Свободные аминокислоты нервной системы (стр. 1 из 6)

Свободные аминокислоты нервной системы

Содержание

Введение

1. Содержание, локализация и транспорт аминокислот

2. Метаболизм дикарбоновых аминокислот и глутамина

3. Глутамат и аспартат

4. N-Ацетиласпарагиновая кислота

5. Гамма-аминомасляная кислота

6. Компартментализация метаболизма аминокислот

7. Глицин и пути его обмена

8. Серусодержащие аминокислоты

9. Ароматические аминокислоты нервной ткани и их метаболизм

10. Основные аминокислоты

Выводы

Введение

Свободные аминокислоты нервной ткани или так называемый аминокислотный пул на протяжении многих лет были объектом тщательного изучения. Это объясняется не только исключительной ролью аминокислот как источников синтеза большого числа биологически важных соединений, таких, как белки, пептиды, некоторые липиды, ряд гормонов, витаминов, биологически активных аминов и др. Аминокислоты или их дериваты участвуют и в синаптической передаче, в осуществлении межнейрональных сетей в качестве нейротрансмиттеров и нейромодуляторое. Существенной является также их энергетическая значимость, ибо аминокислоты глутаминовой группы непосредственно связаны с циклом трикарбоновых кислот.

1. Содержание, локализация и транспорт аминокислот

Транспорт аминокислот в мозг и из мозга, скорости их метаболических превращений, включения в белки и катаболизма определяют их концентрацию в этом органе. Состав пула свободных аминокислот при нормальных физиологических условиях довольно стабилен и характерен для мозга. Он лишь незначительно варьирует в мозге различных видов позвоночных. Нервная ткань обладает уникальной способностью поддерживать относительное постоянство уровней аминокислот при различных физиологических и даже некоторых патологических состояниях. Аминокислотный фонд мозга человека составляет в среднем 34 мкмоль на 1 г ткани, что значительно превышает их содержание как в плазме крови, так и в спинномозговой жидкости.

Характерны высокая концентрация глутаминовой кислоты, глутамина, аспарапшовой, N-ацетиласпарагиновой и у-аминомасляной кислот, а также их интенсивный метаболизм. Эти пять аминокислот составляют 75% фонда всех свободных аминокислот головного мозга, причем ГАМК и N-ацетиласпарагиновая кислоты локализованы почти исключительно в нервной ткани. Высокие концентрации дикарбоновых аминокислот и глутамина обнаружены в мозге всех изученных видов животных.


Таблица 1

Содержание свободных аминокислот в мозге, плазме крови и спинномозговой жидкости человека

Аминокислоты Мозг Плазма крови СМЖ
Глугаминовая 10,6 75% 0,05 23% 0,225 60%
N-Ацетиласпарагиновая 5,7 -
Глутамин 4,3 0,70 0,030
ГАМ К 2,3 - -
Аспарагиновая 2,2 0,01 0,007
Цистатионин 1,9 25% - 77% - 40%
Таурин 1,9 0,10 -
Глицин 1,3 0,40 0,013
Алании 0,9 0,40 0,017
Глутатион 0J ОДО 0,010
Серин 0,7 0,10 0,010
Треонин 0,2 0,15 0,025
Триптофан 0,05 0,05 0,010
В алии 0,2 0,25 0,013
Лизин 0,1 0,12 0,014
Лейцин 0,1 0,15 0,004
Пролин 0,1 ОДО -
Аспарагин 0,1 0,07 -
Метионин од 0,02 0,003
Изолейцин 0,1 ОДО 0,080
Аргинин 0,1 ОДО 0,060
Цистеин 0,1 ОДО 0,002
Фенил аланин ол ОДО 0,010
Тирозин 0,1 0,10 0,006
Гистидин од ОДО 0,003

Постоянство суммарного аминокислотного пула головного мозга сопровождается региональной неоднородностью их содержания, что отражает морфологическую, физиологическую и функциональную гетерогенность этого органа. Наиболее неравномерно распределены аминокислоты, выполняющие функцию нейротрансмиттеров, такие, как глутаминовая кислота, таурин, ГАМК, глицин и др.

Таблица 2

Содержание аминокислот в различных областях мозга кошки

Аминокислоты Тал a wye Средний мозг Мозолистое тело Кора височной доли Мозжечок
Глутаминовая 12,36 9,71 10,58 12,93 12,63
Аспарагиновая 2,71 4,06 1,41 3,09 2,85
Таурин 1,06 1,62 2,99 1,89 3,12
Глицин 1,72 2,77 0,614 1,25 1,49
Алании 0,591 1,09 0,704 0,863 0,895
ГАМК 3,65 5,81 0,961 1,39 1,49
Тирозин 0,05 0,059 0,049 0,039 0,06
Валин 0,145 0,152 0,096 0,117 0,097
Лизин 0,278 0,379 0,268 0, 194 0,219

Различные органеллы клеток головного мозга контролируют уровень аминокислот, накапливая их часто против концентрационных градиентов.

