Биохимия центральной нервной системы

1.

Доцент Шелепина Е.П.

2. План

Структура и функции нервной системы
Особенности химического состава головного мозга
Химические основы возникновения и проведения
нервных импульсов
Патобиохимия нервной системы

3. Функции Нервной Системы

Регулирует физиологические и биохимические процессы.
Координирует и регулирует функционирование всех органов.
Перерабатывает поступающую извне информацию и генерирует
сигналы для регуляции поведения организма. Участвует в
сознании и мышлении.
Способна самообучаться, в результате чего меняется характер
последующих реакций организма. Участвует в таком сложном
процессе, как память.
Специфические функции: возникновение, проведение и
синаптическая передача нервных импульсов; биоэлектрическая
активность нервных клеток, возбуждение и торможение их
деятельности.

4. Морфологический Состав Головного Мозга

1. Нейроны - нервные клетки, участвующие в генерации и передачи
нервных импульсов. Основная функция:
распространение и интегрирование информации в организме.
Тело
Ядро
Дендриты
аксон

5. Морфологический Состав Головного Мозга

2. Нейроглия - система обкладочных клеток между нейронами,
выполняющих трофическую и защитную функции и образующих
изоляционный слой вокруг отростков нейронов в виде миелиновой
оболочки.
олигодендроциты
аксон
(типы глии)
Цитоплазма олигодендроцита
3. Микроглия - глиальные макрофаги (клетки Ортеги).
Перехват
Ранвье
Миелиновая
оболочка
митохондрия

6. Химический Состав Головного Мозга

Составные части
Вода
Сухой остаток
Белки
Липиды
Минеральные вещества
Серое
вещество
84
16
8
5
1
Белое
вещество
70
30
9
17
2

7. Белки Головного Мозга

I. Простые белки
1. Растворимые - извлекаются водно-солевыми растворами и щёлочью
- альбумины - 90%
- глобулины - 5%
- катионные белки
- анионные белки
2. Нерастворимые
- нейросклеропротеины (коллагены, эластины, нейростромины)
II. Сложные белки
1. Нуклеопротеины - в виде ДНП и РНП
2. Липопротеины
3. Фосфопротеины
4. Гликопротеины
5. Протеолипиды

8. Нейроспецефические Белки

Белок s-100 - гетерогенный кислый Сa-связывающий белок,
локализуется в нейроглии (в астроцитах) и интенсивно
нарабатывается в клетках гиппокампа при обучении,
тренировках, формировании условных рефлексов.
Белок В-50 - один из основных фосфорилируемых
плазматических мембран нейронов. Локализован в основном в
синапсах и является эндогенным субстратом диацил-глицеролзависимой и са-зависимой протеинкиназы С.
Белок 14-3-2 - локализуется в нейронах, является ферментом енолазой. Служит маркером при карциномах головного мозга.

9. Некоторые Нейропептиды

10. Ферменты В Нервной Ткани

В нервной ткани присутствуют все ферменты углеводного, липидного и
белкового обмена. Ряд ферментов находятся в нескольких молекулярных
формах. Изоферменты характерны для ЛДГ, альдолазы, гексокиназы,
МАО и др.
Углеводы головного мозга
1. Глюкоза - 1-4 мкмоль/г ткани
2. Гликоген - 2-4 мкмоль/г ткани

11. Липиды Головного Мозга

Содержание в нервной ткани очень высоко (особенно в миелине).
Являются важнейшим структурным компонентом мембран нейронов,
определяющим их физиологические свойства. Характерно большое
разнообразие их и наличие специфических индивидуальных разновидностей липидов:

12. Липиды Головного Мозга

Показатель
Холестерин
Цереброзиды
Ганглиозиды
Ф-этаноламин
Ф-холин
Ф-серин
Ф-инозитолы
Плазминогены
сфингомиелины
Серое в-во
Белое в-во
Миелин
22,8
5,4
1,7
22,7
26,7
8,7
2,7
8,8
6,9
27,5
19,8
5,4
14,9
12,8
7,9
0,9
11,2
7,7
27,7
22,7
3,8
15,6
11,2
4,8
0,6
12,3
7,9
(в процентах к общим липидам)

13.

