Аксоплазматический транспорт

Нейроплазма нейрона находится в постоянном движении. Это движение называемое аксональным транспортом, оно осуществляет связь между телом нейрона и нервным окончанием.

Транспорт нейроплазмы идет с затратой АТФ с помощью микротрубочек, состоящих из тубулина. Ассоциацию тубулина в микротрубочки контролируют белки МАР, ТАР, ГТФ, Са²⁺, кальмодулин, процессы фосфорилирования/дефосфорилирования и т.д. Сборку микротрубочек и аксональный транспорт ингибирует колхицин.

Различают анте- и ретроградный аксональный транспорт, в первом случает компоненты двигаются от тела нейрона к синапсу, во втором - обратно. Существует медленный аксональный поток (0,2–1,0 мм/сут), промежуточный ( 2-50 мм/сут) и быстрый (200-400 мм/сут). Каждый вид молекул переносится с характерной для него скоростью. Тубулин, субъединицы нейрофиламентов, актин и миозин транспортируются медленно; митохондрии с промежуточной скоростью; мембранные белки, гликопротеины, гликолипиды, ферменты синтеза медиатора и медиаторы – быстро. ДНК, РНК и ганглиозиды не транспортируются.

Ретроградный транспорт удаляет продукты деградации синапсов, переносит ферменты, а также субстраты, поглощенные преситаптической мембраной, например фактор роста нервов, токсин столбняка и нейротропные вирусы.

Глиальные клетки

Нейроглия (от греческого glia – клей) это клетки нервной системы, которые не проводят нервные импульсы. Глиальные клетки занимают 50% объема центральной нервной системы человека и составляют более 90% от всех ее клеток.

В ЦНС выделяют 2 вида глии:

1. Макроглия

· Астроцитарная глия обеспечивает микроокружение нейронов, выполняет опорную и трофическую функции в сером и белов веществе, участвует в метаболизме нейромедиаторов, входят в состав гематоэнцефалического барьера.

· Эпендимная глия образует выстилку желудочков головного мозга и входит в состав гематоликворного барьера.

· Олигодендроглия встречается в сером и белом веществе; она обеспечивает барьерную функцию, участвует в формировании миелиновых оболочек нервных волокон, регулирует метаболизм нейронов, захватывает нейромедиаторы.

2. Микроглия – специализированные макрофаги ЦНС. Активизируются при воспалительных и дегенеративных заболеваниях. Выполняют в ЦНС роль антиген-представляющих дендритных клеток.

Клетки макроглии обладают более высоким мембранным потенциалом, чем нейроны, который является чисто калиевым. Глиальные клетки выполняют роль калиевого буфера, они поддерживают внеклеточную концентрацию К⁺.

Между собой глиальные клетки связаны контактными зонами, через которые происходит метаболический обмен. Напротив, нейроны всегда отделены друг от друга щелью (не менее 20нм). Обмен веществами происходит также между глией и аксонами.

Глиальные клетки обеспечивают образование нейронами синапсов.

Шванновские клетки(глиальные клетки ПНС), подобно олигодендроглии ЦНС, обертываются вокруг аксона и образуют миелин, который электроизолирует аксон и ускоряет проведение импульса.

Шванновские клетки участвуют в восстановлении поврежденных нервов, кроме того, после денервации они могут заменять денервированное нервное окончание в мышце и даже выделять медиатор.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ НЕРВНОЙ ТКАНИ

В связи с различием строения, серое и белое вещество нервной ткани отличаются по химическому составу.

Химический состав серого и белого вещества головного мозга человека

Компонент	Серое вещество, %	Белое вещество,%
Вода	84,0	70,0
Сухой остаток	16,0	30,0
Белки	8,0	9,0
Липиды	5,0	17,0
Минеральные вещества	1,0	2,0

· В сером веществе воды больше, чем в белом.

· В сером веществе белки составляют половину плотных веществ, а в белом веществе – одну треть.

· В белом веществе на липиды приходится более половины сухого остатка, а в сером – лишь около 30%.

Белки нервной ткани

В головном мозге на белки приходиться 40% сухой массы. В настоящее время выделено более 100 белковых фракций нервной ткани (методами хроматографии, электрофореза и экстракции буферными растворами).

В нервной ткани содержатся простые и сложные белки.

Простые белки

· Нейроальбумины –основные растворимые белки (89-90%) нервной ткани, являются белковым компонентом фосфопротеинов, в свободном состоянии встречаются редко. Легко соединяются с липидами, нуклеиновыми кислотами, углеводами и другими небелковыми компонентами.

· Нейроглобулины,содержатся в небольшом количестве (в среднем 5%).

· Катионные белки- основные белки (рН 10,5 – 12,0), например, гистоновые. При электрофорезе они движутся к катоду.

