Биологическая химия - часть 156

и сотр., которые разделили белки нервной ткани на 4 фракции: извлекаемые

водой, 4,5% раствором КСl, 0,1% раствором NaOH и нерастворимый

остаток. Установлено, что серое вещество богаче белками, растворимыми

в воде, чем белое вещество,– соответственно 30 и 19%. Белое вещество,

напротив, содержит гораздо больше (22%) нерастворимого белкового

остатка, чем серое вещество (5%).

В дальнейшем было выделено 5–10 фракций растворимых белков мозга,

различающихся по своей электрофоретической подвижности.

В настоящее время, сочетая методы экстракции буферными растворами,

хроматографии на колонках с ДЭАЭ-целлюлозой и диск-электрофореза

в полиакриламидном геле, удалось выделить из ткани мозга около 100

различных растворимых белковых фракций.

В нервной ткани содержатся как простые, так и сложные белки. Простые

белки – это альбумины (нейроальбумины), глобулины (нейроглобулины),

катионные белки (гистоны и др.) и опорные белки (нейросклеропротеины).

Альбумины и глобулины по своим физико-химическим свойствам не-

сколько отличаются от аналогичных белков сыворотки крови, поэтому их

называют нейроальбуминами и нейроглобулинами. Количество нейрогло-

булинов в головном мозге относительно велико – в среднем 5% по отно-

шению ко всем растворимым белкам. Нейроальбумины являются основ-

ным белковым компонентом фосфопротеинов нервной ткани, на их долю

приходится основная масса растворимых белков (89–90%). В свободном

состоянии нейроальбумины встречаются редко. В частности, они легко

соединяются с липидами, нуклеиновыми кислотами, углеводами и другими

небелковыми компонентами.

Белки, которые в процессе электрофоретического разделения при рН

10,5–12,0 движутся к катоду, получили название  к а т и о н н ы х . Главней-

шими представителями этой группы белков в нервной ткани являются

гистоны, которые делятся на пять основных фракций в зависимости от

содержания в их полипептидных цепях остатков лизина, аргинина и гли-

цина.

Нейросклеропротеины можно охарактеризовать как структурно-опорные

белки. Основные представители этих белков – нейроколлагены, нейроэлас-

тины, нейростромины и др. Они составляют примерно 8–10% от общего

количества простых белков нервной ткани и локализованы в основном

в белом веществе головного мозга и в периферической нервной системе.

Сложные белки нервной ткани представлены нуклеопротеинами, ли-

попротеинами, протеолипидами, фосфопротеинами, гликопротеинами и

т.д. В мозговой ткани содержатся в значительном количестве еще более

сложные надмолекулярные образования, такие, как липонуклеопротеины,

липогликопротеины и, возможно, липогликонуклеопротеиновые комплек-

сы.

Нуклеопротеины – белки, которые принадлежат либо к дезоксирибонук-

леопротеинам, либо к рибонуклеопротеинам. Часть этих белков из мозго-

вой ткани извлекается водой, другая часть – солевыми средами, а третья –

0,1 М раствором щелочи.

Липопротеины составляют значительную часть водорастворимых белков

мозговой ткани. Их липидный компонент – это в основном фосфоглицериды

и холестерин.

Протеолипиды – это белково-липидные соединения, экстрагируемые ор-

ганическими растворителями из ткани мозга. Отличаются от водораство-

римых липопротеинов тем, что они нерастворимы в воде, но растворимы

в смеси хлороформ–метанол. Белки, освобожденные от липидов, раство-

629

римы в воде, а также (благодаря высокому содержанию гидрофобных

аминокислот) в смеси хлороформ–метанол. Наибольшее количество про-

теолипидов сосредоточено в миелине, в небольших количествах они входят

в состав синаптических мембран и синаптических пузырьков.

Фосфопротеины в головном мозге содержатся в большем количестве,

чем в других органах и тканях,– около 2% от общего количества всех

сложных белков мозга. Фосфопротеины обнаружены в мембранах различ-

ных морфологических структур нервной ткани.

