Білки нервової системи

100. Белок S 100, точнее, как было установлено позже, – группа белков S 100, был открыт в 1965 г. Б . До аннексінам відноситься перший відкритий нейроспецифічних білок - S 100. Білок S 100, точніше, як було встановлено пізніше, - група білків S 100, був відкритий в 1965 р. Б. Муром і Мак-Грегором при порівнянні білкових карт водорозчинних білків мозку і печінки. 100, поскольку он остается в растворе при 100%-ном насыщении Н ₂ S 0 ₄ при рН 7,2. Після хроматографії та електрофорезу був виявлений перший специфічний білок нервової тканини, названий білком Мура або білком S 100, оскільки він залишається в розчині при 100%-ном насиченні Н ₂ S 0 ₄ при рН 7,2. Надалі белокБ 100 був виділений в препаративних кількостях з головного мозку людини, мавпи, собаки, кролика, свині, пацюки, миші. В інших тканинах тварин цих же видів - печінці, нирках, м'язах, в еритроцитах і сироватці крові - він практично був відсутній. 100 может содержаться в других органах и тканях, но в количествах, в 10-10 раз меньших, чем в нервной ткани. Встановлено, що S 100 може міститися в інших органах і тканинах, але в кількостях, у 10-10 разів менших, ніж у нервовій тканині. 100 был обнаружен японскими исследователями в жировой ткани, из которой он высвобождался при действии адреналина in Цікаво, що в 1984 р. білок S 100 був виявлений японськими дослідниками в жировій тканині, з якої він вивільнявся при дії адреналіну in . Кроме того, его присутствие иммунологически выявлено на поверхности клеток Лангерганса и родственных им клеток лимфоузлов. vitro. Крім того, його присутність імунологічно виявлено на поверхні клітин Лангерганса та споріднених їм клітин лімфовузлів.

100 является гетерогенным кислым Са-связывающим белком. S 100 є гетерогенним кислим Са-зв'язує білком. 100 А и S 100 В, субъединичный состав которых соответственно аа и ар. Він складається з двох головних фракцій: S 100 А і S 100 В, субодиничний складу яких відповідно аа і ар. Цікаво, що амінокислотна послідовність р-субодиниці близька до такої ж інших Са-зв'язуючих білків.

У залежності від способу виділення може бути виявлено різну кількість фракцій і подфракцій цього білка, що відображає як його природну гетерогенність, так і різні артефакти, пов'язані з методами виділення. 100. Наприклад, при електрофорезі з використанням високої концентрації ПААГ виявлялося 5 фракцій, причому всі вони реагували з антисироватки до білка S 100. 100 белок S 100 может быть разделен также на 5 фракций, обозначаемых как f _1? f ₂ , f ₃ , f ₄ , f ₅ > причем до 85% этого белка приходится на долю первой фракции. На сефадексе G 100 білок S 100 може бути розділений також на 5 фракцій, що позначаються як f _1? F _2, f _3, f _4, f _5> причому до 85% цього білка припадає на частку першої фракції. _{1 A} , f _{] B} , fjri основная масса белка была сосредоточена в последней подфракций, молекулярная масса которой составляла 19–22 кД. Наступні стадії очищення призводять до поділу цієї першої фракції на подфракцій f _{1 A, f] B,} fjri основна маса білка була зосереджена в останній подфракцій, молекулярна маса якої становила 19-22 кД. Крім зазначених субфракций в цю ж групу включають в даний час ще близько десятка споріднених білків, вміст яких відносно невелика.

100: характерно высокое содержание кислых аминокислот – около 36% приходится на остатки глутаминовой и 22% – на остатки аспарагиновой кислоты, т.е. Своєрідний амінокислотний склад білка S 100: характерно високий вміст кислих амінокислот - близько 36% припадає на залишки глутамінової і 22% - на залишки аспарагінової кислоти, тобто більше половини амінокислотного складу білка припадає на моноамінодікарбоновие амінокислоти. 100. Цим визначаються кислі властивості і низька ізоелектрична точка білка S 100.

100 частично гидрофобный характер. З решти 42% амінокислотних залишків основна маса припадає на гідрофобні аліфатичні амінокислоти, які надають глобулами білка S 100 частково гідрофобний характер. Нарешті, можна відзначити, що 3-4% від загального амінокислотного складу припадає на цистеїн. - rpynn цистеина свободна и способна к взаимодействию с ионами Са ⁺ . Частина SH - rpynn цистеїну вільна і здатна до взаємодії з іонами Са ^+. 100. Така взаємодія призводить до значної зміни конформації молекул білка S 100. Змінюється просторове розташування гідрофільних і гідрофобних ділянок. 100 к миграции через мембраны клетки. У кінцевому рахунку змінюється здатність S 100 до міграції через мембрани клітини.

100 сосредоточен преимущественно в астроцитах – до 85–90% от общего содержания в нервной ткани. Білок S 100 зосереджений переважно в астроцитах - до 85-90% від загального вмісту в нервовій тканині. У олигодендроцитов його кількість невелика. 100. У нейронах виявлено не більше 10-15% від загальної кількості білка S 100.

100. За допомогою радіохімічних, цитохімічних та імунохімічних методів встановлена ​​внутрішньоклітинна локалізація білка S 100. Основна маса цього білка зосереджена в цитоплазмі клітин і 15% - в мембранних структурах: у пре-і постсинаптичних мембранах, ядерної мембрани і плазматичної мембрани олігодендроглії. 100 найдено в ядрышках. У ядрах нейронів його зміст вкрай мало, дещо більше білка S 100 знайдено в ядерцях.

100 локализована преимущественно в нейронах, а р-субъединица – в сателлитных глиальных и шванновских клетках. У той же час, нещодавно виявлено, що в поперековому відділі спинного мозку щурів а-субодиниця білка S 100 локалізована переважно в нейронах, а р-субодиниця - у сателітних гліальних і шванівських клітинах.

