4.2 Біохімічні механізми розвитку фобій

1. Особливості біохімічного складу та метаболізму нервової системи. Хімічний склад головного мозку

1.1 Нейроспецифічні білки головного мозку

Значна частина білків нервової системи ідентична білкам інших органів та тканин за умов єдності ряда базових процесів життєдіяльності. Вони складають біля 40% сухої маси мозку у білій речовині, а 55% -у сірій речовині. Російський біохімік А.Я. Данилевський був першим вченим, який розділив білки мозкової тканини на розчинні та нерозчинні. Дослідження в цій області також були проведені А.В. Паладіним і співробітниками. На теперішній час використання комбінації різних біохімічних методів дозволило виділити більше 100 розчинних білкових фракцій із тканини мозку. Білковий склад головного мозку включає білки з різними фізико-хімічними та функціональними властивостями. Ці білки - ферменти, регулятори (гормони, медіатори) та структурні білки. В нервовій тканині визначаються прості і складні білки. Прості білки, як правило, поділяються на 4 класи: альбуміни, глобуліни, катіонні білки (гістони та ін.), опорні білки. Альбуміни і глобуліни головного мозку за своїми властивостями відрізняються від аналогічних білків сироватки крові. Це нейроальбуміни та нейроглобуліни.

Нейроальбуміни - це білки, які добре розчинні в воді, слабких розчинах кислот, лугів, нейтральних розчинах солей і в ряді органічних розчинників. Кількість альбумінів в головному мозку відносно невелика та складає в середньому біля 5% по відношенню до усіх розчинних білків. Але цю величину неможливо рахувати кінцево визначеною: її значення залежить від віку та від методики дослідження. Нейроальбуміни є основними білковими компонентами розчинних фракцій фосфопротеїнів. При дослідженні властивостей білків ЦНС визначено, що в мієлінових та безмієлінових нервових волокнах вміст альбумінів досягає 20-25% по відношенню до усіх розчинних білків. В той же час, в гангліонарних вузлах вміст їх незначний.

До білкових фракцій мозку відносяться також нейроглобуліни, які складають основну масу розчинних білків (89-90%). У вільному стані нейроглобуліни знаходяться в нервовій тканині в незначній кількості, більша частина їх входить до складних білків. Вони утворюють ліпопротеїни, нуклеопротеїни, глікопротеіни. Відомо, що глобуліни діляться на три основні групи: б, в і г-глобуліни. За кількістю білка ці групи розташовуються в слідуючому порядку: в-глобуліни > б-глобуліни > г-глобуліни. Імуногістохімічними методами визначено 15 та більше фракцій нейроглобулінів.

До простих білків відносяться також катіонні білки. При електрофоретичному розподілі вони рухаються до катоду при рН від 10,5 до 12,0. Основні білки легко реагують з нуклеїновими кислотами, ліпідами, вуглеводами та утворюють складні гетерогенні комплекси. Вони приймають участь в різноманітних процесах: в транспорті іонів і метаболітів через мембрани, в гальмуванні та збудженні мембран. Головними представниками цього класу є гістони, які переважно локалізовані в хроматині клітин. Гістони складаються із одного поліпептидного ланцюга і не мають четвертичної структури. Вони діляться на 5 основних фракцій та розподіляються за вмістом лізину, аргініну, гліцину, та N і С - кінцевих амінокислотних залишків. Перша фракція багата на лізин (Н₁), друга - відносно багата на лізин (Н_2в), третя - відносно багата на аргінін (Н_2а), четверта - багата на аргінін та гліцин (Н₄), п'ята - багата на аргінін (Н₅). Фракції гістонів діляться на 11-20 підфракцій. Молекулярна маса складає від 10000 до 20000 Да. Склад і структура гістонів визначається стабільністю і консервативністю, а окремі фракції можуть метилюватися, фосфорилюватися і ацетилюватися, що свідчить про універсальність їх як регуляторних механізмів транскрипції. Хроматин мозку характеризується великим різноманіттям негістонових білків (до 90) у порівнянні з хроматином печінки та нирок. Негістонові білки вміщують велику кількість залишків глутамінової кислоти та відносно великий відсоток фосфору (до 0,14%). Молекулярна маса окремих негістонових білків коливається в значних межах від 1,6х10⁴ до 1,45х10⁵ Да. Негістонові і гістонові білки є важливими компонентами регуляторних механізмів транскрипції в нервовій тканині.

