Ліпіди центральної нервової системи та структура клітинних мембран

- мутанты – это аугосомальное рецессивное заболевание мышей, характеризующееся почти полным отсутствием миелина. Jumpy - мутанти - це аугосомальное рецесивне захворювання мишей, що характеризується майже повною відсутністю мієліну.

-мугаюы – рецессивное заболевание мышей, сцепленное с полом, характеризующееся некомпактностью миелина и нарушением дифференциация олигодендроглии. Quaking-мугаюи - рецесивне захворювання мишей, зчеплене зі статтю, що характеризується некомпактності мієліну і порушенням диференціація олігодендроглії. У цього виду мишей різко зменшено рівень основних ліпідів мієліну, особливо тріфосфоінозітідов, змінено жирнокислотний склад.

8. ЛІПІДИ ЗОВНІШНЬОЇ ЗОНИ МЕМБРАН МОЗКУ

В останні десятиліття для з'ясування природи збудливості мембран нейрона звернули увагу на екстраклеточную зону. Ця зона, так званий глікокалікс або екстраклеточную матрикс, що займає шар товщиною від 10 до 50 нм, впливає на багато макромолекулярні процеси: іонний обмін, проникність, ендо-і екзоцитоз, міжклітинні контакти, морфогенетичних і тканиноспецифічною агрегацію клітин.

Поверхневий матрикс містить зовнішні компоненти рецепторів гормонів, медіаторів, ростових факторів, нейро-пептидів, антигенів та інших факторів. Екстраклеточную матрикс - комплексна, динамічна інтегративна система, в якій зміна взаємодії окремих компонентів призводить до глибоких змін матриксу в цілому.

Специфічність екстраклеточную матриксу визначається:

1) первинної структурою олігосахаридних частини глікопро-теїн, гліколіпідів, глікозаміногліканів;

2) їх конформацією і положенням на площині мембрани;

3) «питомої» площею, займаної глікопротеїнами і гліколіпіду.

Склад, структура і динамізм поверхневих глікозилюються-ванних молекул впливають на функції розподілу, росту, диференціацію і загибель клітини. Особлива роль належить при цьому гліколіпіду і особливо кислим гліколіпіду - ганг-ліозідам .-

Гангліозид - специфічні ліпіди екстраклеточную матриксу мембран мозку

Кислі гліколіпіди - гангліозид знаходяться в нервовій тканині у високих концентраціях і збагачують поверхню найбільш збудливих мембран.

Термін гангліозид - загальна назва глікосфінголіпі-дів, що містять сіалових кислот, був вперше запропонований Є. Кленка в 1941 р. Вони містять гідрофобну церамідних частину і гідрофільну, багату зарядженими групами олігосахаридних частину. Нижче наводиться структура моносіалогангліозіда головного мозку:

Гідрофобна частина гангліозид включає дві довгі вуглеводневі ланцюжка - сфингозин і жирну кислоту, яка пов'язана з аминогруппой сфингозин пептидного зв'язком. Звертає на себе увагу майже повна відсутність у гангліозидів мозку гідроксикислот, кетокислот та розгалужених жирних кислот. Склад сфінгозінових підстав гангліозид головного мозку не відрізняється великою різноманітністю. Структура і нещодавно прийнята номенклатура сфінгозінових підстав гангліозид представлені в табл. 8.

Зміст гангліозид в тканинах людини

* Концентрація виражена в н-молях ліпідосвязанной сиаловой кислоти - характерного компоненту гангліозид - на 1 г свіжої тканини

Структура і номенклатура сфінгозінових підстав гангліозид

Таким чином, гідрофобна частина гангліозид мозку ссавців досить консервативна по довжині, числа і місцем подвійних зв'язків, присутності метальних груп. Й хоча гангліозид з різних джерел відрізняються за складом церамідних частини, але ці відмінності ніколи не розглядаються як характерна особливість для класифікації гангліозид.

Розгалужена олігосахаридних частина приєднана $-зв'язком до ОН-групі перше атома вуглецю сфингозин. Більшість гангліозид мозку мають загальну нейтральну вуглеводну частину, яка містить глюкозу, дві молекули галактози, ацетильований галактозамін і різне число молекул сиаловой кислоти, прикріплених або до интернальной, або до термінальної галактози.

Олігосахаридних частина є домінуючою в прояві фізичних, хімічних та імунологічних властивостей молекул гангліозид. Різниця в будові олігосахаридних частини породжує виняткову гетерогенність цих сполук, яких до теперішнього часу в нервовій тканині ссавців охарактеризовано понад 50, причому число це швидко зростає.

Особливості будови олігосахаридних частині індивідуальних гангліозид - найважливіша характеристика, яка дає основу для існуючої номенклатури гангліозид. Єдності в системі позначень індивідуальних гангліозид серед дослідників немає, але все ж найчастіше використовується і найбільш зручна номенклатура, запропонована Свеннерхольмом. -ацетилнейраминовой кислоты, приходящихся на цера-мидный остаток. Відповідно до неї, всі індивідуальні гангліозид діляться на моно-, ді-, три-, тетра-і пентасіалогангліозіди за кількістю молекул N-ацетилнейрамінових кислоти, що припадають на цера-мідний залишок.