100 и появлении его в структурах мозга в онтогенезе. Цікаве питання про інтенсивність біосинтезу білка S 100 та появу його у структурах мозку в онтогенезі. У мозку ембріона людини він з'являється на 10-15 тижні в мозочку, варолієва мосту, стовбурі мозку, середньому і спинному мозку. 100 во всех отделах ЦНС, кроме лобной доли коры больших полушарий, где повышение количества этого белка совпадает во времени с появлением биоэлектрической активности мозга. До кінця 30 го тижня відбувається чітке накопичення білка S 100 у всіх відділах ЦНС, крім лобової частки кори великих півкуль, де підвищення кількості цього білка збігається в часі з появою біоелектричної активності мозку.

100 на различных этапах онтогенеза у грызунов. Детально вивчено накопичення білка S 100 на різних етапах онтогенезу у гризунів. Показано, що в мозку мишей з 3 го до 15 го дня постнатального розвитку рівень цього білка залишається відносно низьким, а з 16 го до 22 го дня відбувається швидке зростання його змісту приблизно в 4 рази.

100 в мозге повышается при обучении, тренировках и формировании условных рефлексов у животных. Вміст білка S 100 в мозку підвищується при навчанні, тренуваннях і формуванні умовних рефлексів у тварин. 100, что подтверждается более интенсивным включением в него меченых аминокислот. У період навчання відбувається посилення біосинтезу білка S 100, що підтверджується більш інтенсивним включенням до нього мічених амінокислот. Відомий нейрохімік Х. Хіден і його співробітники виявили, що найбільш інтенсивний біосинтез даного білка відбувається в пірамідальних клітинах гіппокам-па. 100 процесс обучения у животных нарушается. При інтрацистернально введення антисироватки до білка S 100 процес навчання у тварин порушується.

100 в головном мозге со способностью к обучению показана и иным способом. Кореляція кількості білка S 100 в головному мозку зі здатністю до навчання показана й іншим способом. 100 выше. У мишей деяких інбредних ліній, що характеризуються кращою обучаемостью, зміст S 100 вище.

100 в формировании и хранении памяти нельзя считать окончательно решенным. Однак питання про безпосередню участь білка S 100 у формуванні та збереженні пам'яті не можна вважати остаточно вирішеним. Не виключена можливість, що його участь є опосередкованим.

100 в специфических функциях нервной системы. На підставі експериментального матеріалу і непрямих даних висунуто кілька припущень про можливі молекулярні механізми участі білка S 100 в специфічних функціях нервової системи. 100, наступающих при взаимодействии его SH групп с ионами Са ⁺ с последующим возрастанием на поверхности белковой глобулы количества гидрофобных групп. Більшість авторів віддає перевагу гіпотезі про роль згаданих вище конформаційних змін молекул білка S 100, що наступають при взаємодії його SH груп з іонами Са ⁺ з подальшим зростанням на поверхні білкової глобули кількості гідрофобних груп. ⁺ . При проведенні нервового імпульсу важливим лімітуючим чинником служить проникність іонних каналів; у присутності вільних іонів Са ⁺ ряд каналів стає непроникним для іонів К ⁺ і Na ^+. 100, по-видимому, связана с регуляцией проницаемости ионных каналов посредством связывания свободных ионов Са ⁺ . У цьому випадку функціональна роль білка S 100, мабуть, пов'язана з регулюванням проникності іонних каналів за допомогою зв'язування вільних іонів Са ^+.

У нервовій тканині великий вміст кальмодуліну - одного з найважливіших регуляторів і посередників ефектів Са ^+. Він присутній і в інших тканинах і включення його до категорії нейроспецифічних білків умовно, проте його роль в нервовій тканині велика: він бере участь в активації Са ^{+-іонами} багатьох ключових протеїнкіназ і ряду інших ферментів. Щодо низькомолекулярний білок - 17 кД - він консервативний по первинній структурі, високостабілен і містить чотири центри зв'язування Са *. Цікаво, що активність кальмодуліну пригнічується хлорпромазином - одним з нейролептиків, застосовуваних при придушенні синдрому шизофренії.

У свою чергу функції кальмодуліну контролюються, принаймні, двома білками. Перший - кальцінейрнн. Він складається з двох субодиниць - 15 і 61 кД і, володіючи високим спорідненістю до кальмодуліну, інгібує його активність. Крім того, кальцинейрин володіє протеінфосфатазной активністю і як би звертає результати дії протеїнкіназ, що включаються кальмодуліном.

Другий білок, здатний зв'язувати і як би резервувати кальмодулін, є ліпопротеїдом. Це так званий фосфомірістін У його молекулу входить жирна кислота - міристинова. Крім того, в ньому велика частка гідрофобних амінокислотних залишків. Все це визначає його здатність вбудовуватися в мембрани. У той же час він може фосфорилювати під дією протеінкі-нази С. У дефосфорильованого стані він пов'язує, резервує кальмодулін, а після фосфорилювання - звільняє його. Зміст його в тканини мозку також велике.

350. Он имеет небольшую молекулярную массу – 11,6 кД; характерной его особенностью является высокое содержание остатков глутаминавой и аспарагиновок кислот, что и обусловливает взаимодействие с ионами Са». Невідомі поки функції іншого зв'язує кальцій білка сіалоглікопротеіна GP 350. Він має невелику молекулярну масу - 11,6 кД; характерною його особливістю є високий вміст залишків глутамінавой і аспарагіновок кислот, що і обумовлює взаємодію з іонами Са ». 350 сосредоточена в перикарионе нейронов и в аксонах; иммунологическая идентичная мембранная форма обнаружена в синаптосомах. Розчинна форма глікопротеїну GP 350 зосереджена в перікаріоне нейронів і в аксонах; імунологічна ідентична мембранна форма виявлена ​​в сінаптосомах.

