АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Особенности липидного и белкового состава нервной ткани

Читайте также:
  1. I-II. Поперечнополосатые мышечные ткани
  2. I. ГИМНАСТИКА, ЕЕ ЗАДАЧИ И МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ
  3. I. Рвота, причины рвоты. Особенности ухода при рвоте: пациент без сознания, в сознании, ослабленный. Возможные осложнения.
  4. I.Особенности приготовления препаратов
  5. III. Психические свойства личности – типичные для данного человека особенности его психики, особенности реализации его психических процессов.
  6. IV. Особенности правового регулирования труда беременных женщин
  7. TFZPEXSP (тар.правила формирования состава ФОТ)
  8. V. Нарушение нервной трофики. Нейродистрофический процесс.
  9. V. Особенности развития предпринимательства
  10. V3: Основные черты и особенности политики военного коммунизма
  11. VII. Общие особенности умственной сферы.
  12. XII. Общие особенности эмоциональной сферы.

Липидный состав

Фосфолипиды, гликолипиды, стероиды. Липидный состав мозга является уникальным не только из-за высокий общей концентрации липидов, но также из-за специфики. Почти все липиды головного мозга представлены тремя основными группами:

1) фосфолипадами;

2) гликолипидами;

3) стероидами,

причем концентрации фосфолипидов особенно высока. Распространение и свойства фосфолипндов изучены наиболее детально.

Особенности липидного и белкового состава нервной ткани

Фосфолипиды подразделиют на две группы: глирерофосфолипиды (про-изводные фосфатидной кислоты - фосфатидилхолин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилсерин,фосфатидилинозитол) и сфингофосфолипиды (производные церамида, сфингомиелины). Глицерофосфалипиды представляют собой производные фосфатидной кислоты, к гидроксиду фосфорной кислоты которой сложноэфирной связью присоединен радикал Х (рис. 1.5, табл. 1.1); R, и R2 - ацильные остатки жирных кислот, содержащие от 12 до 18 атомов углерода (как правило, четное количество).

 

 

 

 

Первая часть сложных атомов, используемых для обозначения фосфолипидов, потерявших одну из двух ацильных цепей, - «лизо>. Лизофосфолипиды обнаруживаются в мембранах в небольших количествах - появление этих веществ приводит к нарушению структуры бислоя и лизису клеток.

Характеристика липидного состава некоторых мембран животных представлена в таблице 1.2. Как видно из таблицы, основными липидами мембран животных клеток являются глицерофосфолидилы: фосфатицилхоли н фосфадилэтаноламин. Структура фосфадилхолина представлена па рисунке 1.6.

Наиболее часто встречающиеся фосфолипиды построены по единому плану, их молекулы стерически хорошо соответствуют друг другу. В то же время огромное разнообразие фосфолипидов обеспечивается различием жирных кислот, входящих в состав их молекул. Так, существует несколько десятков природных видов фосфатилхолина, причем диолеилфосфатидилхолин сильно отличается по своим свойствам от дипальмитоилфосфатидилхолина.

Существует несколько групп фосфолипидов, отличающихся строением от приведенных в таблице 1.2:

1) плазмалогены;

2) диольные фосфолипиды

З) дифосфатидилглицериды.

Плазмалогены отличаются от рассмотренных выше фосфоглицеридов тем, что одна из двух имеющихся у них углеводородных цепей представляет собой длинноцепочечную жирную кислоту, а другая - aльдегид жирной кислоты. Соединения этой группы особенно широко распространены в мембранах мыши и нервных клеток. Радикал Х в плазмалогенах мышц представлен холином, в плазмалогенах мозга - серином илы этаноламином.

