Аминокислотный состав головного мозга

Концентрация аминокислот в мозге определяется транспортом их в мозг и из мозга, скоростью метаболических превращений (биосинтез белка и катаболизм). Прежде всего происходит транспорт через гематоэнцефалический барьер (далее-ГЭБ), локализованный в эндотелии мозговых капилляров, затем осуществляется транспорт из внеклеточной жидкости в клетки мозга, а далее – в субклеточные органеллы. Системы активного транспорта аминокислот являются энергозависимыми [13].

Проникновение аминокислот из мозга в кровь зависит от химической структуры и наличия полярных групп в молекуле. Аминокислоты «соревнуются» за преимущественное право пересекать ГЭБ. ГЭБ проходят практически все незаменимые аминокислоты, однако исследования о проницаемости именно D-АК через ГЭБ несовершенны и требуют дополнительного изучения. В мозге млекопитающих были идентифицированы D-аланин, D-лейцин, D-пролин и D-глутамат, D-серин, D-аспартат. Концентрация D-пролина + D-лейцина находится на четвертом месте после D-серина, D-аспартата и D-аланина.

Различные D-АК также найдены в сыворотке крови, моче, ЦСЖ, амниотической жидкости человека (наибольшие концентрации в моче, наименьшие – в амниотической жидкости и ЦСЖ).

Состав пула свободных аминокислот при нормальных условиях и даже при некоторых патологических состояниях достаточно стабилен и характерен для мозга.

Аминокислотный фонд мозга человека составляет в среднем 34 мкмоль на 1 г ткани, что примерно в 8-10 раз выше их концентрации как в плазме крови, так и в спинномозговой жидкости. Без пополнения извне пул свободных аминокислот довольно быстро истощается. Так, количество аминокислот, которое используется для синтеза белков мозга, нейропептидов и нейромедиаторов в течение 30 мин, равно общему церебральному пулу большинства свободных аминокислот. Активность систем транспорта аминокислот, так же как и состав их пула, изменяется в процессе развития мозга. Аминокислоты проникают в мозг молодых животных быстрее и достигают более высоких концентраций, чем у взрослых. Помимо нейронально-глиального транспорта аминокислот в последние годы установлена возможность перемещения свободных аминокислот от проксимального к дистальному концу нейрона. Аминокислоты широко используются для синтеза многих белков, пептидов, нейромедиаторов и других биологически важных соединений. Некоторые аминокислоты сами служат нейромедиаторами. Существует пространственная разобщенность отдельных ступеней метаболизма аминокислот (метаболическая компартментализация), которая создает условия для пространственного разобщения энергетического метаболизма и не связанных с энергетикой функций и превращений аминокислот. Нарушения, особенно генетические, в энзиматической системе метаболизма аминокислот часто имеют тяжелые неврологические последствия. Дезорганизация транспорта аминокислот в других органах часто также сопровождается неврологическими расстройствами. Постоянство суммарного аминокислотного пула головного мозга сопровождается неоднородным их распределением в разных отделах мозга. Это отражает морфологическую, физиологическую

и функциональную гетерогенность этого органа. Наиболее неравномерно распределены аминокислоты, выполняющие функцию нейротрансмиттеров (глутаминовая кислота, таурин, ГАМК, глицин и др.).

Говоря о метаболизме нервной ткани, необходимо добавить, что существуют метаболические компартменты. Значение метаболических компартментов состоит в пространственном отделении биосинтетических процессов от тех метаболических путей, которые строго контролируются энергетическими нуждами. Это явление характерно именно для нервной ткани, которая отличается большой функциональной гетерогенностью составляющих ее элементов, большой долей крупных и средних клеток с разнообразными системами органелл и большой протяженностью отростков нервных клеток, что затрудняет возможность смешивания метаболитов.

Принято считать, что в нервной ткани и головном мозге основная роль принадлежит L-аминокислотам, однако некоторые D-АК присутствуют в тканях ЦНС млекопитающих и в периферических тканях в неожиданно высоких концентрациях, иногда в более высоких, чем их L- энантиомеры. Интересным фактом является выявление заболеваний ЦНС, которые сопровождаются изменением концентраций тех или иных D-АК [4].