обозначать ганглиозиды; подстрочными буквами М, D , Т, Q и Р – число молекул NAHK ; цифрой 1 – основную нейтральную тетрасахаридную цепочку; цифрой 2 – олигосахаридную последовательность без терминальной галактозы; цифрой 3 – цепочку, не имеющую терминальной галактозы и N -ацетилгалактозамина; цифрой 4 – цепочку с единственным углеводов; а буквами «а», «в» и «с» – разное число молекул NAHK , связанных с интернальной галактозой. Свеннерхольм запропонував буквою G позначати гангліозид; підрядковими буквами М, D, Т, Q і Р - число молекул NAHK; цифрою 1 - основну нейтральну тетрасахарідную ланцюжок; цифрою 2 - олігосахаридних послідовність без термінальної галактози; цифрою 3 - ланцюжок, що не має термінальної галактози і N-ацетилгалактозаміном; цифрою 4 - ланцюжок з єдиним вуглеводів; а буквами «а», «в» і «с» - різне число молекул NAHK, пов'язаних з интернальной галактозою.

Запропонована Свеннерхольмом номенклатура не охоплює, однак, усіх відкритих в останнє десятиліття індивідуальних гангліозид з дуже різноманітною структурою олігосахаридних ланцюжка. Нещодавно описані гекса-і декасіалогангліозіди, що мають, відповідно, від 6 до 10 сіалових кислот на церамідний залишок.

-ацетил- или гликолилнейрамино-вых кислот, место и способ их присоединения к олигосахариду. В даний час Міжнародної комісією за номенклатурою запропонована нова система позначення індивідуальних гангліозид, в якій враховується структура олігосахарид-ної частини, число молекул N-ацетил-або гліколілнейраміно-вих кислот, місце і спосіб їх приєднання до олігосахаридів. -ацетилнейраминовая кислота получает обозначение NeuAc , гликолилнейраминовая – NeuGc , римские цифры I , II, III и IV – указывают номер сахарного остатка от церамида, к которому присоединена нейраминовая кислота, арабская цифра вверху обозначает атом углерода сахарного остатка, к которому присоединена нейраминовая кислота кетозидной связью. У цій номенклатурі N-ацетилнейрамінових кислота отримує позначення NeuAc, гліколілнейраміновая - NeuGc, римські цифри I, II, III і IV - вказують номер цукрового залишку від цераміду, до якого приєднана нейрамінової кислота, арабська цифра вгорі позначає атом вуглецю цукрового залишку, до якого приєднана нейрамінової кислота кетозідной зв'язком. ₃ , структура тетрасахарида – GgOse ₄ . Структура трісахаріда позначається як GgOse _3, структура тетрасахаріда - GgOse _4. - GgOse ₄ Cer , Тоді, наприклад, структура моно-сіалогангліозіда буде записана як IINeuAc - GgOse ₄ Cer,

З огляду на більшої, ніж у фосфоліпідів, гідрофобна ™ вуглеводневих ланцюжків гангліозид збільшують жорсткість бі-ліпідного шару і гідрофобно взаємодіють з фосфоліпідами та інтегральними білками мембрани.

■ Збільшення числа вуглеводневих атомів і ненасиченості сфингозин, зміна природи жирної кислоти гангліозид викликають конформаційні зміни в довколишніх білках. Церамідних частина бере участь у забезпеченні певного складу фосфоліпідно-холестерин-білкового оточення індивідуальних гангліозид.

8.1 Локалізація гангліозид в головному мозку

Гангліозид виявлені фактично в кожному типі клітин і більшості субклітинних утворень ЦНС,

На частку власне мітохондрій припадає менш ніж 5% гангліозид, на частку мієліну - 28,5, а на нервові закінчення - більше 67%. Основним місцем локалізації гангліозид є синаптичні мембрани, які складають приблизно 6% сухої маси мозку, причому виявлена ​​кореляція між накопиченням гангліозид і сінаптогенезом під час формування мембран. Використання спеціальних методів показало, що гангліозид розташовані на зовнішній стороні пре-і пострадянського-наптических терминалей, які беруть безпосередню участь у передачі нервового імпульсу.

■ гангліозид мають відношення не тільки до сінаптіче-ським контактам, але локалізовані і в інших типах нейрональ-них і гліальних мембран, про що свідчать розбіжності у змісті та складі гангліозид в різних областях мозку.

8.2 Організація гангліозид в мембрані

Молекулярна організація гангліозид в мембрані дуже динамічна, що створює, з одного боку, деяку локальну нестійкість мембрани, а з іншого - підтримує її цілісність. Молекули гангліозид не схильні до фліп-флоп, але здатні до латеральної дифузії з широко варіює швидкістю.

Незважаючи на велику рухливість гангліозид, вони не вносять хаотичність у розподіл компонентів мембрани. Це досягається, по-перше, утворенням горизонтальних зв'язків між олігосахаридних ланцюжках глікопротеїнів і гли-коліпідов, що призводять до сталого полімерному комплексу. По-друге, гліколіпіди і глікопротеїни можуть зчіплюється периферичними глікозаміногліканами, які, як правило, не закріплені в інтегральній зоні мембрани, вільно дифундують і взаємодіють з гликолипидов і Глік-протеїнами іонними та водневими зв'язками, утворюючи своєрідний латекс. По-третє, обмеження латерального руху гликолипидов досягається зосередженням їх в певних областях з підвищеною в'язкістю. По-четверте, топографію поверхні стабілізують цитоскелетного системи клітини.

Різні полівалентні ліганди глікопротеїновий природи з допомогою цитоскелетного системи викликають в мембранах перерозподіл гликолипидов в групи, ділянки, полюса. Ступінь агрегації залежить від ступеня взаємодії олігосахаридних структур з лектинами, причому один і той самий агент може викликати агрегацію одних молекул у групи, а інших - у полюса.

