Нервная система

Процессы, протекающие в нервной системе и главным образом в головном мозгу, очень важны для организма и поэтому являются объектом пристального внимания биохимиков. Изучение их составляет одну из наиболее сложных проблем биохимии. Попробуем разобраться, какие химические превращения происходят в самой нервной клетке, или нейроне. Прежде всего для того, чтобы клетка могла работать, чтобы в ней возникло возбуждение, необходима энергия. Конечно, получая питательные вещества - углеводы, жиры и белки, которые, распадаясь, освобождают энергию, нервная клетка могла бы "не заботиться" об источниках энергии. Но характер деятельности нервной клетки таков, что она не может довольствоваться энергией извне. Ей необходимо создавать определенный запас энергии внутри и притом в такой форме, которую можно использовать в нужный момент на необходимом участке с максимальной быстротой. Тут на первый план выступает универсальное хорошо испробованное организмом энергетическое вещество - АТФ - испытанный снабженец, умеющий и запасать, и распределять энергию. Но и этого нервной клетке мало, и она использует еще одного снабженца - креатинфосфат, который выполняет ту же роль, что и АТФ, только в менее крупных масштабах.

Мы уже упоминали, что из всех питательных веществ нервная клетка отдает предпочтенье глюкозе, которая поступает в нее из крови. Чтобы извлечь необходимую энергию из глюкозы, нервная клетка использует два пути: анаэробный - без доступа кислорода и аэробный - с доступом кислорода. Первый путь биологически устаревший, менее выгодный, поэтому в основном нервная клетка (и особенно клетки больших полушарий мозга) пользуется аэробным окислением глюкозы. Анаэробный путь -анаэробный гликолиз - заключается в расщеплении глюкозы на две молекулы молочной кислоты с освобождением энергии. Это очень сложная, многоступеньчатая цепь реакций, в которой участвуют десятки ферментов. Здесь можно различить три основных этапа. На первом этапе глюкоза соединяется с фосфорной кислотой, перестраивается в родственный сахар - фруктозу - и подвергается дальнейшему распаду. Все это называют фосфорилированием глюкозы.

Интересно, что на этапе фосфорилирования энергия не накапливается, а убывает, но глюкоза в результате активируется и как бы подготавливается к получению энергии в дальнейшем. На втором этапе - окислительно-восстановительном - образуется богатое энергией соединение - дифосфоглицерат. И, наконец, в результате третьего этапа образуется АТФ.

В чем же смысл анаэробного гликолиза? В том, что на первом этапе используются две молекулы АТФ, а в конце образуются четыре молекулы той же АТФ; чистый "доход" клетки - две молекулы АТФ. Но аэробное окисление глюкозы гораздо выгоднее. Здесь глюкоза окисляется до конечных продуктов дыхания СО₂ и Н₂О. Но если при гликолизе образуются две молекулы АТФ, то в результате дыхания возникает 38 молекул АТФ, т. е. в 20 раз больше. Не удивительно, что для нервной клетки основной способ добывания энергии - аэробное окисление глюкозы. Оба способа - анаэробный и аэробный - идут совершенно одинаково до образования пировиноградной кислоты. Здесь пути расходятся - анаэробный ведет в тупик - к образованию молочной кислоты; аэробный - к конечным продуктам дыхания - СО₂ и Н₂О.

Преимущество аэробного пути заключается еще в его универсальности. Цепь химических превращений на этом пути намного сложнее, чем при анаэробном гликолизе. Но превращения таковы, что образующиеся промежуточные продукты - пировиноградная и уксусная кислоты - возникают не только при окислении углеводов, но и жиров и частично аминокислот (т. е. продуктов расщепления белков). Пользуясь этим испытанным универсальным механизмом, который действует в нашем организме повсеместно, нервная клетка ведет свое химическое хозяйство. С его помощью клетка накапливает энергию, необходимую ей для того, чтобы отвечать на действие раздражителей, про- водить нервные импульсы и передавать их на мышцы, железы или на другую нервную клетку. Этот механизм очень сложен, в центре его находится круг реакций - цикл Кребса, который можно себе представить как вертящееся зубчатое колесо, от которого поминутно отлетают и снова восстанавливаются химические кончики зубцов в виде молекул СО₂. Ключевым веществом цикла Кребса является пировиноградная кислота, которая, окисляясь, теряет один углерод (в ней всего три углерода) и образует активную уксусную кислоту, содержащую всего два атома углерода. Все главные пищевые вещества - углеводы, жиры и белки, - распадаясь, в конце концов образуют уксусную кислоту. И так как реакции ее образования обратимы, то возникает возможность перехода этих веществ друг в друга. Например, углеводов в жиры, что очень важно для понимания причин ожирения.