Постоянство качественного и количественного состава аминокислот в метаболических фондах мозга обеспечивается такими взаимосвязанными процессами, как поступление аминокислот из циркулирующей крови, отток их из мозга в кровь и участие в реакциях внутриклеточного метаболизма. В организме все эти процессы сбалансированы слаженным функционированием гомеостатических механизмов, гематоэнцефалического барьера и мембранным транспортом.

Транспорт аминокислот в мозг - многоступенчатый процесс. Прежде всего происходит транспорт через гематоэнцефалический барьер, локализованный в эндотелии мозговых капилляров, затем осуществляется транспорт из внеклеточной жидкости в клетки мозга, а далее - в субклеточные органеллы. Существуют системы активного транспорта аминокислот не только в мозг, но и из него, - обе они энергозависимы.

Исследование конкурентных отношений в транспорте аминокислот выявило наличие восьми классов транспортных систем, которые существуют для аминокислот с родственной структурой и зависят от ионного заряда и размеров их молекул. В ряде случаев одна аминокислота может транспортироваться с участием нескольких транспортных систем, выбор той или иной системы определяется составом аминокислотного пула. Для мембранного транспорта аминокислот характерен ряд особенностей: а) перенос аминокислот часто происходит против высоких концентрационных градиентов; б) этот процесс энергозависим; в) на него влияют температура и рН среды; г) он ингибируется анаэробиозом и ферментными ядами; д) перенос аминокислот связан с активным мембранным транспортом ионов, в частности, он Na-зависим; е) обнаружено конкурентное торможение мембранного транспорта одних аминокислот другими и др. Такие конкурентные взаимодействия играют важную роль в патологии, когда изменяется уровень индивидуальных аминокислот в крови. Ниже мы приведем примеры таких патологических состояний.

Уровень специфичности транспортных систем для разных аминокислот неодинаков. Особенно велика специфичность и мощность систем для аминокислот, выполняющих роль нейротрансмиттеров. Эти системы не только обеспечивают пластические и энергетические нужды клетки, но служат такие для специфического процесса быстрого снижения концентрации нейротрансмиттера в зоне синоптической щели. Высокоизбирательное поглощение нейротрансмиттера осуществляется как пресинаптической областью, так и клетками окружающей глии.

Еще один своеобразный механизм транспорта аминокислот связан с метаболизмом широко распространенного во всех тканях, в том числе и в нервной, трипептида глутатиона, цикл синтеза и деградации которого известен под названием у-глутамильного цикла. Наиболее интересным и ключевым ферментом этого цикла является у-глуталшлтранспептидаза, прочно связанная с клеточной мембраной. Этот энзим способен переносить у-глутамильную группу глутатиона, находящегося внутри клетки, на аминокислоту, локализованную с наружной стороны мембраны, и переносить образующийся дипептид внутрь клетки. Следующий фермент этого цикла - у-глутамилциклотрансфераза высвобождает аминокислоту. Таким образом, у-глутамил транспептидазная реакция является одним из механизмов транспорта аминокислот внутрь клетки.


При нормальных условиях скорость транспорта аминокислот не лимитирует непосредственно их метаболизм, так как скорости синтеза и деградации ниже скорости транспорта. Поэтому аминокислоты и аккумулируются мозгом, формируя пул свободных аминокислот. Без пополнения извне пул свободных аминокислот довольно быстро истощается. Так, количество аминокислот, которое используется для синтеза белков мозга, нейропептидов и нейромедиаторов в течение 30 мин, равно общему церебральному пулу большинства свободных аминокислот.

Активность систем транспорта аминокислот, так же как и состав их пула, изменяется в процессе развития мозга. Аминокислоты проникают в мозг молодых животных быстрее и достигают более высоких концентраций, чем у взрослых.

В литературе отсутствуют сообщения о болезнях, вызванных нарушением транспорта аминокислот в мозг, вероятно, потому, что они летальны. Даже дефекты транспорта аминокислот в другие ткани ведут к заболеваниям, имеющим неврологические последствия.

Наряду с неопасным для жизни синдромом Хартнупа, вызванным дефектом транспорта триптофана в малый кишечник и почки и схожим клинически с пеллагрой, известен ряд недугов с тяжелыми неврологическими последствиями, также обусловленных дефицитом поступления аминокислот. Среди них - цистиноз - нарушение транспорта цистина в клетки, особенно почек; цисти-ноз сопровождается фотофобией и повреждением глаз. Тяжелым, нередко летальным заболеванием, связанным с транспортом аминокислот в кишечник, является окулоцеребральный синдром. Он сопровождается глаукомой, катарактой, слепотой. Перечень этих болезней, вызванных нарушением транспорта триптофана, метионина, нейтральных и других аминокислот в кишечнике и других органах, довольно велик, причем все они косвенно затрагивают уровень аминокислот в мозге и имеют поэтому неврологические проявления.