Липиды центральной нервной системы и структура клеточных мембран (стр. 4 из 9)

Участие фосфоинозитидов и продуктов их обмена в регуляции транспорта кальция осуществляется несколькими путями:

1) при распаде фосфатидилинозитидов образуется 1,2 – диа-цилглицерин, стимулирующий активность протеинкиназы С, которая, в свою очередь, фосфорилирует белок Са-каналов и некоторые другие белки;

2) трифосфоинозитол, освобождающийся при расщеплении фосфатидилинозитидов, обладает высокой способностью связывать двухвалентные катионы; по этой причине он индуцирует мобилизацию мембранно-связанного кальция;

3) инозитол-трифосфат способен также повышать уровень внутриклеточного кальция за счет открытия кальциевых каналов эндоплазматического ретикулума. Таким образом, происходит сопряжение выброса кальция из внутриклеточных мест хранения с входом кальция через мембраны.

До включения описанного механизма концентрация свободного кальция в цитоплазме нейрона составляет примерно 1 – .10~М. Концентрация кальция снаружи нейрона в десятки тысяч раз выше. Мобилизация Са⁺ из внутриклеточных и внеклеточных источников в сотни-тысячи раз повышает его уровень в цитоплазме. Повышенный уровень Са⁺ служит активатором ряда процессов, в том числе некоторых протеинкиназ.

На молекулярном уровне передача этого сигнала через мембрану осуществляется цепочкой мембранных белков, последовательно взаимодействующих друг с другом для передачи сигнала малым молекулам, находящимся в цитоплазме. Информация от рецептора на поверхности клетки передается так называемому G-белку, который активирует фермент фосфодиэстеразу, расщепляющую трифосфоинозитид до инозитол – 1,4, 5-трифосфата и 1,2 – диацилглицерина. Инозитолтрифосфат растворим в воде, диффундирует в цитоплазму, где и вызывает описанное выше освобождение кальция. Освободившийся кальций участвует в активации протеинкиназ.

Липофильный диацилглицерин, отличный по своему жирно-кислотному составу от стабильного пула диацилглицеринов, остается в мембране, изменяет ее текучесть и, как уже упоминалось, активирует мембранно-связанную протеинкиназу С,

Эти две различные ветви фосфоинозитидного цикла ведут в конечном счете к фосфорилированию двух различных наборов белков. Оказалось, что с помощью активирующих веществ каждую из ветвей цикла можно привести в действие независимо друг от друга. С другой стороны, применение сочетанного действия фор-боловых эфиров и кальциевых ионофоров помогло установить синергизм двух сигнальных ветвей инозитидного цикла. В таком раздвоенном сигнальном пути совместным действием веществ можно запустить большое число внутриклеточных процессов.

В дальнейшем образовавшиеся 1,2 – диапилглицерин и инозитолтрифосфат подвергаются химическим превращениям, требующим АТФ и ЦТФ и приводящим к восстановлению три-фосфоинозитида. Таким образом, цикл замыкается и уровень полифосфоинозитидов в мембране восстанавливается.

7. МИЕЛИН В ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ

Мозг человека содержит 120 г миелина, что составляет одну треть его сухой массы. Миелин – уникальное образование, организация которого позволяет проводить импульс в аксоне с минимальной затратой энергии. Миелиновая оболочка – высокоорганизованная многослойная структура, состоящая из сильно растянутой и модифицированной плазматической мембраны олигодендроглиальной клетки.

Плазматическая мембрана олигодендроцита образует вокруг аксона сложную мембранную структуру – мезаксон, который является элементарной единицей миелина, имеет пятислойную структуру: белок-липид-белок-липид-белок. Эта пя-тислойная структура, многократно закручиваясь вокруг аксона,

конденсируется в компактную миелиновую оболочку. На электронных микрофотографиях миелин представляет собой серию чередующихся липидных и белковых слоев, число таких слоев у крупных аксонов может достигать 250. Сплав цитоплазматиче-ских поверхностей мембраны олигодендроцита образует главный период, а сплав экстраклеточных поверхностей – половинный или промежуточный период, который часто виден в виде двойной линии. Это указывает на то, что взаимопроникновение белков экстраклеточных поверхностей мембран не было полным.

Повторяющийся период миелина определяется толщиной составляющего его липидного бислоя, «зажатого» двумя белковыми слоями, и равен 15–16 нм. Белки, частично пронизывающие бислой, занимают 5–10% площади; распределение его по поверхности бислоя неравномерно – есть области, не занятые белком. Полярные группы липидов образуют слой толщиной в 1 нм, а гидрофобная область занимает 3,3–3,8 нм.