Широкі дослідження присвячені функцій і властивостями мембранного нейроспецифічних білка У 50. У 50 - один з основних фосфоріліруемих білків плазматичних мембран синапсів. Імунохімічний показано, що він локалізований переважно в пресинаптичних мембранах. Молекулярна маса білка 48 кД. Він є ендогенною субстратом діа-цілгліцерол-залежну та Са ^{+-залежної} протеїнкінази С. Активатори протеїнкінази С стимулюють процес сінапті-чеський передачі в зрізах гіпокампу. Фосфорилювання білка У 50 призводить до відносно тривалого зміни заряду і стану каналів постсинаптичної мембрани і стану «второваною» синапсу. Однією з причин цього може бути вплив фосфорильованого У 50 на метаболізм фосфоінозитидів і, таким чином, на ставлення білок / чи-під в синаптичній мембрані. Цікаво, що в процесі старіння інтенсивність такого фосфорилювання знижується, ніж, можливо, обумовлено зниження пластичності синапсів при старінні.

Особливо слід відзначити високу чутливість процесу фосфорилювання білка У 50 до адренокортикотропіну, неоднаково виражену в різних структурах мозку. Так, АКТГ ₁ -24 в 10 разів більш ефективний у гальмуванні фосфорилювання білка У 50 в синаптичних мембранах з септальних області мозку, ніж у мембранах з цілого мозку. На підставі цих спостережень зроблено висновок про участь білка У 50 у функціонуванні пептідергіческіх синапсів.

У процесах: синаптичної передачі приймає участь ще один нейроспецифічних білок - фодрін. Це - структурний білок постсинаптичних мембран глутаматергіческой синапсів. Молекулярна маса його дуже велика - 230 кД. Функціональна роль фодріна пов'язана з тим, що він блокує рецептори глутамату. Г. Лінч і М. Бодрі запропонували гіпотезу, згідно якої підвищення концентрації іонів Са ⁺ поблизу постсинаптичної мембрани активує мембранну Сй-залежну протеіназу калпеін, яка розщеплює фодрін. Результатом цього є звільнення активних рецепторів глутамату, раніше екранованих фодріном, і підвищення провідності синапсу, яке спостерігається протягом 3-6 діб.

1–20 , который локализуется в синапсах головного мозга, причем его содержание начинает резко возрастать после 7 дня постнатальной жизни животного. Нещодавно методом иммунохимического скринінгу за допомогою моноклональних антитіл до компонентів поверхні синаптосом ідентифікований новий фосфопротеинов F 1-20, який локалізується в синапсах головного мозку, причому його зміст починає різко зростати після 7 дня постнатальної життя тварини. Показано, що цей фосфопротеинов є так само, як і фодрін, субстратом для калпеіна нейронів.

Деякі нейроспецифічних білки, які модулюють стан мембран, не є кислими білками. Частина їх має виражені катіонними властивостями. , lb , Па, ИЬ – с молекулярным весом 55000–86000 и изоэлектрической точкой в зоне рН 10,5 и 6,7–6,9. Протягом останнього десятиліття були грунтовно вивчені так звані сінапсіни. Вони складають 0,2-0,4% від загального білка мозку і утворюють ціле сімейство фосфопротеинов - la, lb, Па, ІЬ - з молекулярною вагою 55000-86000 і ізоелектричної точкою в зоні рН 10,5 і 6,7-6,9. Процеси фосфорилювання-дефосфорилювання сінапсінов тісно пов'язані з функціями везикул в нервовому закінченні. Де-фосфорілірованний сінапсін зв'язується з мембранами везикул і підвищує їх спорідненість до актіновим филаментам. Везикули, які вступили у з'єднання з актином, утворюють недеятельной, резервний пул. Фосфорилювання сінапсінов, яке відбувається при підвищенні концентрації Са ⁺ в терміналі за допомогою кальмодулін-залежної протеїнкінази, знижуючи спорідненість сінапсінов до мембран везикул, веде і до відходу їх від Актинові філаментів і полегшує «плавлення» везикул, необхідне для викиду медіатора.

Після того як у результаті фосфорилювання сінапсіна везикула переходить з «резерву» в активний стан, цілий каскад нейроспецифічних білків забезпечує її контакт з пресинаптичної мембраною, плавлення і вихід медіатора. Серед них знову-таки ключова позиція належить Са * ^+; він впливає на складний комплекс синаптичних білків - сінаптобревін, сіналтофізін, сінтаксін, сінаптогамін, на фос-фоліпіди мембран, що регулюють плавлення везикули, і, нарешті, на сінаптопорін, який, власне, і формує пору, канал, через який закінчується вміст везикули. Детальні характеристики цих білків ще вимагають уточнення. Цікаво, однак, що саме вони пошкоджуються під дією найпотужніших з відомих токсинів - правцевого і ботулінічного.

2. Неферментний нейроспецифічних БІЛКИ, ВІДПОВІДАЛЬНІ ЗА ПРОЦЕСИ АДГЕЗІЇ і міжклітинної Упізнавання

У цю групу входять переважно глікопротеїни. Вони являють собою виключно гетерогенну групу білків. Глікопротеїни є найважливішими учасниками міжклітинних контактів, забезпечуючи взаємне впізнавання і адгезію певних нейронів, беруть участь у синаптичній передачі, рецепторних реакціях, формуванні та зберіганні пам'яті. Вони входять до складу складних надмолекулярних утворень синаптичних мембран та інших цітоструктурних утворень.

Інтенсивно досліджуються особливості біосинтезу глікопротеїнів. Встановлено, що їх пептидна частина синтезується на рибосомах незалежно від біосинтезу вуглеводних компонентів. Далі поліпептидний ланцюг транспортується через ендо-плазматичний ретикулум в апарат Гольджі, де відбувається послідовне приєднання окремих вуглеводних компонентів за участю глікозилтрансфераз. ацетилнейраминовая кислота и фукоза присоединяются последними. При цьому N ацетилнейрамінових кислота і фукоза приєднуються останніми.

Зважаючи на гетерогенності та великого розмаїття глікопротеїнів до цих пір не розроблений єдиний принцип їх класифікації. Більш того, як уже зазначалося на початку попереднього пункту, вони не дуже чітко диференціюються з кислими білками, деякі з яких трудноотделимая від вуглеводного компонента. Зазвичай глікопротеїни ділять на дві основні групи за кількістю білків і вуглеводів в складі їх молекул.