Диольные фосфолипиды характеризуются тем, что вместо глицерина в составе их молекул содержатся двухатомные спирты: этиленгликоль или пропандиол; что одноцепочечные липиды. По физико-химическим свойствам, например растворимости. Диольные фосфолипыды напоминают лизоформы фосфопипидов. В отношении клеточных мембран они обладают более сильной разрушающей способностью. чем лизолецитин. В малых дозах диольные фосфолипиды не повреждают мембрану, а лишь изменяют ее свойства, например повышают проницаемость для небольших молекул и ионов. В больших дозах они снижают рецепцию ацетилхолина, модифицируют иммунные реакции клеток. По-видимому, некоторые клетки используют это свойство –

 

начинают интенсивно сиптезировать диольные липиды в период быстрого роста и прекращают их образование, когда клеточный рост замедляется. Возможно, это связано с тем, что в период роста клеток их мембраны должны быть более лабильными.

Дифосфатидилглицериды образуются в результате соединения двух молекул фосфатидилглицерида. Наиболее широко распространенным представителем этой группы фосфолипидов является кардиолипин - непременный компонент митохондриальных мембран, выделенный первоначально из сердечной мышцы.

Значительная часть фосфолипидов в мозге представлена фосфатидилэтаноламинами (на долю которых приходится 25-30°/о суммарного содержания) и фосфатидилхолинами (табл. 1.3). Состав фосфолипидов обогащенных фракций нейронов и нейроглии коры мозга крысы представлен в таблице 1.4.

 

 

Сфинголипиды. Как упоминалось выше, кроме глицерофосфолипидов в группу фосфолипидов входят и сфинголипиды, которые можно представить как производные церамида (жирнокислотного эфира ненасыщенного аминоспирта сфингозина) и монофосфорных эфиров спиртов. В случае наиболее распространенного сфинголипида - сфингмииелина - таким эфиром является фосфорилхолин; один из его углеводородных хвостов - длинная алифатическая цепь сфингозина, а другой -этерифицированная жирная кислота (рис. 1.7). Основным блоком всех сфинголипидов является сфингозин, который представлен длинно цепочечным аминодиолом с одной ненасыщенной связью.

Сфингомиелин может быть определен как церамидфосфорилхолин. Это - единственный фосфолипид мозга, который является также и сфинголипидом. Сфингомиелин содержится в больших количествах в белом веществе мозга, в миелиновых оболочках нерв-ных стволов. Несколько ниже его содержание в сером веществе (см. табл. 1.3). В развивающихся нейронах особенно интенсивно синтезируется сфингомиелин аксонального отростка.

Основным сфингозином мозга является С18-сфингозин,а количество С16-, С20- и С22-сфингозинов - значительно меньшее. Жирные кислоты, входящие в его состав, - длинно цепочечные и содержат мало двойных связей. Обычно это лигноцериновая С24:0 и нервоновая С24:1 кислоты. В сером веществе мозга до 70°/о жирных кислот сфингомиелина представлено стеариновой кислотой С18:0.

В мозге присутствует также небольшое количество сфингозинов в насыщенной форме, образуя дигидросфингозины.

Церамиды. Повышенный интерес к этим промежуточным соединениям в метаболизме сфинголипидов, являющимся предшественниками в синтезе сфингомиелина и гликосфинголипидов, связан с тем, что в настоящее время установлено непосредственное участие церамида в работе сигнальных систем клетки. Церамид играет регулирующую роль в апоптозе, дифференцировке и старении клеток, а также в торможении клеточного цикла. Высвобождение церамидов из мембранного бислоя происходит при стимуляции нейрональных и глиальных клеток различными трофическими факторами. Функции церамила и его метлболитов в нейроне различаются в зависимости от внутри клеточной локализации церамида и стадии развития нейрона. Рост и развитие нейронов связаны с изменением метаболизма церамида. Синтез гликозилцерамида из церамида требуется для роста аксонов в культуре нейронов гиппокампа, а образование церамида из сфингомиелина с помощью сфингомиелиназы стимулирует ранние стадии развития этих клеток, а именно - формирование минорных нейрональных отростков и образование аксонов.

Гликолипиды клеточных мембран. Это гликозильные производные церамида, к которым относятся цереброзиды, сульфатиды и ганглиозиды.В гликолипидах гидрофобная часть представлена церамидом; гидрофильная группа - углеводный остаток, присоединенный гликозидной связью к гидроксильной группе у первого углеродного атома церамида (рис. 1.8 и 1.9).