Четвертий клас простих білків нервової тканини складають склеро- протеїни (нейросклеропротеїни). Їх можна визначити як структурно-опорні білки. За своєю будовою вони відносяться до фібрилярних білків. Основними представниками цих білків є нейроколагени, нейроеластини, нейростроміни. Вони складають близько 8-10% від усіх простих білків нервової тканини і локалізовані в різних відділах мозку нерівномірно. Так, в білій речовині великих півкуль головного мозку вміст опорних білків досягає 20% по відношенню до інших простих білків, а у сірій речовині їх більше 5%. Найбільший вміст опорних білків знаходиться у периферийній нервовій системі. Вони нерозчинні у воді, слабко розчинні у кислотах, нейтральних солях та у більшості органічних розчинниках, але добре розчинні у лугах. Склеропротеїни виявляють стійкість до дії протеолітичних ферментів.

Складні білки в нервовій тканині представлені у вигляді комплексів, які складаються з білкової частини і небілкових компонентів. Особливістю хімічного складу нервової тканини є високий вміст ліпідів. Так, у сiрiй речовині вміст ліпідів в 2-3 раза більший ніж білків. Якщо прийняти, що молекулярна маса білкової частини складає в середньому 75-100 тис. Да, а молекулярна маса ліпідів 700-1000 Да, то на одну білкову молекулу приблизно припадає 75-100 молекул ліпідів. Таким чином, значна частина білка в головному мозку знаходиться у вигляді лiпопротеїнiв. Складні білки в нервовій тканині можна розділити на 6 класів: лiпопротеїни, протеолiпiди, фосфопротеїни, глiкопротеїни, нуклеопротеїни, хромопротеїни. Таку класифікацію можна вважати умовною, тому що у нативній мозковій тканині часто зустрічаються більш складні надмолекулярні утворення, наприклад лiпонуклеопротеїни, лiпоглiкопротеїни, лiпоглiконуклеопротеїни. Ці складні білки приймають участь у різноманітних процесах: транспорті іонів та метаболітів через мембрани, збудженні та гальмуванні мембран нейронів.

Основна маса складних білків у головному мозку представлена у вигляді лiпопротеїнових комплексів. Білки, що входять до складу лiпопротеїнiв, відносяться в основному до глобулiнової фракції та складають 70-75% від усіх глобулiнiв нервової тканини. У протеолiпiдах, як й у лiпопротеїнах, небілковими компонентами також є лiпiди. За фiзико-хiмічними властивостями, кількісним вмістом, локалізацією та функцiональною роллю протеолiпiди суттєво вiдрiзняються від лiпопротеїнів. Будова білкової частини протеолiпiдів є відносно простою та більш стабільною порівняно з білковими компонентами інших складних білків. Протеолiпiди - це єдині складні білки, які екстрагуються органічними розчинниками та не містять домiшкiв iнших білків.

Значна кількість протеолiпiдiв зосереджена у мієліні, незначна - у складі синаптичних мембран і везикул, мембран мітохондрій, цитоплазми та інших субклітинних структур. Значне накопичення протеолiпiдiв спостерiгається у постнатальний перiод мiєлiнiзації нервовоi тканини та зростає у 10 i бiльше разiв у головному, продовгуватому та спинному мозку. Протеолiпiди нервової тканини стiйкi до дiї пепсину, трипсину та iнших протеолiтичних ферментiв. Амiнокислотний склад протеолiпiдiв у всiх дослiджуваних фракцiях iдентичний i має свої особливості: незначний вмiст аспартату та глутамату (бiля 10%), аргініну та лiзину (понад 10%); неполярних амiнокислот - лейцину, iзолейцину, валiну, аланiну, глiцину (60% вiд усiх амiнокислот), якi входять до протеолiпiдiв. Вiдносно велика кiлькiсть метіонiну, цистеїну, триптофану спостерігається у протеоліпідів.

У фосфопротеїнів простетичною группою є, як правило, амiнокислотний залишок серина, який поєднаний з фосфатною групою складноефiрним зв'язком. Простетичними групами можуть бути тирозинфосфат та аргiнінфосфат. Фосфопротеїни в головному мозку складають бiля 2% по вiдношенню до усiх складних бiлкiв. Iх вмiст в нервовiй тканинi значно вищий, ніж в iнших тканинах. Фосфопротеїни підрозділяються на 4 фракції. Одна фракцiя є нерозчинною i складає близько 1,7% вiд усiх складних бiлкiв. Розчинна в водi та 0,9%-му розчинi NaCl фракцiя фосфопротеїнів роздiляється на 3 фракцiї (9 пiдфракцiй). Фосфопротеїни виявленi у мембранах рiзних морфологічних структур нервової тканини: в ядрах нейронiв, мiтохондріях, хроматиновому надмолекулярному комплексi. Вони здатнi утворювати комплекси з гістонами, взаємодiями з ДНК та утворювати дезоксинуклеопротеїни. Фосфатна група фосфопротеїнів характеризується високим відновленням. Фосфопротеїни є обов'язковими компонентами мембранних структур нейронiв, відповідальних за переміщенням фосфатних груп через мембрани, процеси трансфосфорилювання мiж макроергами i iншими фосфатними сполуками. У сiрiй речовинi головного мозку фосфопротеїни відновлюються більш інтенсивно, чим в бiлiй. Їм належить суттева роль в бiосинтезi АТФ в мітохондріях клітин.

