Биохимия нервной ткани

1. Биохимия нервной ткани

2. Клеточные элементы нервной ткани

• 1) нейроны (нервные клетки)
• 2) нейроглия – система клеток,
непосредственно окружающих нервные
клетки в головном и спинном мозге

3. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ МОЗГА

4. Миелин

• это система, образованная многократно
наслаивающимися мембранами клеток
нейроглии вокруг нервных отростков.
• По химическому составу миелиновое
вещество является сложным белковолипидным комплексом.

5. Строение миелина

• На долю липидов
приходится до 80%
плотного осадка.
• Белки гидрофобны.
• 90% всех липидов
миелина представлено:
- холестерином,
- фосфолипидами,
- цереброзидами.

6. Роль миелинового вещества

1) изоляция нервных волокон;
2) быстрое проведение нервного импульса (в
6 раз быстрее, чем в немиелизированных
волокнах).

7. Состав серого и белого вещества

серое вещество
белое вещество
Минеральны
е вещества
Другие
Минеральны
е вещества
Другие
Белки
Белки
Липиды
Липиды

8.

Составные
части
1. Вода
Серое вещество
(в %)
Тела нейронов
84
Белое вещество (в %)
Аксоны, окруженные
миелином
70
16
30
2. Сухой остаток:
А) Белки
50 (от сухого
остатка)
31,25
30 (от сухого остатка)
В) Минеральные
вещества
Г) Углеводы
6,25
6,67
Д) Адениловые
нуклеотиды
Е) Креатинфосфат
12,5
6,6
Б) Липиды
56,67

9. Белки

• На долю белков приходится примерно 40%
от сухой массы головного мозга.
• В настоящее время удалось выделить из
ткани мозга около 100 различных белковых
фракций.

10.

Белки нервной ткани
Простые
Сложные
1) Нейроальбумины
1) Нуклеопротеины (ДНК или
РНК + белок)
2) Нейроглобулины
2) Липопротеины
3) Катионные белки (гистоны и
др.)
4) Структурно-опорные белки
(нейросклеропротеины)
а) нейроколлагены
б) нейроэластины
в) нейростромины и т.д.
3) Протеолипиды
4) Фосфопротеины
5) Гликопротеины
6) Липонуклеопротеины
7) Липогликопротеины

11. Липиды

В группу липидов головного мозга входят:
• фосфоглицериды,
• холестерин,
• сфингомиелины,
• гликолипиды (цереброзиды, ганглиозиды).
Многие липиды нервной ткани находятся в
тесной взаимосвязи с белками, образуя
протеолипиды.

12. Углеводы

В мозговой ткани имеются:
• глюкоза
• гликоген (очень мало, около 0,1%)
• гексозофосфаты
• триозофосфаты
• молочная, пировиноградная и другие
кислоты

13. Адениновые нуклеотиды и креатинфосфат

• В мозговой ткани на долю адениновых
нуклеотидов (АТФ, АДФ) приходится около
84% от всех свободных нуклеотидов.
• Содержание циклических нуклеотидов
(цАМФ и цГМФ) в головном мозге
значительно выше, чем во многих других
тканях.

14. Минеральные вещества

• Ионы Na+, K+, Cu2+, Fe3+, Ca2+, Mg2+и Мn2+
распределены в головном мозге
относительно равномерно в сером и белом
веществе.
• Содержание фосфатов в белом веществе
выше, чем в сером.

15. ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА НЕРВНОЙ ТКАНИ

16. Источники энергии в головном мозге

• На долю головного мозга приходится 2–3% от
массы тела.
• В то же время потребление кислорода головным
мозгом в состоянии физического покоя
достигает:
- 20–25% от общего потребления его всем
организмом у взрослых,
- 50% - у детей в возрасте до 4 лет.

17.

18.

• Основным источником энергии мозговой
ткани является аэробный распад глюкозы.
• При продолжительном голодании клетки
головного мозга начинают использовать
дополнительный источник энергии –
кетоновые тела.
• Жирные кислоты, которые в плазме крови
транспортируются в виде комплекса с
альбумином, не проходят через
гематоэнцефалический барьер.

19. Метаболизм углеводов

20.

• Основной энергетический субстрат
мозговой ткани - глюкоза.
• Транспорт глюкозы в клетки нервной ткани
инсулиннезависимый (инсулин не проникает
через гематоэнцефалический барьер).
• Высокая активность гексокиназы,
катализирующей фосфорилирование глюкозы
глю + АТФ глю-6-фосфат + АДФ.
• Отсутствует фермент глюкозо-6-фосфатаза,
катализирующий дефосфорилирование
глю-6-фосфата и выход глюкозы из клетки
глю-6-фосфат → глюкоза + Н3РО4

21.

