Биосинтез в нервной ткани
Образование гамма-аминомасляной кислоты происходит непосредственно в нейронах. Непосредственным и единственным предшественником медиатора является глутаминовая кислота (глутамат).
Процесс представляет собой реакцию декарбоксилирования (отщепления молекулы $CO_2$ от аминокислоты). Катализирует эту реакцию специфический фермент — глутаматдекарбоксилаза (ГДК). Для полноценной работы этого фермента абсолютно необходим кофермент пиридоксальфосфат (ПАЛФ), который является активной формой витамина $B_6$. Любой дефицит витамина $B_6$ неминуемо сказывается на скорости выработки тормозного медиатора, что ведет к преобладанию процессов возбуждения в нервной системе.
Инактивация и ГАМК-шунт
После того как медиатор выполнил свою физиологическую функцию, он должен быть инактивирован. Этот процесс в биохимии получил название ГАМК-шунт. Он протекает в два последовательных этапа, обеспечивая не только утилизацию молекулы, но и возврат её углеродного скелета в энергетический обмен клетки.
- Трансаминирование. Молекула взаимодействует с $\alpha$-кетоглутаратом ($\alpha$-КГ). Аминогруппа переносится на кетокислоту, в результате чего образуются янтарный полуальдегид и новая молекула глутамата. Реакцию ведет фермент ГАМК-трансаминаза, который, как и фермент синтеза, строго зависим от кофермента ПАЛФ ($B_6$).
- Окисление. Янтарный полуальдегид подвергается окислению при участии фермента дегидрогеназы янтарного полуальдегида. В итоге образуется сукцинат (янтарная кислота), который напрямую включается в цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) для дальнейшей выработки энергии.
Клиническое применение и проблема ГЭБ
В медицинской практике препараты на основе ГАМК (например, Аминалон или Гаммалон) относятся к группе ноотропов. Они назначаются при патологиях, сопровождающихся резким, неконтролируемым возбуждением коры головного мозга — при эпилепсии, черепно-мозговых травмах и инсультах, когда нарушен хрупкий баланс между торможением и возбуждением.
Положительный эффект препаратов заключается в следующем:
- Улучшение общего метаболизма мозговой ткани.
- Повышение утилизации глюкозы нервными клетками.
- Усиление дыхательной активности нейронов (мощный антигипоксический эффект).
Важный фармакокинетический нюанс: сама по себе молекула ГАМК крайне плохо преодолевает гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Поэтому клинический эффект экзогенной (введенной извне) кислоты чаще всего объясняют косвенным улучшением мозгового кровообращения и периферического метаболизма. Для прямого воздействия на рецепторы ЦНС фармакологи синтезировали специальные производные, которые легко проникают через ГЭБ — такие как фенибут или пикамилон.
Коротко: ответы на вопросы по теме
На какие классы рецепторов воздействует ГАМК в центральной нервной системе?
В центральной нервной системе ГАМК воздействует на рецепторы, которые подразделяются на несколько типов. Основным примером тормозных рецепторов являются ГАМК-рецепторы типа А ($ГАМК_А$-рецепторы).
- $ГАМК_А$-рецепторы — рецепторы ионотропного типа, которые напрямую связаны с анионными (хлорными) каналами.
- Другие типы — в источниках упоминается, что ГАМК-рецепторы подразделяются на несколько типов, но подробно описан только тип А.
Каков молекулярный механизм развития тормозного постсинаптического потенциала под действием ГАМК?
Молекулярный механизм развития торможения реализуется по ионотропному пути.
Алгоритм действия:
- Взаимодействие ГАМК с белками-рецепторами.
- Открытие анионных (хлорных) каналов, с которыми напрямую связан рецептор.
- Ток внутрь постсинаптической клетки отрицательных ионов хлора ($Cl^-$) по градиенту концентрации.
- Развитие гиперполяризации постсинаптической мембраны.
- Усиление тормозных процессов (торможение соответствующей клетки).
Витамин B6 — «ключ» к торможению: он нужен как для создания ГАМК (ГДК), так и для её распада (трансаминаза).
Вопросы с занятий и экзамена
Из какого вещества синтезируется ГАМК?
Единственным предшественником является аминокислота глутамат (глутаминовая кислота).
Какой кофермент участвует в обмене ГАМК?
Пиридоксальфосфат (активная форма витамина B6). Он выступает коферментом как для глутаматдекарбоксилазы, так и для ГАМК-трансаминазы.
Каким образом ГАМК-шунт связан с энергетическим обменом?
В процессе инактивации ГАМК образуется янтарный полуальдегид, который окисляется до сукцината. Сукцинат является субстратом цикла трикарбоновых кислот (ЦТК), где сгорает с выделением энергии.
Почему при лечении инсультов часто назначают не саму ГАМК, а её производные?
Чистая кислота имеет очень низкую проницаемость через гематоэнцефалический барьер. Производные (например, фенибут) легко проходят ГЭБ и оказывают прямое ноотропное действие.
Что ещё разобрать по теме
- Механизм реакции декарбоксилирования глутамата
- Специфичность фермента глутаматдекарбоксилазы (ГДК)
- Роль сукцината в цикле трикарбоновых кислот
- Особенности строения гематоэнцефалического барьера
- Механизм действия ноотропных препаратов при гипоксии
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Гамма-аминомасляная кислота» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Обмен аминокислот»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.