Биохимия нервной ткани: белки, пептиды и аминокислоты

1.

Приволжский медицинский исследовательский
университет
Кафедра биохимии им. Г.Я.Городисской
Биохимия нервной ткани - 2

2.

СОДЕРЖАНИЕ
1. Особенности белкового состава нервной
ткани
2. Пептиды мозга
3. Аминокислоты мозга

3.

БЕЛКИ НЕРВНОЙ ТКАНИ И ИХ ФУНКЦИИ
• Каталитическая (моноаминооксидаза,
креатинкиназа ВВ)
• Структурная (нейроколлагены)
• Транспортная (нейрофизины)
• Регуляторная (гормоны, нейротрофины)
• Сократительная (нейротубулин, нейростенин)
• Факторы адгезии нервных клеток (NCAM)
• Генерация и проведение нервного имульса

4.

Простые белки
Нейроальбумины
Сложные белки
Нуклеопротеины
Нейроглобулины
Липопротеины
Катионные белки (гистоны) Гликопротеины
Опорные белки
(нейросклеропротеины)
Фосфопротеины
Протеолипиды
Липонуклеопротеины и
Липогликопротеины

5.

НЕЙРОСПЕЦИФИЧЕСКИЕ БЕЛКИ
• Они участвуют в реализации специфических
функций нервной системы
• Их биоактивность тесно взаимосвязана с
функциональным состоянием нервной системы
К ним относятся:
• Са-связывающие
• Сократительные
• Глиальные
• Секретируемые
• Белки миелина
• Нейроспецифические ферменты

6.

Нейроспецифические
Са-связывающие белки
• Белок S-100 (белок Мура).
Кислый белок, находится в
нейроглии. Регулятор
Са-проницаемости мембран.
Участвует в формировании и
хранении памяти.
• Белок В-50 – белок мембран синапсов
• Синапсины. Семейство белков, регулирующих
секрецию нейротрансмиттеров в синапсах за счет
фосфорилирования Са-кальмодулин зависимой
протеинкиназой.

7.

НЕЙРОСПЕЦИФИЧЕСКИЕ БЕЛКИ
СОКРАТИТЕЛЬНЫЕ БЕЛКИ И
БЕЛКИ ЦИТОСКЕЛЕТА:
• α и β Нейротубулины.
• Нейростенин.
• Кинезины
• Динеины
НЕЙРОСПЕЦИФИЧЕСКИЕ ФЕРМЕНТЫ
• Арилсульфатаза
• Энолаза. Альдолаза
• Креатинфосфокиназа
Лактатдегидрогеназа (ЛДГ 1,2)
Моноаминоксидазы

8.

СЕКРЕТИРУЕМЫЕ БЕЛКИ
Нейрофизины - гетерогенная группа низкомолекулярных
кислых белков, синтезируются в гипоталамусе, белковые
носители нейрогипофизарных гормонов (окситоцина и
вазопрессина).
Нейротрофины - гетерогенная группа крупных
полипептидов, регулируют дифференциацию нейронов,
- повышают выживаемость нейронов,
- индуцируют рост дендритов и аксонов в направлении
клеток-мишеней,
Факторы роста - небольшие белки, имеющие каждый
определенную специализацию в жизнедеятельности
нейронов

9.

НЕЙРОСПЕЦИФИЧЕСКИЕ
ГЛИАЛЬНЫЕ БЕЛКИ И МИЕЛИНЫ
• α2-гликопротеин.
находится только в астроцитах – маркер
астроцитов.
• Глиальный фибриллярный кислый
протеин (GFAР). Образует промежуточные
филаменты в астроглии и клетках
глиального происхождения.
Миелины:
• Основные белки - локализованы на цитоплазматической
стороне мембраны миелина. Поддерживают стабильность
миелиновых мембран за счет взаимодейстявия с липидами
• Гидрофобный протеолипидный белок - поддерживает
стабильность миелиновых мембран

10.