фосфолипиды
Фосфоглицериды
- Ф-холин
- Ф-этаноламин
- Ф-серин
- плазмалоген
R1
H2C-O-C=O
O=C-O-CH
R2
O
CH2-O-P-O-R3
O-
Фосфатидилинозитолы Сфингомиелины
(моноCH3-(CH2)12-CH=CH-CH-CH-NH-C=O
диOH CH2
R
триинозитолы)
O
CH2-O-C
CH-O-C
CH-O-P
O
R1
O=P-OO
O
R2 OH
O
O
CH2
OPO3
HO
O
OH
OPO3
CH2-N+(CH3)3

14.

Сфинголипидозы
1. Болезнь Гоше - замена галактозы на глюкозу в керазине из-за дефекта фермента β-глюкозидазы.
сфингозин
O O-CH2-CH-CH-CH=CH-(CH2)12-CH3
NH OH
Цереброзид керазин
Галактоза
C=O
(глюкоза)
CH -(CH ) -COOH
3
2 22

15. Особенности Метаболизма Нервной Ткани

Высокий аэробный обмен (газообмен в мозге превышает
газообмен в мышечной ткани в 20 раз). У человека головной мозг
составляет 2-2,5% веса тела, а потребляет 10-20% кислорода,
поглощаемого организмом.
Основной энергетический субстрат для нервной ткани глюкоза. Ни один орган не поглощает глюкозу крови с такой
скоростью и в таких количествах, как мозг. За 1 минуту 100 г ткани
мозга потребляют 5 мг глюкозы. 85% глюкозы в мозговой ткани
расходуется в цикле крэбса, 12% - в анаэробном гликолизе (до
лактата) и 3% - по пентозофосфатному пути, образуя НАДФ•Н 2,
рибозу для синтеза РНК.

16. Обмен Белков И Аминокислот

O
HOOC-CH2-CH2-C-COOH
α-кетоглутарат
NH3
NADH2
NH2
HOOC-CH2-CH2-CH-COOH
α-глутамат
NH2
NAD+
NH3
HOOC-CH2-CH2-CH-COOH
α-глутамат
NH2
HOOC-CH-CH2-CH2-CO-NH2
глутамин
АТФ
АДФ
(Способ обезвреживания аммиака)
CO2
NH2
HOOC-CH2-CH2-CH-COOH
α-глутамат
Нейромедиатор
возбуждения
СH2(NH2)-CH2-CH2-COOH
Глутаматдекарбоксилаза
витамин В6
ГАМК
Нейромедиатор
торможения
+ H2O

17. Работа Na-k-атфазы

Внеклеточная
жидкость
Na-K насос
мембрана
цитозоль

18. Строение Φ-зависимого Na+ Канала

19. Строение Синапса

Пресинаптическое
аксонное
окончание
митохондрия
синапс
Синаптические
пузырьки
Синаптическая
щель
рецепторы

20. Выделение Медиатора (Экзоцитоз)

Синаптический
пузырёк
Постсинаптическая мембрана
Молекулы нейромедиатора
1) синаптический пузырёк с нейромедиатором
2) входящий Ca2+-ток
3) выброс нейромедиатора (экзоцитоз)
4) реаптейк - обратный захват медиатора (эндоцитоз)

21. Типы Рецепторов

1) Ионотропные - рецепторы, связанные с ионными каналами; обеспечивают быстрый
Полипептидная
эффект.
субъединица
2) Метаботропные - связаны с эффекторными структурами через определённые
обменные реакции; обеспечивают медленные эффекты.
Ионный канал
рецептор
нейромедиатор
G-белок
рецептор
нейромедиатор
G-белок
фермент
Вторичный
мессенджер

22. Виды Рецепторов

1. Холинорецепторы - состоят из 5 субъединиц. Образуют хемовозбудимый
ионный канал, проницаемый для ионов K+, Na+. Связывание АХ осуществляется
на α-субъединицах.
2. ГАМК-рецепторы
3. Глутаматные рецепторы - связывают N-метил-D-аспартат
глутамин

