В. Опишите другие особенности энергетического обеспечения нервной ткани.

А. В клетках головного мозга практически единственным источником энергии является глюкоза, которая поступает в мозг из крови по градиенту концентрации. Только при продолжительном голодании клетки начинают использовать кетоновые тела. Запасы гликогена в клетках головного мозга незначительны. Жирные кислоты не достигают клеток головного мозга из-за гематоэнцефалического барьера. Аминокислоты не могут превращаться в глюкозы, т.к. в нейронах отсутствует глюконеогенез.

Глутаминовая кислота – вещество, которое наряду с глюкозой служит источником питания для клеток головного мозга. Проникая в митохондрии – энергетические станции клетки, глутамат окисляется с помощью ферментов, превращаясь в α-кетоглутарат, который сжигается в дыхательной цепи с выходом энергии, запасаемой в виде АТФ. Эта реакция идет в присутствии пиридоксальфосфата – витамина В-6, и если недостатка глутамата в питании не бывает, то гиповитаминоз – дело обычное, в результате чего головному мозгу может тупо не хватать энергии на работу, а человек, вместо того чтобы возместить недостающий витамин, ругает себя за лень или того не лучше, считает себя неспособным к интеллектуальному труду. Во время повышенной учебной или мозговой нагрузки нужно питаться продуктами, содержащими в больших количествах пиридоксальфосфат для обеспечения энергией работающую с высокой нагрузкой нервную систему. Это в первую очередь кедровые орехи, а также грецкие орехи и фундук, фасоль, рыба – тунец, скумбрия.

Еще одним источником энергии для головного мозга является глутамат. В головном мозге глутамат является предшественником других веществ, также необходимых для его нормальной работы. С помощью фермента глутаматдекарбоксилаза, он превращается в γ-аминомасляную кислоту, сокращенно ГАМК. Фермент отщепляет один из кислотных хвостов, и активатор превращается в тормоз. Если глутамат – это основной возбуждающий медиатор, то ГАМК – основной тормозный, и глушит его сигналы. Реакция идет в присутствии пиридоксальфосфата – витамина В6. Большие дозы глутамата вредны для клеток нервной системы, постоянное возбуждение, в которое они приходят, может проявляться как повышенная раздражительность, немотивированная агрессивность, навязчивые мысли, навязчивые внутренние диалоги, а также судороги. В нормальных условиях все этоу бирает ГАМК, но чтобы произошел процесс превращения, необходим витамин В-6.

Б. Сущетсвуют несколько особенностей в углеводном обмене в нервной ткани:

•   Основной путь получения энергии - только аэробный распад глюкозы. Глюкоза является почти единственным энергетическим субстратом, поступающим в нервную ткань, который может быть использован ее клетками для образования АТФ.

•   Проникновение глюкозы в ткань мозга не зависит от действия инсулина, который не проникает через гематоэнцефалический барьер. Влияние инсулина проявляется лишь в периферических нервах.

•   Образование НАДФН2, который используется в нервной ткани в основном для синтеза жирных кислот и стероидов, обеспечивается сравнительно высокой скоростью протекания ГМФ-пути распада глюкозы.

•   Энергия АТФ в нервной ткани используется неравномерно во времени.

•   Образование креатинфосфата. Он обладает способностью удерживать макроэргические связи:

Эта реакция полностью обратима, ее направление зависит от соотношения АТФ/АДФ в клетках нервной ткани. Во время сна накапливается фосфокреатин. Переход к бодрствованию приводит к резкому уменьшению концентрации АТФ - равновесие реакции сдвигается влево, то есть образуется АТФ.

•   Постоянный и непрерывный приток глюкозы и кислорода из кровеносного русла является необходимым условием энергетического обеспечения нервных клеток. Жесткая зависимость от поступления глюкозы обусловлена тем, что содержание гликогена в нервной ткани ничтожно (0.1% от массы мозга) и не может обеспечить мозг энергией даже на короткое время. С другой стороны, окисления неуглеводных субстратов с целью получения энергии не происходит. Поэтому при гипогликемии и/или даже кратковременной гипоксии в нервной ткани образуется мало АТФ. Следствием этого являются быстрое наступление коматозного состояния и необратимых изменений в ткани мозга.

•   Высокая скорость потребления глюкозы нервными клетками обеспечивается, в первую очередь, работой высокоактивной гексокиназы мозга. В отличие от других тканей, здесь гексокиназа не является ключевым ферментом всех путей метаболизма глюкозы. Гексокиназа мозга отличается низким значением Км (Км-ключевой пункт уравнения Михаэлиса-Ментена) и высокой Vmax, обладает в 20 раз большей активностью, чем соответствующий изофермент печени и мышц. Ключевыми ферментами ГБФ-пути (гексозобифосфатный путь) в нервной ткани являются фосфофруктокиназа и изоцитратдегидрогеназа. Фосфофруктокиназу ингибируют фруктозо-1,6-бисфосфат, АТФ и цитрат, активируют фруктозо-6-фосфат, АДФ, АМФ и неорганический фосфат. Активность изоцитратДГ даже при нормальном уровне утилизации глюкозы в состоянии покоя максимальна. Поэтому при повышенном энергопотреблении нет возможностей ускорения реакций ЦТК.

В. Функционирование нервной ткани сопровождается резкими перепадами в потреблении энергии. Повышение энергозатрат происходит при очень быстром переходе от сна к бодрствованию. Поэтому существует еще одна особенность - образование креатинфосфата.

Креатин + АТФ   АДФ + Креатинфосфат

Эта реакция полностью обратима, ее направление зависит от соотношения АТФ/АДФ в клетках нервной ткани. Во время сна накапливается креатинфосфат. Переход к бодрствованию приводит к резкому уменьшению концентрации АТФ - равновесие реакции сдвигается влево, т. е. образуется АТФ.

162

ГАМК-шунт — это процесс, характерный исключительно для нервной ткани: