Biochemie nervové soustavy Pavla Balínová
Osnova semináře: Struktura a chemické složení nervové tkáně Energetický metabolismus nervové tkáně Mozkomíšní mok (likvor) Synaptický přenos nervového vzruchu Neurotransmitery acetylcholin Neurotransmitery - biogenní aminy (katecholaminy, GABA, histamin, serotonin) Neurotransmitery aminokyseliny (Gly, Glu, Asp) Neurotransmitery peptidy (endogenní opioidy, substance P, angiotensin II,...)
Struktura nervové tkáně Nervová tkáň je složena z následujících typů buněk: neurony neuroglie (astrocyty, oligodendrocyty, ependym) Obrázek byl převzat z www.enchantedlearning.com
Chemické složení nervové tkáně Lipidy vysoký obsah lipidů (až 50%) komplexní lipidy (glycerofosfolipidy, sfingofosfolipidy, cerebrosidy, gangliosidy) neesterifikovaný cholesterol Proteiny- tvoří asi 40% sušiny Na + /K + ATPáza receptorové proteiny v synapsích Sacharidy 0,1% glykogenu v mozku
Energetický metabolismus nervové tkáně Mozek spotřebuje 25% celkové Glc a 20 % celkového množství kyslíku mozek je schopen utilizovat ketolátky během déletrvajícího hladovění nízká zásoba glykogenu Metabolismus astrocytu glykolýza: Glc laktát + 2 ATP glutamát glutaminový cyklus: Glu Gln Metabolismus neuronu laktát pyruvát acetyl-coa CKC ATP syntéza neurotransmiterů
Mozkomíšní mok (likvor) je bezbarvá tekutina produkovaná buňkami v plexus chorioideus a to ultrafiltrací krevní plazmy likvor se vyskytuje v subarachnoidálním prostoru a ventrikulárním systému okolo a uvnitř mozku a prodloužené míchy Funkce likvor zajišťuje mechanickou a imunologickou ochranu mozku uvnitř lebky a vykazuje též homeostatickou funkci (udržování hladin iontů, ph, osmolarity, odstranění produktů metabolismu)
Mozkomíšní mok (likvor) Složení likvoru množství 135 150 ml složení likvoru se obmění asi 3,7x denně (500 600 ml) Referenční meze vybraných parametrů v likvoru: ph 7,28 7,32 osmolarita 280 300 mosmol/l Na + 135 150 mm K + 2,6 3,0 mm Cl - 115 130 mm (vyšší než v plasmě) Ca 2+ 1,0 1,4 mm (odpovídá asi 50 %) Glc 2,2 3,9 mm (odpovídá asi 60 %) proteiny 0,15 0,4 g/l
Mozkomíšní mok (likvor) Odběr likvoru obvykle prováděn lumbální punkcí Analýza likvoru: proteiny Glc buňky (ery, leu, baktérie) diagnóza subarachnoidálního krvácení a infekce CNS (meningitida)
Synaptický přenos nervového vzruchu Když změna akčního potenciálu dosáhne presynaptickou membránu otevření napětově řízených Ca 2+ kanálů exocytóza váčků naplněných neurotransmiterem synaptická štěrbina neurotransmiter se váže na receptor na postsynaptické membráně Obrázek byl převzat z www.click4biology.info
Neurotransmitery - biogenní aminy primární aminy (monoaminy) jsou získávány dekarboxylací určitých aminokyselin mají rozmanité funkce v organizmu Příklady: Dekarboxylace tyrozinu produkuje katecholaminy Dekarboxylace glutamátu GABA (γ-aminobutyrát) Dekarboxylace histidinu histamin Dekarboxylace tryptofanu serotonin
Neurotransmitery Acetylcholin (Ach) je syntetizován v cytosolu axonálních zakončení substráty: acetyl-coa + cholin enzym: acetylcholintransferáza Ach je umístěn ve váčcích 2 typy acetylcholinových receptorů na postsynaptické membráně: nikotinový receptor (ionotropní) muskarinový receptor (metabotropní) degradace: v synaptické štěrbině enzymem acetylcholinesterázou (AChE): Ach cholin + acetát
Neurotransmitery Katecholaminy (dopamin, adrenalin, noradrenalin) Katecholaminy jsou syntetizovány hlavně v chromafinních buňkách dřeně nadledvin a postgangliových vláknech sympatiku Dopamin je produkován buňkami v mozkovém kmeni: v substantia nigra a ventrální tegmentální oblasti Receptory pro katecholaminy: noradrenalin: alfa 1, 2; beta 1, 2, 3 receptory dopamin: D1, D2, D3, D4, D5 receptory