• В нейронах ПФП выражен незначительно.
• В нейроглии ПФП является одним из
основных метаболических путей глюкозы.
• Образующийся в процессе ПФП НАДФН2
используется для синтеза в клетках головного
мозга:
- жирных кислот
- холестерина.
• Метаболит глюкозы – ацетил-КоА – является
предшественником для синтеза:
- жирных кислот
- холестерина.

22.

• Содержание гликогена в головном мозге
низкое (0,1%) и использование его не играет
существенной роли.
• Большое количество глюкозы идет на синтез
аминокислот, особенно глутаминовой и
аспарагиновой.
• Синтез из глюкозы аминокислот и ВЖК
обеспечивают некоторую независимость
головного мозга.

23.

• Глюкоза, галактоза, N-ацетилгалактозамин,
сиаловые кислоты нужны для синтеза
углеводных компонентов ганглиозидов,
выполняющих рецепторные функции.
• Галактоза и реже глюкоза являются
углеводными компонентами цереброзидов,
которые предохраняют нервный импульс от
иррадиации в окружающую среду.
• При гипоксии снижается скорость аэробного
окисления глюкозы и накапливаются лактат и
пируват.

24.

• Преимущественное потребление глюкозы
делает мозг очень чувствительным к
гипогликемии.
• Аэробный характер распада глюкозы делает
его чувствительным к гипоксии.
• Зависимость головного мозга от глюкозы
означает, что резкое падение уровня глюкозы в
крови, например, в случае передозировки
инсулина у диабетиков, может стать опасным
для жизни.
• Количество глюкозы, имеющееся в ткани
головного мозга, достаточно лишь на 10 мин
жизни человека.

25. Метаболизм лабильных фосфатов (макроэргов)

• Интенсивность обновления богатых энергией
фосфорных соединений в головном мозге
очень велика.
• Прекращение доступа кислорода даже на
10–15 с нарушает энергетику нервных клеток,
что в целостном организме выражается
наступлением обморочного состояния.

26. Метаболизм аминокислот и белков

• Общее содержание аминокислот в ткани мозга
в 8 раз превышает уровень их в крови.
• Обмен аминокислот в мозговой ткани
включает:
1) синтез белков и пептидов;
2) метаболические превращения аминокислот:
- дезаминирование,
- трансаминирование,
- декарбоксилирование,
- модификация боковой цепи и др.

27. Аминокислотный состав мозга

• 75% фонда всех свободных аминокислот приходится
на дикарбоновые кислоты и их производные:
- глутаминовую кислоту (преобладающая ам/к-та)
- глутамин,
- аспарагиновую кислоту,
- N-ацетиласпарагиновую кислоту
- γ-аминомасляную (ГАМК) кислоту.
• ГАМК и N-ацетиласпарагиновая кислота
локализованы почти исключительно в нервной ткани.

28. Обмен дикарбоновых кислот в нервной ткани

29.

Синтез:
• 1) Глутаминовая и аспарагиновая кислоты могут
образовываться в реакции трансаминирования из
промежуточных метаболитов цикла Кребса αкетоглутарата и оксалоацетата.
Оксалоацетат + глутамат <=> аспартат + α-КГ
α-КГ + аланин <=> пируват + глутамат
• 2) Непосредственный источник глутаминовой в
мозговой ткани – путь восстановительного
аминирования α-кетоглутаровой кислоты:

30.

Биологическая роль:
• 1) синтез мозгоспецифических белков,
нейропептидов, глутатиона.
Глутамат и глутамин составляют вместе от 8
до 10% общих аминокислотных остатков в
гидролизате белков мозга.
• 2) глутаминовая кислота в нервной ткани
декарбоксилируется с образованием ГАМК
(тормозного медиатора ЦНС).

31.

• 3) связывание аммиака,
освобождающегося при возбуждении
нервных клеток.
• Аммиак – очень ядовитое вещество,
особенно для нервной системы.
Глутаминовая кислота связывает аммиак с
образованием глутамина
• Данная реакция амидирования протекает
при участии фермента глутаминсинтетазы
и требует затраты энергии АТФ.

32. Метаболизм липидов

• Ткань головного мозга взрослого человека
содержит много холестерина.
• Синтез холестерина происходит в самой
мозговой ткани.
• Основная часть холестерина в зрелом мозге
находится в неэтерифицированном состоянии.
• Синтез фосфоглицеридов в мозге - как в
других тканях.

33.

• Жирные кислоты образуются из глюкозы в самой
мозговой ткани.
• Жирные кислоты используются для синтеза:
- БАВ (простагландинов и др.),
- фосфолипидов
- гликолипидов.

34. Нейромедиаторы

это биологически активные вещества,
вырабатываемые нервными клетками,
передающие информацию от нейрона к
нейрону или другим клеткам.
Нейромедиаторы
ВОЗБУЖДАЮЩИЕ
способствуют генерации
электрических импульсов
в нервных клетках
ТОРМОЗНЫЕ
препятствуют возникновению
электрических импульсов
в нейронах

35.