Перша група містить від 5 до 40% вуглеводів та їх похідних. Білкова частина схожа з альбумінами і глобулінами. Між пептидними і вуглеводними компонентами глікопротеїнів існують не тільки ковалентні, але і водневі, гідрофобні та вандерваальсови зв'язку.

Друга група глікопротеїнів містить велику кількість вуглеводів - від 40 до 85%; до складу представників цієї групи іноді входять ліпідні компоненти. В останньому випадку утворюються більш складні комплекси - гліколіпопротеіни. Наприклад, до складу одного з гліколіпопротеінов, виділених з сірої речовини головного мозку людини, входять 208 залишків галактози, 26 - глюкози, 36 - галактозаміну, 150 - нейрамінової кислоти, 100 - лігноцеріно-вої кислоти , 100 - сфингозин. Пептидний частина складається з 61 а.о.: 13 - глутамату, 10 - гліцину, 10 - проліну, 8 - серину, 6 - аланіну; інші амінокислоти містяться в незначних кількостях. Як видно, пептидна частина молекули досить монотонна за складом, навіть у порівнянні з вуглеводним компонентом.

ацетилнейраминовая кислота и N – ацетил галактозамин , играет важную специфическую роль, определяя, по-видимому, своеобразие внешних участков пространственной структуры гли-копротеинов. Цікаво, що вуглеводний компонент, в першу чергу N ацетилнейрамінових кислота і N - ацетил галактозамін, грає важливу специфічну роль, визначаючи, мабуть, своєрідність зовнішніх ділянок просторової структури гли-копротеінов. ацетилнейраминовой кислоты как в отдельных гликопротеинах, так и в различных мембранных субклеточных структурах мозга. Виявлено істотну відмінність у змісті N ацетилнейрамінових кислоти як в окремих глікопротеїну, так і в різних мембранних субклітинних структурах мозку. Пептидний ж частина являє собою стабільну основу молекули, яка фіксована безпосередньо в мембрані, у той час як вуглеводний компонент розташований на поверхні мембрани. Все це дає підстави вважати, що значною мірою саме вуглеводний компонент у молекулі глікопротеїнів визначає їх специфічність і функціональну роль. Це уявлення грунтується, зокрема, на аналогії з молекулярною структурою гангліозид, в якій каркасом служить церамвдная частина, а вуглеводні компоненти та їх похідні є найбільш вариабельной і специфічною частиною молекули.

Слід зазначити, що значна частина всіх вуглеводів та їх похідних, що містяться в головному мозку у зв'язаному вигляді, припадає на частку глікопротеїнів. У цих білках вуглеводний компонент характеризується більш високою метаболічною активністю в порівнянні з пептидного частиною молекули. Звертає на себе увагу той факт, що глікопротеїни, що містять гіалуронову кислоту, хондроїтин-сульфат, гепарінсульфат, зосереджені в перікаріоне нейрона, в аксоні і нейроглії, але відсутні в мембранах синаптосом і мітохондрій.

Першими нейроспецифічних глікопротеїнами, ізольованими з мозку, були цитозольні Глік-протеїни, а проте у міру накопичення інформації про них було з'ясовано, що багато з них існують і в мембранно-зв'язаній формі.

Особливий інтерес представляють поверхневі глікопротеїни, що беруть участь в клітинній адгезії. ₂ , N - CAM , К4, BSP 2, Ng - CAM и L 1. Досить добре досліджені 6 таких білків: D _2, N - CAM, К4, BSP 2, Ng - CAM і L 1. Перші чотири забезпечують гомотопічні адгезію між нейронами. Характерною особливістю їх є модифікація структури в ході онтогенезу, яка зачіпає в основному вуглеводну частину молекули. В ембріональний період під час інтенсивної міграції нейронів і постнатально у стадії активного сінаптогенеза нейроспецифічних білки клітинної адгезії представлені в значній мірі полісіалоглікопротекнамн У мозку дорослих тварин вони модифікуються в олігосіало-або асіалоглікопротеіни, що складаються з 2-3 поліпептидних ланцюгів. Передбачається, що модуляція адгезії відбувається саме за рахунок зміни числа залишків сіалових кислот у полісіалоглікопротеіне.

- CAM , имеющим М _г = 135 кД. Гетеротіпіческая Са ^{+-незалежна} адгезія між нейронами і гліальними клітинами опосередкована специфічним глікопротеїном Ng - CAM, що мають М _г = 135 кД. - CAM , влияющим на межнейрональные контакты, белок Ng - CAM содержит меньшее количество сиаловых кислот. У порівнянні з глікопротеїном N - CAM, що впливає на міжнейрональних контакти, білок Ng - CAM містить меншу кількість сіалових кислот. - CAM . Він локалізований виключно на поверхні плазматичної мембрани нейронів і в ході онтогенезу з'являється на більш пізніх стадіях, ніж глікопротеїн N - CAM.

У постсинаптичних ущільненнях і в ділянках синаптичних з'єднань виявлено цілий ряд інших глікопротеїнів, які можуть служити субстратами для протеїназ та сіалідаз, під дією яких відбуваються локальні модифікації структури глікопротеїнів у відповідь на зміну функціонального стану синапсу. Цікаво, що амінокислотна послідовність глікопротеїну ПТУ 1 виявляє гомологію з варіабельними доменами імуноглобуліну. Роль цього глікопротеїну на поверхні нейронів залишається нез'ясованою, хоча й дуже важливо враховувати ці дані у зв'язку з гіпотезою про імунохімічних засадах нейрологічної пам'яті.

На поверхневих мембранах мозку виявлено також щодо низькомолекулярні глікопротеїни, які мають здатність інгібувати клітинне ділення і синтез білка в культурі нормальних клітин мозку. За своєю структурою це - фукозосодержащіе глікопротеїни з М _г = 30 і 45 кД і невеликі глікопротеїди.

Таким чином, наведені дані свідчать про велику роль, яку відіграють глікопротеїни у здійсненні специфічних функцій нервової тканини, особливо в формуванні специфічних контактів між різними нейронами.