23. 4. Адренорецепторы

К+-канал
норадреналин
G-белок
Аденилатциклаза
Протеинкиназа

24. Нейромедиаторы

Требования к нейромедиаторам:
- в нервных волокнах должны содержаться ферменты, необходимые для
синтеза этого медиатора;
- при раздражении нерва, они должны выделяться, реагировать со специфическим рецептором на постсинаптической мембране и вызывать биологическую реакцию;
- должны существовать механизмы, быстро прекращающие действие этого
вещества.
Пути удаления медиаторов:
1. Ферментное разрушение (АХ-эстераза, МАО, катехол-О-метилтрансфераза).
Для АХ, НА.
2. Реаптейк (НА).
3. Переход нейромедиатора в глию (глутамат).

25. Виды Нейромедиаторов

Возбуждающие медиаторы - вызывают деполяризацию постсинаптической мембраны
Тормозные медиаторы - способствуют гиперполяризации мембраны, увеличивая проницаемость мембраны для ионов К+ и Cl-.
1. Ацетилхолин - синтезируется из холина и активной формы уксусной кислоты - ацетилКоА. Обеспечивают переключение воздействий стволовой части мозга на кору
больших полушарий.
CH3-(CH2)3-CH2-OH
+
CH3-CO-S-KoA
ХолинацетилHS-KoA
трансфераза
(CH3)3N+-CH2-CH2-O-CH3 АХ
O

26.

2. Норадреналин - синтезируется из тирозина. Синтезируется в основном в нейронах
голубого ядра. Играет важную роль в формировании психоэмоционального состояния.
3. Дофамин - синтезируется преимущественно в нейронах чёрной субстанции из тирозина.
COOH
L-тирозин
СН2-СН-NH2
НО
О2
тирозингидроксилаза
COOH
HO
L-ДОФА
Дофамин
CO2
ДОФА-декарбоксилаза
HO
HO
CH2-CH2-NH2
O2
HA
CH2-CH-NH2
HO
OH
OH
β-гидроксилаза
CH-CH2-NH2
OH

27.

Обмен дофамина
HO
CH2-CH2-NH2
HO
KOMT
MAO
HO
CH2
HO
CH2-CH2-NH2
C=O
HO
OH
HO
Дегидроксифенолуксусная кислота
3-метокситирамин
KOMT
MAO
СH3O
CH2
C=O
HO
OH
Гомованилиновая кислота

28.

Метаболизм норадреналина
OH
CH-CH2-NH2
HO
OH
МАО
OH
HO
O
CH-C
OH
L-3,3-диоксиминдальный
альдегид
H3CO
KOMT
HO
OH
CH-CH2-NH2
норметанефрин
H
H3CO
HO
COOH
Ванилиновая кислота

29.

4. Серотонин - образуется нейронами ядер шва из триптофана. Связан с процессами сна.
NH2
CH2-CH-COOH
ТРИПТОФАН
триптофангидроксилаза
HO
NH
O2
NH2
CH2-CH-COOH
5-ОКСИТРИПТОФАН
5-окситриптофандекарбоксилаза
HO
NH
CO2
CH2-CH2-NH2
СЕРОТОНИН
NH

30.

5. Глутамат - образуются путём дезаминирования глутамина или из кетоглутаровой кислоты
6. ГАМК - основной тормозный медиатор (30%). Участвует в организации памяти.
7. Аденозин
8. Глицин - при избытке может привести к нарушениям психоэмоциональных функций.

31.

Возможные пути нарушения синаптической передачи
1. На уровне синтеза нейромедиатора
2. На уровне выделения нейромедиатора
3. На уровне восприятия медиатора рецептором

32. Патобиохимия Нервной Системы

1) Миастения - уменьшение числа холинорецепторов
2) Шизофрения - из-за гиперреактивности дофаминовых рецепторов в нейронах.
3) болезнь Паркинсона - дегенерация дофамин содержащих нейронов нитростриарного проводящего пути
4) Депрессия - из-за истощения запасов моноаминовых нейромедиаторов в нейронах.