Глiкопротеїни представляють собою дуже рiзноманітну гетерогенну групу білків, які виконують специфiчні функції. Вони є компонентами багатьох iмунохiмічних реакцiй, приймають участь у синаптичнiй передачi, розпiзнаваннi нейронiв за функцiональною ознакою, проведеннi нервових iмпульсів, у формуваннi та зберiганнi пам'ятi. Глiкопротеїни входять до складних надмолекулярних структур синаптичних мембран, субклітинних структур нейронiв і нейроглiї. Пептидна частина синтезується рибосомами незалежно вiд бiосинтезу вуглеводних компонентiв.

Глiкопротеїни підрозділяються на 2 основнi групи за кiлькостю бiлкiв та вуглеводiв в їх складi.

Перша група глікопротеїнів вмiщує вiд 5 до 40% вуглеводiв та iх похідних. Бiлкова частина переважно складається iз альбумiнiв та глобулiнiв, вмiст яких у середньому знаходиться вiд 55 до 95%. Пептидні ланцюги глiкопротеїнiв пов'язані з вуглеводними компонентами не тiльки ковалентними зв'язками, але й водневими, гідрофобними та Ван-дер-Ваальсовими силами. Тому зв'язки мiж бiлковою частиною та вуглеводними компонентами можуть бути i нестiйкими.

Друга група протеогліканів вміщує вуглеводів вiд 40 до 85% за своїм складом. Наприклад: iз сiрої речовини головного мозку людини був видiлений протеоглікан молекулярної маси 1,8х10⁵ (Розенберг), до складу молекули якого входить 208 залишкiв галактози, 26 - глюкози, 36 -галактозамiна, 150 - ацетилнейрамiнової кислоти, 100-лiгноцеринової кислоти i 100 - сфiнгозину. Пептидний ланцюг вмiщує 61 амiнокислотний залишок: 13 - глутамата, 10 - глiцина, 10 - пролiна, 8 - серина, 6 - аланiна, залишок інших амінокислот складає незначну кiлькiсть. Пептидна частина протеогліканів менш рiзноманiтна, чим вуглеводний компонент. Слiд також вiдмiтити, що N-ацетилнейрамiнова кислота та N-ацетилгалактозамiн виконують важливу специфичну роль забезпечення просторової структури протеогліканів. Що стосується бiлкової молекули, то вона представляє собою стабільну частину протеогліканів, яка фiксована безпосередньо у мембранi, а вуглеводний компонент розташований на її поверхнi та визначає функцiональну роль. Значна частина (до 90%) усiх вуглеводiв та iх похiдних, які знаходяться у головному мозку у зв'язаному станi, приходяться на долю глiкопротеїнiв.

В нервовій тканині існують нейроспецифічні білки, які мають особливу будову та функції. Специфічність цих білків для нервової тканини визначається наступними критеріями:

а) наявністю їх переважно в нервовій тканині;

б) участю цих білків у реалізації специфічних функцій нервової системи: процесах генерації та проведенні нервового імпульса, утворенні міжклітинних контактів, регуляції проникності іонних каналів, механізмах навчання і формування пам'яті;

в) тісним взаємозв'язком між біоактивністю нейроспецифічних білків і функціональним станом нервової системи. Нейроспецифічні білки можуть з'являтися у спинномозковій рідині або сироватці крові при пошкодженні нервової тканини і розвитку деяких патологічних станів організму.

Ідентифіковано більше двох сотен нейроспецифічних білків. За функціональною ознакою нейроспецифічні білки підрозділяється на наступні групи:

а) неферментні Ca²⁺- зв'язуючі білки;

б) неферментні білки адгезії і міжклітинного розпізнавання;

в) скорочувальні і цитоскелетні білки;

г) ферменти;

д) секреторні, регуляторні та транспортні нейроспецифічні білки;

є) білки глії.

