Биологический каталог




Основы биохимии. Том 3

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

еиновые кислоты и белки мозга, более 90% глюкозы подвергается метаболизму по гликолити-ческому пути и окислению в цикле трикарбоновых кислот. Неврологические признаки недостатка тиамина (гл. 50) являются, как полагают, следствием неадекватного превращения пирувата в аце-тил-СоА. Способность клеток мозга к гликолизу превышает их способность к окислительному метаболизму; лимитирующим фактором последнего является, по-видимому, активность изоцитратдегидрогеназы (она максимальна при нормальном уровне утилизации глюкозы в состоянии покоя).

Активность гексокиназы в мозге может быть в 20 раз более высокой, чем в других тканях млекопитающих. Находящийся в мозге изофермент прочно связывается с митохондриями; по сравнению с изоферментами гексокиназы печени и мышц он характеризуется более низкой величиной Km и более высоким значением Vmax- Фосфофруктокиназа выполняет в мозге, так же как и в других тканях, важную роль в регуляции утилизации глюкозы (разд. 14.4.2.1). Фермент ингибируется его субстратом, АТР, а также цитратом и активируется фруктозо-6-фосфатом, AMP, ADP и ?». Вызываемые этими веществами изменения активности фермента позволяют осуществлять регуляцию расходования глюкозы •в соответствии с метаболическими потребностями клетки. Глико-литические ферменты локализуются не только в теле клетки, не

37. НЕРВНАЯ ТКАНЬ

1459·

также и в нервных окончаниях, т. е. на значительном расстоянии от тела клетки. Протекающий в пресинаптических нервных окончаниях гликолиз обеспечивает энергией функционирование синапса. Фосфоглюконатный окислительный путь функционирует во всех клетках мозга; генерируя NADPH, он, по-видимому, обеспечивает синтез жирных кислот и стероидов.

Содержание гликогена в мозге составляет примерно 0,1%; следовательно, метаболизм мозга не может долго поддерживаться за счет резерва углеводов. Это обстоятельство может быть причиной комы, наступающей при гипогликемии, вызываемой введением инсулина. При нормальной концентрации глюкозы в артериальной крови (около 80 мг/100 мл) мозг потребляет 3,4 мл 02 на 100 г в минуту. При инсулиновой коме, когда уровень глюкозы в крови снижается примерно до 8 мг/100 мл, потребление 02 может составить лишь 1,9 мл/мин. При таком низком потреблении 02 образование АТР в результате окислительного фосфорилирования оказывается, вероятно, недостаточным для нормальной деятельности мозга. Кома и необратимые нарушения возникают даже после кратковременной гипоксии.

Инсулин не оказывает прямого влияния на метаболизм углеводов в мозге, поскольку он не проходит через гематоэнцефаличе-ский барьер. Однако на метаболизм глюкозы в периферических нервах он может оказывать непосредственное влияние. Миоинозит, синтезирующийся из глюкозы, является предшественником различных инозитсодержащих веществ мозга, особенно фосфатидилино-зита.

37.3.2. Метаболизм аминокислот и белков

Поступление аминокислот в мозговую ткань и выход из нее, а также использование глюкозы крови для синтеза аминокислот нейронов и глии в клетках разных типов (а также в разных отделах мозга) различны. Эти различия в существенной мере обусловлены наличием гематоэнцефалического барьера, который следует рассматривать конкретно для каждого вещества или класса веществ. Гематоэнцефалический барьер не следует представлять как единое структурное образование, создающее преграду для транспорта; различие относительных скоростей поступления веществ в разные отделы мозга может быть обусловлено особенностями эпителия сосудов, базальной мембраны или расположения прилегающих отростков глиальных клеток. Мозг интактного животного способен концентрировать аминокислоты лишь в незначительной степени, однако введенные в кровь аминокислоты могут быстро обмениваться со свободными аминокислотами мозга. В условиях же in vitro (в отсутствие барьера) многие аминокислоты накапливаются в клетках мозга за счет активного транспорта, в котором

1460

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

участвуют несколько самостоятельных Ка+-зависимых транспортных систем. В мозге, по-видимому, имеются две системы переносчиков для нейтральных аминокислот (тогда как в кишечнике, лочках, семенниках и селезенке функционирует одна соответствующая система; см. разд. 21.1.2), а также отдельные системы для транспорта аминокислот с кислыми и основными свойствами. Кроме того, самостоятельная система транспорта ?-аминокислот (см. ниже) имеется, вероятно, только в мозге. Характер распределения введенных аминокислот свидетельствует о компартментализации различных свободных аминокислот в нейронах и глиальных клетках, а также в субклеточных структурах нейрона.

Последующее обсуждение касается метаболизма только тех аминокислот, которые либо играют центральную роль в метаболизме мозга, либо участвуют в образовании возбуждающих или тормозных медиаторов. Большинство этих процессов происходит в телах нервных клеток.

Приблизительно 75% свободных аминокислот мозга составляют -аспарагиновая, глутаминовая кислоты и их производные (?-аце-тиласпарагиновая кислота, глутамин, глутатион) и ГАМК- В мозге в более высокой концентрации, чем в других тканях, найдены также таурин (для него имеется система транспорта, характеризующаяся высоким сродством; см. разд. 23.2.7) и цистатионин (разд. 21.4.2.3). Преобладающей (по количеству) аминокислотой является глутамат, концентрация его составляет 10 мМ.