· Нейросклеропротеины (опорные белки).Например,нейроколлагены, нейроэлластины, нейростромины и др. Они составляют 8-10% от всех простых белков нервной ткани, локализованы в основном в белом веществе головного мозга и ПНС, выполняют структурно-опорную функцию.

Сложные белки

Сложные белки нервной ткани представлены: нуклеопротеинами, липопротеинами, протеолипидами, фосфопротеинами, гликопротеинами и т.д.

· Гликопротеины –содержат олигосахаридные цепи, которые придают специфические отличия клеточным мембранам. Нейроспецифические гликопротеины участвуют в формировании миелина, в процессах клеточной адгезии, нерорецепции и взаимном узнавании нейронов в онтогенезе и при регенерации.

· Протеолипиды –в наибольших количествах содержатся в миелине и в небольших количествах - в синаптических мембранах и синаптических пузырьках.

Нейроспецифические белки

В цитоплазме нейронов присутствуют кальцийнейрин, белок 14-3-2, белок S-100, белок Р-400.

· Белок S-100 (или кислый белок), содержит много глутаминовой и аспарагиновой кислот, гомологичен мышечному тропонину С, находиться в цитоплазме или связан с мембранами. На 85-90% он сосредоточен в нейроглии, и на 10-15% в нейронах. Участвует в развитии нервной системы и ее пластичности. Концентрация S-100 возрастает при обучении животных.

· Белок 14-3-2 -кислый белок, который преимущественно локализован в нейронах ЦНС.

· Белок Р-400находится в мозжечке мышей, где, возможно, отвечает за двигательный контроль.

К сократительным белкам нейронаотносятсянейротубулин, нейростенин, актиноподобные белки (кинезин и др.). Они обеспечивают ориентацию и подвижность цитоскелета (микротрубочек и нерофиламентов), активный транспорт веществ в нейроне, участвуют в работе синапсов.

В нейронах имеются белки, осуществляющие гуморальную регуляцию. Это некоторые гликопротеины гипоталамуса, нейрофизины и подобные им белки.

На мембране нейронов расположены нейроспецифические поверхностные антигены (NS₁, NS₂, L₁) с неизвестной функцией и факторы адгезии клеток(N-САМ), важные для развития нервной системы.

Нейроспецифические белки участвуют в осуществлении всех функций нервной системы - генерации и проведении нервного импульса, процессах переработки и хранении информации, синаптической передаче, клеточном узнавании, рецепции и др.

Ферменты нервной ткани

В мозговой ткани содержится большое количество ферментов, катализирующих обмен белков, жиров и углеводов. Также цитоплазма нейронов содержит ферменты метаболизма посредников и медиаторов.

Мозговая ткань характеризуется высокой активностью: ЛДГ (ЛДГ₁,ЛДГ₂), АСТ, альдолазы, креатинкиназы (ВВ), гексокиназы, малатдегидрогеназы, глутаматдегидрогеназы, холинэстеразы, кислой фосфатазы, моноаминоксидазы. В глиальных клетках преобладает ЛДГ₅, а в нейронах - ЛДГ₁.

Для мозга характерна так же высокая активность ферментов метаболизма циклических нуклеотидов, которые принимают участие в синаптической передаче нервного импульса.

Аминокислоты нервной ткани

Аминокислотный фонд мозга человека составляет в среднем 34ммоль на 1г ткани, что значительно превышает их содержание, как в плазме крови, так и в СМЖ.

Высокая концентрация АК в нервной ткани достигается путем их многоступенчатого активного и пассивного транспорта из плазмы крови. Сначала АК переносятся через гематоэнцефалический барьер эндотелия мозговых капилляров, затем они переходят из внеклеточной жидкости в клетки мозга, а далее – в субклеточные органеллы. Активность систем транспорта аминокислот, так же как и состав их пула, изменяются в процессе развития мозга. Аминокислоты проникают в мозг молодых животных быстрее и достигают более высоких концентраций, чем у взрослых.

Более 50% α-аминоазота головного мозга приходится на долю глутаминовой кислоты, глутамина и глутатиона. Специфичными для мозговой ткани являются ГАМК, N-ацетиласпарагиновая кислота и цистатионин.

В нервной ткани аминокислоты распределяются неравномерно, в основном это касается аминокислот, выполняющих функцию нейромедиаторов (глутаминовая кислота, ГАМК, глицин и др). N-ацетиласпарагиновой кислоты больше в сером веществе, чем в белом. Также она есть в ПНС и сетчатке. Содержание цистаниона выше в белом веществе, чем в сером, и оно повышается в процессе развития.