ИНТЕНСИВНОСТЬ МЕТАБОЛИЗМА БЕЛКОВ
• Головной мозг > кровь > печень > селезёнка и
легкие > мышца
• ЦНС > ПНС
• Серое вещество больших полушарий и мозжечка >
таламус > зрительный бугор > средний и
промежуточный мозг > Варолиев мост >
продолговатый мозг > белое вещество больших
полушарий и мозжечка > спинной мозг >
седалищный нерв > миелин

11.

Белковые маркеры поражения
нервной ткани
При Болезни Альцгеймера:
β-амилоид (Aβ)
τ-белок
Белок-предшественник амилоида (APP)
Гликогенсинтаза киназа 3-β (GSK-3β)
Никастрин
При Ишемическом каскаде:
Mатриксная металлопероксидаз-9
Молекула адгезии V CAM-1
Белок S100
СРБ
Фактор Виллебранда
Липопротеин-ассоциированная
фосфолипаза A2 и C RP

12.

Белковые маркеры поражения
нервной ткани
При рассеянном
склерозе
• Молекулы адгезии ( ICAM-1,
VCAM-1)
• Матриксные
металлопротеиназы (M MP9).
При опухолевых процессах
Нейрональная энолаза
Бомбезин

13.

Пептиды головного мозга
• В категорию пептидов входят белковые молекулы,
содержащие от 2 до 60 АК
• На сегодняшний день известно около 40 семейств
пептидов головного мозга, включающих более 1000
пептидов.
• Нейропептиды – межклеточные передатчики
информации
• Нейропептиды (вместе с другими регуляторными
соединениями) образуют функционально
непрерывную систему

14.

ПЕПТИДЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА
• В категорию пептидов входят белковые молекулы,
содержащие от 2 до 60 АК
• На сегодняшний день известно около 40 семейств пептидов
головного мозга, включающих более 1000 пептидов.
• Нейропептиды – межклеточные передатчики информации
• Нейропептиды (вместе с другими регуляторными
соединениями) образуют функционально непрерывную
систему.
Функции пептидов:
• Нейромедиаторы
• Гормоны
• Нейромодуляторы

15.

ПЕПТИДЫ МОЗГА
Рилизинг гормоны
Либерины: соматолиберин,
кортиколиберин и др.
стимулируют секрецию гормонов
передней доли гипофиза
Статины: пролактин,
тормозят секрецию гормонов
соматостатин, меланостатин
передней доли гипофиза.
Опиоидные пептиды
Эндорфины: α, β, γ-эндорфины и уменьшают боль и влияют на
динорфины
эмоциональное состояние;
контролируют деятельность
эндокринных желез.
Энкефалины: метэнкефалин,
регулируют поведение и болевые
лейэнкефалин
ощущения.

16.

Пептиды мозга:
энкефалины и эндорфины
Общность строения энкефалинов:
Мет- энкефалин ТИР-ГЛИ-ГЛИ-ФЕН-МЕТ
Лей- энкефалин ТИР-ГЛИ-ГЛИ-ФЕН-ЛЕЙ
ОБЩИЙ ПРЕДШЕСТВЕННИК – ПРООПИОМЕЛАНОКОРТИН

17.

Гормоны гипофиза
ПЕПТИДЫ МОЗГА
Гормоны задней доли гипофиза:
вазопрессин и окситоцин
Гормоны передней доли гипофиза:
сомато-тропный гормон (гормон роста)
и пролактин; тиреотропный гормон,
лютеинизирующий гормон и
фолликулостимули-рующий гормон
Гормоны аденогипофиза:
Адренокортико-тропин,
меланостимулирующий гормон,
липотропин и др.
Оказывают действие на формирование
поведенческих реакций;
при стрессе участвуют в создании
защитных механизмов;
влияют на артериальное давление,
сокращение гладкой мускулатуры,
обмен веществ.
являются специфическими
регуляторами других
(периферических) эндокринных желез
и называются тропными гормонами
активируют секрецию кортизола;
стимулируют синтез и секрецию
меланинов; обладают липолитической
активностью, стимулируют выработку
эндорфинов

18.