Гликопротеины представляют собой чрезвычайно гетерогенную группу

белков. По количеству белка и углеводов, входящих в состав гликопро-

теинов, их можно разделить на две основные группы. Первая группа – это

гликопротеины, содержащие от 5 до 40% углеводов и их производных;

белковая часть состоит преимущественно из альбуминов и глобулинов.

В гликопротеинах, составляющих вторую группу, содержится 40–85%

углеводов, часто обнаруживается липидный компонент; по своему составу

они могут быть отнесены к гликолипопротеинам.

В нервной ткани обнаружен ряд специфических белков, в частности белок S-100

и белок 14-3-2. Белок S-100, или белок Мура, называют также кислым белком, так

как он содержит большое количество остатков глутаминовой и аспарагиновой

кислот. Этот белок сосредоточен в основном в нейроглии (85-90%), в нейронах его

не более 10-15% от общего количества белка в головном мозге. Установлено, что

концентрация белка S-100 возрастает при обучении (тренировках) животных. Пока

нет оснований считать, что белок S-100 непосредственно участвует в формировании

и хранении памяти. Не исключено, что его участие в этих процессах опосредованно.

Белок 14-3-2 также относится к кислым белкам. В отличие от белка S-100 он

локализован в основном в нейронах; в нейроглиальных клетках его содержание

невелико. Пока неясна роль белка 14-3-2 в выполнении специфических функций

нервной ткани.

Ферменты. В мозговой ткани содержится большое количество фермен-

тов, катализирующих обмен углеводов, липидов и белков. До сих пор

в кристаллическом виде из ЦНС млекопитающих выделены лишь неко-

торые ферменты, в частности ацетилхолинэстераза и креатинкиназа.

Значительное количество ферментов в мозговой ткани находится в не-

скольких молекулярных формах (изоферменты): ЛДГ, альдолаза, креатин-

киназа, гексокиназа, малатдегидрогеназа, глутаматдегидрогеназа, холинэс-

тераза, кислая фосфатаза, моноаминоксидаза и др.

Липиды

Среди химических компонентов головного мозга особое место занимают

липиды, высокое содержание и специфическая природа которых придают

мозговой ткани характерные особенности. В группу липидов головного

мозга входят фосфоглицериды, холестерин, сфингомиелины, цереброзиды,

ганглиозиды и очень небольшое количество нейтрального жира (табл. 19.2).

Многие липиды нервной ткани находятся в тесной взаимосвязи с белками,

образуя сложные системы типа протеолипидов.

В сером веществе головного мозга фосфоглицериды составляют более

60% от всех липидов, а в белом веществе – около 40%. Напротив, в белом

веществе содержание холестерина, сфингомиелинов и особенно церебрози-

дов больше, чем в сером веществе.

630

Т а б л и ц а 19.2. Липидный состав нервной ткани

Общее содержание липидов,

% от сухой массы

Серое

вещество

32,7

Белое

вещество

54,9

Миелин

70

В процентах от общих липидов

Холестерин

Цереброзиды

Ганглиозиды

Фосфатидилэтаноламины

Фосфатидилхолины

Фосфатидилсерины

Фосфатидилинозитолы

Плазмалогены

Сфингомиелины

22,0

5,4

1,7

22,7

26,7

8,7

2,7

8,8

6,9

27,5

19,8

5,4

14,9

12,8

7,9

0,9

11,2

7,7

27,7

22,7

3,8

15,6

11,2

4,8

0,6

12,3

7,9

Углеводы

В мозговой ткани имеются гликоген и глюкоза, но по сравнению с другими

тканями ткань мозга бедна углеводами. Общее содержание глюкозы в го-

ловном мозге разных животных составляет в среднем 1–4 мкмоль на

1 г ткани, а гликогена – 2,5–4,5 мкмоль на 1 г ткани. Интересно отметить,

что общее содержание гликогена в мозге эмбрионов и новорожденных

животных значительно выше, чем в мозге взрослых. Например, у ново-

рожденных мышей в отличие от взрослых особей уровень гликогена в 3 раза

выше. По мере роста и дифференцировки мозга концентрация гликогена

быстро снижается и остается относительно постоянной у взрослого живот-
ного.