Syntéza katecholaminů C C H 1. COO- C C H 2. HO COO- HO C C H COO- H H2 H2 2 NH 3 + NH3 + NH3 + HO Phenylalanin Tyrosin 3,4 DihydrOxyPhenylAlanin (DOP 3. HO HO H H 2 C C OH NH CH 3 5. HO HO H H 2 C C OH NH 3 + 4. HO HO C H 2 H 2 C + NH 3 + CO 2 Adrenalin Noradrenalin Dopamin
Degradace katecholaminů zpětné vychytávání (reuptake) do presynaptického neuronu aktivním transportem volný noradrenalin je inaktivován enzymem monoaminoxidázou (MAO) v mitochondriích extraneurální zpětné vychytávání (srdce, žlázy, hladké svalstvo) katecholaminy jsou degradovány enzymem katechol-omethyltransferázou (COMT) a MAO kyselina vanilmandlová moč dopamin kyselina homovanilová moč
Neurotransmitery - GABA (gama-aminobutyrová kyselina) nejdůležitější inhibiční neurotransmiter v mozku syntéza: GABA shunt (= odbočka Krebsova cyklu) v CNS, prodloužené míše, mozkové kůře a mozečku
Neurotransmitery - Histamin je produkován dekarboxylací His v bazofilech a žírných buňkách účinkuje v imunitní odpovědi organismu a jako neurotransmiter zvyšuje permeabilitu kapilár Obrázek byl převzat z http://www.sbuniv.edu/~ggray/che3364/b1c25out.html
Neurotransmitery - Serotonin = 5-hydroxytryptamin silný vasokonstrikční účinek v hladkém svalstvu je syntetizován z Trp ovlivňuje náladu, bolest a chuť k jídlu nízké hladiny serotoninu jsou spojovány s některými druhy depresí
Neurotransmitery aminokyseliny Glycin (Gly) Glycin (Gly) je syntetizován ze serinu inhibiční neurotransmiter v mozkovém kmeni a prodloužené míše (Gly otevírá Cl - kanály) je degradován na oxalát Obrázek byl převzat z http://themedicalbiochemistrypage.org/amino-acid-metabolism.html#glycine
Neurotransmitery aminokyseliny Glutamát Glutamát (Glu) je hlavním excitačním neurotransmiterem v CNS 3 typy ionotropních glutamátových receptorů v postsynaptických neuronech: kainátový receptor 2-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxalonpropionové kyseliny (AMPA) receptor N-methyl-D-aspartátový (NMDA) receptor glutamát-glutaminový cyklus je důležitým metabolickým procesem v CNS
Obrázek byl převzat z učebnice: J.Koolman, K.H.Röhm/Color Atlas of Biochemistry, 2 nd edition, Thieme 2005
Neurotransmitery peptidy Endogenní opioidy endorfiny, enkefaliny, dynorfiny jsou endogenní opioidní peptidy váží se na opioidní receptory v nervovém systému a dalších tkáních silný analgetický účinek a tlumení kašlacího reflexu opioidní receptory plní mnoho důležitých rolí v mozku a periférii modulace bolesti, plní rozmanité funkce v kardiovaskulárním systému a trávicím traktu
Syntéza endogenních opioidů Endogenní opioidy jsou peptidy syntetizované z proopiomelanokortinu (POMC) v nervové tkáni. POMC byl izolován z hypothalamu, hypofýzy, nadledvin a placenty sekrece opioidů je fluktující a individuální (zvyšuje se během pracovního výkonu a fyzického cvičení) Obrázek byl převzat z http://www.porodnici.cz/endogenni-opioidy-a-modulace-porodni-bolesti
Výskyt endogenních opioidů v CNS Endorfiny jsou produkovány hypofýzou a hypotalamem během fyzické aktivity, milostného aktu a orgasmu, tlumí bolest - vykazují nejvyšší afinitu k μ1-opioidním receptorům μ-opioidní receptory jsou receptory, přes něž působí morfin Enkefaliny jsou pentapeptidy účastnící se vnímání tupé bolesti (nocicepce) - vyskytují se bazálních gangliích a limbickém systému Dynorfiny byly nalezeny v substantia nigra a v zadním laloku hypofýzy