На рис. 37.9 показаны некоторые метаболические реакции, протекающие в мозге, в которых участвуют дикарбоновые аминокислоты и их производные. ГАМК, которая образуется путем декарбоксилирования глутамата, находится в головном и спинном мозге

аспарагиновая_ ацетиласпарагиновая

кислота кислота

ЩаВи^У™У°,1а-Я-*- яблочная кислота-

кислота

I ?

?

_с*-кетоглутаровая у-гуаниЗомасляная кислота кислота

f

глувштион — ГЛ~ГЯ« У"аМГс1аГНай — гомокаР™ЗИ„

глутамин ПОЛуаП^лИоатЯьГтВрН°Й-- г™асляная

сукцинил-СоА -*- ^ислопта1 -*" ??(?3?0?35? кислота -

Рис. 37.9. Некоторые реакции метаболизма аминокислот в мозге.

37. НЕРВНАЯ ТКАНЬ

1461

AMP-> IMP + NH3

«-кетоглитарагп глутамат

NAD* NADH

Рис. 37.10. Образование аммиака в ткани мозга.

в высокой концентрации, в то время как в других тканях млекопитающих ее концентрация весьма незначительна. ????? может вступать в реакцию переаминирования с ?-кетоглутаратом; в результате образуются янтарный полуальдегид и глутамат. Янтарный полуальдегид окисляется затем до сукцината, а последний включается в цикл трикарбоновых кислот. По этому альтернативному (по отношению к превращениям ?-кетоглутарата в цикле трикар-.боновых кислот) пути (ГАМК-шунт) может превращаться 10—20% ?-кетоглутарата. Центральная роль глутамата в метаболизме мозга частично объясняется большим числом реакций, связывающих его с соединениями цикла трикарбоновых кислот. После введения an vivo 14С-глюкозы приблизительно 80% радиоактивности, обнаруживаемой в свободных аминокислотах мозга, приходится на аспартат, ?-ацетиласпартат, глутамат и глутамин, а также ГАМК.

Так же-как для других тканей, для мозга характерна компарт-ментализация метаболизма. Та ??, после введения меченых глутамата, ацетата или ионов аммония в глутамине появляется больше метки, чем в глутамате, тогда как после введения радиоактивных глюкозы или глицерина в глутамате оказывается больше метки, чем в глутамине. Эти и другие данные указывают на существование небольшого (независимого от главного) пула глутамата, который превращается в глутамин.

Мозг поглощает из плазмы этаноламин и использует его для синтеза фосфатидилэтаноламина, последний подвергается метилированию с образованием фосфатидилхолина; по этому пути синтез холина происходит со скоростью, примерно в два раза превышающей скорость образования ацетилхолина. Другие пути метаболизма аминокислот в мозге сходны с теми, которые рассматривались ранее (гл. 21—24). Как ни удивительно, мозг содержит все ферменты цикла образования мочевины (разд. 21.4.4), кроме карба-моилфосфатсинтетазы. Несмотря на наличие аргиназы, синтез мочевины, по-видимому, не происходит.

1462

IV. ЖИДКАЯ СРЕДА ОРГАНИЗМА

В ходе метаболизма ??3 образуется главным образом в результате действия аденилатдезаминазы (разд. 24.2.1.2). В цикле, схема которого представлена иа рис. 37.10, атом азота аминокислоты через систему глутамат — аспартат попадает в аденилат, который подвергается дезаминированию. Большая часть ??3 используется для синтеза глутамина, и избыток азота удаляется из мозга именно в составе глутамина.

Аминокислоты, которые поступают в мозг или образуются в нем, быстро включаются в белки. Синтез белка происходит главным образом в цитоплазматических рибосомах тела клетки и в митохондриях. Белки нервных окончаний постоянно обновляются, при этом поступление исходных веществ обеспечивается аксональ-ным транспортом. Действительно, тубулин и холин-ацетилтрансфе-раза должны постоянно синтезироваться, поскольку период полужизни первого составляет около 4 сут, а второго — около 5 сут. Скорость белкового синтеза достигает максимума в период развития и значительно снижается, когда организм достигает зрелого состояния. Хотя механизм синтеза белка в мозге принципиально сходен с таковым в других тканях, нестабильность комплексов информационной РНК с рибосомами в мозге обусловливает некоторые особенности. Бесклеточные препараты мозговой ткани содержат относительно малые количества полирибосом; 'кроме того, в период инкубации в системе включения аминокислот полирибосомы из мозга легче подвергаются дезагрегации, чем полирибосомы из печени. Такая неустойчивость обусловлена либо необычными свойствами самих рибосом, либо характером связывания информационной РНК с рибосомами.

37.3.3. Метаболизм нуклеиновых кислот

По сравнению с другими соматическими клетками организма крупные нервные клетки характеризуются самым высоким содержанием РНК и, вероятно, наиболее высокой скоростью образования этих нуклеиновых кислот в организме. Основное количество РНК в нервных клетках находится в субстанции Ниссля, которая представляет собой рибосомальные агрегаты различного размера. Молодые униполярные нейробласты, 2

страница 66
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 3" (10.5Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(12.11.2019)