Як правило, великі щільні маси олігосахаридних ланцюжків глікопротеїнів служать фокусної точкою, навколо якої збільшується ступінь упаковки гангліозид. Нековалент-ное кооперативне взаємодія гангліозид призводить до того, що в ділянках скупчення гангліозид різко зростає відношення гангліозид до фосфоліпідів. У результаті виникають вельми складні ефекти. Рідинно в цих локусах стає нижче, гангліозідние кластери набувають максимальну нестабільність через взаємного відштовхування негативно заряджених сіалових кислот, мембранний потенціал у цьому локусі стає максимальним.

Ділянки, зайняті зарядженими гангліозіднимі молекулами, мають підвищену спорідненість до водорозчинних, екзогенним лигандам, а області, вільні від гангліозид, здійснюють гідрофобна взаємодія з лігандами іншої природи. Обидва роду взаємодії викликають кооперативні та некооперативна структурні перебудови в мембрані, надають різноманітні впливи на стан клітини.

Агрегація гангліозид і глікопротеїнів на поверхні важлива для підтримки контактів між клітинами, оскільки конгломерати молекул забезпечують більш стійкі контакти, ніж молекули, випадково або дисперсно розкидані на поверхні. Подібні агрегати можуть містити різні рецептори або декілька копій одного рецептора, або складати єдиний рецепторний комплекс, що складається з гликолипидов і глікопротеїнів,

■ Таким чином, зона, де відбувається кодування і декодування інформації, передача її всередину клітини і де реалізується прямий і зворотній зв'язок з ядром, являє собою велику систему перекрестносвязанних гетерогенних глікозильованих молекул. Ця область є своєрідним розподільним щитом регуляторних сигналів, в якому молекули гангліозид можуть виконувати роль тригерів, регуляторів або трансдуктор, функції сигнальних молекул на стадії диференціації та брати участь у визначенні видової та тканинної специфічності.

8.3 гангліозидів і передача інформації через мембрани

Гангліозид беруть участь у модуляції рецепторних функцій.

Діапазон рецепторних властивостей гангліозид широкий: вони зв'язують токсини, віруси, медіатори і гормони. Є дан ні про те, що гангліозид потенциируют дію нейроро-стів фактора і беруть участь у рецепції інтерферону.

З усього безлічі індивідуальних гангліозид тільки для дев'яти суворо доведена специфічність зв'язування. , который высокоспецифично взаимодействует с холерным токсином, дофамином, тиротропином; а также пента-, тетра-, три- и дисиалоганглиозиды – компоненты рецепторного комплекса для токсинов, вирусов, гормонов, и дисиалоганглиозид G _{D 3} , который в эквимолекулярных соотношениях соединяется с серотонином. Це перш за все моносіалогангліозід G _MI, який високоспецифічний взаємодіє з холерним токсином, дофамином, тиротропін; а також пента-, тетра-, три-і дісіалогангліозіди - компоненти рецепторного комплексу для токсинів, вірусів, гормонів, і дісіалогангліозід G _{D 3,} який у еквімолекулярних співвідношеннях з'єднується з серотоніном.

Спорідненість гангліозид головного мозку до різних лігаідам

Взаємодія гангліозид з холерним токсином привертає особливу увагу, що обумовлено широким використанням його для вивчення механізмів дії нейрорецепторов. ₁ . В даний час найбільш вивчений механізм взаємодії холерного токсину з моносіалогангліозідом G _{M 1.} ^, имеет дисиалоганглиозид G _DIfcr Установлено, что взаимодействие между ними модифицирует структуру холерного токсина и нарушает бислой мембраны. Деякий функціональне значення в опосредовании дії холерного токсину, крім G ^, має дісіалогангліозід G _DIfcr Встановлено, що взаємодія між ними модифікує структуру холерного токсину і порушує бішар мембрани. ₁ связывается с узнающей молекулой холерного токсина – протомером В, что вызывает увеличение локальной плотности ганглиозидов, их ми-целлообразование. Олігосахаридних частина моносіалогангліозіда G _{M 1} зв'язується з довідався молекулою холерного токсину - протомера В, що викликає збільшення локальної густини гангліозид, їх мі-целлообразованіе. Міцели гангліозид взаємодіють з регуляторної одиницею холерного токсину - протомера А. Цей протомера А має АДФ-рібозілірующей активністю. У результаті АДФ-рібозілірованія компонентів деяких з так званих повільних рецепторів відбувається активація аде-нілатціклази.

Міцели гангліозид сприяють зануренню нротоме-ра А в ліпідну фазу і транслокації протомера А всередину клітини. Чим вище концентрація гангліозид і міцеллообразова-ня, тим вище рібозілтрансферазная активність протомера А. гангліозид в неміцеллярной формі не здатні «занурити» протомера А в мембрану.

■ міцелоутворення гангліозид сприяє, таким чином, реорганізації ліпідного шару, причому ця властивість залежить від структури комплексу токсин-гангліозид.

8.4 Участь гангліозид в диференціації клітин

₀ , неустойчивой и регулируемой циклическими нуклеотидами, постулируется стадия D - дифференциации, контролируемая ганглиозидами. Була запропонована модель клітинного циклу, в якій крім стадії спокою G _0, нестійкою і регульованою циклічними нуклеотидами, постулюється стадія D - диференціації, контрольована гангліозидів. У міру формування ній-рон-нейрональних взаємодій змінюється структура і кількість гангліозид і збільшується число високоаффінних контактів.