Содержание (мкмоль/г) свободных аминокислот в мозге, плазме и СМЖ человека

Аминокислота	мозг	Плазма крови	СМЖ
Глутаминовая	10,6	75%	0,05	23%	0,225	60%
N-ацетиласпарагиновая	5,7	-	-
Глутамин	4,3	0,70	0,030
ГАМК	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
Аланин	0,9	0,40	0,017
Глутатион	0,7	0,10	0,010
Серин	0,7	0,10	0,010
Треонин	0,2	0,15	0,025
Триптофан	0,05	0,05	0,010
Валин	0,2	0,25	0,013
Лизин	0,1	0,12	0,014
Лейцин	0,1	0,15	0,004
Пролин	0,1	0,10	-
Аспарагин	0,1	0,07	-
Метионин	0,1	0,02	0,003
Изолейцин	0,1	0,10	0,080
Аргинин	0,1	0,10	0,060
Цистеин	0,1	0,10	0,002
Фенилаланин	0,1	0,10	0,010
Тирозин	0,1	0,10	0,006
Гистидин	0,1	0,10	0,003

Липиды нервной ткани

Нервная ткань отличается высоким содержанием и разнообразием липидов, которые придают ей специфические особенности.

В сером веществе фосфоглицериды составляют более 60% от всех липидов, а в белом – около 40%. В белом веществе содержится больше холестерина, сфингомиелинов и особенно цереброзидов, чем в сером веществе.

· Холестерин составляет около 25% от общего содержания липидов. При этом в мозге мало эфиров холестерина. ХС повышает электроизоляционные свойства клеточных мембран, защищает их от ПОЛ, повышает их механическую прочность.

· Свободных жирных кислот в мозге мало, а этерефицированных жирных кислот в мозге очень много, в основном это пальмитиновая, стеариновая, олеиновая и арахидоновая кислоты.

· Сфинголипиды (ганглиозиды и цереброзиды) участвуют в процессах коммуникации нервной клетки с окружающей ее средой. Они обеспечивают передачу сигналов с наружной поверхности клетки в ее внутреннее пространство. Разнообразие углеводных частей сфинголипидов делает их носителями специфической информации.

· Ганглиозиды находятся преимущественно в сером веществе. Выделяют 4 основных ганглиозида – Gм1, GD1a, GD1b и GT1. Зрительная кора относительно богата GT1 и GD1b, в коре головного мозга содержатся в основном GT1, в белом веществе - Gм1. Функции ганглиозидов: 1). являются рецепторами внешних сигналов; 2). с гликопротеинами отвечают за специфичность клеточной поверхности, распознавание клеток и их адгезию; 3). участвуют в развитии нервной системы при образовании «правильных» межклеточных связей; 4). участвуют в коммуникации между мембранами аксонов и окружающими их олигодендроглиальными клетками; 5). участвуют в функциональной адаптации зрелой нервной системы. Синтез ганглиозидов связан с дифференциацией нейронов.

· Цереброзиды находятся преимущественно в белом веществе, особенно их много миелине. В цереброзидах и сульфатидах ЦНС превалируют производные галактозы. Количество галактоцерамидов и галактосульфатидов возрастает по мере миелинизации.

· Фосфатидилинозитолыв ЦНС не превышают 0,5-2% от общих липидов. Локализованы в плазматических мембранах, в миелине (до 95% всех фосфоинозитов мозга), в ЭПС, наружной митохондриальной и ядерной мембранах. Участвуют в инозитолтрифосфатной системе передаче сигнала с мускариновых и α_1-адренергических рецепторов.

Углеводы нервной ткани

По сравнению с другими тканями ткань мозга содержит мало глюкозы и гликогена. У новорожденных концентрация гликогена в мозге выше, чем у взрослых.

Олигосахариды составляют 2-10% массы плазматической мембраны, большая их часть связана с белками и меньшая с - гликолипидами. Практически все они локализованы на внешней поверхности плазматической мембраны и придают ей индивидуальность и специфичность.

Нуклеотиды нервной ткани

Большинство нейронов ЦНС диплоидны, а небольшая их часть в некоторых отделах ЦНС (клетки Пуркинье мозжечка) может содержать избыточное количество ДНК.

Особенностями хроматина нейронов являются необычно короткие нуклеосомные единицы, наличие редких вариантов гистонов, большое разнообразие негистоновых белков и высокая матричная активность.

Содержание РНК в нейронах велико, что связано с активным синтезом белка. Среднее отношение РНК/ДНК может достигать 50 и редко бывает ниже 3. В печени, поджелудочной железы, почках оно составляет 2-4,5.

Содержание цАМФ и цГМФ в головном мозге значительно выше, чем во многих других тканях. Уровень цАМФ в мозге составляет в среднем 1-2, а цГМФ – до 0,2 нмоль на 1г ткани.