Пептиды мозга
Глюкагон-секретины
Глюкагон
Вазоактивный
интестинальный
пептид
Секретин
Гастрин
Регулируют основные обменные процесссы,
связанные с ЖКТ
Панкреатические пептиды
Гипоталамический
нейропептид Y
Лептин
Холецистокинины
Медиаторы и стимуляторы пищевого поведения

19.

Пептиды мозга
название
ДСИП
Нейрокинин
Субстанция Р
Бомбезин
Физиологическая роль
Индуцирует ЭЭГ дельта-ритм, антистрессорный агент,
стабилизатор клеточных мембран
• изменяет возбудимость нервных клеток,
• оказывает противовоспалительный эффект, участвуют в
передаче нервного импульса
• нейротрансмиттер сенсорных импульсов, ин-дуктор
воспалительных реакций,
проводник
болевого
сигнала
• гипотермический фактор, не обладает гипотензивным
действием, регулятор моторики и секреции ЖКТ,
• гипотермический фактор, не обладает гипотензивным
действием,
• регулятор моторики и секреции ЖКТ,
• мощный стимулятор секреции гастрина,

20.

Пептиды мозга
название
Физиологическая роль
вазопрессин
• ингибирует диурез,
(антидиуретический • индуцирует гипертензию,
гормон)
• активирует консолидацию памяти,
• подавляет реакции, связанные с системой
положительного подкрепления
Окситоцин
• умеренный антагонист вазопрессина (в отношении
консолидации памяти),
• повышает тонус матки и секрецию молока
Адренокортико• активация секреции кортизола корой надпочечников;
тропин (АКТГ)
• стимулятор внимания и запоминания.
Дельта-сон
индуцирующий
пептид (ДСИП, DSIP)
• индуцирует дельта-ритм для глубокой фазы сна,
тормозит двигательную активность
• проявляет антистрессорное действие
• нормализует синтез серотонина;
• регулирует NMDA-рецепторы, транспорт ионов Ca2+;
• замедляет рост опухолей и подавляет метастазирование;

21.

Биохимические особенности пептидов
• Большая продолжительность существования
нейропептидов в жидких средах организма
• Наличие высокой специфической активности
у продуктов их неполного гидролиза
• Большое количество различных НП, которое
намного превосходит число других
нейромедиаторов, что делает возможным
взаимодействие разных НП в одной
биологической реакции

22.

Пептиды как диагностические маркеры
поражений ЦНС
• Мозговой нейротрофический фактор (BNDF)
• N-терминальный промозговой
натрийуретический пептид
• Субстанция Р
• Галанин

23.

пептиды как биорегуляторы
• не взаимодействуют с рецепторами.
• не являются катализаторами конкретных реакций.
• проникают в ядра клеток и взаимодействуют непосредственно с
ДНК, ускоряя процессы чтения генетической информации
• способствуют наиболее полной реализации генетической
информации заложенной в каждой клетке самой природой.
Пептиды как лекарственные препараты
Цитомаксы
Цитамины
Цитомедины
Цитогены

24.

Аминокислоты головного мозга:
• Источник синтеза большого числа
биологически важных соединений
• Участники синаптической передачи и
осуществления межнейрональных связей
• Являются источником CH3 и НS-групп
• Энергетическая значимость - аминокислоты
глутаминовой группы непосредственно
связаны с циклом трикарбоновых кислот.

25.

Основные аминокислоты и их
производные в ткани мозга
Аминокислоты
Таламус
Мкмоль/
г ткани
Средний мозг
Мкмоль/
г ткани
Мозжечок Кора височной
Мкмоль/ доли
г ткани
Мкмоль/г ткани
Глутаминовая
Аспарагиновая
Таурин
Глицин
Аланин
ГАМК
Тирозин
Валин
Лизин
12,4
2,7
1,06
1,7
0,6
3,6
0,05
0,14
0,28
9.7
4,0
1,6
2,7
1,1
5,8
0,06
0,15
0,38
12,6
3,0
1,9
1,25
0,86
1,4
0,04
0,11
0,19
12,9
2,8
3,1
1,5
0,89
1,5
0,06
0,097
0,22
глутамат; глутамин; ГАМК; аспартат; глицин; Nацетиласпартат составляют 75% всех
аминокислот головного мозга

26.

