Рнс. 13. Удельная радиоактивность отдельных фракций гликолипидов головного мозга взрослых крыс при введении 2-14 С-ацетата.

SO

so-

50

вг

67

55

зс

100

6U

Ю0К

46

12345 12 3^ 45 1 2 3 5

Ганглиозидь; М-ацСТиднейракйноБая W-ацешгалактозамин

кугхста

Рис. 14. Изменение интенсивности обмена ганглиозидов, N-ацетшшейраминовой кислоты и N-ацетил-галактозамина при нарушении энергетического обмена

J — норма; 2 — 2,4-ДНФ; з — гипоксия; 4 — строфа итин К; 5 — оуабаин.

Ганглиозиды мозга являются активно обменивающимися соединениями. По интенсивности обмена ганглиозиды мозга взрослых животных близки к интенсивно мета болирующим

104

энергетическим веществам головного мозга» Метаболическая активность общих гаиглиозидов резко снижается при введении оуабаина, строфантина К, 2,4-ДНФ— веществ, резко нарушающих энергетический обмен мозга (рис. 14). В экспериментах с краткосрочным введением радиоактивных предшественников С. Ю. Тумановой установлена различная метаболическая активность индивидуальных гаиглиозидов мозга (см. рис. 13). Тем не менее в настоящее время очевидно, что функциональный динамизм обеспечивается не только различием метаболизма индивидуальных гаиглиозидов, но и характерным обменом нх составляющих компонентов.

Компоненты молекулы гаиглиозидов, особенно ее церамид-иой и олигосахаридной частей, резко отличаются по интенсивности обмена. Церамидная часть, выполняющая структурно-каркасную роль в нейрональных мембранах, характеризуется слабой метаболической активностью: и сфингозин, и жирные кислоты имеют очень низкую удельную радиоактивность. Что же касается компонентов олигосахаридной части, то они обладают высокой метаболической активностью, в несколько раз превышающей активность церамидных компонентов. Наибольшая интенсивность обмена характерна для N-ацетилгалакто-замина и N-ацетилнейраминовой кислоты, причем удельная радиоактивность первого соединения почти в два раза превышает активность второго. Последняя почти в 10 раз выше активности глюкозы и галактозы.

Вещества, нарушающие энергетический обмен, резко снижают удельную радиоактивность N-ацетилнейраминовой кислоты и N-ацетилгалактозамина (см. рис. 14), например оуабаин уменьшает удельную радиоактивность N-ацетилгалактозамина и N-ацетилнейраминовой кислоты на 95 и 92% соответственно,, а строфантин К — на 80 и 78% соответственно.

Данные о высокой метаболической активности специфических компонентов олигосахаридной части молекулы гаиглиозидов дают основание предполагать их большую функциональную значимость.

Функциональная роль гаиглиозидов

Г За физиологическую активность ответственна в первую очередь олигосахарндная^ласть молекулы гаиглиозидов, а именно анионные группы ^-ацётйлнейрамищшай-кнелотьт. Карбоксильные группы этой кислоты создают на поверхности отрицательный заряд. По расчетам Вольфа, на нейрон приходится 5-10ls MP^fc^WL. гаиглиозидов, а число свободных карбоксильных

(групп, обусловленных только N-ацетилнейраминовой кислотой,.

!равно 10й.

| Было доказано, что способность гаиглиозидов взаимодействовать с определенными вирусами, бактериальными токсинами, стрихнином, кураре пропорциональна числу карбоксильных

105

групп-нейраминовой кислоты. Блокирование этих групп приводит к потере всякой нейрональной активности. Установлено, что анионные группы моно-, ди- и трисиалоганглиозидов обладают различной способностью связывать катионы и поликатионы, причем основные типы ганглиозидов не адекватны в этом отношении. Так, трисиалоганглиозиды менее активны в связывании поликатионов, чем ди- и моносиалоганглиозиды.

Предполагают, что в нейрональных мембранах большое значение имеет цикл «тетра^три^ди^моносиалоганглиозиды». В нейрональных мембранах находится нейраминидаза» способная осуществлять это превращение. Возможно, что это взаимное превращение играет немаловажную роль в поляризации и деполяризации мембран и, следовательно, в регуляции транспорта ионов. Была выявлена способность ганглиозидов изменять распределение ионов Na+ и К+ в мозговой ткани. В транспорте натрия и калия ганглиозиды действуют согласованно с активными центрами аДенозинтрифосфатазы, локализация которой точно совпадает с локализацией ганглиозидов. Более того, имеется тесная связь между нарастанием количества ганглиозидов, повышением активности Na- и К-активируемой аденозинтрифосфатазы и усилением трансмембранного переноса этих ионов.

Не менее важна способность ганглиозидов обратимо связывать ионы Са2+, который играет важную роль в регуляции проницаемости мембраны и упрочнении ее структуры, поскольку явления поляризации и деполяризации нейрональных мембран самым тесным образом связаны с обменом Ca2h на этих мембранах. Вытеснение ионов Са2+ из анионных групп ганглиозидов натрием или калием, ~ возможно, является началом струк-tyrrnrrfrnr^ приводящей к увеличению про-

ницаемости для катионов. Пока мало известно о деталях этого физиологически важного процесса, но установлено точно одно, что ионы Са2+ должны проходить сквозь мембрану в тесной связи с ганглиозидами, которые связывают Ca2_f" гораздо сильнее, чем фосфолипиды, причем в катион-протонном обмене ганглиозиды в 20 раз эффективнее, чем ионы Na4- и К+.

Доказано, что ганглиозиды являются рецепторными молекулами мембран для токсинов и вирусов, поэтому допустимо, что они могут служить постоянными рецепторами для внутренних метаболитов мозга. Имеются данные о связи ганглиозидов с ацетилхолином, норадреналином, серотонином и ГАМК и о роли ганглиозидов в передаче и освобождении ацетилхолина в синаптических мембранах. Энергия, необходимая для освобождения ацетилхолина, может быть получена из процесса поляризации и деполяризации мембраны, который так тесно связан с ганглиозидами. Показана идентичность распределения ГАМК и ганглиозидов. Возможно, что структура известных ганглиозидов специализирована для рецепции определенного

106

медиатора. При этом, сродство моно-, ди-, три-, тетра- и пента-сиалгзганглиозидов к различным медиаторам различно, что в определенной мере может объяснить большое разнообразие молекулярных типов гаиглиозидов. Например, доказано, что к серотонину наиболее чувствителен дисиалоганглиозид Gr4, а к холерному токсину—GM\- Набор индивидуальных ганглио-зтгдов-рецепторов может быть уникальным не только для каждого типа клеток, но и для каждой индивидуальной клетки.

Оказалось, что ганглиозиды центральной нервной системы обладают -отчетливо выраженной химической специфичностью, чтобы действовать как антигены в классическом иммунохими-ческом смысле. Это свойство наделяет ганглиозиды способностью иммунохимического узнавания, благодаря которому многоклеточные организмы поддерживают структурную и морфологическую целостность клеток. Процесс узнавания необычайно специфичен для нервных клеток. В самой общей форме — это способность узнавать, является ли соседний нейрон партнером, своего он типа или .нет. Находясь в межклеточном пространстве, ганглиозиды определяют контактные свойства между нейронами, глией и ней