ы в мозгу играют важную роль в региональном распределении метаболитов, в предохранении головного мозга от различных воздействий, в контролировании уровня метаболизма как органа в целом, так и отдельных его областей.

7.2. МЕТАБОЛИЗМ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ АМИНОКИСЛОТ

Выше указывалось, что более 2/3 аминоазота аминокислот приходится на долю глутамата и его производных, причем эти аминокислоты являются доминирующими в количественном отношении в мозгу всех изученных видов животных. В спинном мозгу, так же как и в головном, концентрация глутамата и родственных ему аминокислот выше," чем других аминокислот. В периферических нервах позвоночных, напротив, содержится значительно меньше глутамата, N-ацетиласпартата, чем в головном мозгу, а ГАМК почти полностью отсутствует. Аналогичная картина содержания аминокислот найдена не только у млекопитающих, но и у других классов позвоночных: рыб, амфибий, рептилий, птиц. Очевидно, это связано со специальной ролью, которую играют глутамат и его производные в функциональной деятельности нервной ткани.

Глутамат и аспартат

Аминокислоты глутаминовой группы подвергаются быстрому превращению в головном мозгу, чему способствует их тес-

'186

Ацетил - КоА

ЩУК Янтарная к-^а

Лимонная к-та \_

Ой-КЕТОГЛУТАРОВАЯ К-ТА

ГАМК

ЯПА

Г 2

ЩУК ^j^^-*-Алании

Sy»- Пируват

^>NH3

Н

НАДФН2)

г (н-----

47>e*kwH

^ Оксимгтил-

: пируват и т.д.

НАЛ

К (НА^Ф)

пая связь с интенсивно протекающим в этом органе аэробным окислением. Интересно отметить, что основной энергетический субстрат мозга — глюкоза — быстро превращается в аминокислоты. После инъекции меченой глюкозы значительная часть изотопа, присутствующего в растворимой фракции мозга, обнаруживается в аминокислотах, особенно в.глутамате, глута-мине, аспартате и ГАМК- Это частично объясняется большим содержанием свободного глутамата, находящегося в равновесии с а-кетоглутара-том цикла трикарбоиовых кислот. Высокий процент включения радиоактивности из глюкозы в аминокислоты мозга (до 70%) явился основанием для предположения, что утилизация глюкозы в этом органе в значительной степени происходит через биосинтез и окисление аминокислот.

Непосредственным предшественником для синтеза глутамата в мозгу является ct-кетоглутаровая кислота (рис. 30), которая может превращаться в глутамат или путем прямого восстановительного аминироваьия с участием ыугаматдегид-рогеназы (КФ 1.4.1.2, 1.4.1.3) или путем переаминирования.

Глутаматдегидрогеназа катализирует реакцию

а-Кетог.тутарат + НАДН2(НАДФН.) + NH3 ^ Глутамат f-+ Н20 + НАД+(НАДФ+).

Ткань мозга обладает высокой глутаматдегидрогеназной активностью. Реакция обратима, однако равновесие сильно сдвинуто в сторону прямой реакции, т. е. синтеза глутаминовои кислоты. Таким образом, в головном мозгу глутаматде-гидрогеназная реакция участвует не столько в окислении глу* 1амата, сколько в синтезе его из а-кетоглутаровой кислоты, обеспечивая тем'ЪЗШМ Ш!рерыв!Гое превращение свободного аммиака в аминоазот аминокислот.

Основной же путь окисления и образования глутамата в мозгу — переаминйрование. Так, в митохондриях мозга 90% ГлутЖата"окисляется через трансаминирование С образованием

ГЛУТАМИНОВАЯ К-ТА

Рис. 30. Схема образования и окисления глутамата в головном мозгу Ферменты: / — глутаматдегидрогена-— аспартатаминотрансфераза;

за

аланинамннотрансфераза; аминотрансфераза; 5 — миназа.

