Обмен аминокислот и их производных в тканях нервной системы важен для дифференцировки миелина, нервных клеток и их отростков в растущем организме, а также для поддержания структуры и функций зрелой нервной системы. В раннем детстве особенно резко сказывается на развитии мозга недостаточность белков в пище (например, при квашиоркоре). Хотя путем увеличения содержания белка в пище удается устранить многие симптомы, тем не менее убедительно доказано, что, если только такие добавки не были введены в решающие первые месяцы жизни, когда мозг развивается наиболее быстро, произойдут необратимые нарушения умственной деятельности.

Если учесть, что избыточные количества аминокислот (например, при фенилкетонурии) оказывают сходные необратимые воздействия вскоре после рождения ребенка, то станет очевидным жизненно важное значение для нормального развития умственной деятельности правильного баланса, т. е. сохранения приблизительно эквивалентных соотношений всех аминокислот.

На всех этапах онтогенеза для мозга характерен активный транспорт незаменимых аминокислот, благодаря которому поддерживаются более высокие концентрации этих аминокислот в нервных клетках по сравнению с их концентрацией в плазме крови, снабжающей нервную систему. Эти концентрационные механизмы особенно важны для поглощения ароматических аминокислот, которые служат предшественниками соответствующих аминов. Такие амины, образующиеся в нервных клетках, играют роль нейромедиаторов или оказывают регулирующие воздействия на функцию нервной системы.

Некоторые заменимые аминокислоты, например глутамат, аспартат (или их производные), а также глицин, обнаруженные в тканях мозга в высоких концентрациях, также способны изменять возбудимость нервной системы. Перечисленные заменимые аминокислоты также синтезируются в нервных клетках, и изменение их концентраций в плазме крови мало влияет на их содержание в тканях мозга.

Обмен глутамата в нервной системе

Из числа заменимых аминокислот, обнаруженных в тканях нервной системы, глутаминовая кислота наиболее важна как с точки зрения концентрации, так и ее превращений в другие соединения. К числу последних относятся такие важные вещества, как глутамин и а-кетоглутарат, которые обеспечивают соответственно взаимосвязь с метаболизмом аммиака и углеводов, а также тормозный нейромедиатор y-аминомасляная кислота (ГАМК). В совокупности эти родственные глутамату вещества составляют более половины общего количества аминокислот мозга. Они образуются в нервных клетках за счет углерода глюкозы, доставляемой кровью, что составляет примерно одну десятую часть общего количества потребляемых мозгом углеводов.

В нервной ткани глутамат может образоваться либо путем переноса аминогруппы от любой из целого ряда аминокислот на а-кетоглутарат, либо путем восстановительного аминирования этого последнего промежуточного продукта цикла лимонной кислоты с использованием аммиака и в присутствии глутаматдегидрогеназы. Этот фермент, функционирующий в тканях мозга преимущественно в направлении синтеза глутамата, весьма чувствителен к концентрации аммиака. Однако в условиях избыточного образования аммиака (как это происходит при расстройствах, сопровождающихся судорогами) большая его часть используется для дальнейшего превращения глутамата в глутамин при участии высокоактивной глутаминсинтетазы, обнаруженной в нервной ткани.

В отличие от глутамата, который с трудом проникает сквозь клеточную мембрану, глутамин диффундирует свободно и, таким образом, может переходить в кровоток или в спинномозговую жидкость, удаляя тем самым из мозга две молекулы весьма токсичного аммиака. Определение содержания глутамина в спинномозговой жидкости при таких состояниях, как печеночная кома, дает ценную информацию о количестве аммиака, достигающем мозга. Определение степени взаимопревращения глутамина, глутамата, а-кетоглутарата и NH3 затрудняется теми различиями, которые существуют между отдельными областями мозга и типами клеток. Однако в основном в нервной ткани глутамат и родственные ему соединения функционируют сочетанно, обеспечивая захват и удаление аммиака.

Хотя глутамат в тканях мозга не подвергается интенсивному окислению и, таким образом, не вносит значительного вклада в энергетическое обеспечение работы мозга, он частично используется в процессе переноса аминогрупп для образования других заменимых аминокислот. Из последних наиболее важное значение имеет аспартат, образующийся в нервной ткани при участии высокоактивного фермента аспартатамииотрансферазы. Реагируя с ацетил-КоА, аспартат образует N-ацетиласпартат—соединение, концентрация которого в нервной ткани (и только в нервной!) настолько велика, что приближается к концентрации глутамата и родственных ему соединений.

Функция этого уникального компонента нервной системы до сих пор не выяснена. Он может служить в тканях мозга постоянным источником ацетильных групп, которые используются для образования ацетилхолина или для синтеза жирных кислот. С другой стороны, функция N-ацетиласпартата, возможно, сводится просто к поддержанию устойчивого отрицательного заряда содержимого нервных клеток. Известно также, что в мозгу встречаются более сложные пептиды, содержащие N-ацетиласпартат или N-ацетилглутамат, но их роль до сих пор загадочна.

- Читать далее "Гамма-аминомасляная кислота. Пиридоксин и судороги"