Неферментні нейроспецифічні Ca²⁺- зв'язуючі білки мають високу спорідненість до іонів Ca²⁺. Вони регулюють транспорт і концентрацію іонів кальцію завдяки здатності змінювати конформацію молекули при зв'язуванні з іонами Ca²⁺, приймають участь у різноманітних специфічних процесах. Ці білки називаються калбіндини. За особливостю структури розрізняють алексини, до їх складу входять довгі послідовності амінокислот (переважно дикарбонових). і білки, які мають так звану «EF-руку», петлю із 12-14^ти амінокислот, що утворюють гніздо для іонів Ca²⁺. Кількість таких «EF-рук» може коливатися від 2 до 6. До анексинів відноситься нейроспецифічний білок S-100, який був відкритий у 1965р. Муром і Грегором (названий білком Мура або білком S-100). S-100 є гетерогенним Ca²⁺- зв'язуючим білком та складається із двох головних фракцій: S-100А і S-100В, субодиничний склад яких відповідно бб і бв. Амінокислотний склад білка S-100 характеризується високим вмістом кислих амінокислот: 36% складає глутамінова і 22% - аспарагінова кислоти. Цей білок знаходиться переважно в астроцитах (до 85-90%) від загального вмісту у нервовій тканині. Основна маса (до 85%) цього білка розташована у цитоплазмі клітин і 15% - в мембранних структурах: в пре- і постсинаптичних мембранах, ядерній і плазматичній мембрані олігодендроглії. Білок S-100 приймає участь у формуванні умовних рефлексів та підвищується при навчанні і тренуваннях, формуванні і збереженні пам'яті. Регуляція проникності іонних каналів шляхом зв'язування вільних іонів Ca²⁺ залежить від S-100.

В нервовій тканині є значна кількість кальмодуліна (до 60 мкМ) - одного з важливіших регуляторів і посередників ефектів Ca²⁺. Функція кальмодуліна контролюється нейроспецифічним Ca²⁺- зв'язуючим білком кальцинейрином і фосфомірестином. Одним із основних фосфорилюючих білків плазматичних мембран синапсів є нейроспецифічний глікопротеїн В-50. Фосфорилювання цього білка призводить до відносно тривалої зміни заряду і стану каналів постсинаптичної мембрани, що свідчить про його участь у функціонуванні пептидергічних синапсів. В процесах синаптичної передачі приймає участь ще один нейроспецифічний білок - фодрин, який є структурним білком постсинаптичних мембран глутаматергічних синапсів. Функціональна роль фодрина пов'язана з тим, що він блокує рецептори глутамата. Нещодавно був виділений нейроспецифічний білок в синапсах головного мозку - фосфопротеїн F1-20, який приймає участь в процесах фосфорилювання компонентів синапсів, поєднаних з функціями везикул в нервових терміналях. Складний комплекс синаптичних білків - синаптобревін, синаптофізин, синаптогамін, синаптопорин формує канали, через які витікає вміст везикул та забезпечує контакт медіаторів з пресинаптичною мембраною.

В групу неферментативних нейроспецифічних білків, відповідальних за процеси адгезії і міжклітинного розпізнавання, входять переважно глікопротеїни. Вони забезпечують міжклітинні контакти, взаємне розпізнавання, адгезію окремих нейронів, синаптичну передачу, рецепторні реакції, формування і зберігання пам'яті та входять до складу надмолекулярних утворень синаптичних мембран та інших клітинних структур. Глікопротеїни, які містять гіалуронову кислоту, хондроїтинсульфат, гепаринсульфат знаходяться у перікарионі нейрона, аксоні й нейроглії (астроцитах, олігодендроцитах) та відсутні в мембранах синаптосом і мітохондрій.

Із числа багатьох глікопротеїнів поверхні нейронів особливу увагу звертає білок в-АРР (в-amyloid precursor protein), який приймає участь в патогенезі патології мозку - хвороби Альцгеймера. Цей білок є попередником пептиду в-амілоїда, який з'являється в надлишку на поверхні нейронів головного мозку. В здоровому організмі в-АРР вміщує 695 амінокислотних залишків і фіксується в мембранах нейронів так, що його N-кінцевий фрагмент із 625-630 залишків розташований на поверхні клітини. Він приймає участь в організації міжнейрональних контактів, особливо в області нервових терміналей. Частина білка, що виступає над поверхнею клітини, в нормі відщеплюється специфічними протеїназами і стимулює розвиток відростків та приймає участь у формуванні пам'яті. При хворобі Альцгеймера відщеплюється більш короткий ланцюг амінокислотних залишків (600-610) так, що на поверхні нейронів залишається невеликий в-амілоїдний пептид. Ці метаболічні порушення лежать в основі розвитку вторинних маніфестних ознак даної хвороби.

