Биохимические особенности нервной ткани

1.

1) ДФФ и подобные соединения (зарин) являются необратимыми ингибиторами ферментов, в активном центре которых присутствует остаток серина. Они ковалентно связываются с радикалами серина в активном центре и необратимо ингибируют ферменты.

2) Симптомы отравления фосфорорганическими соединениями связаны в основном с необратимым ингибированием ацетилхолинэстеразы, которая

ускоряет гидролиз ацетилхолина на ацетат и холин, которые не способны действовать как нейромедиаторы. Гидролиз ацетилхолина – важный этап в блокировании проведения нервного импульса. Увеличение количества ацетилхолина в синаптической щели при ингибировании ацетилхолинэстеразы приводит к стойкой деполяризации постсинаптической мембраны и может вызвать паралич скелетных мышц, что становится причиной остановки внешнего дыхания.

2.

1) Массивное поражение гепатоцитов приводит к уменьшению функционирующего объема ткани печени, что сопровождается снижением скорости синтеза мочевины и, как следствие, накоплению аммиака в тканях и гипераммониемии.

2) Аммиак токсичен так как:

а) сдвигает реакцию, катализируемую глутаматдегидрогеназой, в сторону образования глутамата:

α-кетоглутарат (А)+ НАДФН+Н⁺+NH₃ → глутамат (Б)+ НАДФ⁺;

Аналогично, т.е. путем восстановительного аминирования, снижается концентрация других α-кетокислот: пирувата и оксалоацетата – метаболитов ЦТК. В результате снижается скорость ЦТК и возникает гипоэнергетическое состояние

б) усиливает синтез глутамина из глутамата в нервной ткани:

Глутамат (Б)+ NH₃ + АТФ → глутамин + АДФ + Н₃РО₄

Накопление глутамина в нервных клетках приводит к повышению осмотического давления и может вызвать отек мозга.

в) нарушается синтез γ-аминомасляной кислоты (ГАМК) из-за снижения концентрации глутамата, что вызывает судороги:

глутамат → ГАМК +CО₂

г) аммиак в плазме крови образует ион NH₄⁺: NH₃ + Н⁺ → NH₄⁺

Накопление NH₄⁺ вызывает алкалоз и нарушает трансмембранный перенос ионов Na⁺, К⁺, проведение нервного импульса, что ведет к повреждению клеток мозга.

3) В клетках тканей аммиак образуется при дезаминировании аминокислот, при обезвреживании биогенных аминов, а также при распаде пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.

3.

1) В клетках головного мозга практически единственным источником энергии является глюкоза, которая поступает в мозг из крови по градиенту концентрации. Только при продолжительном голодании клетки начинают использовать кетоновые тела. Запасы гликогена в клетках головного мозга незначительны. Жирные кислоты не проходят в мозг из-за гематоэнцефалического барьера. Аминокислоты не могут превращаться в глюкозы, т.к. в нейронах отсутствует глюконеогенез.

2) Основной путь получения энергии в нервной ткани – аэробное окисление глюкозы. Проникновение глюкозы в ткань мозга не зависит от действия инсулина, который не проникает через гематоэнцефалический барьер. Постоянный и непрерывный приток глюкозы и кислорода из кровеносного русла является необходимым условием энергетического обеспечения нервных клеток, т.к. содержание гликогена в нервной ткани очень мало и не может обеспечить мозг энергией даже на короткое время, а глюконеогенез не происходит. Поэтому при гипогликемии и/или даже кратковременной гипоксии в нервной ткани образуется мало АТФ. Следствием этого являются быстрое наступление коматозного состояния и необратимых изменений в ткани мозга. 

В нервной ткани высокая скорость протекания ПФП окисления глюкозы с образованием НАДФН, который используется, в основном, для синтеза жирных кислот и стероидов.

3) Функционирование нервной ткани сопровождается резкими перепадами в потреблении энергии. Повышение энергозатрат происходит при очень быстром переходе от сна к бодрствованию. В этом случае образование АТФ происходит из креатинфорсфата:

Креатин + АТФ   АДФ + Креатинфосфат

Эта реакция полностью обратима, ее направление зависит от соотношения АТФ/АДФ в клетках нервной ткани. Во время сна накапливается креатинфосфат. Переход к бодрствованию приводит к резкому уменьшению концентрации АТФ – равновесие реакции сдвигается влево, т. е. образуется АТФ.

4

1. При аминировании α-кетоглутарата (А) образуется глутамат (Б):

Фермент - глутаматдегидрогеназа, кофермент – НАДФН+Н⁺.

Высокие концентрации аммиака стимулируют синтез глутамина из глутамата в нервной ткани (при участии фермента глутаминсинтетазы):

2) Функции глутамата в нервной ткани (помимо обезвреживания аммиака) следующие:

1. Участие в ЦТК через превращение в α-кетоглутарат, что связывает глутамат с промежуточными метаболитами цикла трикарбоновых кислот. 

2. Глутамат принимает участие в реакциях дезаминирования других аминокислот. 

3. Из глутамата образуется нейромедиатор ГАМК. 

4. Глутамат принимает участие в синтезе трипептида глутатиона.

5. Принимает участие в синтезе заменимых аминокислот (глутамина, пролина).

3) ГАМК оказывает тормозное действие на все отделы головного мозга, повышает проницаемость постсинаптических мембран для ионов калия, что ведет к изменению мембранного потенциала. Глутатион – трипептид, состоящий из глутамата, цистеина и глицина, он является одним из компонентов антиоксидантной системы организма за счет наличия групп SH, принадлежащих цистеину.

5.

1) Демиелинизация (то есть замена миелина на другие вещества в нейронах) является одним из патогенетических механизмов таких тяжёлых аутоиммунных заболеваний, как, например, рассеянный склероз.

Миелиновая оболочка нервных волокон меняет свою структуру, что проявляется, прежде всего, в уменьшении процентного содержания липидов по отношению к белкам. Далее снижается количество холестерина и возрастает содержание воды. Всё это приводит к постепенной замене миелина на макрофаги, астроциты и межклеточную жидкость. Результатом таких биохимических изменений будет резкое снижение способности аксонов проводить возбуждение вплоть до полной блокировки прохождения нервных импульсов.

2) Как и большинство клеточных мембран, миелин имеет липопротеидную природу (до 80% липидов, до 20% белков). В незначительном количестве – гликолипиды и гликопротеиды. В нервах наблюдается высокое содержание фосфолипидов – до 45%, а остальная часть приходится на холестерин и цереброзиды. Фосфолипиды – это липиды, содержащие помимо спирта и жирных кислот, еще остаток фосфорной кислоты. В зависимости от спирта (глицерин или сфингозин) фосфолипиды будут называться глицерофосфолипиды или сфинголипиды. Холестерин – это циклический одноатомный ненасыщенный спирт. Цереброзиды – это гликосфинголипиды, имеющие дополнительно к составу сфинголипидов углеводный компонент.

3) Основные функции миелина: питание аксона, изоляция и ускорение проведения нервного импульса, а также опорная и барьерная функции.