З числа багатьох білків поверхні нейронів особливу увагу у зв'язку з участю в патогенезі важкої патології мозку - хвороби Альтцгеймера - залучає в даний час так званий білок, що є попередником пептиду р-амілоїду, що з'являється в достатку на поверхні нейронів хворого мозку. концевой фрагмент из 625–630 остатков расположен на поверхности клетки. У здоровому організмі р-АРР - білок, що складається з 695 амінокислотних залишків, фіксований в мембранах нейронів так, що його N кінцевий фрагмент з 625-630 залишків розташований на поверхні клітини. Він бере участь, мабуть, в організації міжнейрональних контактів, особливо в області нервових закінчень. Крім того, вистояла над поверхнею частина р-АРР у нормі відщеплюється специфічними протеїнами і, як нещодавно встановлено, стимулює розвиток відростків, беручи участь у формуванні пам'яті. При хворобі Альцгеймера відщеплюється кілька більш коротка ділянка, так що на поверхні нейрона залишається згаданий вище невеликий р-амілоїдних пептид.

3. Скорочувальну та цитоскелетного білків нервової тканини

Розглядаючи скоротливі і цитоскелетного білки, що входять до складу нейрональних і нейрогліальних клітин, слід зазначити, що не всі вони відмінні від скорочувальних білків інших тканин.

Поки немає достатніх підстав, наприклад, вважати нейроспецифічних міозин і актин нервової тканини.

Специфічні скоротливі білки забезпечують динамічність взагалі і механічну рухливість нервової тканини, беручи участь у самосборке і розпаді специфічних структур - мікротрубочок, нейрофіламентів та інших пре-синаптичних і постсинаптичних утворень, в перенесенні різних з'єднань між різними областями нейрона, а також у підтримці та модуляції просторового положення частин нейрона.

Мікротрубочки і нейрофіламенти є найважливішими структурними утвореннями нервових клітин, що володіють як скелетними, так і скоротливі властивостями. Вони беруть безпосередню участь у прямому і ретроградним транспорті клітинних органел, нуклеїнових кислот, білків, складних ліпідів, ліпо-і глікопротеїнів та їх попередників, а також ряду інших метаболітів по аксону від тіла нейрона до синаптичних закінчень. Крім того, вони беруть участь в русі метаболітів у різних субклітинних структурах тіла нейронів. Вони зазнають змін при різних функціональних станах і, будучи динамічними структурами, можуть впливати на топографію поверхні нейрона і на мозаїчність нейрональних мембран. Не менш важливо і їх значення в самосборке мікроструктур і надмолекулярних комплексів, а також у підтримці певної конфігурації мікроструктур.

Мікротрубочки представляють собою освіти циліндричної форми, діаметр яких сягає 24 нм, а найбільша довжина порівнянна з довжиною відростків нейронів. Основна маса білка, що входить до складу мікротрубочок, припадає на частку нейротубуліна. Його чисельність сягає 15% від суми розчинних білків мозку. У період формування та збільшення розмірів мозку вміст у ньому нейротубуліна ще вище.

Нейротубулін є димером, до його складу входять 2 субодиниці - а-тубулін і р-тубулін. Молекулярна маса мономерів тубуліну становить відповідно 53 і 57 кД.

Нейротубулін є кислим білком, в його складі міститься близько 20% глутамінової та аспарашновой кислот.

У мікротрубочки нейротубулін знаходиться у вигляді спіральних полімерів, що складаються з 10-14 молекул нейротубуліна. Формування полімерної трубчастої структури протікає зі споживанням макроергів - за рахунок ГТФ. Сам нейротубулін володіє ГТФазной активністю. У полімеризації тубуліну приймає також участь спеціальний білок збірки тубуліну - Т-фактор. Збірка і розбирання мікротрубочок in происходит очень быстро. vivo відбувається дуже швидко. Пригнічується збірка мікротрубочок відомими отрутами - колхіцином, вінбластин і вінкрестіном.

Нейротубулін навіть при високому ступені очищення має фосфокіназной і протеінкіназной активністю, так як ці ферменти, мабуть, є обов'язковими компонентами нейротубуліна.

Порівняння пептидних карт тубуліну, виділених, наприклад з мікротрубочок мозку курячого ембріона і сперматозоїдів морського їжака, показало значну ступінь їх іденточності. Це дає підставу вважати тубуліну відносно стабільними білками в еволюційному плані.

Нейрофіламенти утворюються з спірально скручених ниткоподібних утворень, діаметр їх коливається в межах 5-12 нм. Філаменти розміром 5-6 нм називаються актиновим. форме. Нейрофіламенти містять порівняно багато актом-зінподобних білків, особливо актину в ниткоподібної, F формі. актина с М _г 46 кД, протекает за счет энергии гидролиза АТФ до АДФ и подавляется алколоидом – цитохалазином В. В состав нейрофиламентов входит также коллаген, который может быть удален с помощью коллагеназы. Освіта Актинові ниток в нейрофіламенти полягає в полімеризації молекул глобулярного G актину з М _г 46 кД, протікає за рахунок енергії гідролізу АТФ до АДФ і пригнічується алколоїди - цітохалазіном В. До складу нейрофіламентів входить також колаген, який може бути вилучений за допомогою колагенази. Виявлена ​​видова специфічність білків нейрофіламентів в мозку людини в порівнянні з мозком тварин.

Актоміозінподобние білки можна віднести до скорочувальним білкам нервової тканини. Вони були витягнуті різними способами з цілого мозку і окремих частин нервової системи. У мозку, який розвивається і в культурі нейронів зміст актиноподібних білків досягає 8%, а міозінподобних білків - 0,5%. У дорослих тварин кількість останніх трохи менше. За амінокислотним складом і первинної структурі актиноподібних білок близький до актину з м'язів.

Актоміозінподобние білки беруть участь у аксональне струмі і звільнення трансмітерів в синапсах. Крім того, вони були виявлені в конусі росту, де їх зміст досить високо на відміну від низького вмісту цих білків в культурі нейробластів. Є непрямі дані про те, що в нативному стані частина актиноподібних білків знаходиться в комплексі з міозінподобнимі білками, причому ці комплекси чутливі до митогенетичні отрут, в той час як окремо зазначені білки малочутливі до цих агентів.