Цереброзиды (от лат. сегеЬгит - мозг) впервые были обнаружены в составе мозга. Молекулы цереброзида образованы остатками аминоспирта сфингозина, жирной кислоты и углевода (галактоза, реже глюкоза с образованием галактоцереброзида или глюкоцереброзида). В зависимости от длины и строения углеводной части различают цереброзиды, содержащие моно- или олигосахаридный остаток, и ганглиозиды, к ОН-группе которых присоединен сложный, разветвленный олигосахарид- N-ацетилнейраминовая кислота.

 

Все цереброзиды в мозге взрослого человека в норме являются галактоцереброзидамы. Глюкоцереброзилы обнаруживаются в мозге только в определенных патологических условиях и в небольших количествах. Обнаруженные в цереброзидах жирные кислоты содержат в основном 24 атома; чаше всего встречаются нервоновая, цереброновая и лигноцериновая кислоты. Цереброзиды могут быть отнесены как к гликолипидам, так и к сфинголипидам, поскольку эти соединении содержат и гексозу, и сфингозин.

Сульфатиды представляют собой галактоцереброзиды с дополнительной сульфатной группой, присоединенной к галактозе; при этом сульфатидом является церамидгалактоза-SO4.Гликолипиды (в первую очередь цереброзиды и сульфатиды) в большом количестве присутствуют в белом веществе мозга. Цереброзицы и сульфоцереброзиды рассматривают как специфические гликолипиды мембран глиальных (прежде всего олигодендроглиальных и шванновских) клеток, поэтому особенно высоко содержание этих липидов в миелине. Количество цереброзидов в астроцитах и особенно в мембранах нейроном заметно ниже, чем в олигодендроцитах. Нарушение обмена цереброзидов у человека приводит к психическим заболеваниям.

Ганглиозиды определяются как сфингогликолипиды, содержащие сиалоную кислоту. Сиаловой кислотой называют N -ацилнейраминовую кислоту (при этом сиаловая кислота в ганглиозидах мозга всегда ацилирована). Ганглиозиды обнаружены во всех типах клеток нервной системы, но наиболее богаты ими мембраны нейронов, прежде всего - мембраны синаптических окончаний.

Ганглиозиды не только являются структурным компонентом нейрональных мембран, но и обладают регулирующим влиянием на процессы пролиферации (см. гл. 1.7) и регенерации клеток, а также выраженным нейротрофическим и нейритогенным эффектами; они способны предотвращать дегенерацию культивируемых нейронов мозжечка, вызываемую глутаматом или каинатом. Кроме того установлено, что ганглиозиды ингибируют перекисное окисление липидов в изолированных синаптосомах мозга крысы.

Известно, что ключевым моментом в реализации нейротоксичсского (экзайтотоксического) действия возбуждающих аминокислот при взаимодействии их с глутаматными рецепторами является гиперактивация ионных каналов, сопровождающаяся избыточным поступлением Са2+ в клетки и активацией Са2+-зависимых протеиназ и фосфолипаз, что в итоге приводит к необратимому повреждению нейронов. Имеются данные, указывающие на наличие в этих процессах свободнорадикальных реакций. Установлено, что нейрональная дегенерация, вызванная каинатом, опосредуется супероксидными радикалами, генерируемыми ксантиноксидазой. Защитный эффект мембранных ганглиозидов, по-видимому, обусловлен образованием доменов, обогащенных этими липидами, которые оказываются способными стабилизировать нейрональные мембраны и в конечном итоге защищать нейроны от окисления.

Природной функцией ганглиозидов в нейрональных мембранах является участие в дифференцировке нейрональной ткани. Ганглиозиды лимфоцитов определяют видоспецифичность и регулируют межклеточные контакты.