В мозговой ткани имеются также промежуточные продукты обмена

углеводов: гексозо- и триозофосфаты, молочная, пировиноградная и другие
кислоты (табл. 19.3).

Таблица 19.3. Средние данные о содержании некоторых метаболитов обмена

углеводов в головном мозге крыс

Метаболит

Глюкозо-6-фосфат

Фруктозо-6-фосфат

Фруктозо-1,6-бисфосфат

Диоксиацетонфосфат

Глицеральдегид-3-

фосфат

Содержание,

мкмоль на 1 г

сырой массы

ткани

0,039-0,049

0,017-0,023

0,010-0,017

0,024

0,021-0,046

Метаболит

3-Фосфоглицерат

2-Фосфоглицерат

Фосфоенолпируват

Пируват

Лактат

Содержание,

мкмоль на 1 г

сырой массы

ткани

0,085-0,100

0,010-0,016

0,035-0,097

0,120-0,190

1,26-1,70

631

Адениновые нуклеотиды и креатинфосфат

В мозговой ткани на долю адениновых нуклеотидов приходится около 84%

от всех свободных нуклеотидов. Большую часть оставшихся нуклеотидов

составляют производные гуанина. В целом количество высокоэргических

соединений в нервной ткани невелико. Содержание нуклеотидов и креатин-

фосфата в головном мозге крыс составляет в среднем (в мкмоль на

1 г сырой массы): АТФ – 2,30–2,90; АДФ – 0,30–0,50; АМФ – 0,03–0,05;

ГТФ – 0,20–0,30; ГДФ – 0,15–0,20; УТФ – 0,17–0,25; креатинфосфат – 3,50–

4,75. Распределение основных макроэргических соединений примерно оди-

наково во всех отделах мозга.

Содержание циклических нуклеотидов (цАМФ и цГМФ) в головном

мозге значительно выше, чем во многих других тканях. Уровень цАМФ

в мозге в среднем 1–2, а цГМФ – до 0,2 нмоль на 1 г ткани. Для мозга

характерна также высокая активность ферментов метаболизма циклических

нуклеотидов. Большинство исследователей считают, что циклические

нуклеотиды участвуют в синаптической передаче нервного импульса.

Минеральные вещества

Ионы Na

+

,  K

+

, Cu

2+

, Fe

3+

, Ca

2+

, Mg

2+

 и Мn

2+

 распределены в головном

мозге относительно равномерно в сером и белом веществе (табл. 19.4).

Содержание фосфатов в белом веществе выше, чем в сером.

Т а б л и ц а 19.4. Содержание основных минеральных компонентов в ткани головного

мозга и в плазме крови человека

Компонент

Na

+

К

+

Са

2+

Cl

–

НСO

3–

Мозговая ткань,

ммоль/кг

57

96

1

37

12

Плазма крови,

ммоль/л

141

5

2,5

101

28

Из данных таблицы 19.4 видно, что концентрация ионов К

+

, Na

+

,

а также Сl

–

 в мозге резко отличается от концентрации их в жидкостях тела.

Количественное соотношение неорганических анионов и катионов в моз-

говой ткани свидетельствует о дефиците анионов. Расчет показывает, что

для покрытия дефицита анионов потребовалось бы в 2 раза больше белков,

чем их имеется в мозговой ткани. Принято считать, что остающийся

дефицит анионов покрывается за счет липидов. Вполне возможно, что

участие липидов в ионном балансе – одна из функций головного мозга.

ОСОБЕННОСТИ МЕТАБОЛИЗМА НЕРВНОЙ ТКАНИ

Дыхание

На долю головного мозга приходится 2–3% от массы тела. В то же время

потребление кислорода головным мозгом в состоянии физического покоя

достигает 20–25% от общего потребления его всем организмом, а у детей

632