До актоміозінподобним білкам ЦНС відноситься нейростенін. Він складається з двох білків - нейріна і Стеніна. Взаємодіючи між собою, вони утворюють комплекс - нейростенін з М _г - 47-50 кД. Він має багато спільного з актомиозином м'язи за структурою і по функціях, хоча і не ідентичний йому.

⁺ . Нейростенін володіє АТФазной активністю і активується іонами Са ⁺ і Mg ^+. Кількість нейростеніна становить близько 1-1,5% від загального білка мозку, а проте в синаптичних утвореннях його вміст сягає 8-10%. Нейрін локалізована переважно в пресинаптичних мембранах, а Стенін - на зовнішній поверхні мембран везикул. З формуванням нейростеніна в присутності АТФ і йонів Са ⁺ пов'язують імовірно контакт везикул з пресинаптичними мембранами. Вважають, що скоротливі білки мозку, в тому числі нейростенін, беруть участь у розкритті везикул і виході нейромедіатора в цитоплазму і синаптичну щілину. У «плавленні» мембрани везикул, що відбувається при викиді медіатора, важливу роль відіграють також сінапсіни та інші Са-зв'язуючі білки, описані вище.

Великий інтерес представляє інший скорочувальної білок нейронів - кінезин. Цей нещодавно відкритий цитоплазматичний транслокатор є «механохімічної» АТФа-зою, здатної забезпечувати ковзання внутрішньоклітинних органел уздовж мікротрубочок. Він служать одним з двигунів антероградної аксонального струму.

Кінезин з мозку великої рогатої худоби складається з двох поліпептидних ланцюгів, неоднакових по первинній структурі. Він утворює міцний комплекс, в якому субодиниці пов'язані нековалентно. Молекула нативного кінезин складається, мабуть, з двох пар зазначених субодиниць з М _г = 384 кД. У клітці обидві субодиниці пов'язані з мікротрубочками. Чистий кінезин має слабку АТФазной активністю, яка, однак, зростає в кілька раз у присутності мікротрубочок. Молекули АТФ з'єднуються з важкої субодиницею кінезин, яка є каталітично активною. Енергії, що вивільняється при гідролізі АТФ кінезин, достатньо для забезпечення пересування навіть великих внутрішньоклітинний органел у аксонах. Останнім часом описаний білок, подібний кінезин, але неідентичних йому, що забезпечує ретроградний аксональний струм, - динеїну.

Інший білок - спектрин, виявлений спочатку в мембранах еритроцитів, де він складає до 30% всіх мембранних білків, а потім і в клітинах багатьох органів і тканин, являє собою компонент цитоскелету клітини. Довга фібрилярні молекула спектрина складається з двох поліпептидних ланцюгів. Такі молекули утворюють субмембранную мережу філаментів на внутрішній поверхні цитоплазматичної мембрани, яка через молекули іншого білка - анкирина взаємодіють з іншими білками цитоскелету, що знижує рухливість білків в площині мембрани. ⁺ по поверхности мембран возбудимых клеток. У тканині головного мозку спектрин бере участь також у розподілі іонів К ⁺ і Na ⁺ по поверхні мембран збудливих клітин.

Білок клатрін вперше був виділений з мембран так званих облямованих бульбашок, які беруть участь у ендоцитозу і швидкому внутрішньоклітинному транспорті речовин. Цей фібрилярний білок; ау - гібридна форма, обозначавмая як білок 14-3-1, і уу - нейроспецифічних ізоензім енолази, локалізований тільки в нейронах.

Молекулярна маса білка 14-3-2 близька до 80 кД. 100, он содержит относительно много дикарбоновых кислот. Як і білок S 100, він містить відносно багато дикарбонових кислот. Цікаво, що ця ізоформа термостабільна до температури 50 ° С, Значно розрізняються і періоди напіввиведення ізоферментів енолази: для уу-димеру він дорівнює 320 хв, а для аа-димеру - 15 хв.

Білок 14-3-2 широко поширений в ЦНС і ПНС ссавців і птахів. Його кількість становить близько 1,5% від загальних розчинних білків мозку. 100 он локализован главным образом в нейронах, а в клетках нейрог-лии его содержание незначительно. На відміну від білка S 100 він локалізований головним чином у нейронах, а в клітинах нейрог-ща його частка незначна.

Білок 14-3-2 зосереджений у сірій речовині великих півкуль. В інших органах і тканинах людини цей білок відсутній або міститься в кількостях, в 50-100 разів менших. Імуно-хімічним методом показано, що в постнатальний період розвитку головного мозку щурів білок 14-3-2 найбільш інтенсивно синтезується в гіпокампі і синаптичних мембранах. У дослідах з дегенерацією зорового нерва було виявлено зниження вмісту та інтенсивності метаболізму білка 14-3-2.

За своєю внутрішньоклітинної локалізації білок 14-3-2 є в основному цитоплазматическим і присутній у цитоплазмі як нейронів, так і периферичних нервів. Він транспортується за допомогою повільного аксотока. Виявлено три типи нейронів: а) набувають білок 14-3-2 раніше за інших в ході онтогенезу і зберігають її постійно; б) які мають білок 14-3-2 тільки в певний період онтогенезу; в) не мають цього білка.

Відкриття нейроспецифічних білка 14-3-2 стало свого часу важливою подією, оскільки, по-перше, було знайдено новий специфічний нейрональний білок, по-друге, показано, що нейроспецифічних білки можуть являти собою мозкові ізоферменти вже відомих ензимів.

В даний час ідентифіковано цілий ряд нейроспецифічних ізоферментів; серед них можна назвати мозкові форми альдолази, арилсульфатази, ВВ-ізо-зим креатинкінази і багато інших.