Стероиды. Это спирты со стерановым скелетом,к которым относятся как немембранные липиды (из них наиболее важные стероидные гормоны),так и структурные компоненты мембран.В перечень мембранных компонентов етероидного ряда входят холестерин, ситостерин, тетрахименин. В тканях животных распространен холестерин. В растительных клетках холестерин не обнаружен, его заменяют фитостерины. У бактерий стероиды отсутствуют. Холестерин и его эфиры - непременные составляющие плазматических мембран клеток животных (рис. 1.10).

Молекула холестерина не содержит длинных жирнокислотных цепочек, она состоит из четырех плоских колец, к одному из которых (шести-членному) присоединена полярная гидроксильная группа (-ОН), а наиболее отдаленное от него пятичленное кольцо соединено с разветвленной углеводородной цепочкой из восьми атомов углерода. Таким образом, молекулы холестерина имеют полярную головку и вытянутую в длину неполярную часть. Поэтому они хорошо встраиваются в бислойные липидные структуры, особенно в области мембранных дефектов, образующихся в результате фазового перехода липидов (рис. 1.1 1).

Особенно много холестерина содержится в наружных мембранах. Например, в плазматической мембране клеток печени холестерин составляет около 30°/о всех мембранных липидов.

Холестерин является единственным стеролом, представленным в значительном количестве в мозге взрослого человека. У человека средняя концентрация холестерина в ЦНС выше, чем в любой другой ткани (свыше 20 мг/г). Несмотря на то что мозг составляет всего около 2°/о

 

 

 

веса тела, почти 25°/о общего количества холестерина, присутствующего в организме, локализовано в этом органе, причем большая его часть находится в миелине. Довольно высокое содержание холестерина характерно и для плазматических мембран других клеток нервной ткани. Например, в плотных миелиновых мембранах холестерин и фосфолипиды содержатся в соотношении 1: 0,76; в олигоденгдроглии -1: 2,2; в астроглии - 1: 2,5; в нейронах - 1: 3,5 (табл. 1.5).

Небольшие концентрации десмостерина и эфиров холестерина обнаружены в ЦНС человека и некоторых животных на ранних стадиях развития, а в ЦНС взрослых организмов все стероиды представлены преимущественно неэстерифицированным холестерином. В ЦНС холестерин находится в основном в олигодендроглии и в плазматической мембране астроцитов и нейронов.

Метаболизм холестерина в ЦНС существенно отличается от метаболизма в других органах и тканях. У всех животных организмов наибольший рост и дифференцировка ЦНС наблюдаются в ранний постнатальный период, и холестерин, расходуемый на формирование плазматических мембран и компактного миелина, образуется исключительно в ходе очень интенсивного синтеза de novo в мозге (главным образом в астроцитах).

В отличие от других тканей организма, где интенсивный синтез холестерина продолжается в течение всей жизни, в мозге человека и животных скорость обновления этого липида значительно снижается с возрастом. Так, в мозге взрослого человека скорость обновления холестерина составляет всего 0,03°/о в день (по сравнению с 0,7°/о в день для организма в целом).

В настоящее время нет доказательств поступления холестерина в головной или спинной мозг из крови. У взрослых организмов скорость его синтеза превышает потребность в нем, и экскреция холестерина из ЦНС происходит с образованием 24-(С)-гидроксихолестерина. Уровень холестерина в крови и интенсивность его обмена имеют большое значение для развития ряда нейродегенеративных болезней, в частности болезни Альцгеймера.

Сравнивая молярное содержание основных классов липидов в специализированных клетках мозга (см. табл. 1.5), можно увидеть, что олигоденцроглия и миелин обогащены цереброзидами, а в нейронах и астроглии более высоко содержание фосфолипидов. Это лишний раз подтверждает то, что плазматические мембраны нейронов и глиальных клеток отличны от миелина.

