Особенности обмена веществ в нервной ткани

Энергетический обмен.

В ткани головного мозга увеличено клеточное дыхание (преобладают аэробные процессы). Мозг потребляет большее количество кислорода, чем постоянно работающее сердце, в 20 раз больше, чем покоящиеся мышцы. 20-25% всего кислорода приходится на долю головного мозга. У детей до 50%.

Ткань головного мозга использует весь кислород, находящийся в ней, за 10 секунд. Следовательно, важное значение имеет кровоснабжение головного мозга. при нарушении кровообращения через 6-8 секунд наступает потеря сознания.

Дыхательный коэффициент (отношение объема СО₂ к объему О₂) в тканях головного мозга приблизительно равно 1, следовательно углеводы – это основной субстрат для окисления. Мозг – единственный орган, который использует в качестве источника энергии практически одну только глюкозу (при патологии могут использоваться кетоновые тела), т.е. функционирование головного мозга зависит от снабжения глюкозой.

70% АТФ в тканях головного мозга используется для поддержания ионных градиентов (энергия используется для удаления ионов натрия из клетки).

Углеводный обмен.

Исходным субстратом для окисления является глюкоза (не гликоген! ). Гипогликемия приводит к судорогам и, возможно, к смерти.

85% глюкозы окисляется аэробно (до углекислого газа и воды), 15% - анаэробно (до лактата). Анаэробное окисление – это аварийный механизм.

Гликогена содержится немного – 0, 1%, но интенсивность его обновления достаточно велика. Весь гликоген в ткани головного мозга обновляется за 4 часа. Распад гликогена идет 2 путями:

- фосфорилический (с участием фосфорилазы);

- гидролитический - g-амилаза отщепляет остатки глюкозы.

Нарушения обмена углеводов ведут к нарушению функций головного мозга. При авитаминозе В₁ нарушается превращение ПВК, следовательно развиваются полиневриты. Угнетение окисления углеводов ведет к развитию торможения в нервной системе (используется при разработке снотворных веществ). Во сне потребление глюкозы снижается, а при возбуждении увеличивается.

Белковый обмен.

При возбуждении увеличивается распад белков и, как следствие, образуется больше аммиака и азота АК. При торможении распад белков снижается.

У человека в больших количествах образуется аммиак, являющийся токсичным веществом для нервной ткани и поэтому он должен быть обезврежен. Обезвреживание происходит путем образования амидов моноаминодикарбоновых АК: [рис. NH₂-CH(CH₂-CH₂-COOH)-COOH (это глутаминовая кислота) +NH₃® (над стрелкой глутамин-синтетаза, под Mg²⁺, АТФ®АДФ+Фн) NH₂-CH(CH₂-CH₂-CONH₂)-COOH (это глутамин)]. Этот процесс интенсивно протекает в нервной ткани, т.к. глутамин свободно выходит из клеток.

Глутаминовая кислота играет особенную роль в обмене веществ:

1. связывает аммиак;

2. участвует в реакциях переаминирования, в результате которых образуются заменимые АК (аспарагиновая кислота);

3. подвергается декарбоксилированию: [рис. NH₂-CH(CH₂-CH₂-COOH)-COOH (это глутаминовая кислота) ® (над стрелкой глутамат-декарбоксилаза, под – ПФ(В₆)) NH₂-CH₂-CH₂-CH₂--COOH (это g-аминомасляная кислота)]. Образующаяся g-аминомасляная кислота является тормозящим нейромедиатором;

4. подвергается окислительному дезаминированию. В результате этого многие АК теряют NH₂-группу;

5. является возбуждающим нейромедиатором;

6. стабилизирует содержание ионов калия в клетках нервной ткани.

До 10% глюкозы используется в качестве субстрата для синтеза глутаминовой кислоты.

Липидный обмен.

В нервной ткани липиды не играют энергетической роли. Содержащиеся в основном фосфолипиды и холестерин играют структурную функцию. Нейтральные жиры играют защитную функцию.