Беручи участь у диференціації клітин, гангліозид збільшують час виживання клітин і викликають морфологічні зміни клітин, проявляючи нейрітогенний ефект. Нейрітогенний ефект екзогенних гангліозид виявлений в культурах клітинних ліній нейронального і хромафинної походження, в симпатичних і парасимпатичних гангліях і в нервово-м'язових препаратах.

На рис. в концентрации 10~М на рост отростков спи-нального ганглия эмбриона цыпленка. 6 представлений нейрітогенний ефект моносіалогангліозіда G _MI в концентрації 10 ~ М на зростання відростків спи-нального ганглія ембріона курчати. Екзогенні гангліозид впливають на протяжність відростків, їх число на клітину і на розгалуженість відростків. ₁ вызывает только увеличение длины аксонов, а три- и тетрасиалоганглиозиды в тех же концентрациях усиливают спрутинг и арборизацию. Цікаво, що моносіалогангліозід G _{M 1} викликає тільки збільшення довжини аксонів, а три-і тетрасіалогангліозіди в тих самих концентраціях посилюють спрутінг і арборізацію.

8.5 Терапевтичні ефекти гангліозид

Гангліозид in vivo володіють унікальними властивостями: при введенні в організм підшкірно, внутрішньом'язово або інтраперітонеально вони відносно тривалий час зберігаються в кров'яному руслі, позбавлені токсичності, в невеликих кількостях проникають через гемато-енцефалічний бар'єр і активно вбудовуються в нейрональні мембрани. Вони сприяють репарації пошкоджених аксонів, мають виражені терапевтичними ефектами при травмах головного та спинного мозку.

₁ , который при введении in В даний час найбільш вивчена молекулярна та біологічна роль в цих процесах моносіалогангліозіда G _{M 1,} який при введенні in : vivo:

а) відновлює нейрохимические параметри дофамінер-гічних нейронів після порушення нігростріатной системи, підсилює захоплення дофаміну і активність ірозінгідроксілази;

б) відновлює нейрохимические характеристики при частковій холінергічної та глутаматергіческой деафферен-тації гіпокампу, збільшує активність холінацетілтрансферази і ацетилхолінестерази;

в) відновлює високоафінними захоплення холіну в корі великих півкуль після порушень ядер переднього мозку;

г) нормалізує дисбаланс між активністю дофамін-та серотонінергічних нейронів, викликаний введенням апомор-фіна;

д) надає зростання-стимулюючий ефект і захисну дію проти вторинної дегенерації серотонін-і норадре-нергіческіх нейронів, викликаної нейротоксином;

е) зменшує церебральний набряк і відновлює іонний баланс після травми;

ж) сприяє регенерації зорового нерва після перерізання.

_] вызывает у развивающихся животных нарушение дендритной арборизации и поведения, ухудшение обучаемости, появление эпилептиформ-ной активности. З іншого боку, запровадження антитіл до G _M] викликає у розвиваються тварин порушення дендритной арборізаціі і поведінки, погіршення здатності до навчання, поява епілептіформ-ної активності.

₁ хорошо внедряется в мембраны, причем особенно хорошо встраивается молекула G _MI , имеющая в своем составе С ₂ о-эритросфингозин. Моносіалогангліозід G _{M 1} добре впроваджується в мембрани, причому особливо добре вбудовується молекула G _MI, що має в своєму складі З ₂ про-ерітросфінгозін. Можливо, це пояснюється його більш високою здатністю до міцелоутворення. Він утворює дископодібні міцели з М ^ ЗОО кД, що мають гідродинамічний діаметр близько 60 нм.

по-тенциируют действие ионофора грамицидина D . Цікаво, що міцели з моносіалогангліозіда G _MI по-тенцііруют дію іонофора граміцидину D. Гангліозид-ні міцели з ув'язненими в них молекулами граміцидину включаються в модельну мембрану з фосфатидилсерин і змінюють її провідність для іонів калію. Після додавання міцел з іонофором збільшується час відкриття іонних каналів і змінюється їх амплітуда.

■ Таким чином, гангліозідние міцели можуть брати участь у іонтранспортних процесі в мембрані, «маркіруючи» входи в селективні іонні канали,

Про механізми та функціональної послідовності дії гангліозид відомо мало. Вбудовування екзогенних гангліозид, що приводить до перебудови мембранних ансамблів, змінює ряд внутрішньоклітинних процесів. ₅ K - ATOa 3 bi , увеличением внутриклеточного уровня цАМФ, уменьшением включения меченого тимидина в ДНК и значительным удлинением фазы G ₍ Викликана гангліозидів диференціація супроводжується зміною активності Na ₅ K - ATOa 3 bi, збільшенням внутрішньоклітинного рівня цАМФ, зменшенням включення міченого тимідину в ДНК і значним подовженням фази G ₍ клітинного циклу. Впровадження гангліозид викликає негайну перебудову мік-рофіламентной і мікротубуліновой системи клітин.

Включення в мембрану екзогенних гангліозид посилює аксональний струм глікозильованих білків і ліпідів, збільшує кількість глікопротеїнів з термінальною манно-зою. ₁ увеличивает в мембране количество эндогенных моносиалоганглиозидов и изменяет активность гликозилтрансфераз: усиливается активность эктофукозилтрансферазы при неизменности активностей сиалил- и галактозилтрансфераз. Внедрение в мембрану трисиалоганг-лиозида G _Tlb вызывает противоположный эффект. Впровадження моносіалогангліозіда G _{M 1} збільшує в мембрані кількість ендогенних моносіалогангліозідов і змінює активність глікозилтрансфераз: посилюється активність ектофукозілтрансферази при незмінності активностей Сіаль-і галактозілтрансфераз. Впровадження в мембрану трісіалоганг-ліозіда G _Tlb викликає протилежний ефект.