5. Секретуються РЕГУЛЯТОРНІ І ТРАНСПОРТНІ нейроспецифічних БІЛКИ

Особливо необхідно зупинитися на секретується білках, що виконують функцію транспорту та захисту від руйнування пептидних регуляторів, вироблюваних ЦНС. З них найбільш вивчені нейрофізін, локалізовані переважно в задній частині гіпофізу і гіпоталамусу. Вони являють собою гетерогенну групу низькомолекулярних кислих білків. Нейрофізін головного мозку людини і ряду тварин досить добре досліджені. Виділено три фракції цих нейроспецифічних білків - НФ1, НФН, НФШ, а також чотири мінорні фракції. Сумарна фракція НФ має молекулярну масу близько 10 кД. Зміст НФ в задній частині гіпофізу щодо дуже велика і становить у щурів в середньому 0,15 нМ, а в гіпоталамусі 0.01 нМ. У невеликих кількостях НФ виявлені також в плазмі крові.

Пептидний ланцюг НФ складається з 91-95 а.о. Цікаво, що 85-90% амінокислотних залишків у складі нейрофізін ідентичні у людини і досліджених видів тварин. Імуно-хімічними методами встановлено, що фракція НФ1 синтезується в паравентрикулярному ядрах, а НФІ - а супраоптіческого ядрі.

У интактном стані нейрофізін знаходяться у міцному комплексі з окситоцином або вазопресином. Зв'язок НФ з цими гіпофізарних гормонів нековалентно і здійснюється фрагментом молекули, що знаходяться в межах 37-54 го амінокислотних залишків поліпептидного ланцюга НФ. У нормальних умовах існує певна молярне співвідношення між НФ і гіпофізарних гормонів. Так, в гіпофізі це співвідношення між НФ і окситоцином одно 1:10, а в гіпоталамусі - 1:14.

Застосування методу ЯМР дозволило показати, що відбувається дуже швидкий обмін між комплексами НФ-окситоцин чи НФ-вазопресин і вільним гормоном.

В останнє п'ятиліття виявлено, що нейрофізін аж ніяк не є єдиними представниками білків-носіїв пептидних регуляторів. Встановлено існування різноманітних за структурою білків, які знаходяться в тісній, але нековалентно зв'язку з опіоїдними пептидами, корти-коліберіном, тафціном та ін, захищаючи їх від розщеплення протеазами в рідинах організму.

На прикладі глікопротеїнів симпатичних нейронів у культурі показана можливість їх секретірованія _# в середу після ряду модіфлкацій як білкової, так і вуглеводної частини молекул. и РЗ после сиалирования и включения в плазматическую мембрану модифицируются в гликопротеины В1 и ВЗ, которые в ходе дальнейших модификаций превращаются, соответственно, в гликопротеины В2 и В4 а затем секретируются в форме растворимых производных S 2 и S 4. Процессы модификации гликопротеинов ускоряются при выбросе медиаторов. Производные гликопротеина В1 иммунологически идентичны большому поверхностному гликопротеину различных типов нейронов центральной и периферической нервной системы, увеличение концентрации которого индуцируется фактором роста нервов. Містять манозу і несіалірованние глікопротеїни PI і РЗ після сіалірованія і включення в плазматичну мембрану модифікуються в глікопротеїни В1 і ВЗ, які в ході подальших модифікацій перетворюються, відповідно, в глікопротеїни В2 і В4 а потім секретуються у формі розчинних похідних S 2 і S 4. Процеси модифікації глікопротеїнів прискорюються при викиді медіаторів. Похідні глікопротеїну В1 імунологічно ідентичні великим поверхневому глікопротеїну різних типів нейронів центральної і периферичної нервової системи, збільшення концентрації якого індукується фактором росту нервів.

До секретується білок відносяться і деякі з епендіменов - а, р і в. Нейроспеціфічни тільки р і в. Вони виявлені в мозку риб, амфібій, щурів. Під дією специфічної протеази епендімін р перетворюється на епендімін в і секретується з нейронів. У дослідах із золотими рибками показано, що цей процес посилюється при адаптації риб до нових умов плавання, що дозволило припустити участь епендімінов в механізмах формування довгострокової пам'яті.

Наводячи приклади регуляторних білків нервової тканини, слід особливо зупинитися на нейротрофінів. Нейротрофінів визначаються взагалі як фактори, що стимулюють диференціацію нейронів, підтримують їх виживання, індукують ріст дендритів і аксонів в напрямку клітин-мішеней. Перераховані процеси управляються великим числом факторів різної природи. Однак серед них важливу роль відіграють інтенсивно вивчаються білкові сполуки. Перш за все - сімейство білків - чинників зростання і трофіки нервів. Віднесення їх до категорії нейроспецифічних білків не беззастережно: їх зміст велике, наприклад, в слинної залозі самця миші, отрути деяких змій і в деяких інших периферичних тканинах. Тим не менш, їх зміст і функції в нервовій тканині настільки специфічні, що вони вимагають короткого розгляду.

, BDNF До теперішнього часу найбільш вивчені три нейротрофінів, близьких один одному за структурою: NGF, BDNF 3 . і NT 3. Вони являють собою відносно невеликі білки. состоит из двух субъединиц по 13.25 кД. Зокрема, мінімальна за розміром активна форма NGF складається з двох субодиниць з 13.25 кД. Різні нейротрофінів мають певну спеціалізацію: NGF

- «Опікується» нейрони периферичних симпатичних гангліїв, а також холінергічні нейрони переднього мозку, BDNF

- Частина моторних і сенсорних нейронів, a 3 – нейроны гиппокампа. NT 3 - нейрони гіпокампу. Трофічна функція і стимуляція зростання аксонів нейротрофінів мають особливе значення в онтогенезі, при ураженнях ЦНС, а також у деяких критичних станах, наприклад при епілептичних судомах. У онтогенезі мозку досягнення тих чи інших аксоном клітини-мішені веде до ретроградного сигналу, здійснюваному нейротрофінів, який забезпечує виживання відповідного нейрона, Нейрони, аксони яких не досягають мішені, гинуть.

