Нейрохимия - Ашмарин И.П.
ISBN 5-900760-02-2
Скачать (прямая ссылка):
— ее интегративной функции.
К специфическим функциям нервной ткани относятся также процессы хранения и переработки информации, поступающей в головной мозг. Синтез специфических белков и нейропептидов, компонентов липо- и гликопротеидных комплексов, участвующих в реализации отдельных этапов хранения и переработки информации, в процессе консолидации временных связей требует значительных (ориентировочно 10-20%) энергетических затрат. Интенсивность синтеза ряда белков и пептидов мозга существенно превышает скорость биосинтеза белков в других тканях и заметно изменяется при нарушении энергетического обмена, вызванного недостатком кислорода.
Процессы, связанные с возникновением долговременного
186
следа памяти, наиболее выражены в областях .синаптических контактов; именно в синаптических окончаниях зарегистрирована интенсификация синтеза специфических белков при обучении.
¦ Следовательно, чем интенсивнее протекают в том или ином образовании мозга процессы переработкой запоминания поступающей информации, тем выше потребность в богатых энергией соединениях и субстратах для синтетических реакций.
Кроме того, огромную роль в обеспечении функционирования синапсов играют процессы фосфорилирования белков, также связанные с потреблением АТФ или ГТФ.’Циклы фосфорилирования — дефосфорилирования белков служат важным регуляторным механизмом, обеспечивающим пластичность на уровне нейронов. Процесс фосфорилирования является Са2+-кальмо-дулин-зависимым или циклонуклеотид-зависимым; последнее обстоятельство делает понятным высокую‘концентрацию циклических нуклеотидов и высокую активности» ферментов их метаболизма в синаптических окончаниях. В синапсах процесс фосфофилирования специфических белков включается разнообразными нейромедиаторами. Изменение степени фосфорилирования белков, участвующих в функционировании синаптических окончаний, рецепторов, ферментов синтеза и метаболизма нейромедиаторов может существенно менять проводимость синапса; это доказано на примере фосфорилирования тирозингидроксилазы и ряда других белков.
Фосфорилирование специфических белков служит необходимым этапом синаптической передачи, обеспечивая выход некоторых нейромедиаторов в синаптическую щель. Энергозависимость процесса высвобождения нейромедиаторов в синаптическую щель, участие в нем АТФазных системна также энергозависимость процесса обратного захвата нейротрансмиттера из синаптической щели подтверждена результатами многих исследований. Последовательность протекающих:при этом процессов отражает схема 5.5.
¦ Таким образом, осуществление такой.важной и специфической функции нервной ткани, как синаптическая передача, требует значительных энергетических затрат. В настоящее время трудно оценить количественно эти затраты, однако их большой объем не вызывает сомнений, посколькучисло синаптических контактов на поверхности нейронов необычайно велико. По данным П.Г.Костюка, на 100 мк^ поверхности мотонейрона кошки располагается около 15 синаптических'бутонов (у человека — 23), а общее число синаптических контактов на мото-
187
нейроне достигает 15 000-20 ООО, занимая до 38-40% поверхности нейрона.
Схема 5.5. Участие Са2+-кальмодулинзависимого фосфорилирования белков в обеспечении синаптической передачи (по De Lorenzo, 1981)
Деполяризация
(электростимуляция)
i
резкое повышение проницаемости мембраны для Са
^ вход Са3 + активация кальмодулина {КМ)
i
активация КМ-зависимых протеинкиназ, осуществляющих фосфорилирование специфических белков
-------------------Г-------------------
инициация движения синаптических везикул
^ экэоцитоз
выход нейротрансмиттера в синаптическую щель
Еше одним важным обстоятельством, накладывающим определенный отпечаток на энергетический обмен и многие другие стороны метаболизма нервной ткани, является необычное для большинства других типов клеток соотношение между поверхностью клетки и объемом ее центральной части. Так, для мотонейронов коры кошки средние размеры тела клетки составляют около 50 мк, в то время как длина аксона — до 104— Ю6 мк; общая поверхность клетки - до 105 мк2. Поверхность дендритов клеток Пуркинье мозжечка в 80-100 раз превышает поверхность сомы.
Подобные особенности структуры клеток нервной системы объясняют причины значительных энергетических затрат на транспортные нужды клетки. В первую очередь необходимо упомянуть трансмембранный перенос субстратов, медиаторов, различных предшественников с помощью специфических транс-локаз или в результате конформационных перестроек мембран, большинство из которых сопровождаются фосфорилировани-ем-дефосфорилированием мембранах белков. Например, установлено, что не более 5% важнейшего энергетического субстрата
— глюкозы — поступает в мозг за счет пассивной диффузии; подавляющее количество глюкозы переносится через ГЭБ с энергетическими затратами и при участии К+, Na -АТФазы. По мнению ряда нейрохимиков, на эти процессы расходуется в 188