и тубулина, причем в отношении фосфорилирования гистона были особенно эффективны ^G OJb Нещодавно виявлено вплив індивідуальних гангліозид на фосфорилювання гистона Hj і тубуліну, причому у відношенні фосфорилювання гистона були особливо ефективні ^G OJb ^> * ^{> G} Dl ^{*> G} Tia ^> 3> ^а тубулина – G _xlb > G _Tla > G _Qlb ^G D 3> ^а тубуліну - G _xlb> G _Tla> G _Qlb . > G _Dla. проявляет зависимое от концентрации влияние на активность Са ⁺ Показано, що тетрасіалогангліозід Gg _lb проявляє залежне від концентрації вплив на активність Са ⁺ - Фос-фоліпід-, Са ^{+-кальмодулін} -, цАМФ-і цГМФ-активуються протеіякіназ

8.6 Межклеточное глікозірованіе гангліозид

Своєрідний процес міжклітинного глікозилювання поверхневих гликолипидов і глікопротеїнів здійснюється ферментами мембран. Вважають, що глікозилтрансферази однієї клітинної поверхні подовжують, надбудовують олігосахаридних ланцюжка гликолипидов і глікопротеїнів сусідній, протилежної поверхні. Важлива регу-регуляторну роль у цьому процесі належить іонам кальцію. Са * ⁺ перешкоджає утворенню субстрат-ферментного комплексу між гангліозидів і глікозілгрансферазамі, а витіснення його іншими іонами сприяє міжклітинний глікозилювання.

Контактна глікозилювання, як передбачуваний механізм модифікації клітинної поверхні в нейрональних мембранах, може бути особливо значущим в освіті синапсів. Ймовірно, при цьому відбувається якась «підгонка» контактуючих мембран.

Роль глікозилювання в синаптичній області узгоджується з концепцією про участь сіалоглікомакромолекул в синаптичної передачі та формуванні пам'яті. Вважають, що входження сіалоглікомакромолекул в контактні зони є важливою ланкою молекулярних механізмів на втоптаний певних нейрональних шляхів. Можливо, саме гангліозид сприяють утворенню ансамблів нейронів, стійко пов'язаних один з одним. Виникнення таких ансамблів виключно важливо для зберігання і передачі інформації.

8.7 Електрогенность гангліозид та її модифікація

Надзвичайна молекулярна варіабельність гангліозид поєднується з лабільною електрогенностью. Для кожної молекули гангліозид характерний свій негативний заряд, обумовлений карбоксильною групою сиаловой кислоти. На 1 г тканини мозку доводиться не менше 1,3 - Ю аніонних груп гангліозид. Число аніонних груп, і, отже, рівень негативного заряду можуть бути об'єктом регулювання. -ацетнлнейраминовой кислоты, присутствующих в ганглиозидах, и через цикл сиалирования – десиалирования – отрицательный заряд поверхности. У цьому процесі особлива роль належить ферментам - нейрамнні-дазам і сіалілтрансферазам. Вони визначають число молекул N-ацетнлнейраміновой кислоти, присутніх у гангліозидів, і через цикл сіалірованія - десіалірованія - негативний заряд поверхні.

Сіалілтрансферази і нейрамінідази знаходяться на поверхні синаптичних мембран там же, де і субстрати, і є внутрішніми компонентами синаптичної області. У сінаптосомал'них мембранах міститься близько половіньг гангліозид, нейраминидаз і сіалілтрансфераз. Інакше кажучи, ці мембрани містять в 5-6 разів більше гангліозид і в 6,5 разів більше нейраминидаз, ніж інші плазматичні мембрани мозку.

Істотний вплив на поверхневий заряд гангліозид в мембрані надає конформація нейрамінової кислоти і найближчих радикалів. -ацетилгалактозамин. Отщеплению нейрамінової кислоти перешкоджає сусідній N-ацетилгалактозаміном. -аиетил-галактозамина, лежит как бы в «кислородной клетке»: У силу цього гли-козідний кисень нейрамінової кислоти разом з іншими атомами, що включають і карбоксильний кисень N-аіетіл-галактозаміну, лежить як би в «кисневої клітці»:

Така конфігурація атомів навколо глікозидного зв'язку захищає її від дії ферменту і сприяє збереженню негативного заряду молекули. -ацетилгалактозамина: G _{T 3} , G _{D 3} , Інша картина спостерігається з гангліозидів, позбавленими N-ацетилгалактозаміном: G _{T 3,} G _{D 3,}

3> ^G M 4 ^G M 3> ^G M 4

Нейрамінової кислота недоступна ферментам, коли карбоксильні групи прилеглих гангліозид з'єднані з Са ^+:

-ацетил-нейраминовой кислоты, но и присоединение дополнительного числа ее молекул сиалилтрансферазами. У цьому випадку виключено не тільки усунення N-ацетил-нейрамінової кислоти, але і приєднання додаткового числа її молекул сіалілтрансферазамі.

8.8 Лактонное форми гангліозид

-апетилнейраминовой кислоты и ее гидроксильными группами могут возникать внутримолекулярные взаимодействия, приводящие к образованию лак-тонов – внутренних сложных эфиров. Між карбоксильною групою N-апетілнейраміновой кислоти і її гідроксильними групами можуть виникати внутрішньомолекулярні взаємодії, що призводять до утворення лак-тонів - внутрішніх складних ефірів.

