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    腦的谷氨酸代謝與功能

    關鍵詞: 腦 谷氨酸來源: 互聯網

    佚名 ?

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    腦的游離氨基酸組成與血漿有很明顯的差別,這是由于血腦屏障的特點和腦本身氨基酸代謝特點造成的。腦和血漿中某些游離氨基酸的含量對比如表14-3。?

    表14-3 人腦和血漿中某些游離氨基酸的含量

    氨基酸 血漿
    ? 微克分子/克 微克分子/毫升
    谷氨酸 10.6 0.05
    N-乙酰天門冬氨酸 5.7 -
    谷氨酰胺 4.3 0.7
    γ-氨基丁酸 2.3 -
    天門冬氨酸 2.2 0.01
    色氨酸 0.05 0.05

    由表14-3可見,腦中游離氨基酸以谷氨酸(Glu)含量最高,它比其在血漿中的濃度要高出200倍以上。谷氨酸、谷氨酰胺(Gln)和γ?氨基丁酸(GABA)三者含量總和約占腦中游離氨基酸總量的一半。所以,在腦的氨基酸代謝中,谷氨酸占有重要位置。

    然而,谷氨酸難以通過血腦屏障,腦內谷氨酸來源于自身的合成,同位素示蹤實驗表明腦內谷氨酸合成的原料是葡萄糖,它來自血糖。葡萄糖進入腦細胞后先轉變成α-酮戊二酸(α-KG),后者可在谷氨酸脫氫酶的催化下轉變成谷氨酸,亦可經轉氨基作用生成谷氨酸,一般認為后一途徑更切合實際,因為谷氨酸脫氫酶(GDH)催化逆反應時K?mNH4+為8mM,遠高于細胞內氨之濃度。谷氨酸在谷氨酰胺合成酶的作用下與氨結合成為谷氨酰胺,這是一個耗能反應(消耗ATP),腦中谷氨酰胺合成酶的活性強,其K?mNH4+僅為0.39mM。所生成的谷氨酰胺,與谷氨酸不同,可以通過血腦屏障而進入血中,這樣,腦組織從血中攝入葡萄糖,通過代謝,還血液以谷氨酰胺,清除了腦中的氨,以免氨的積存危害腦的功能。

    圖14-1 腦中谷氨酸代謝與氨的消除

    腦中谷氨酸代謝的另一個特點是脫羧生成γ-氨基丁酸(又名γ-氨酪酸GABA),催化此反應的酶是谷氨酸脫羧酶(GAD),它需要磷酸吡哆醛作輔酶。GABA是一種抑制性的神經遞質,僅見于中樞神經系統。腦內GABA主要貯于灰質,特別是紋狀體、黑質、小腦的齒狀核等處。

    GABA對中樞神經元有普遍性抑制作用。1963年曾有人提出,GABA能作用于突觸前神經末梢,減少興奮性遞質的釋放,從而引起抑制。這種效應稱為突觸前抑制(presynaptic inhibition)。GABA在脊髓中的作用就是以突觸前抑制為主。在腦內則GABA主要是引起突觸后抑制(postsynaptic inhibition)。睡眠時皮層釋放GABA增多,因此有人認為GABA可能與睡眠、覺醒的生理機能有關。

    圖14-2a 腦中TCA循環和GABA代謝旁路

    圖14-2b GAD和GABA-T的作用

    在神經元胞體和突觸(synapse)的線粒體內含有大量的γ-氨基丁酸轉氨酶(GABA-T),它可催化GABA與α?酮戊二酸之間的轉氨作用,生成琥珀酸半醛(succinic acid semialdehyde)和谷氨酸。這可看作是GABA滅活的一種方式。GABA-T也是需要磷酸吡哆醛作輔酶,但與GAD比較,它同磷酸吡哆醛的親和力大,所以當體內維生素B6缺乏時,主要影響GAD的活性。例如,使用異煙肼治療結核病時,由于異煙肼能與維生素B6(吡哆醛)結合成異煙腙(isoniazone),加速維生素B6從尿中排泄,引起腦組織內維生素B6濃度下降,GAD活性亦下降,結果GABA的合成受阻,容易使中樞過度興奮而發生抽搐等癥狀。所以長期使用異煙肼時應合并使用維生素B6。此外,臨床上對于驚厥、妊娠嘔吐的病人,也常使用維生素B6,其道理也是提高腦組織內GAD的活性,使GABA生成增多,中樞抑制相對加強。

    圖14-3 GAD與GABA-T的作用最適pH

    GABA經轉氨作用后的產物琥珀酸半醛可脫氫生成琥珀酸,后者進入三羧酸循環而被氧化利用。因此,與腦組織中的三羧酸循環相連系,存在著一條GABA代謝旁路(GABa shunt)。

    谷氨酸脫羧酶與γ-氨基丁酸轉氨酶的協同作用對保持腦中GABA一定濃度有重要意義。兩種酶的最適pH不同,GAD的最適pH為6.5,而GABA-T則為pH8.2。(圖14-3)由此可見,腦細胞內pH稍有變動就可明顯改變這兩種酶的活性對比。當酸中毒時,腦中GAD活性增強而GABA-T活性減弱,可致腦中GABA水平上升,呈現中樞抑制;反之,當堿中毒時腦中GABA-T活性增強而GAD活性減弱,腦中GABA水平下降,易于發生痙攣。

    尚須指出,谷氨酸對神經中樞有興奮作用,而其脫羧產物GABA卻有抑制作用,所以谷氨酸的代謝與中樞的興奮和抑制調節有關。此外,通過GABA代謝旁路,也把腦的氧化代謝與興奮抑制功能聯系起來了。

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