Нейрохимия - Ашмарин И.П.
ISBN 5-900760-02-2
Скачать (прямая ссылка):
Сукцинат 791126 804124 Сукцинатдегидрогеназа 106,0115,7 145,2120,1
Фумарат --- --- Фумараза --- ---
Малат 356121 420128 НАД-малатдегидрогеназа 407,0135,5 385,0140,2
* Содержание ацетил-КоА в мозге приведено по данным С.Reynolds, G.Blass, 1975, а по данным Gumaa, Me Lean, Greenbaum, 1971, — в печени ** Активность аконитазы — по данным A.G.Patel, 1974
содержание основных компонентов ЦТК в головном мозге печени крыс. Видно, что к наиболее медленным этапам, которые могут лимитировать скорость потока субстратов через цикл в мозге, как и в других тканях, относятся реакции синтеза и окисления цитрата.
5.5.2. Цитратсинтазная реакция и регуляция ее скорости в мозге
Скорость необратимой в физиологических условиях реакции биосинтеза лимонной кислоты находится под контролем нескольких одновременно действующих факторов. В опытах с очищенными ферментативными препаратами найдено, что АТФ является отрицательным аллостерическим модулятором цитратсинтазы (цитрат-оксалоацетат-лиаза, ацетилирующая КоА, 4.1.3.7). Эффект нуклеотида обусловлен повышением константы Миха-элиса фермента для ацетил-КоА.
Субстраты реакции — ацетил-КоА и оксалоацетат также участвуют в регуляции активности цитратсинтазы. На основании сопоставления значений констант Михаэлиса, установленных в опытах на очищенных препаратах ферментов и реально существующих в тканях животных концентраций этих метаболитов, Кребс пришел к выводу, что in vivo основным из этих двух регуляторных факторов является концентрация щавелевоуксусной кислоты.
¦ Таким образом, in vivo скорость цитратсинтазной реакции контролируется главным образом двумя факторами: концентрацией отрицательного аллостерического фактора фермента
— АТФ (точнее, его долей в общем пуле адениновых нуклеотидов внутри митохондрий) и концентрацией щавелевоуксусной кислоты.
Цитратсинтазная реакция является не только важнейшим этапом ЦТК, но и компонентом системы образования ацетилхолина в холинергических нейронах. Вместе с ПДГ и цитратлиазой она обеспечивает поставку ацетил-КоА для биосинтеза нейротрансмиттера. О большом значении этой функции цитратсинтазы в мозге говорят наблюдения о том, что даже незначительные изменения активности фермента, еще не вызывающие сдвигов в энергетическом обмене, приводят к существенным нарушениям в синтезе ацетилхолина и блокируют холинергическую передачу.
173
5.5.3. Изоцитратдегидрогеназные реакции и их регуляция в мозге
Основным путем метаболизма лимонной кислоты является окисление ее в изоцитратдегидрогеназных реакциях после превращения ее под действием аконитазы в изолимонную кислоту. Активность'аконитазы [(цитрат (изоцитрат)-гидролаза, 4.2.1.3)] значительно превышает активность как цитратсинтазы, так и изоцитратдегидрогеназ и не лимитирует скорость взаимопревращения трикарбоновых кислот. В головном мозге взрослых животных до 98% цитрата подвергается дальнейшему окислению и лишь около 2% расщепляется в цитратлиазной реакции до ацетил-КоА и щавелевоуксусной кислоты. В других тканях (печень, жировая ткань) доля лимонной кислоты, подвергающаяся расщеплению цитратлиазой, может быть в несколько раз выше.
Окисление изолимонной кислоты осуществляется двумя типами изоцитратдегидрогеназ (ИЦДГ):
1. НАД-зависимым ферментом (Ц-изоцитрат: НАД-оксидо-редуктаза, 1.1.1.41), который катализирует необратимую реакцию, протекающую исключительно в митохондриях;
2. НАДФ-специфичным ферментом (Ц-изоцитрат: НАДФ-оксидоредуктаза, 1.1.1.42), катализирующим обратимую реакцию как в митохондриях, так и в цитоплазме .
Роль НАД- и НАДФ-зависимых изоцитратдегидрогеназ в окислении изолимонной кислоты далеко не одинаково. В головном мозге основная часть (до 65-70%) субстрата окисляется по НАД-зависимому пути, поставляющему НАДН непосредственно в дыхательную цепь митохондрий и таким образом тесно связанному с поддержанием энергетического баланса клеток. Напротив, в печени, сердце и других тканях с помощью НАД-зависимой ИЦДГ окисляется менее 10% изоцитрата, а основная масса субстрата используется в НАДФ-ИЦДГ реакциях, особенно интенсивно протекающих в цитоплазме, где образующийся НАДФН может быть использован для разнообразных восстановительных биосинтезов.
Интересно, что явное преобладание НАД-зависимого пути окисления изолимонной кислоты в митохондриях характерно лишь для мозга взрослых животных. В то же время у растущих животных в период интенсивного липогенеза, связанного с процессами миелинизации, значительная часть изоцитрата окисляется в НАДФ-ИЦДГ-реакции (рис. 5.1) и может служить источником НАДФН для биосинтеза специфических липидов мозга.
174
U.E. /мг белка
Рис. 5.1. Возрастные изменения активности НАД- и НАДФ-
зависимых изоцитратдегидрогеназ в митохондриях головного мозга крыс (по Н.Д.Ещенко и др., 1976) по оси ординат — активность ферментов, U.E./мг белка; по оси абсцисс — возраст животных, дни; 1 — НАД-изоцитратдегид-рогеназа; 2 — НАДФ-изоцитратдегидрогеназа