У створенні лактонов можуть брати участь гідроксили, расположенние'у 4, 7, 8 і 9-го атомів вуглецю нейрамінової кислоти. Лактони можуть виникати і з участю гідроксильних груп сусідній галактози, приводячи до утворення 6-членного кільця:

Молекули нейрамінової кислоти, що знаходяться в димерной зв'язку, також утворюють лактони, за структурою аналогічні лактона Коломінова кислоти, в якій карбоксильна група однієї молекули пов'язана з гідроксилом 7-го або 9-го атома вуглецю сусідній нейрамінової кислоти.

Лактони були виявлені в гангліозидів мозку. У нейтральній чи слабокислой середовищі термінальна молекула нейрамінової кислоти полісіалогангліозідов спонтанно утворює лак-тон, а в більш кислому середовищі цей процес зачіпає і інші молекули нейрамінової кислоти. Встановлено, що іони кальцію запобігають утворенню лактонов в термінальних молекулах нейрамінової кислоти,

ш гангліозид, що мають нейрамінової кислоту в лактон-ної формі, володіють іншими фізико-хімічними властивостями, вони не заряджені, нейтральні. Тому освіта лактонов є процесом, що змінює заряд молекули, і в більш загальному вигляді є прикладом модифікації структури окремого компонента гангліозид, що приводить до зміни інформаційної ємності всієї складної молекули.

8.9 Про-ацетилювання гангліозид - один з можливих механізмів зміни їх структури

У структурі нейрамінової кислоти дуже важлива бічна по-ліеідроксільіая угруповання, унікальна серед олігосахарид-них компонентів поверхні:

Ця полігідроксільная угруповання може бути додатково ацетильований і, можливо, метиловано. У природі відомо кілька похідних О-ацетилнейрамінових кислот, в яких ацетильований гідроксили у 4, 7, 8 і 9-го атомів вуглецю:

Поки невідомо, чи здійснюється модифікація гангліозид ацетилюванням ферментативно і що є джерелом ацетил.

Поява додаткових ацетільних груп змінює структуру і конформацію нейрамінової кислоти і її внутрішньо-та міжмолекулярні взаємодії. Воно робить її менш доступною сіалілтрансферазам і різко змінює здатність гангліозид пов'язувати метали. Збільшується структурну різноманітність індивідуальних гангліозид. Ділянки поверхні, зайняті ацетильованим гангліозидів, будуть мати інші архітектурні та розпізнавальних-інформаційні властивості.

-ацетилнейраминовая кислота выполняет антиадгезывную роль в гликоконъюгатах поверхности, маскируя специальные рецепторные стороны. В даний час вважають, що N-ацетилнейрамінових кислота виконує антіадгезивную роль у глікокон'югатах поверхні, маскуючи спеціальні рецепторні сторони. Баланс між сіало-і асіалогангліозідамі визначає адгезію і впізнавання клітин. Специфічне приєднання нейрамінової кислоти до рецепторів є одним з механізмів, за допомогою якого клітина модулює свій потенціал впізнавання і змінює свою поведінку.

■ Таким чином, гангліозид вносять істотний внесок у функції нейрональних мембран. Гангліозид несуть численні негативні заряди, утворюючи поверхневий аніонний шар з вираженим спорідненістю до катіонів. Всі структурні зміни гангліозид за рахунок глікозилювання, ре-і десіалірованія, ацетилювання, освіти лактонов та взаємодії з іонами, глікопротеїнами, фосфоліпідами і білками впливають, перш за все, на їх заряд і зачіпають електрогенную природу мембран. Поєднання надзвичайної структурної пластичності з лабільною електрогенностью і здатністю до впізнавання інших молекул робить ці унікальні сполуки учасниками проведення нервового імпульсу в нейронах і регулювання цього процесу.

8.10 Імунологічні властивості гангліозид

Антитіла специфічно реагують з олігосахаридних частиною гангліозид незалежно від того, прикріплена чи вона до ліпідів, білку, нуклеїнової кислоти. Останнім часом починає вимальовуватися і роль церамідних частини в антигенних властивостях гангліозид.

Введені интрацеребрально антігангліозідние антитіла порушують функції ЦНС, причому ці зміни були наслідком порушення синаптичних контактів. ₁ и его большая экспонированность и доступность антителам на поверхности клетки в экстраклеточном пространстве. Особливо корисними в такого роду дослідженнях виявилися анти-С _М 1 антитіла, оскільки чітко доведені рецепторні функції G _{M 1} і його велика експонування і доступність антитіл на поверхні клітини в екстраклеточную просторі. ^ ji антител ингибирует обучение путем блокирования стадии консолидации, задерживает развитие молодых животных, блокирует обезболивание морфином и седативное действие резерпина, нарушает некоторые холинергические функции в гипоталамусе. Введення анти-G ^ ji антитіл інгібує навчання шляхом блокування стадії консолідації, затримує розвиток молодих тварин, блокує знеболювання морфіном та седативну дію резерпіну, порушує деякі холінергічні функції в гіпоталамусі.

Як вже згадувалося вище, гангліозид можуть забезпечувати деякі сигнальні механізми, що регулюють послідовність процесів розвитку ЦНС. - G _{M 1} антител новорожденным животным. Це підтвердилося при дослідженні поведінкових, морфологічних і хімічних змін при введенні aHTH - G _{M 1} антитіл новонародженим тваринам. У молодих тварин спостерігався дефіцит у навченості, втрата пірамідних клітин, тонких корінців дендро-тов і мієліну, а в соматосенсорной кортекс на 30% знижувався вміст гангліозид, галактозілцераміда і РНК. Точне з'ясування диференціального участі індивідуальних гангліозид в цих процесах може виявитися найважливішим ключем до синаптическим механізмам.

