фосфорилирования, азотистого и липидного
обменов.

29.

К миофибриллярным белкам относятся сократительные
белки:
миозин, актин, актомиозин и регуляторные белки:
тропомиозин, тропонин, α и β-актин.
Миозин обладает АТФазной активностью, 50-55% составляет
сухой массы миофибрилл.
Актин составляет 20% от массы миофибрилл,имеется 2 видаглобулярный и фибриллярный.
Актомиозин образуется при содинениии миозина F-актином.
Обладает АТФазной активностью.

30.

Регуляторные белки:
Тропомиозин составляет 4-7% от всех белков миофибрилл.
Тропонин –глобулярный белок, Тропонин I, тропонин Т, Тропонин С.
Тропонин I –ингибирующий. Может ингибировать АТФазную
активность
Тропонин Т- тропомиозинсвязывающий, отвечает за связывание
тропонина и тропомиозина. Образуется комплекс, чувствительный к
ионам кальция.
Тропонин С - кальцийсвязывающий, имеет сродство к кальцию.
Белки стромы –коллаген, эластин.

31.

Небелковые азотистые вещества мышц
N
CH2-CH-COOH
NH2
+ HOOC-CH2-CH2-NH2
Карнозинсинтаза
в- аланин
NH
L-гистидин
S -Аденозилгомоцистеин
S -Аденозилметионин
N
С Н3
N
CH2-CH-COOH
CH2-CH-COOH
NH
NH
NH
N- метилтрансф ераза
O=C-CH2-CH2-NH2
Карнозин ( в- аланил-L-гистидин)
N
O=C-CH2-CH2-NH2
CH3
Ансерин ( N-метилкарнозин)

32.

Функции карнозина и ансерина:
Увеличивают
амплитуду
сокращения
скелетных мышц и активируют работу
ионных
насосов
мышечных
клеток,
активируют АТФазную активность миозина.
Карнозин и ансерин обладают антиоксидантной
активностью, ингибируют NO-зависимую гуанилатциклазу,
замедляют процессы старения человека, влияя на скорость
апоптоза.

33.

Биосинтез креатина,
креатинфосфата и образование креатинина
HN=C-NH2
|
NH
|
( CH2) 3
|
+
CH-NH2
|
COOH
Аргинин
NH2
|
CH2COOH
Глицин
NH2
|
Глициамидино- ( CH2) 3
|
трансф ераза
CH-NH2
|
COOH
1
Орнитин
Аденозин
Гуанидинацетат
2
Гуанидинацетат
Гомоцистеин
S -Аденозилгомоцистеин
S -Аденозилметионин
С Н3
HN=C-NH2
|
NH
|
ГуанидинацетатCH2-COOH
метилтрансф ераза
+
HN=C-NH2
|
NH
|
CH2COOH
АДФ
АТ Ф
в печени
HN=C-NH2
|
H3C-N
Креатинф осф окиназа
|
( КФК)
CH2-COOH
Креатин
3

34.

OH
|
HN=C-NH ~P=O
|
|
H3C- N
OH
|
CH2-COOH
Креатинфосф ат
деф осф олироване
4
Pi
HN=C - NH
|
H3C-N
|
CH2-CO
через почки с мочой
Креатинин
В мышцах в покое креатин фосфорилируется с участием АТФ и
запасается в виде креатинфосфата.
При работе мышц, в первую очередь, используется энергия
макроэргической связи креатинфосфата.
Неиспользованный креатинфосфат превращается в креатинин, который
постоянно выводится с мочой.

35.

Энергетика мышечного сокращения:
Источником энергии для мышц является АТФ:
Креатинкиназный путь
Аденилатциклазный пут
Креатин +АТФ
Креатинфосфат + АДФ
креатинкиназа
2АДФ
аденилаткиназа
АТФ + АМФ

36.

Креатинин является конечным продуктом азотистого обмена.
На каждый 1 кг массы тела за сутки выделяется с мочой
у мужчин от 18 до 32 мг креатинина,
а у женщин – от 10 до 25 мг. креатинина
Креатин в норме в моче взрослых людей отсутствует.
Креатин появляется в ней либо при употреблении значительных количеств
креатина с пищей, либо при патологических состояниях.
Как только уровень креатина в сыворотке крови достигает 0,12 ммоль/л,
креатин появляется в моче.
В первые годы жизни ребенка возможна «физиологическая креатинурия», в связи с
усиленным синтезом креатина, опережающим развитие мускулатуры.
Креатинурия стариков возникает вследствие атрофии мышц и неполного
использования образующегося в печени креатина.
Наибольшее креатинурия наблюдается при патологических состояниях мышечной
системы.

37.

Литература:
1.
2.
Алдашев А.А., Бозумова К.А., Махмудова Ж.А., Ибрагимова С.А.,
Баатырова Н.Ж. Биохимия человека . Учебник.- Бишкек.- 2013.-351 с.
Северин Е.С. -Биохимия, М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. С.365-388, 391-394, 39740
3.
Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: Медицина, 2007.
.-С.363-370,379-381.
4.
Николаев А.Я.-Биологическая химия, -М.: Медицинское
информационное агентство. -2004. 566с.

38.

Спасибо за
внимание!!!