Ферментативные системы нейронов и нейроглии

3. Ферментативные системы нейронов и нейроглии

Особенности протекания метаболических процессов в нейрональных и нейроглиальных клетках наиболее отчетливо проявляются при изучении активности ферментных систем, под контролем которых они находятся. Ранние работы по исследованию активности ферментов в обогащенных фракциях нейронов и нейроглии показали, что активность таких дыхательных ферментов, как цитохромоксидаза, НДЦ-Н₂-дегидроге-наза, сукцинатдегидрогеназа и малат-дегадрогеназа значительно выше в глиальных, по сравнению с нейро-нальными, клетках. Позднее эти выводы получили подтверждение при изучении митохондриальных ферментов нейронов и нейроглии.

Имеющиеся данные свидетельствуют не только о различии в активностях дыхательных ферментных систем нейронов и нейроглии, но и о глубоких различиях путей использования источников энергии в нейронах и глии. Уровень дыхания нейрональных клеток в несколько раз превышает уровень дыхания нейрог-лиальных клеток. В отличие от дыхательных ферментов активность гликолитических ферментов выше в глиальных клетках. Ферментные системы нейронов и нейроглии различаются по своим кинетическим параметрам и изоферментному составу.

Таблица 1. Изоферментный состав некоторых ферментов нейронов

Структуры а-субъединины в нейронах и нейроглии различаются

Из табл. видно, что в нейрональных митохондриях в составе малатдегидрогеназы обнаруживаются два изофермента, в то время как в глиальных митохондриях имеются 3 изофермента. Экспериментальные исследования подтвердили ранее высказанное предположение о существовании Н-формы лактат-дегидрогеназы в нейрональных клетках, а М-формьг – в глиальных. Активность лактагдегид-рогеназы в олигодендроцитах на порядок выше, чем в астроцитах.

Моноаминооксидаза нейронов представлена В-формой, которая преимущественно катализирует окислительное дезамини-рование бензиламина и фенилэтиламина. В.тлиальных клетках этот фермент представлен А-формой, катализирующей обмен норадреналина и серотонина, а также В-формой. Иммунохи-мическое исследование показало существование двух форм ено-лазы, которые структурно различаются в зависимости от локализации в той или иной клеточной популяции ЦНС, Однако позднее было установлено присутствие в нервной ткани 3 изо-энзимов енолазы: act, ay и уу, количество которых меняется под действием пре- и постганглионарной стимуляции или при добавлении ацетилхолина и высоких концентраций ионов К⁺. В нейронах локализован у-димер енолазы, а в нейроглиальных клетках – aa, хотя ряд авторов полагает, что в нейронах обнаруживаются и ay-формы енолазьг

Выше уже отмечалось, что характерной особенностью обоих типов клеток ЦНС является способность аккумулировать одновалентные ионы, в частности ионы К⁺, против градиента концентрации. Это связано, в свою очередь, с ферментативными системами, обеспечивающими транспорт ионов. В табл. 2 представлены данные, которые наглядно показывают зависимость аккумуляции нейрональными и нейроглиальными клетками ионов К⁺ от их концентрации во внеклеточном пространстве. При физиологических значениях внеклеточной концентрации ионов К⁺ наблюдается интенсивное поглощение К⁺ нейрональными и нейроглиальными клетками, причем степень поглощения в глиальных клетках в среднем в 2 раза выше, чем в нейро-нальных. Ферментом, с помощью которого осуществляется активный транспорт ионов К⁺, является Na⁺, К⁺-АТФаза. Установлено, что обшая АТФазная активность нейроглии превышает последнюю в нейронах, и наиболее отчетливо это проявляется для Na⁺, К⁺-АТФазы. При физиологических значениях концентрации внеклеточного К* активность Na*, – АТФ-азы в клетках нейроглии превышает активность нейрональной Na⁺, К⁺-АТФазы в среднем в 4 раза.