В останні роки накопичуються факти про роль гангліозид як фізіологічних модуляторів імунної відповіді лімфоцитів. -гликолилнейраминовая кислота, присутствие которой в олигосахаридной цепочке придает ганглиозидам более выраженные антигенные свойства. Слід зазначити, що унікальною імунологічної ролі тимуса відповідає той факт, що у складі його гангліозид переважає N-гліколілнейраміновая кислота, присутність якої в олігосахаридних ланцюжку надає гангліозидів більш виражені антигенні властивості. При злоякісній трансформації В-і Т-лімфоцитів пухлинні клітини «скидають» зі своєю мембрани велика кількість гангліозид, які здатні інгібувати дію макрофагів і природних кілерів. З іншого боку, вбудовування гангліозид в мембрану активує природні кілери і допомагає знищувати пухлинні клітини.

8.11 Гангліозідози

Гангліозідози - спадкові захворювання, що характеризуються розпадом психічних функцій аж до ідіотії, дегенерацією нейронів, демієлінізації, прогресуючим депонуванням гангліозид в цитоплазмі нейронів.

У 1881 р. британський офтальмолог У. Тей вперше описав вроджене захворювання, пов'язане з метаболізмом гангліозид. ^-ганглио-зидоз – было открыто на 84 года позже, в 1965 г. Описанные заболевания имеют пять общих признаков: 1) прогрессирующие умственные и двигательные расстройства с началом в детстве и летальным исходом; 2) аутосомальное рецессивное наследование; 3) нейрональный липидоз с накоплением G _{M 1} или G _{M 2} ; 4) накопление структурно-родственных гликолипидов, гликопротеинов, полисахаридов; 5) отсутствие или серьезный дефицит специфических лизосомальных гликогидролаз. Воно тепер відоме як хвороба Тей-Сакса, або З _{М2-ганглії-зідоз.} Друге порушення обміну гангліозид - G ^-ганглії-зідоз - було відкрито на 84 роки пізніше, в 1965 р. Описані захворювання мають п'ять загальних ознак: 1) прогресуючі розумові та рухові розлади з початком у дитинстві і летальним результатом; 2) аутосомально рецесивне успадкування; 3) нейрональний ліпідозу з накопиченням G _{M 1} або G _{M 2;} 4) накопичення структурно-споріднених гликолипидов, глікопротеїнів, полісахаридів; 5) відсутність або серйозний дефіцит специфічних лізосомальних глікогідролаз.

В останні роки до відомих форм гангліозідозов додалися вроджені порушення, пов'язані з дефіцитом ферментів сіалндаз і фукозвдаз.

9. ЗМІНА СКЛАДУ ЛІПІДІВ У ОНТОГЕНЕЗІ

Найбільш швидке збільшення вмісту ліпідів мозку спостерігається після періоду інтенсивного синтезу ДНК і білка, тобто в період, коли відбувається зростання нейронів, гліальних мітоз, аксодендрітная проліферація, формування синаптичних зв'язків і, нарешті, миелинизация.

До мієлінізації ліпідний склад мозку подібний з іншими органами, але миелинизация драматично змінює склад ліпідів мозку. Правда, навіть після завершення мієлінізації вміст загальних ліпідів у мозку людини продовжує збільшуватися до 30 років і тільки після цього починається їх повільне зниження. Причому це зниження стосується насамперед фосфоліпідів та жирних кислот і ледь відчутно зачіпає зміст холестерину і цереброзидів.

Ліпіди мозку, що розвивається поділяють на 4 групи на основі переважних: змін у період мієлінізації. Розглянемо це на прикладі мозку щура як об'єкта найбільш вивченого, у якого лостнатальная миелинизация найбільш виражена в період з 21-го по 40-й день.

Зміст основних гангліозид мозку людини

Перша група ліпідів - ефіри холестерину і гангліозид. Концентрація їх різко змінюється в перші 6 днів постнатального розвитку щурів. Зміст ефірів холестерину зменшується від 2 мкмоль на 1 г сирої маси до концентрації, що становить менше 5% від початкової. У щурів це зниження відбувається задовго до початку мієлінізації, що відображає проліферацію клітин або дуже ранню диференціацію гли-альних клітин.

Гангліозид на 3-й день постнатального розвитку складають 27% від вмісту в дорослому організмі. Концентрація гангліозид за 24 наступні дні швидко збільшується, досягаючи 90% від рівня дорослої тварини. ^ m , а затем увеличивается содержание дисиалоганглиозидов. Спектр індивідуальних гангліозид також змінюється: при народженні переважає моносіалогангліозід G ^ m, а потім збільшується вміст дісіалогангліозідов. Збільшення кількості гангліозид та зміна їх складу пов'язане із зростанням аксонів і ден-дріта.

Друга група включає цереброзидів, сульфатіди, сфінго-мієлін, тріфосфоінозітіди, фосфатидні кислоти, галакто-зілдігліцеріди. На 3-й день постнатального розвитку їх концентрація невелика, а потім різко збільшується в період від 12-го до 18-го дня. П'ять перших перерахованих ліпідів є основними комлонентамі мієлінових мембран, їх низька концентрація при народженні підтверджує, що вони локалізовані у спеціальних мембранних структурах, які з'являються в мозку під час мієлінізації. Поліфосфоінозітіди і фосфатидні кислоти відрізняються від інших ліпідів цієї групи, так як вони продовжують помітно збільшуватися і після 24 днів, коли рівень інших ліпідів цієї групи стабілізується.