Химическая передача нервного возбуждения

Передача возбуждения с одной клетки на другую происходит с помощью нейромедиаторов:

- нейропептидов;

- АК;

- ацетилхолина;

- биогенных аминов (адреналин, норадреналин, ДОФА, серотонин).

Также в механизме передачи нервного возбуждения важную роль играют:

- натриевый насос (Na-K-АТФаза);

- натриевые каналы;

- калиевые каналы.

Последовательность процессов:

1. в результате воздействия раздражителя в синаптическую щель из визикул высвобождается нейромедиатор;

2. нейромедиатор диффундирует к мембранам 2 нервных клеток;

3. присоединяется к своему рецептору;

4. изменяется конформация рецептора;

5. происходит открытие натриевых и калиевых каналов, при этом ионы натрия идут в клетки, а калия - из них.

После удаления (разрушения) нейромедиатора начинает работать Na-K-насос, т.е. АТФаза удаляет ионы натрия из клеток, а ионы калия возвращаются. В результате очаг возбуждения снимается.

Каждый нейромедиатор действует в синапсах на свой рецептор. В холинергических синапсах основным медиатором является ацетилхолин (АХ). Он образуется из Ац-КоА и холина: [рис. (CH₃)₃-N-CH₂-CH₂OH (это холин) + CH₃-COSKoA ®(холинацетилтрансфераза, -HSKoA) (CH₃)₃-N-CH₂-CH2OСОСН₃ (это АХ)]. Разрушается АХ под влиянием холинэстеразы.

В адренергических синапсах образуются ДОФамин, норадреналин. Образование происходит из фенилаланина, который сначала преобразуется в тирозин: ФЕН®(фенилаланингидроксилаза, +1/2О₂) ТИР. Далее ТИР®(гидроксилаза, +1/2О₂) ДОФА® (декарбоксилаза, -СО₂) ДОФамин® (гидроксилаза, +1/2О₂)норадреналин. [рис. всех этих формул] Разрушаются эти нейромедиаторы под действием моноаминооксидаз.

В серотонинергических синапсах образуется серотонин из АК триптофана: [рис. триптофан®(гидроксилаза, +1/2О₂) 5-окситриптофан ® (декарбоксилаза, -СО₂) 5-окситриптамин (серотонин)]. Разрушается под действием моноаминооксидаз

Биохимия мышечной ткани

Мышечная ткань составляет 40-42% от массы тела и около 50% от обмена веществ приходится именно на мышечную ткань, а при интенсивной мышечной работе: до 80% от обмена веществ.

Функции мышечной ткани:

1. сократительная;

2. теплопродукционная.

Структурные элементы: мембрана – сарколемма, цитоплазма – саркоплазма, сократительные элементы – миофибриллы. Строение под электронным микроскопом: изотропные диски, анизотропные диски, Z-линия.

Химический состав:

70-80% воды, 17-21% белков. Белки различны в разных местах: белки стромы – опорные (коллаген, эластин), белки саркоплазмы – ферменты (альбумины, глобулины, миоглобин). Миоглобин – хромопротеин, по структуре похож на гемоглобин и точно так же связывает кислород, но не трансформирует его. Белки миофибрилл: миозин (50% всех белков миофибрилл), актин (25% белков), тропомиозин, тропонины, актинины (все вместе составляют 25% от всех белков миофибрилл).

Миозин

Отличается большим содержанием глутаминовой кислоты. Имеет отрицательный заряд. Он связывает ионы Са⁺⁺ и Mg⁺⁺. В присутствии Са⁺⁺ миозин обладает активностью АТФ-азы. В присутствии Mg⁺⁺ миозин связывает АТФ и АДФ. Способен взаимодействовать с актином.

Молекула миозина длинная – 160 нм и тонкая (ширина её – 2 нм), представляет собой две полипептидные цепи. Есть т.н. головки миозина.

Актин

Имеет три формы.