АМИНОКИСЛОТЫ

27.

Глутаминовая кислота является
возбуждающим нейромедиатором

28.

АМИНОКИСЛОТЫ
Аспартат, как и глутаминовая кислота возбуждающий нейромедиатор - регулирует работу
эндокринной системы,
способствует выработке
некоторых гормонов
(соматотропин, тестостерон, прогестерон).
N-ацетиласпартат –донор
ацетильных групп в
процессе синтеза миелина,
жирных кислот в
развивающемся мозге,
ацетилхолина

29.

АМИНОКИСЛОТЫ
ГЛИЦИН - тормозной нейромедиатор в спинном и
промежуточном мозге.
Участвует в биосинтезе белков, пуринов,
порфиринов, креатина, холина, глутатиона.
Улучшает метаболизм в клетках, протектор
кортикальных нейронов, оказывает седативное и
антидепрессивное действие, усиливает действие
противосудорожных средств.

30.

АМИНОКИСЛОТЫ

31.

АМИНОКИСЛОТЫ
ГАМК – тормозной медиатор.
Пролонгирует действие наркотиков.
Тормозит передачу в аксодендритических и
облегчает ее в аксосоматических синапсах.
Тормозит секрецию дофамина.
Влияет на такие функции, как:
• внимание, то есть настройка на определенный
информационный поток,
• двигательный контроль,
• эмоциональный контроль,
• седативное действие, нормализует сон,
устойчивость к стрессу.

32.

Нейромедиатор должен:
- накапливаться в пресинаптических окончаниях и
выделяться в ответ на нервный импульс.
- пресинаптическая зона должна иметь условия для
синтеза этого вещества, а постсинаптическая специфический рецептор для него.
- при стимуляции пресинаптической области
должны формироваться кальциевые каналы для
выделения этого вещества в пресинаптическую
щель
- должен подвергаться фармакологическому
блокированию
- Необходима система обратного захвата в
пресинаптические терминали или в соседние клетки

33.

Нейротрансмиттерные функции
аминокислот
При болезни Альцгеймера было найдено
торможение синтеза ацетилхолина и,как, следствие,
снижение его количества в синапсах.
При болезни Паркинсона нарушается равновесие
между уровнем ацетилхолина и дофамина в черной
субстанции и полосатом теле.
При шизофрении повышается уровень ДОФА и
снижается уровень ГАМК и серотонина
Есть сведения о том, что причина возникновения
наркомании и алкоголизма в нарушении баланса
нейромедиаторов.

34.

Лекарственные средства на основе
аминокислот как регуляторы функций
головного мозга
Глутаминовая кислота - используется в лечении эпилепсии,
шизофрении, реактивных состояниях, депрессиях, последствиях
менингита и энцефалита. В педиатрии - при задержке психического
развития, церебральном параличе, последствиях внутричерепной
родовой травмы, болезни Дауна, полиомиелите.
Глицин - улучшает метаболизм в тканях мозга. Оказывает
успокаиваю-щее действие. Нормализует сон, уменьшает повышенную
раздражи-тельность. депрессивные состояния
Цистеин - применяют на начальных стадиях катаракты.
Таурин – обладает цитопротекторными свойствами, приводит к
снижению индекса массы тела и уровня маркеров воспаления у женщин
с ожирением, влияет на энергетический обмен, проявляет антистрессорный эффект.
L-лизин - перспективный метаболитотропный нейропротектор, обладает свойствами частичного антагониста
рецепторов серотонина

35.

Лекарственные средства на основе
аминокислот как регуляторы функций
головного мозга
Ноотропные препараты — это лекарства, содержащие
органические или синтетические действующие вещества, а также их
производные, стимулирующие работу нейромедиаторов.
активируют синтез АТФ и его производных;
усиливают процесс синаптической передачи в ЦНС;
усиливают пластический процесс в ЦНС за счет повышения
синтеза РНК и белков;
активируют процесс утилизации глюкозы;
оказывают мамбраностабилизирующий и антиоксидантный
эффект.
Содержат как чистые аминокислоты, так и их
комплексы с пептидами и микроэлементами.