• Известно около тридцати различных
нейромедиаторов.
• Наиболее важные медиаторы
центральной нервной системы:
- норадреналин,
- ацетилхолин,
- серотонин,
- гистамин,
- дофамин,
- гамма-аминомасляная кислота.

36.

• После проявления своего действия медиаторы
обычно разрушаются специфическими
ферментами.
• Ферменты, разрушающие нейромедиаторы:
а) ацетилхолинэстераза – ацетилхолин
б) МАО (моноаминооксидаза) - биогенные
амины (норадреналин, дофамин и т.д.)
• Нарушения баланса нейромедиаторов в
головном мозгу считаются причиной ряда
психических заболеваний.

37. Опиоидные пептиды (нейропептиды)

большая группа физиологически активных
пептидов с выраженным сродством к
рецепторам опиоидного (морфинного) типа.
• К ним относятся энкефалины и эндорфины.
• Обнаружены в различных тканях - как в
мозге, так и на периферии.
• Обладают чрезвычайно широким спектром
регуляторной активности.

38. Биологическая роль

• служат эндогенными обезболивающими и
антистрессорными факторами,
• регулируют температуру тела, артериальное
давление и периферический кровоток, функцию
легких, пищеварительной системы, эндокринных
желез, иммунной системы, а также гипоталамогипофизарной области и ряда других систем
головного мозга.
• Влияют на многообразные поведенческие реакции,
такие как лекарственная зависимость, агрессивное
поведение, мотивации удовлетворения, половое
влечение, пищевое насыщение, стрессорные
адаптивные процессы и т.д.

39. ЦЕРЕБРОСПИНАЛЬНАЯ ЖИДКОСТЬ

• Цереброспинальная жидкость - это
первичный транссудат или ультрафильтрат
плазмы крови.
• Общий объем цереброспинальной
жидкости у взрослого человека в норме
составляет около 125 мл.

40. ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЦЕРЕБРОСПИНАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ

41.

Компоненты
Содержание
в цереброспинальной
жидкости
в плазме крови
Вода
99%
90-91%
Сухой остаток
1%
9-10%
0,15-0,40 г/л
65-85 г/л
4 (4:1)
1,5-2,5 (4:3)
Остаточный азот
8,6-14,3 ммоль/л
17-35 ммоль/л
Глюкоза
2,5-4,2 ммоль/л
3,3-5,5 ммоль/л
Холестерин
2,6-5,2 ммоль/л
3,3-6,6 ммоль/л
следы
1,2-2,8 ммоль/л
Са2+
1,5 ммоль/л
2,25-2,8 ммоль/л
Na+
146 ммоль/л
135-145 ммоль/л
Белки
Альбумины / Глобулины
Триацилглицериды

42.

• Проникновение веществ через мембрану
сосудистого эндотелия нервной системы
– активный биохимический процесс.
• Источниками энергии для активного
транспорта служат процесс аэробного
окисления глюкозы и лишь в
незначительной степени гликолиз.
• Исследование цереброспинальной
жидкости при патологических состояниях
имеет важное клиническое значение.

43. ВЗАИМОСВЯЗЬ ПРОЦЕССОВ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ В ОРГАНИЗМЕ

Общие цели метаболизма
• генерация энергии и восстановленных
эквивалентов,
• образование строительных блоков для
биосинтеза.

44.

• Важнейшие структурные мономеры:
1) аминокислоты,
2) моносахариды,
3) жирные кислоты,
4) мононуклеотиды.
Обмен этих мономеров тесно взаимосвязан.
Взаимосвязь осуществляется через ключевые
метаболиты обмена веществ, которые служат
общим звеном на путях распада или синтеза
мономеров.

45. Ключевые метаболиты обмена веществ

1) пируват
2) ацетил-КоА
3) 3-фосфоглицерат ( -глицеролфосфат)
4) промежуточные метаболиты цикла Кребса:
- оксалоацетат,
- -кетоглутарат,
- сукцинил-КоА и др.

46.

47.

• Пируват является точкой пересечения
путей распада и синтеза глюкозы
(моносахаридов) и аминокислот.
• Ацетил-КоА – открывает путь
превращения аминокислот и глюкозы в
липиды.
• Но ацетил-КоА никогда не превращается в
глюкозу.

48.

• 3-фосфоглицерат ( -глицеролфосфат) –
через него происходит превращение
углеводов в некоторые липиды –
триацилглицерины, фосфоглицерины, и,
наоборот, липидов, содержащих глицерин, в
углеводы.
• Большие возможности для
взаимопревращений имеют
промежуточные метаболиты цикла
Кребса

49.

• Мономеры являются структурными
звеньями биополимеров, поэтому возможна
относительная взаимозаменяемость Б, Л
и У как главных компонентов пищи.
Но взаимозаменяемость ограничена:
1) прежде всего аминокислотами, так как 10
аминокислот являются незаменимыми,
2) незаменимыми (полиненасыщенными)
ВЖК