Из всех существующих мембран миелин имеет самое низкое содержание воды и самое высокое отношение липидов к белку. В миелине белка – 15–30, липидов – 70–85 на сухую массу, из них холестерин составляет 25–28, общие галактолипи-ды – 27–30, а фосфолипиды – 41–45.

Состав миелина центральной нервной системы человека

Компоненты	Миелин	Белое вещество	Серое вещество
Белок	30	39	55,3
Липиды	70	54,9	32,7
Холестерин	27,7	27,5	22
Цереброзиды	22,7	19,8	5,4
Сульфат иды	3,8	5,4	1,7
Общие галактолипиды	27,5	26,4	7,3
Общие фосфолипиды	43,1	45,9	69,5
Фосфатидилэтаноламин	15,6	14,9	22,7
Фосфатидилхолкн	11,2	12,8	26,7
Сфингомиелин	7,9	7,7	6,9
Фосфатидил серии	4,8	7,9	8,7
Фосфатидилинозитол	0,6	0,9	2,7
Плазмалогены	12,3	П, 2	8,8

Доказано, что полифосфоинозитиды локализованы преимущественно в миелине, предположительно в зоне главного периода, поэтому их можно считать маркерами миелина. На долю три- и дифосфоинозитидов приходится, соответственно, 3–6 и 1–1,5% общего липидного фосфора миелина. Они характеризуются высокой скоростью обмена фосфатных групп, что отражает их функции в миелине. В составе миелина содержатся алка-ны с 21–35 углеродными атомами и равным количеством четных и нечетных гомологов. Считают, что эти абсолютно гидрофобные вещества оказывают значительное влияние на свойства миелина как электроизолятора. Кроме обычных галактолипи-дов, цереброзидов и сульфатидов в миелине обнаружены моно-и диталактозилдиглицериды. Роль их и топографическое распределение в мембране миелина не ясны, но их синтез тесно связан с процессом миелинизации.

Для миелина характерен очень низкий уровень ганглиозидов – 0,15% от общих лигшдов миелина. Моносиалоганглиозид G_M₁преобладает и, кроме того, в миелине человека обнаружен необычный сиалилгалактозилцерамид G₇, содержащий в основном длинноцепочечные жирные кислоты. Метаболические характеристики миелиновых ганглиозвдов сходны с липидами миелина, а не с ганглиозидами коры. Ганглиозиды локализованы в зоне промежуточного периода и роль их в структуре и функции миелина пока не ясна.

Углеводородные цепочки жирных кислот миелина упакованы плотнее, чем в других мембранах, но ближе к середине бислоя они обладают большей свободой движения. Поскольку более чем у 25% жирных кислот миелина углеродный скелет на 4–5 атомов длиннее, чем в других мембранах, то в центре бислоя может происходить переплетение ацильных радикалов. Это особенно характерно для сфинголипидов. Церебрознды, сульфамиды и полифосфоинозитнды локализованы преимущественно в наружном монослое, в котором в два раза больше холестерина. Холестерин имеет предпочтительное сродство к длинноцепо-чечным радикалам сфинголипидов и к моноеновым оксикис-лотам галактолипидов. Он интеркалирован между гидрофобными цепочками и модулирует латеральную подвижность липидов и движение ацилов внутри бислоя. В зависимости от концентрации холестерин проявляет уплотняющий, сегрегирующий эффект или увеличивает жидкостность.

Фазовые переходы и внутримолекулярные движения компонентов миелина пока мало изучены.

Белковый состав миелина ЦНС относительно прост, два главных белка – сильноосновный, гистоноподобный белок и гидрофобный протеолипидный белок – составляют 60–80% от общих белков миелина. Оставшаяся часть падает на гетерогенную группу, включающую некоторые ферменты, гликопротеины, белок Вольфграма и неопределенное число минорных компонентов.

Гликопротеины миелина ЦНС являются минорными поверхностными компонентами промежуточного периода и играют определенную роль в нейронально-глиальном узнавании в процессе миелинизации.

Для миелина характерен ограниченный набор ферментов. Маркерным ферментом миелина является 2,3 – циклическая нуклео-твд-З-фосфогвдролаза, 60% от активности этого фермента в мозге приходится на миелин. Относительно специфическим ферментом миелина является также гидролаза эфиров холестерина, 70–80% его активности обнаружено в миелине. В поддержании низкого содержания воды в миелине принимает участие карбо-ангидраза Кроме того, в миелине присутствуют в относительно небольшом количестве зависимые и независимые от цАМФ протеинкиназы и фосфатаза.

Белок Вольфграма олигодендроглиального происхождения составляет менее 20% белков миелина и состоит из двух фракций с молекулярной массой 62000 и 54000. Это – кислый про-теолипид, обогащенный дикарбоновыми аминокислотами и содержащий 53% полярных и 47% неполярных аминокислот.