Нейроспецифічні скорочувальні і цитоскелетні білки, які входять до складу нейрональних й нейрогліальних клітин, відрізняються від скорочувальних протеїнів. Вони приймають участь в утворенні та розпаді специфічних структур - мікротрубочок (нейротубул), нейрофіламентів, інших пресинаптичних і постсинаптичних утворень, в перенесенні сполук між різними частинами нейрона, а також підтримці й модуляції просторового розташування частин нейрона.

Нейротубули і нейрофіламенти є важливішими структурними утворюваннями нервових клітин, які мають скелетні та скорочувальні властивості. Нейротубули і нейрофіламенти приймають безпосередню участь в прямому і ретроградному транспорті клітинних органел, нуклеїнових кислот, білків, ліпо- і глікопротеїнів та їх попередників, а також ряду метаболітів по аксону від тіла нейрону до синаптичних терміналів. Вони приймають участь в транспорті метаболітів в різних субклітинних структурах тіла нейронів. Як динамічні структури, вони впливають на топографію поверхні нейрону і мозаїчність нейрональних мембран, самозбірку мікроструктур і надмолекулярних комплексів, а також підтримують визначену конфігурацію мікроструктур.

Мікротрубочки є утворенням циліндричної форми, діаметр яких досягає 24 нм, а найбільша довжина поєднана з довжиною відростків нейронів.

Основна маса білка, який входить до складу нейротубул, припадає на долю нейротубуліну. Його кількість досягає 15% від суми розчинних білків мозку. Нейротубулін є димером, до його складу входять дві субодиниці б-тубулін і в-тубулін, молекулярна маса субодиниць тубуліну складає відповідно 53 і 57 кДа. Цей білок відноситься до кислих білків (20% дикарбонові амінокислот). В мікротрубочках нейротубулін знаходиться у вигляді спіральних полімерів (10-14 молекул нейротубуліну). Формування полімерної трубчатої структури протікає з використанням макроергів, за рахунок ГТФ. Сам нейротубулін має ГТФазну активність. В полімерізації нейротубуліну приймає участь специфічній білок збірки тубуліну - Т-фактор. Інгібується збірка мікротрубочок деякими хімічними сполуками - колхіцином, вінбластином, вінкристином. Нейротубулін має фосфофруктокіназну і протеїнкіназну активність.

Нейрофіламенти утворюються із спірально закручених ниткоподібних структур діаметром 5-12 нм. Філаменти діаметром 5-6 нм називаються мікрофіламентами. До їх складу входить багато актиноміозиноподібних білків, особливо актина в ниткоподібній F-формі. Утворення актинових ниток у нейрофіламентах заключається в полімеризації молекул глобулярного G-актину та протікає за рахунок енергії АТФ. До складу нейрофіламентів також входить колаген. Актиноподібні білки відносяться до скорочувальних білків нервової тканини. За амінокислотним складом і первинною структурою вони близькі до актину м'язів. Актиноподібні білки приймають участь в аксональному потоці і вивільненні трансмітерів в синапсах. Вони здатні утворювати комплекси з міозиноподібними білками, які чутливі до мітогенетичних ядів. До актиноміозиноподібних білків ЦНС відноситься нейростенін. Він складається з двох білків - нейрина і стеніна, які взаємодіють між собою та утворюють комплекс нейростенін, який має АТФ-азну активність і активується іонами Ca²⁺ та Mg²⁺. Вміст цього білка складає до 1,5% від загального білка мозку, але в синаптичних утвореннях його вміст досягає 8-10%. Нейрин локалізований переважно в пресинаптичних мембранах, а стенін - на наружній поверхні мембран везікул. Існує думка, що нейростенін приймає участь у розкритті везікул та виході нейромедіатора в цитоплазму і синаптичну щілину. Великий інтерес представляє скорочувальний білок нейронів - кінезин, який забезпечує ковзання внутріклітинних органел вздовж мікротрубочок. Як цитоплазматичний транслокатор, він є «механохімічною АТ-Фазою» і служить одним із двигунів антиретроградного аксонального потоку органел.

До компонентів цитоскелету клітин нервової тканини відносять білок спектрин. Довга фібрилярна молекула якого складається з двух поліпептидних ланцюгів (Mr = 220 і 240 кДа). Така молекула утворює субмембранну мережу філаментів на внутрішній поверхні цитоплазматичної мембрани (спектриновий скелет), яка через молекули іншого білка - анкірина взаємодіє з іншими білками цитоскелету, що знижує рухливість білків в площині мембрани. В тканині головного мозку спектрин приймає участь також в розподілі іонів K⁺ і Na⁺ на поверхні мембран збуджених клітин. В забезпеченні деяких форм ендоцитоза і транспорта речовин приймає участь білок - клатрин, який відноситься до фібрилярних білків (Mr = 180 кД).