Нейросекреторні гранули гіпоталамуса продукують ряд глікопротеїнів, що виконують специфічні регуляторні функції. А.А. Галояном і співроб. в 1971р. виділені і далі всебічно досліджені глікопротеїни, які є коронаррасшіряющімі і коронарсужівающімі гормоіоподобіимі факторами з молекулярною вагою близько 20-30 кД. Вони не мають суворої мозкової специфічності: у невеликих кількостях вони виявлені в серці, скелетних м'язах, надниркових, печінки.

У гіпоталамусі виробляється і секретується також ряд відносно низькомолекулярних пептидних регуляторів - так званих рилізинг-гормонів. Нейропептиди мають в якості попередників пептиди, які за розмірами слід відносити до білків, - так звані протопептіди з М _г 20-50 кД. Багато хто з них глікозовані.

Білок поверхні нейронів р-АРР також є джерелом білка-регулятора. Відщеплюється зовнішня частина білка виходить у міжклітинну рідину і індукує утворення нових відростків і нервових закінчень, беручи участь у формуванні пам'яті. При хворобі Альцгеймера цей процес спотворюється.

6. Білка мієліну

Білковий склад мієліну своєрідний, але істотно простіше, ніж у нейронах і гліальних клітинах.

У мієліну велика частка катіонного білка - КБМ. Він являє собою відносно невеликий поліпептид з М _г = 16-18 кД. КБМ містить значну частку діамінокіслот і в той же час близько половини складових його амінокислот - неполярні. Це забезпечує, з одного боку, тісний контакт з гідрофобними компонентами ліпідів мієліну, а з іншого боку, визначає його спроможність до утворення іонних зв'язків з кислими угрупованнями ліпідів.

Надзвичайно високою гідрофобністю характеризуються так звані протеоліпідние білки Фолча, що становлять більшу частину решти білків мієліну. У свою чергу, головний з цих білків - ліпофілін, в якому 2 / 3 складових амінокислот - неполярні. Цікава певна вибірковість контактів ліпофіліна з ліпідами, наприклад, витіснення холестерину з його оточення. Вважають, що це пов'язано з особливостями вторинної структури ліпофіліна.

Задоволена велика також частка так званого білка Вольфграма - кислого протеоліпіда, досить багатого залишками дикарбонових амінокислот, і, в той же час, що містить близько половини залишків неполярних амінокислот.

Нарешті, з кількох десятків інших білків мієліну відзначимо міелінассоціірованний глікопротеїн, розташований на екстраделлюлярной поверхні мембран; він зустрічається, крім того, в олигодендроцитов до мієлінізації і в мієліну периферичної нервової системи. У ЦНС людини він представлений трьома поліпептидними ланцюгами з М _г = 92, 107, 113 кД, а в периферичної нервової системи - одним білком з М _г = 107 кД. ацетилнейраминовая кислота, фукоза, манноза и галактоза. МАГ відноситься до глікопротеїнів з відносно низьким вмістом вуглеводних залишків - близько 30% від маси молекули, але містить характерний для глікопротеїнів набір вуглеводів: N ацетилглюкозамін, N ацетилнейрамінових кислота, фукоза, маноза і галактоза. Для білкової частини молекули характерний високий вміст глутамінової та асларагіновой кислот.

Функції білка Вольфграма і МАГ невідомі, якщо не вважати загальних міркувань про їх участь в організації структури мієлінових оболонок.

7. Нейроспецифічних БІЛКИ глії

100 содержится и в нейронах, и в глиальных клетках, причем доля его в последних велика – около 85%. Білок S 100 міститься і в нейронах, і в гліальних клітинах, причому частка його в останніх велика - близько 85%.

У 1967 р. з а _{2-глобулінів} мозку був виділений нейроспеці-ний а _{2-глікопротеїн} з молекулярною масою 45 кД. У мозку людини він з'являється на 16 му тижні ембріонального розвитку. ацетилнейраминовую кислоту. Вуглеводні компоненти його включають глюкозамін, манозу, глюкозу, галактозу, галактозамін та N ацетилнейрамінових кислоту. а _{2-глікопротеїн} локалізована тільки в астроцитах, але відсутній в нейронах, олигодендроцитов і в клітинах ендотелію. Тому його можна розглядати як один із специфічних маркерів астроцитів.

Інший білок знову-таки характерний тільки для клітин глії. Він був виділений з багатих фіброзними астроцитами областей головного мозку людини, а згодом - у значно більших кількостях - з мозку хворих множинним склерозом. Ця речовина була названа гліальних фібрилярні кислим білком. Він специфічний лише для ЦНС, а в ПНС його не виявлено. Зміст його в білій речовині головного мозку перевищує таке в сірій речовині. наблюдается между 10 м и 14 м днями постнатального развития, т.е. У онтогенезі мишей максимальний вміст GFA спостерігається між 10 м і 14 м днями постнатального розвитку, тобто збігається за часом з періодом мієлінізації і піком диференціювання астроцитів. Молекулярна маса білка становить 40-54 кД. Гліальна локалізація цього білка також дозволяє використовувати його як «маркерний» білок для цих клітин.

неизвестны. Функції а _{2-глікопротеїну} і білка GFA невідомі.

Що стосується білків мікроглії, то слід мати на увазі участь цих клітин в побудові мієліну. Багато з білків мієліну, виявлені в мікроглії.

У глії представлені також багато рецепторні і ферментні білки, що беруть участь у синтезі вторинних месенджерів, попередників нейромедіаторів та інших регуляторних сполук, які можуть бути віднесені до нейроспецифічних.

8. ІНТЕНСИВНІСТЬ МЕТАБОЛІЗМУ БІЛКІВ У різних відділів нервової системи

Сучасне уявлення про динамічному стані білків в нервовій тканині було встановлено завдяки застосуванню ізотопів А.В. Палладіним, Д. Ріхтером, А. лайтів та іншими дослідниками. . Починаючи з кінця 50 х і протягом 60 х років при вивченні метаболізму білка використовувалися різні попередники їх біосинтезу, мічені С, Н, S. При цьому було показано, що білки та амінокислоти в головному мозку дорослої тварини метаболіруют, загалом, більш інтенсивно, ніж в інших органах і тканинах.