Таблица 2. Влияние концентрации ионов К⁺ на поглощение их нейрональными и нейроглиальными клетками

Таблица 3. Активность Na⁺, К⁺-АТФазы плазматических мембран нейронов и нейроглии. Влияние концентрации ионов К⁺

Более высокий уровень активности Na⁺, К⁺-АТФазы в нейроглии по сравнению с нейронами характерен для всех стадий онтогенеза. Так, у крыс уже к 10-му дню постнатального развития активность Na⁺, К⁺-АТФазы нейроглии превышает ее активность в нейронах, а к 21 дню глиальная фракция обладает в 2–3 раза более высокой активностью, чем нейрональная. Это подтверждает, что глиальные клетки играют важную роль в регуляции внеклеточной концентрации ионов К⁺. По-видимому, повышение концентрации ионов К⁺ во внеклеточном пространстве вследствие нейронного разряда является сигналом нейрона для нейроглии активизировать реакции, которые осуществляют контроль за движением и накоплением ионов К⁺. Такой механизм позволяет клеткам нейроглии удалять избыток К⁺, накапливающийся во внеклеточном пространстве при возбуждении нейрона.

Не менее важное место принадлежит нейроглии и в регуляции транспорта ионов Са⁺, которые неразрывно связаны с процессами высвобождения медиаторов, генерации и проведения нервного импульса, т.е. процессами, определяющими функциональную деятельность нервной ткани.

Как показано в модельных опытах, нейроны и нейроглия в среднем поглощают и высвобождают ионы Са⁺ с одинаковой скоростью, но в то же время имеются значительные различия в Са-потоках в этих клеточных популяциях. Для нейроглии характерна более высокая чувствительность транспорта Са⁺ к изменению внеклеточной концентрации одновалентных ионов по сравнению с нейронами. Повышение внеклеточной концентрации ионов К⁺ способствует выходу Са⁺ из глии во внеклеточное пространство и включению его в механизм высвобождения медиаторов.

Таким образом, на примере анализа ферментных систем и ионных потоков видно, что нейроны и нейроглия и в этом отношении образуют единую, но частично компартментализован-ную систему, которая во многом определяет специфичность протекания метаболических процессов в нервной ткани.

4. Фосфолипиды нейронов и нейроглии

Биохимические процессы, отвечающие за метаболическое единство системы нейрон-нейроглия, протекают на уровне их плазматических мембран. В связи с этим исследование мембранных компонентов нейрональных и нейроглиальных клеток приобретает первостепенное значение. К важнейшим мембранным компонентам, которые принимают непосредственное участие в их структурно-функциональной организации, относятся фосфолипиды.

Имеющиеся в литературе данные по распределению фосфолипидов в нейронах и нейроглии свидетельствуют о том, что глиальные клетки в среднем в 2 раза более богаты фосфолипидами по сравнению с нейронами. В значительной мере это обусловлено особенностями олигодендроглии, формирующей в онтогенезе миелиновую оболочку аксонов.

Качественный состав фосфолипидов нейронов и нейроглии очень сходен, хотя и имеются некоторые отличия в содержании тех или иных индивидуальных фосфолипидов. Основную часть фосфолипидов составляют фосфатидилхолин и фосфатидилэта-ноламин, их доля равна -90%.

Значительные отличия наблюдаются в распределении минорных фосфолипидов. Так, нейроны богаче такими фосфолипидами, как лизофосфатидилхолин, фосфатидилинозитол, а нейроглия – сфингомиелином и фосфатидной кислотой. По жирно-кислотному составу фосфолипиды нейронов и нейроглии различаются незначительно. В основном отличия касаются содержания отдельных жирных кислот, что в полной мере проявляется лишь при сравнении нейронов с астроглией. Олигоденд-роглия характеризуется тем, что ее фосфолипиды отличаются высоким содержанием С_]8-жирных кислот. Кроме того, в фосфолипидах олигодендроглиальных клеток обнаружены значительные количества плазмалогенов.

Большое значение для понимания роли и взаимоотношений фосфолипидов в системе нейрон-нейроглия имеют исследования метаболической активности последних. При изучении метаболизма фосфолипидов с применением Р установлено, что гидрофильная часть молекулы фосфолипидов нейронов обменивается быстрее по сравнению с нейроглией. Эти результаты получили подтверждение и в работах, где применялись предшественники биосинтеза фосфолипидов, меченые С и Н. Все компоненты молекулы фосфолипидов, как гидрофильные, так и гидрофобные, различаются по уровню своего метаболизма. При этом наиболее значительные отличия в метаболизме отмечены для таких фосфолипидов, как фосфатидилинозитол, фос-фатидная кислота и лизофосфатидилхолин. Это связано с тем, что фосфатидная кислота и фосфатидилинозитол принимают самое непосредственное участие в осуществлении нейромедиа-торных процессов, происходящих на уровне нейрональных клеток.