- мономерная форма: G–актин (глобулярная структура, глобулы полярные), связывается с АТФ;

- димерная;

- полимерная.

Мономеры могут соединяться в присутствии АТФ в димеры (G+G+АТФ®G-АТФ-G+ Фн), из димеров могут образовываться полимеры: F–актин (от «фибрилла»).

Тропомиозин

Представляет собой две a- спирали (своеобразные нити). Он соединяется с тропонином и этот комплекс присоединяется к актину.

Тропонины

Глобулярный белок нескольких видов. Выделяют: TN-C, TN-I, TN-T.

TN-T связывается с тропомиозином, TN-I – ингибитор АТФ-азы, TN-C связывается с Ca⁺⁺.

Имеют специфические отличия по АК составу от белков сердечной мышцы. Их можно определить с помощью иммуноферментного анализа.

Небелковые азотистые комплексы. Экстрактивные вещества

Экстрактивные вещества – небелковые азотистые вещества. К ним относятся:

АТФ: 0, 25-0, 40%.

Креатин-фосфат - 0, 4-1, 0% и его уровень растет при физической нагрузке. Он синтезируется из АРГ, МЕТ, ГЛИ, и может переходить в креатин. [рис. формулы креатин-фосфата COOH-CH₂-N(CH₃)-C(NH)-NH~PO₃H₂]

Карназин: b-аланилгистидин, участвует в транспорте фосфатных остатков. [рис. формулы карназина]

Ансерин отличается от карназина тем, что имеет метильную группировку; его функция - транспорт ионов Са⁺⁺.

Карнитин: производная g-амино-b-гидроксимасляной кислоты. Корнитин транспортирует жирные кислоты через мембрану в митохондрии, поэтому мышечная ткань может использовать жирные кислоты в качестве источника энергии.

В мышечной ткани есть свободные АК, пуриновые основания, мочевина.

Углеводы мышечной ткани

Гликоген: 0, 2-2%, но мышечная масса настолько велика, что содержание гликогена в мышцах в целом в 2 раза больше, чем в печени. Также содержаться гексозомонофосфаты, триозомонофосфаты, ПВК, молочная кислота, следы глюкозы (свободной почти нет).

Липиды – около 1%. Представлены нейтральными жирами в соединительно-тканных волокнах. Холестерол и фосфолипиды – компоненты биомембран. Жирные кислоты играют особую роль в миокарде как источник энергии.

Минеральные вещества. K⁺, Na⁺ участвуют в передаче возбуждения; также содержаться Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, Fe⁺⁺ (особенно много в миоглобине).

Химический состав мышечной ткани может изменяться при патологиях: мышечные дистрофии, полимиозиты, атрофия мышц. Всё это приводит к снижению фибриллярных белков и увеличению содержания белков стромы, саркоплазмы, снижению уровня АТФ, креатин-фосфата. Креатинурия развивается при многих мышечных патологиях, нарушается удержание его в мышечной ткани. В норме креатин образуется в печени из ГЛИ, МЕТ, АРГ, потом попадает в кровь, достигает мышцы, где превращается в креатин–фосфат при участии АТФ; часть креатина может превращаться в креатинин, который выводится с мочой. При патологии креатин из крови сразу поступает в мочу – креатинурия.

Энергетическое обеспечение мышечного сокращения

Есть некоторые особенности:

1. энергия необходима периодически;

2. при сокращении мышцы нарушается ее кровоснабжение.

Механизмы преодоления:

1. мышечная ткань содержит миоглобин, который связывает кислород;

2. мышечная ткань отличается большим содержанием фосфорорганических соединений, что позволяет без окислительного распада углеводов сокращаться мышце.

Запасы АТФ небольшие, они используются за 0, 5 сек сокращения, но при этом уровень АТФ не снижается, т.к. есть механизмы ресинтеза АТФ.

Ресинтез АТФ – образование АТФ из АДФ и неорганического фосфата.