Третя група ліпідів включає фосфатідальетаноламін, фосфатідальхолін, холестерин, фосфатидилсерин, фосфат-ділгліцерін, концентрація яких складає 12-34% від рівня дорослого організму і збільшується під час мієлінізації, але не так значно, як у ліпідів другої групи. Перші три представники цієї групи локалізовані в мембранах мієліну і наростання їх пов'язане з миелинизацией.

Четверта група ліпідів охоплює три ліііда мозку - фосфатидилетаноламін, фосфатидилхолін і моно-фосфоінозитидів, концентрація яких складає 50-59% від вмісту дорослого мозку і дуже повільно збільшується в період розвитку. Відомо, що ці ліпіди є повсюдними компонентами більшості мембранних структур і спектр їх змін не пов'язаний з переважними змінами будь-яких специфічних мембранних утворень. Але в ході онтогенезу в мембранах мозку збільшується відношення ФЕ: ФГ і кількість сфінгоміеліна. Діацільние форми фосфоліпідів замінюються на плазмалогенние і значно збільшується мікров'язкість мембран.

Таким чином, різні класи ліпідів характеризуються індивідуальним характером накопичення в період дозрівання мозку.

Висновки

1. Для нервової тканини характерно особливо високий вміст ліпідів - до 50% від сухої маси тканини. Поряд з цим встановлено величезну різноманітність і наявність специфічних тільки для мозку індивідуальних ліпідів.

2. Фосфоліпіди нервової тканини становлять до 70% від сумарного вмісту ліпідів у сірій речовині і до 45-50% - в білій речовині мозку. Виявлено надзвичайно висока гетерогенність фосфоліпідів мозку в порівнянні з вісцеральними органами.

3. Основний представник стеролів у нервовій тканині - холестерин, на частку якого припадає близько 25% від сумарного вмісту ліпідів. У той же час у мозку дорослих тварин мало ефірів холестерину.

4. Значна частина сфінголіпідів мозку представлена ​​га-лактоцереброзідамі і галактосульфатідамі, кількість яких в білій речовині значно вище, ніж у сірому. Для мозку характерна висока концентрація і велика різноманітність індивідуальних гангліозид.

5. Рівень вільних жирних кислот в мозку досить невеликий, навпаки, встановлено високий вміст і величезна різноманітність жирних кислот у ліпідах нервової тканини. Основну масу жирних кислот ліпідів мозку становлять пальмітинова 16:0, стеаринова 18:0, олеїнова 18:1 і арахідонова 20:4 кислоти. У мозку ідентифіковано близько 40 індивідуальних жирних кислот, у тому числі поліненасичених, довжин-ноцепочечних і гидрокислоти, якими особливо багаті це-реброзіди і сульфатіди. Гетерогенність жирних кислот ліпідів мозку лежить в основі структурної лабільності мембран і визначає їх найважливіші фізико-хімічні властивості.

6. Зміст і співвідношення окремих класів ліпідів значно змінюються в ході розвитку і диференціювання мозку. Найбільш інтенсивно ці процеси протікають в ранньому постнатальному онтогенезі.

7. Встановлено суттєві відмінності в ліпідному складі найважливіших мембранних утворень нервової тканини. Звертає на себе увагу високий вміст і надзвичайна різноманітність гангліозид, особливо в мембранах нервових закінчень і в дендритах. Саме тут найбільш повно проявляється функціональна роль цих специфічних ліпідів, що беруть участь у зв'язуванні різних катіонів, у процесах адгезії, у забезпеченні імунохімічної специфічності та ін

8. Специфічними ліпідними компонентами мієліну є цереброзидів і сульфоцереброзіди; встановлено високий вміст в мієліну холестерину і фосфоліпідів, в тому числі плазмалогенов, частка яких у мієліну становить більше 90% від його кількості в цілому мозку.

9. Ліпіди мембран мозку організовані в бішар з планар-ної та поперечної асиметричністю розміщення ліпідів по шарах. Вона підтримується механізмами, які враховують структуру ліпідів, їх ненасиченість, стереоконфігурацію полярних груп, специфічність ліпід-переносять білків, ферментативні перетворення ліпідів.

10. Динамічність ліпідного бішару визначається інтрамолекулярного рухами і фазовими переходами ліпідів, що створює основу для структурних перебудов в мембранах.

11. Ліпіди бішару беруть участь у передачі інформації через мембрану і в здійсненні внутрішньоклітинного відповіді.

12. Організована багатошарова структура мієліну, що має найвищий вміст ліпідів, підтримується довго-і короткорадіуснимі взаємодіями між ліпідами і основним і протеоліпідним білками. Формування мієліну є складним синхронізованим процесом взаємодії аксонаігліі, будь-яке його порушення викликає демієлінізації.

13. Екстраклеточную матрикс мембран мозку являє собою комплексну, динамічну систему, де відбувається розподіл регуляторних сигналів, передача інформації всередину клітини, реалізується прямий і зворотній зв'язок з ядром.

14. Специфічність екстраклеточную матриксу визначається первинною структурою, організацією і площею, займаної гликолипидов і глікопротеїнами. Екстраклеточную матрикс нейрональних мембран збагачений різноманітними гангліозидів.