Данные по динамике включения радиоактивных предшественников свидетельствуют о существовании различных систем биосинтеза фосфолипидов в нейронах и нейроглии. По-видимому, биосинтез нейрональных фосфолипидов обусловлен транспортом предшественников из нейроглии. Большая метаболическая активность нейрональных фосфолипидов но сравнению с нейроглиальными подтверждается и при исследовании ферментов, катализирующих их превращение. Так, активность ЦДФ-холин: 1,2 – диглицерид-холинфосфотрансферазы в нейронах в 3 раза, а активность ЦДФ-этаноламин: 1,2 – диглицерид-этаноламинтрансферазы в 2 раза выше, чем в клетках нейроглии. Активность таких ферментов деградации фосфолипидов, как фосфолипаза Aj, в 8 раз, а фосфолипаза А₂ в 5 раз выше во фракции нервных клеток по сравнению с нейроглией.

Выводы

1. Нейрональные и нейроглиальные клетки отличаются друг от друга по ряду биохимических показателей – таких, как состав и синтез белка и аминокислот, транспорт ионов и медиаторов, активность ферментов, метаболизм фосфолипидов и других клеточных компонентов.

2. Экспериментальные данные свидетельствуют о существовании единой, но в то же время строго компартментализован-ной, метаболической и функциональной системы нейроннейроглия. В этой системе нейрон является ведущей функциональной единицей нервной ткани, хотя его метаболизм и функции не могут быть обеспечены без участия глии.

3. Наиболее яркими примерами разделения функций нейронов и нейроглии и в то же время их взаимодействия являются:

а) системы метаболизма глутамата-глутамина-ГАМК и некоторых других аминокислот и медиаторов;

б) состав и миграции нейроспецифических белков;

в) распределение и особенности структуры ферментов энергетического обмена;

г) регуляция уровня ионов калия;

д) состав и функции липидов.

4. Есть основания полагать, что астроциты, образуя протяженные системы тесно сопряженных клеток, способны передавать модуляторные сигналы.

Похожие работы

Нейрохимия

Скачать

17881

5

0

... междисциплинарными связями. Студенты, приступающие к изучению нейрохимии, должны быть уже вооружены основательными знаниями по общей биохимии. Это обуславливает целесообразность преподавания нейрохимии на старшем курсе специальности «биохимия». Дисциплина относится к региональному (вузовскому компоненту). Распределение времени, отведенного на изучение дисциплины по учебному плану Форма ...

Энергетический обмен головного мозга

Скачать

82929

10

6

... 4,8±0,6 Аспарагиновая кислота + аспарагин 4,8–5,8 0,4–0,7 6,0±1,5 6,3±0,8 ГАМ К 1,9–2,4 Следы 3,1 + 1,1 4,1±0,4 Из других путей метаболизма аминокислот, которые играют относительно небольшую роль в энергетическом метаболизме головного мозга, можно упомянуть превращение аспартата и аспарагина в оксалоацетат, а также аланина и серина – в пируват. Очень невелико и значение аминокислот как ...

Мышцы

Скачать

21571

1

0

... нерастворимы в воде, но могут быть экстрагированы растворами солей. К другим сократительным белкам относятся тропомиозин и комплекс тропонина (субъединицы Т, 1, С), содержашиеся в тонких нитях. В мышце содержатся также миоглобин, гликолитические ферменты и другие растворимые белки, не выполняющие сократительной функции Белковый состав скелетной мышцы Белок Молекулярная масса, дальтон, тыс. ...

Особенности фармакологического действия нейропептидных препаратов

Скачать

100352

0

1

... кальциевых каналов. Нимодипин Нимодипин - блокатор кальциевых каналов, производное дигидропиридина. Избирательно взаимодействует с кальциевыми каналами типа L и блокирует трансмембранное поступление ионов кальция. Фармакологическое действие: Особенностью препарата является преимущественное влияние на кровоснабжение мозга. Препарат оказывает дилатирующее действие на сосуды головного мозга ...