Активная уксусная кислота, или ацетилкофермент А, представляет собой соединение остатка уксусной кислоты с нуклеотидом. Ацетилкофермент А богат энергией. Он открывает цикл Кребса, отдавая свой ацетил с двумя углеродами на соединение с кислотой, содержащей четыре атома углерода. В результате образуется лимонная кислота - цитрат, содержащий шесть углеродов. Эта кислота отдает затем один углерод в виде CO₂. Образующаяся кислота с пятью углеродами опять-таки выделяет СО₂, в результате чего возникает кислота с четырьмя углеродами, которая после ряда превращений замыкает круг, соединяясь с ацетилом, и т. д.

Такова простейшая схема цикла Кребса, который в действительности представляет очень сложную цепь химических реакций с вовлечением различных соединений и участием многих ферментов. На одном из этапов цикла образуется и вездесущая АТФ. В результате энергетический доход одного цикла составляет 12 молекул АТФ.

Заметим, что ацетилкофермент А полезен нервной клетке и в другом отношении. Это он, соединяясь частью своей молекулы с холином, образует тот ацетилхолин, который является основным химическим передатчиком (медиатором) нервного возбуждепия^*.

^*(Процессы образования, освобождения и разрушения ацетилхолина в организме детально изучены американским биохимиком Д. Нахмансоном.)

Первые исследования химического состава головного мозга проводились на мозге в целом. Они не привели к желаемым результатам: от внимания исследователей ускользали многие особенности его химического состава. Изучение же отдельных частей мозга показало, что участки головного мозга, выполняющие различные функции, отличаются не только по своему химическому составу, но также по характеру и интенсивности протекающих в них биохимических процессов:

Уже с давних времен анатомы и гистологи выявили сложную клеточную структуру головного мозга. Было установлено, что в нервной ткани содержатся самые крупные клетки нашего тела - нейроны. Объем нейрона может в 100 раз превышать объем эритроцита. Благодаря большому количеству отростков нервные клетки обладают огромной поверхностью и, кроме того, тесно связаны с многими тысячами таких же клеток. Физиологи выявили поразительное многообразие функций мозга. Изучение химического состава отдельных участков головного мозга позволило составить его своеобразную биохимическую топографию.

Ученые, изучавшие процессы обмена вещества в живом организме, стремились найти возможность пометить химическое вещество и, пользуясь меткой, проследить его судьбу, выяснить промежуточные звенья всех химических реакций. Благодаря открытию радиоактивных изотопов осуществилась мечта ученых иметь в своем распоряжении меченые молекулы. Такие молекулы по своим химическим и физическим свойствам не отличаются от природных веществ, входящих в состав тканей. Их превращения в живом организме происходят так же, как и у обычных немеченых частиц. Это замечательное открытие дает совершенно новые перспективы для научных исследований в биохимии нервной системы.

В деятельности нервной системы, как и во всех без исключения функциях живого организма, решающая роль принадлежит белкам, которые обладают исключительной химической активностью. Чтобы проследить за превращением белковых веществ в нервной системе живого организма при различных ее состояниях, советские ученые использовали аминокислоты, из которых построены белки. Радиоактивная (меченая) аминокислота, введенная в тело животного, используется для образования белковых веществ, в частности белков головного мозга. После этого можно определить, как быстро включается меченая аминокислота в белки разных отделов мозга, т. е. получить представление о скорости обновления белков, их синтеза и распада.

Оказалось, что обмен белков протекает интенсивнее в тех отделах головного мозга, функции которых наиболее сложны, а именно, в коре больших полушарий. Причем возбуждение центральной нервной системы влечет за собой ускорение химических превращений белков в головном мозге. Наименее активно обмен белков идет в периферических нервах, которые выполняют роль проводников нервного возбуждения.

И еще одну интересную особенность удалось выяснить в процессе этих исследований: интенсивность обмена белков в центральной нервной системе уменьшается с возрастом животных.

Таким образом, мы видим, что белки играют чрезвычайно важную роль в функции центральной нервной системы, особенно ее высших отделов. Это подтверждают и другие исследования, показавшие, что из всех органических фосфорных соединений, которыми так богата ткань мозга, наиболее быстро обновляются, т. е. наиболее интенсивно участвуют в процессе обмена веществ, соединения фосфорной кислоты с белками - фосфопротеины.