Білок 14-3-2- перший нейроспецифічний білок - фермент, який був відкритий у 1968р. Б. Муром і Р. Пересом в головному мозку великої рогатої худоби. Назву він отримав за номерами хроматографічних і електрофоретичних фракцій. Цей білок виявився ферментом - єнолазою. На теперішній час показано, що єнолаза зустрічається в усіх тканинах і органах людини і тварин, побудована із двох типів субодиниць - б і г, причому саме г- субодиниця є нейроспецифічною. В нервовій тканині зустрічаються наступні ізоформи єнолази: бб - неспецифічна, ідентична єнолазі печінки (локалізована в гліальних клітинах); бг - гібридна форма, визначена як білок 14-3-1 і гг - нейроспецифічний ензим єнолаза (білок 14-3-2), локалізований тільки в нейронах. Молекулярна маса білка 14-3-2 близька до 80 кДа. Як і білок S-100, він вміщує відносно багато дикарбонових кислот (ізоелектрична точка біля рН 5) і є термостабільним до температури 50?С. Період півіснування гг дімера - 320 хвилин, а для бб дімера - 15 хв. Білок 14-3-2 широко розповсюджений в ЦНС та локалізований головним чином в цитоплазмі нейронів, тоді як в нейроглії вміст його незначний.

Серед нейроспецифічних білків - ферментів можно назвати мозкові форми ізоферментів альдолази, арилсульфатази, креатинфосфокінази.

Секреторні, регуляторні і транспортні нейроспецифічні білки продукуються нервовою тканиною та виконують функцію транспорту та захисту пептидних регуляторів від розпаду. Із них найбільш вивчені нейрофізини (НФ), які локалізовані переважно в гіпоталамусі та задній долі гіпофіза. Вони представляють собою гетерогенну групу низькомолекулярних кислих білків. Виділено три фракції цих нейроспецифічних білків - НФ І, НФ ІІ, НФ ІІІ, а також чотири мінорні фракції. Сумарна фракція НФ має молекулярну масу біля 10 кДа. Пептидний ланцюг НФ включає 91-95 амінокислотних залишків.

Імунохімічними методами встановлено, що фракція НФ І синтезується в паравентрикулярних ядрах, а НФ ІІ - в супраоптичному ядрі. В інтактному стані нейрофізини знаходяться в міцному комплексі з окситоцином або вазопресином. Зв'язок НФ з цими гіпофізарними гормонами нековалентний і здійснюється фрагментом молекули. За останні 5-10 років виявлено, що НФ не є єдиними представниками білків - носіїв пептидних регуляторів. Встановлено існування різноманітних по структурі білків, які зв'язані нековалентним зв'язком з опіоїдними пептидами, кортиколіберином, тафцином та захищають їх від розщеплення протеазами в рідинах організму.

Серед регуляторних білків нервової тканини особливе значення мають нейротрофіни. Вони виступають як фактори, що стимулюють диференціацію нейронів, підтримують їх виживання, індукують ріст дендритів і аксонів в напрямку клітин - мішенів. До нейротрофінів відноситься родина білків - факторів росту і трофіки нервів. Найбільш вивчені три нейротрофіна, близьких по структурі: NGF (nerve growth factor), BDNF (brain derived neurotrophic factor) i NT-3 (neurotrophic - 3). Це відносно невеликі білки, мінімальна по розміру активна форма NGF включає дві субодиниці по 13,25 кДа. Нейротрофіни мають особливу спеціалізацію: NGF підтримують нейрони периферийних симпатичних гангліїв і холінергічні нейрони переднього мозку, BDNF - частину моторних та сенсорних нейронів, а NT-3 - нейрони гіпокампу. Трофічна функція і стимуляція росту аксонів нейротрофінами має особливе значення в онтогенезі, при пошкодженнях ЦНС, а також при деяких критичних станах, наприклад, при епілептичних судомах.

Нейросекреторні гранули гіпоталамуса продукують ряд глікопротеїнів, які виконують специфічні регуляторні функції. Серед них є глікопротеїни, що мають коронаророзшируючі і коронарозвужуючі властивості. В гіпоталамусі виробляються і продукуються відносно низькомолекулярні пептидні регулятори - рилізинг-фактори. Білок поверхні нейронів в-ААР також є білком-регулятором. Наружна частина цього білка виходить в міжклітинну рідину та індукує утворення нових відростків і нервових терміналів, приймає участь у формуванні пам'яті. При хворобі Альцгеймера цей процес порушується.

