КОМПОНЕНТЫ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ МИТОХОНДРИЙ И ИХ СООТНОШЕНИЕ В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ

6. КОМПОНЕНТЫ ДЫХАТЕЛЬНОЙ ЦЕПИ МИТОХОНДРИЙ И ИХ СООТНОШЕНИЕ В ГОЛОВНОМ МОЗГЕ

Созревание и окончательная дифференцировка головного мозга животных сопровождается значительной интенсификацией окислительных реакций, при этом происходят интенсивные процессы образования митохондрий. Число митохондрий в расчете на клетку у взрослых крыс вдвое больше, чем у новорожденных. Подсчитано, что нейроны мозга взрослых крыс могут воспроизводить до 2000 митохондрий в день в расчете на клетку, что свидетельствует о быстром обновлении этих важных субклеточных структур.

С возрастом меняется не только общее количество митохондрий, но и локализация их в нервных клетках; больше митохондрий сосредоточивается в областях синоптических окончаний. Анализ ультраструктуры митохондрий с помощью электронного микроскопа показывает, что в зрелом мозге присутствует большее число относительно небольших по диаметру, но удлиненных митохондрий, чем в мозге новорожденных животных. Появление таких митохондрий приурочено к развитию дендритных сплетений.

Наряду с увеличением количества митохондрий в головном мозге с возрастом примерно вдвое повышается содержание основных компонентов дыхательной цепи митохондрий: цитохромов и флавопротеидов.

Накопление компонентов дыхательной цепи митохондрий мозга идет неравномерно: показано медленное нарастание уровня цитохромов в первые 15 дней постнатального развития и более интенсивное в интервале между 15-м и 30-м днями; к концу последнего периода содержание основных переносчиков дыхательной цепи митохондрий близко к уровню, характерному для взрослых животных. Именно период 2-й – 4-й недели развития для крыс связан с интенсивной миелинизацией, завершением развития нейронов, появлением электрической активности коры больших полушарий и двигательных реакций при электростимуляции мозга.

Одним из наиболее важных этапов в функционировании дыхательной цепи митохондрий является передача электронов от цитохрома а₃ на кислород. Как известно, это наиболее медленная реакция среди окислительно-восстановительных реакций цитохромов. Активность цитохромоксидазы, как и количество компонентов дыхательной цепи, в головном мозге с возрастом увеличивается примерно вдвое. Активность цитохромоксидазы несколько большая в нейроглиальных клетках, чем в нейронах.

Таблица 6. Содержание основных компонентов дыхательной цепи митохондрий в головном мозге взрослых и растущих кроликов

Возраст животных, дни	Митохондрии коры больших полушарий					Митохондрии ствола мозга
	флаво-гтро-теиды	цитохромы				флаво-про-теиды	цитохромы
			b	а	а3

 

^с+с1

b а

^аз

1 0,60 0,20 0,21 0,24 0,07 1,23 0,42 0,41 0,49 0,13 15 0,76 0,20 0,22 0,4:1 0,06 0,85 0,48 0,31 0,54 0,09 30 1,47 0,45 0,45 0,51 0,15 2,64 0,72 0,67 0,99 0,27 Половозрелые 1,81 0,67 0,64 0,78 0,20 2,48 0,90 0,90 1,23 0,27

Последовательность компонентов дыхательной цепи митохондрий и характер их взаимодействия в митохондриях мозга не отличаются от такового в митохондриях любой другой ткани. Как известно, скорость окислительно-восстановительных превращений компонентов дыхательной цепи значительно превышает скорость реакций дегидрирования субстратов, поэтому именно дегидрогеназные реакции определяют в конечном счете интенсивность окисления энергетических субстратов тканью. Этим же объясняется и значение для интенсивности окислительных процессов в ткани отношения активности дегидрогеназ к содержанию основных компонентов дыхательной цепи. Установлено, что в тканях с высокой скоростью окисления соотношение активности ферментов, лимитирующих ЦТК, к содержанию цитохромов а+а₃ или цитохрома с обычно превышает такое соотношение для тканей с более низкой интенсивностью окислительных процессов.

Следовательно, существование подобного соотношения в митохондриях головного мозга можно рассматривать как структурную основу, обеспечивающую высокую интенсивность окислительного и энергетического обмена.

7. ФОНД МАКРОЭРГИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ В МОЗГЕ; ИНТЕНСИВНОСТЬ ИХ ОБРАЗОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Высокая скорость потребления головным мозгом глюкозы и кислорода сопряжена с интенсивным образованием макроэргических соединений. Среди богатых энергией соединений в мозге основная доля принадлежит компонентам адениннуклеотидной системы и креатинфосфату, в то время как трифосфаты гуанина, цитозина, уридина и других составляют менее 10% от суммы макроэргов. Средние данные по содержанию в головном мозге компонентов адениннуклеотидного пула, а также системы креатин-креатинфосфат представлены в табл. 7.

В целом соотношение адениновых нуклеотидов в тканях мозга и печени примерно одинаково', основной составляющей адениннуклеотидного пула является в обоих тканях АТФ. Однако уровень АДФ и особенно АМФ в мозге значительно ниже, чем в печени. Распределение основных макроэргических соединений примерно одинаково во всех отделах мозга.

Особого внимания заслуживают накопленные в последние десятилетия данные о минорном компоненте адениннуклеотидной системы – циклическом 3\5'-АМФ. Установлено, что содержание этого биологически важного соединения в головном мозге значительно выше, чем во многих других тканях, уровень цАМФ в мозге составляет в среднем 1–2 нмоль/г, а цГМФ – до 0,2 нмоль/г. Для мозга характерна также и высокая активность ферментов метаболизма циклических нуклеотидов. Очень высокая активность аденилатциклазы и гуанилатциклазы в синаптосомальных мембранах указывает на специфическую роль циклических нуклеотидов в мозге – они участвуют в синоптической передаче.

Важную роль в энергетическом метаболизме мозга играет система креатин-креатинфосфат. Высокое содержание креатина и его фосфорилированного производного, более чем в 2 раза превышающее сумму адениновых нуклеотидов, а также значительная активность креатинкнназы позволяют рассматривать креатин-креатинфосфат как мощную систему стабилизации уровня макроэргичеасих компонентов адениннуклеотидного пула.

В головном мозге до 25–30% активности креатинкиназы связано с митохондриями. Фермент локализован на внешней митохондриальной мембране. Равновесие катализируемой им реакции сдвинуто в сторону образования креатинфосфата в отличие от цитоПлазматической реакции. Вместе с АТФ-АДФ-транс-локазой, находящейся на внутренней мембране. митохондрий, креатинкиназа принимает участие в трансформациях макроэр-гических соединений, а также в переносе их из одного клеточного компартмента в другой.

Таблица 7. Содержание некоторых нуклеотидов, креатина и кратинфосфата в головном мозге и печени крыс, мкмоль/г

	Головной мозг
Соединение	средние данные	кора больших полушарий	мозжечок	Печень
АТФ	2,30–2,90	2,08	2,60	2,40–2,80
АДФ	0,30–0,50	0,12	0,16	0,80–1,00
АМФ	0,03–0,05	0,02	0,04	0,15–0,30
Значение «энергетического заряда»	0,850–0,930	-	-	0,810–0,870
ГТФ	0,20–0,30	0,29	0,39	0,19–0,26
ГДФ	0,15–0,20	0,10	0,07	0,18–0,25
УТФ	0,17–0,25	0,22	0,19	0,19–0,25
Креатин	5,50–5,95	5,68	5,47	Следы
Креатинфосфат	3,50–4,75	3,90	4,21	Следы