4 — тнроэш- f t ov< ГАМК-транса-

187

аопартата. Фермент, катализирующий переаминирование глутамата со щавелевоуксусной кислотой (ЩУК) — аспартатаминотрансфераза (КФ 2.6.1.1.), является наиболее мощной транс-амипазой в головном мозгу. Выделены два изоэнзима аспартат-аминотрансферазы, локализованные в митохондриях и цито-"п л аз1Й7~ Функциональная роль их различна; митохондриальный фермент связан в основном с функционированием ЦТК, цито-плазматический определяет интенсивность глюконеогенеза.

В регуляции отношения между этими двумя путями, конкурирующими за один субстрат, важная роль принадлежит макроэргическим соединениям. Оказалось, что изолированная глутаматдегидрогеназа реагирует как с НАД+ так и с НАДФ% в то время как в интакгных митохондриях этот энзим взаимодействует преимущественно с НАДФ^. Интенсивность этой реакции пропорциональна отношению НАДФ+/НАДФН2. Макроэргические соединения способствуют восстановлению НАДФ+ через трансгидрогеназную реакцию и тем самым подавляют дезаминирование глутамата. Наоборот, трансаминазншГ путь требует участия макроэргических соединений, поэтому выбор между этими двумя реакциями определяется энергетическими возможностями митохондрий. Таким образом, глутаминовая кислота выполняет чрезвычайно важную функцию в энергетическом обеспечении головного мозга, которая заключается в I поддержании метаболитов ЦТК на определенном и притом довольно высоком уровне.

^ \ Еще одной важной функцией аминокислот глутаминовой группы является участие их в устранении и образовании аммиака в нервной ткани. Свободный аммиак в норме в головном мозгу крысы содержится в количестве 0,20 мг% (0,16 мкмолей на 1г ткани). Многочисленные исследования, проведенные в различных лабораториях, установили повышение уровня аммиака в мозговой ткани при интенсивной мозговой активности различного происхождения. При подавлении нервной деятельности (наркотическое состояние, условное торможение и т. д.) содержание его, напротив, понижается. По мнению многих авторов, аммиак играет важную роль в процессах возбуждения и торможения нервной деятельности. Источниками аммиака в нервной ткани могут быть нуклеотиды, глутамин, амидные группы белков и многие др.

Большой интерес представляет процесс образования аммиака из глутамата. В головном мозгу обнаружены многочисленные аминотрансферазы основных, кислых, нейтральных и ароматических аминокислот. Прн участии этих ферментов аминогруппы различных аминокислот оказываются в конечном счете а-аминогруппами глутаминовой кислоты. Последние переами-нируются со щавелевоуксусной кислотой при участии аспартат-аминотрансферазы с образованием аспартата/Образование аммиака из аспартата происходит двояким образом. В одном слу-

188

чае оно сопряжено с реаминированием дезаминоформ НАД, который затем вновь дезаминируется согласно схеме (Бунятян, 1973):

Аминокислоты ~> Глутамат <-> Аспартат

t--Д-НАД

Фурамат *--Н АД-сукцииат

НАД -

1

NH3

Цикл этих превращений включает три ферментативные реакции:

. , „ ...г, НЛД-сукшшатсинтетаза . т , _ /. Аспартат 4* Д-ИАД -> НАД-сукципат

2. НЛД-сукцинат

НАЦ-деэаминаза

НАД-cvicniin гг.тиаза

НАД f фумарат

3. НАД

Д-НАД + NMa-

В другом цикле аспартат реаминирует ИМФ по схеме: Аминокислоты -* Глутамат «-> Аспартат

t--ИМФ

Фумарат Сукциниладенилат

4

АМФ -

1

NH,

Этот цикл также включает три ферментативные реакции (Ко* метиани, 1967; Lowenstein, Hollander, 1973).

. ...... Адечилсукиинатсинтетазл _

/. Аспартат + ИМФ--> Сукциниладенилат

_ А тенмлгукцннаглиаэа

2. Сукциниладенилат -•--*- Фумарат + АМФ

о am* Аденклатдеэ