Жирные кислоты. В состав молекул как фосфо-, так и гликолипидов входят ацильные радикалы различных жирных кислот (табл. 1.6). Как правило, жирнокислотные радикалы имеют четное количество атомов углерода — от 14 до 24; чаще всего встречаются жирные кислоты с 16 или 18 атомами углерода. Жирные кислоты с нечетным числом атомов встречаются только в составе цереброзидов и ганглиозидов. Наиболее распространены кислоты С16, С18 и С20. Жирные кислоты различаются как длиной цепи, так и степень о ненасыщенности, которая может быть различной; чаще встречаются ненасыщенные жирные кислоты 18: 1, 18:2, 18:3 и 20:4. Первое число в соотношении обозначает длину ацильной цепи, а второе указывает на число содержащихся в ней двойных связей. Ненасыщенные кислоты мозга могут содержать от одной (моноеновые) до шести (полиеновые) двойных связей. Особенностью липидов мозга является относительно большое содержание длинноцепочечных полиеновых кислот — С20: 4, С20: 5,

 

 

С22: 6. Если ненасыщенной является лишь одна жирнокислотная цепь, то она присоединена ко второму углеродному атому глицерина. Почти все природные кислоты характеризуются цис-конфигурацией двойных связей. Цепь в такой конфигурации имеет излом, что нарушает упаковку липидных молекул в бислое (см. гл. 1.4). Отдельные классы липидов мозга характеризуются своим набором жирных кислот. Имеет место также определенная специфичность жирнокислотного состава липидов разных отделов мозга, разных типов клеток и субклеточных структур (табл. 1.7). Например, в синаптических мембранах велико содержание жирных кислот С22:6, а в миелине - моноеновых кислот С18:1.

В липидах мозга набор жирных кислот гораздо шире, чем в липидах других тканей; это существенно увеличивает спектр индивидуальных липидов мозга. Разнообразие жирных кислот в этом органе поражает. Применение различных физических методов исследования, включая газожидкостную хроматографию, ЯМР-спектроскопию, масс-спектрометрию, позволило обнаружить наличие в головном мозге более 50 жирных кислот, длина цепи которых колеблется от 12 до 38 углеродных атомов, что было показано, например, для мозга крысы. Длинно цепочечные (более 24 атомов углерода) полиненасыщенные с четырьмя, пятью и шестью двойными связями жирнокислотные цепи локализованы преимущественно во фракции фосфатидилхолина. В мозге и сетчатке глаза человека во фракции фосфатидилхолина также были обнаружены относительно высокие концентрации полиеновых жирных кислот с длиной цепи 34, 36 и 38 углеродных атомов, которые присоединены к первому атому углерода молекулы глицерола (см. рис. 1.5), а к атому углерода во второй позиции присоединены насыщенные, моноеновые и полиеновые жирные кислоты с длиной углеродной цепи менее 24 атомов. Такие необычные молекулярные формы фосфатидилхолина позволяют предположить его физиологическую значимость для функционирования мозга.

Мозг млекопитающих содержит высокий уровень докозогексаеновой кислоты (ДГК); она является главным компонентом жирнокислотного состава фосфолипидов серого вещества мозга человека. В таблице 1.8 приведено содержание ДГК в фосфолипидах мозга человека и млекопитающих.

 

Из таблицы видно, что значительное количество ДГК содержится в клетках внутренних органов и мышц, а также в палочках сетчатки глаз. Однако в нервной ткани содержание ДГК наиболее высоко. Возможно, что высокий уровень докозогексаеновой кислоты в синаптических мембранах необходим для активного транспорта ионов, так как активность Nа/К-АТФазы в них зависит от присутствия в составе фосфолипидов полиеновых кислот. Изменения концентрации ДГК в мозге сопровождаются нарушения-. ми познавательной и поведенческой активности животных (табл. 1.9). Установлено, что при уменьшении содержания ДГК в мозге крыс наблюдается ухудшение зрительных и обонятельных функций при выполнении ими обучающих тестов. Дополнительно к ухудшению выполнения задач ассоциативного обучения у таких крыс обнаруживаются потеря пространственной памяти и ослабление обоняния. Таким образом, можно заключить, что уменьшение содержания ДГК в мозге затрагивает существенные функции высшей нервной деятельности. В мозге имеются реryляторные механизмы, поддерживающие степень ненасыщенности и специфический жирнокислотный состав липидов.

 

 

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |

Поиск по сайту:



Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.011 сек.)