Білковий склад мієліну специфічний, але суттєво простіший, ніж в нейронах і нейрогліальних клітинах. В мієліні міститься значна доля катіонного білка - КБМ (біля 30%). Він представляє собою відносно невеликий поліпептид молекулярної маси 16-18 кДа. До складу КБМ входить значна доля диамінокислот (біля 20%) і в той же час, половина із усіх амінокислот - неполярні. Це забезпечує, тісний контакт з гідрофобними компонентами ліпідів мієліну, та визначає його здатність до утворення іонних зв'язків з кислими групами ліпідів.

КБМ здатний гліколізуватися по треоніну - 98 N-ацетилгалактоз-амінілтрансферазою і, на відміну від інших білків в мієліні, може фосфорилюватися по деяким залишкам серина, треоніна, аргініна і гістидина. Фосфорилювання основного білка розглядається як ініціація мієлінізації.

Високою гідрофобністю характеризуються так звані протеоліпідні білки Фолча, які складають велику частину інших білків мієліну. Головний із цих білків - ліпофілін (Мг = 28 кДа), в якому 2/3 амінокислот - неполярні. Значно висока доля в мієліні так званого білка Вольфграма (біля 15% білків) - кислого протеоліпіда, в якому багато залишків дикарбонових неполярних амінокислот.

Із інших білків мієліну суттєву долю займає мієлін-асоційований глікопротеїн (МАГ), розташований на екстрацелюлярній поверхні мембран. В ЦНС людини він представлений трьома поліпептидними ланцюгами з Мr = 92, 107, 113 кДа, а в периферийній нервовій системі - одним білком з Мr = 107 кДа. МАГ відноситься до глікопротеїнів з відносно низьким вмістом вуглеводних залишків - біля 30% від маси молекули, містить характерний для глікопротеїнів набір вуглеводів: N - ацетилглюкозамін, N - ацетилнейрамінову кислоту, фукозу, манозу, галактозу, а також значну кількість глутамінової і аспарагінової амінокислот.

До нейроспецифічних білків глії відноситься білок S-100, який знаходиться як в нейронах, так і в гліальних клітинах, причому доля його в останніх велика і досягає 85%. В 1967 році був виділений нейроспецифічний білок ₂-глікопротеїн з молекулярною масою 45 кДа. Вуглеводні його компоненти включають глюкозамін, манозу, глюкозу, галактозу, галактозамін, N - ацетилнейрамінову кислоту. Цей білок локалізований тільки в астроцитах. Тому його можна розглядати як один із специфічних маркерів астроцитів.

Другий білок, характерний тільки для нейроглії, виділений із багатьох фіброзних астроцитів головного мозку. Його було названо гліальним фібрилярним кислим білком (GFA). Він специфічний тільки для ЦНС, в периферийній нервовій системі цей білок відсутній. Вміст його в білій речовині головного мозку значно перевищує вміст в сірій речовині. В глії також зосереджено багато рецепторних і ферментних білків, які приймають участь в синтезі вторинних месенджерів, попередників нейромедіаторів і інших регуляторних сполук, які можуть бути віднесені до нейроспецифічних.

В нервовій тканині виявлені характерні тільки для неї нейроспецифічні білки. За хімічною природою вони кислі або основні, прості або складні, вони представляють собою глікопротеїни і фосфопротеїни. Багато нейроспецифічних білків (біля 200) має субодиничну структуру.

Нейроспецифічні білки прямо або опосередковано приймають участь в здійсненні усіх функцій нервової системи - генерації і проведенні нервових імпульсів, процесах переробки і зберігання інформації, синаптичній передачі, клітинному розпізнаванні, рецепції. За локалізацією в нервовій системі розрізняють нейрональні та гліальні нейроспецифічні білки. За субклітинною локалізацією вони можуть бути цитоплазматичними, ядерними або мембрано-зв'язаними. Особливе значення мають нейроспецифічні білки, які локалізовані в мембранах синаптичних структур. Багато кислих кальцій-зв'язуючих нейроспецифічних білків (гліальний білок S-100) приймають участь у процесах транспорта іонів та відіграють значну роль в механізмах формування пам'яті. Окрему групу нейроспецифічних білків представляють скорочувальні білки нервової тканини (нейротубулін, нейростенін, актиноподібні білки - кінезини та ін.), які забезпечують орієнтацію і рухливість цитологічних структур (мікротрубочок і нейрофіламентів), активний транспорт для компонентів нейрона та приймають участь в нейромедіаторних процесах в синапсах. Значна частина нейроспецифічних білків пов'язана з гуморальною регуляцією, яка здійснюється головним мозком. До цих білків відносяться деякі глікопротеїни гіпоталамуса, нейрофізини і подібні їм протеїни, які є носіями пептидних регуляторів. Різноманітні нейроспецифічні глікопротеїни беруть участь у формуванні мієліну, процесах клітинної адгезії, нейрорецепції і взаємному розпізнаванні нейронів в онтогенезі і при регенерації. До нейроспецифічних білків відносяться і мозкові ізоензими відомих ферментів, наприклад єнолази (білок 14-3-2), альдолази, кретинфосфокінази. Багато нейроспецифічних білків активно метаболізуються в головному мозку, причому інтенсивність метаболізму різна в окремих відділах мозку і залежить від функціонального стану нервової системи. Білки мозку інтенсивно відновлюються.