Пути ресинтеза АТФ:

1. креатинкиназная реакция:

[креатинфосфат+АДФ« (креатинфосфокиназа) креатин+АТФ] Это основная реакция, причем реакция будет идти вправо при сокращении, а влево - в состоянии покоя. Т.о., креатинфосфат играет роль транспорта энергии из митохонрий.

2. аденилаткиназная реакция:

АДФ+АДФ ®(аденилаткиназа) АТФ+АМФ. При этом АМФ подвергается распаду и выводится как мочевая кислота.

3. анаэробное окисление, при этом образуется молочная кислота. Эта реакция характерна для быстрых белых мышц.

4. аэробное окисление. Оно наиболее эффективно. Происходит окисление углеводов до воды и углекислого газа. Этот процесс характерен для красных мышц, окислению могут подвергаться не только углеводы, но и жирные кислоты.

Нарушения метаболизма при ишемической болезни сердца

Ишемия – недостаток кровоснабжения, при этом снижается уровень кислорода, снижается окислительное фосфсрилирование, увеличиваются анаэробные процессы. Это всё приводит к снижению уровня гликогена и повышению уровня лактата, что приводит к развитию ацидоза. Это в свою очередь приводит к ингибированию активности фосфофруктокиназы (блокируется гликолиз), снижается уровень АТФ, снижается уровень креатинфосфата. Нарушается проницаемость мембран, калий выходит из клетки, происходит выход ферментов в кровь (ферментемия). Содержание фибриллярных белков падает, увеличивается количество белков стромы. Нарушается окисление жиров в миокарде и вызывается жировая инфильтрация миокарда.

Биохимия мышечного сокращения

Раньше мышечное сокращение представляли как изменение структуры белка. Но эти представления были опровергнуты с помощью электронной микроскопии. Теория Хэнсона и Хаксли: укорочение за счет проникновения нитей актина между нитями миозина.

При этом необходимо наличие Са²⁺. В покое кальций находится в трубочках саркоплазматического ретикулума. Са-зависимая АТФ-аза как бы закачивает Са²⁺ в трубочки за счет распада АТФ. Т.е. если много АТФ, то свободного Са⁺⁺ мало.

Если возникает раздражение нервного волокна, то Са²⁺ выходит из саркоплазматического ретикулума за счет изменения проницаемости мембраны, и выход его приводит к взаимодействию головки миозина с актином. Если есть Са²⁺ и АТФ, то белки продвигаются друг между другом. В покое миозин связан с Mg и АТФ. Если нет расщепления АТФ, то спайки не образуются. Выход Са²⁺ вызывает распад АТФ и образование спаек.

1. SR-Ca²⁺ ®(нервное возбуждение) SR+ Ca²⁺

2. активация актина: А-Тр+ Ca²⁺ ®А+ Тр- Ca²⁺

3. активация АТФ-азы кальция: Миозин-АТФ +Н₂О+Са²⁺®(АТФ-аза) Миозин~Фосфат + АДФ

4. взаимодействие миозина и актина: М~Ф + А ®(+Са²⁺, +Н₂О)М~А + Фн

5. М~А ®(сокращение)М-А+ работа

Для расслабления тоже нужна энергия АТФ:

1. М-А + АТФ®М-АТФ + А

2. связывание Са²⁺: Т-Са²⁺+SR+АТФ®Т+SR- Са²⁺+ АДФ+Фн

3. связывание тропонина с актином: Т+А®Т-А

Биохимия соединительной ткани

Соединительная ткань составляет 50% массы тела человека. Широко представлена в организме; это лимфоидная, жировая, костная ткани. Есть 3 принципа, по которым определяют соединительную ткань:

1. большое количество межклеточного вещества;

2. в межклеточном веществе присутствуют фибриллярные волокна (коллагеновые, эластиновые, ретикулярные);

3. главная функция заключается в синтезе комплексных веществ на экспорт (экстрацеллюлярные компоненты).

Функции соединительной ткани:

1. опорная (костная, хрящевая такни, сухожилия);

2. барьерная – связана с положением соединительной ткани. Защищает от проникновения инфекционных заболеваний Имеются процессы фагоцитоза и иммуногенеза;

3. метаболическая – синтезирует на экспорт белки, макромолекулярные вещества (коллагеновые волокна), протеогликаны. Кортизол в фибробластах превращается в 11-b-оксиандростедион, который противоположен ему (кортизолу) по действию. Так, кортизол угнетает пролиферацию и синтетическую активность соединительной ткани, а 11-b-оксиандростедион увеличивает анаболизм;

4. депонирующая – выполняет жировая ткань, в которой депонируются жиры;

5. репаративная функция – образование рубцовой ткани.

Клеточные элементы соединительной ткани:

1. фибробласты – продуцируют коллаген, эластин, гликозаминогликаны, протеогликаны;

2. тучные клетки (гепариноциты) – продуцируют гепарин, гистамин, 5-окситриптамин;

3. макрофаги;

4. плазматические клетки;

5. клетки, проникающие в соединительную ткань из крови (лимфоциты и др.).

Межклеточный матрикс соединительной ткани характеризуется наличием волокнистых структур.

Коллаген – наиболее распространенный белок (25-30% от всех белков человека). Более 80% всех белков он составляет в коже, костях, связках, сухожилиях, хрящах. Поэтому он долгое время считался белком соединительной ткани.

Коллаген характеризуется особым АК составом:

- 1/3 всех АК остатков приходится на глицин;

- значительное количество пролина (до 10%);

- встречается гидроксипролин и гидроксилизин.

[рис. 4-гидроксипролина и 5-гидроксилизина]

Большая часть представлена триадами –ГЛИ-Х-Y-, где Х – чаще пролин, а Y – чаще гидроксипролин. Эта регулярная последовательность представлена левозакрученной коллагеновой спиралью, более вытянутой, чем a-спираль. Каждая из спиралей представляет собой полипептидную цепь. Несколько спиралей соединяются в одну суперспираль, удерживающуюся за счет водородных связей между субъединицами. Длинна суперспирали примерно 300 нМ.

По АК составу выделяют 2 вида коллагеновых цепей:

- a1;

- a2.

a1 могут быть 4-х типов: a1(I), a1(II), a1(III), a1(IV).

Наиболее распространен 1 тип, куда входит и [a1(I)]₂a2.

Процесс синтеза коллагена можно разделить на несколько этапов:

1. трансляция;

2. котрансляционная модификация цепи;

3. трансмембранный перенос;

4. внеклеточная модификация и образование коллагеновых волокон.

[рис. проколлагена: слева (N-конец) сигнальный пептид, затем 1050 АК остатков будущего коллагена, справа (С-конец) С-концевой пептид. Рисуется просто линия и на ней отмечается где и что].

Препроколлаген претерпевает процессинг в ходе прохождения через ЭПС и комплекс Гольджи до появления во внеклеточном пространстве. При этом происходят следующие процессы:

- гидроксилирование [рис. пролилпептид (в составе белка)+ a-КГ+ О₂®(пролилгидроксилаза, витамин С) гидроксилпролилпептид + СООН-СН₂-СН₂-СООН (это сукцинат) +Н⁺. Пролилпептид рисуется как структура пролина с незакрытыми связями.]

- гликозимирование – внедрение углевода, возможно только после гидроксилирования [рис. гидроксилизин (с незакрытыми связями) +УДФ-галактоза® (галактозилтрансфераза) галактозилпропептид+ УДФ]. Гликозимирование препятствует действию протеаз и способствует возникновению межцепочечных водородных связей.

- формирование тройной спирали коллагена. После этого невозможно ни гидроксилирование, ни гликозимирование.

Если вам понравились шпаргалки, то просто напишите мне личное сообщение-спасибо вконтакте (http: //vkontakte.ru/sergepotapov) или прям на моей страничке (http: //www.potapov.org): вам пофиг, а мне будет приятно; )

⇐ Предыдущая 10 11 12 13 14 15 16 17 1819