1.2 Особливості амінокислотного складу мозку

Амінокислоти відіграють важливу роль в метаболізмі і функціонуванні головного мозку. В нервовій тканині вміщуються всі амінокислоти, які необхідні не тільки для синтезу білків, і для ліпідів, ряду гормонів і інших сполук. Амінокислоти або їх деривати приймають участь в синаптичній передачі, здійсненні міжнейрональних зв`язків в якості нейротрансмітерів і нейромодуляторів різних процесів. Їх дія на нейрональну активність виражається в зміні поведінкових реакцій і психічної діяльності.

Не менш значна енергетична роль амінокислот головного мозку, оскільки дикарбонові амінокислоти безпосередньо пов`язані з циклом трикарбонових кислот. Транспорт амінокислот в мозок та із мозку, швидкість їх метаболічних перетворень, включення в білки і катаболізм визначають концентрацію останніх в цьому органі. Амінокислотний фонд при нормальних фізіологічних умовах достатньо стабільний і специфічний для мозку. Нервова тканина має унікальну здатність підтримувати відносно стабільний рівень амінокислот при різних фізіологічних і навіть деяких патологічних станах. Амінокислотний фонд мозку людини складає в середньому 34 мкмоль на 1г тканини, що значно перевищує їх вміст як в плазмі крові, так і в спиномозковій рідині.

Характерним є висока концентрація глутамінової кислоти, глутаміна, аспарагінової, N-ацетиласпарагінової і гама-аміномасляної (ГАМК) кислот, а також їх інтенсивний метаболізм. Ці амінокислоти складають 75% фонду всіх вільних амінокислот головного мозку, причому ГАМК і N-ацетиласпарагінова кислоти локалізовані майже виключно в нервовій тканині (табл. 1).

Дикарбонові амінокислоти виконують ряд важливих функцій в ЦНС: енергетичну, нейромедіаторну, нейромодуляторну і знешкодження аміаку. Функції глутамата в нервовій тканині: енергетична - глутамат пов'язаний реакціями з метаболітами ЦТК; знешкодження аміака - разом з аспартатом приймає участь в реакціях непрямого дезамінування інших амінокислот; нейромедіаторна - глутамат та аспартат є нейромедіаторами збудження, а ГАМК та гліцин медіаторами гальмування. Глутамат приймає участь в синтезі глутатіона - одного із компонентів антиоксидантної системи. Ароматичні амінокислоти мають особливе значення як попередники катехоламінів, індоламінів та мелатоніна.

Стабільність сумарного амінокислотного пула головного мозку супроводжується регіональною неоднорідністю їх вмісту і має свої характерні метаболічні пули, що відзеркалює морфологічну, фізіологічну і функціональну гетерогенність цього органа. Найбільш нерівномірно розподілені амінокислоти, які виконують функцію нейротрансмітерів, таких як глутамінова і аспарагінова кислоти, таурин, ГАМК, гліцин. Різні органели клітин головного мозку контролюють рівень амінокислот та накопичують їх часто проти концентраційних градієнтів.

Метаболічна компартменталізація створює умови для регіонального роз`єднання енергетичного метаболізму і перетворень амінокислот.

Стабільність якісного складу амінокислот в метаболічних фондах мозку забезпечується такими взаємозалежними процесами як надходження амінокислот із циркулюючої крові, відтік їх із мозку в кров і участь в реакціях внутріклітинного метаболізму. В організмі всі ці процеси врівноважені узгодженим функціонуванням гомеостатичних механізмів, гематоенцефалічного бар`єру і мембранним транспортом. Транспорт амінокислот в мозок - це багатоступеневий процес, який здійснюється, через гематоенцефалічний бар`єр, ендотелій мозкових капілярів. Потім амінокислоти транспортуються із позаклітинної рідини в клітини мозку, а далі - в субклітинні органели. Існують системи активного енергозалежного транспорту амінокислот не тільки в мозок, але і із нього. Дослідження конкурентних відносин в транспорті амінокислот виявило наявність восьми видів транспортних систем, які існують для амінокислот спорідненої структури і залежать від іонного заряду і розмірів їх молекул.

Таблиця 1