Интенсивный обмен белков означает интенсивный обмен аминокислот. Поэтому глютаминовая кислота с успехом применяется для лечения эпилепсии. Хотя глютаминовая кислота - заменимая аминокислота, т. е. может синтезироваться в организме, очевидно, ее не всегда бывает достаточно, так как прием этой кислоты помогает при психических и других болезнях. Она может обезвреживать некоторые лекарственные вещества и, возможно, способствует дыханию мозга. Интересно, что, кроме глюкозы, глютаминовая кислота - единственное вещество, которое интенсивно окисляют ферменты мозга. В мозговой ткани также содержится фермент, превращающий глютаминовую кислоту в гамма-аминомасляную кислоту. Это вещество обладает рядом интересных свойств, в том числе способностью тормозить электрическую активность центральной нервной системы. Возможно, что гамма-аминомасляная кислота может служить медиатором, т. е. веществом, переносящим возбуждение в центральной нервной системе. Ученые предполагают, что глютаминовая кислота участвует в процессе возбуждения, а гамма-аминомасляная кислота - в процессе торможения.

Другая особенность мозга и нервов - высокое потребление кислорода (почти 20% всей потребности организма). При этом обмен веществ мозга зависит почти исключительно от глюкозы, что отличает мозг от всех ос тальных органов, которые могут заменить глюкозу другими веществами. Понятно, почему снижение содержания глюкозы в крови сейчас же отражается на работе мозга.

Действительно, мозг дышит во много раз интенсивнее, чем все другие органы, он тратит кислорода в 20 раз больше, чем неработающая мышца. Такая расточительность простительна мозгу - верховному распорядителю всех процессов (в том числе и химических превращений), совершающихся в нашем теле. И все же он подвластен законам химии, как и все другие органы. Если мозг раздражать электрическим или химическим путем, то в какие-то доли секунды в нем повышается потребление таких аккумуляторов энергии, как АТФ и креатинофосфата. А наркоз успокаивает мозг, замедляет его дыхание и уменьшает трату соединений, богатых энергией.

Основная работа мозга и нервов заключается в передаче и сохранении различных сигналов. Нейрон отличается высоким содержанием калия и низким уровнем натрия. Следовательно, с внешней стороны оболочки (мембраны) нейрона калия значительно меньше. Это различие и создает уже в состоянии покоя разность электрических потенциалов. Для натрия мембрана нервной клетки почти непроницаема. При возбуждении непроницаемость мембраны для натрия резко повышается почти в 500 раз. Ионы натрия устремляются из наружной среды внутрь клетки и сообщают мембране противоположный заряд. Так возникает потенциал действия: электрический ток, возбуждая соседние клетки, ведет к развитию в них такого же процесса - происходит распространение волны возбуждения, т. е. нервного импульса^*. Но вот наступает кратковременный отдых (восстановительный период), и обмен веществ уподобляется "натриевому насосу" - как бы выкачивает ионы натрия из клетки и тем самым восстанавливает равновесие.

^*(Как показал советский ученый Г. М. Франк; распространению импульса соответствует ритмическое вспухание нервного волокна, что можно уловить специальными методами исследования.)

Нервная клетка - основная рабочая единица мозга и нервной системы человека. Ее главное назначение - воспринять раздражение^*, провести нервные импульсы и передать их другой нервной клетке или клеткам исполнительных органов - мышц, желез. Передача нервного раздражения происходит в местах соприкосновения нервных клеток, называемых синапсами, с помощью специальных веществ. Самым распространенным из химических передатчиков, как уже говорилось, является ацетилхолин. Нервная клетка сама вырабатывает ацетилхолин, затрачивая на это немало энергии. Ацетилхолин накапливается в окончаниях нервных клеток в виде мелких пузырьков и при раздражении (в момент возникновения нервного импульса) выбрасывается в щель синапса маленькими порциями. Некоторые ученые полагают, что процесс выделения происходит непрерывно, а нервный импульс только ускоряет выбрасывание порций ацетилхолина. Но как только это вещество передаст возбуждение., фермент холинэстераза разрывает его молекулу на две части: холин и уксусную кислоту. Нервная клетка использует освободившийся холин для синтеза новых порций ацетилхолина.

^*(Раздражители могут быть вне или внутри организма. Действие раздражителей воспринимают особые образования - рецепторы (от латинского "рецилере" - воспринимать), в качестве которых выступают свободные нервные окончания или специальные образования. Простейший акт, который осуществляет мозг, - рефлекс - заключается в ответной деятельности организма. Нервная система организует эту деятельность, передавая возбуждение от рецептора по центростремительным путям к центральной нервной системе, а затем по центробежным путям к рабочему органу - эффектору, т. е. к мышцам и железам.)

Существует мнение, что эти процессы протекают не без участия витамина B₁, который может угнетать холинэстеразу и, наоборот, усиливать действие фермента, синтезирующего ацетилхолин.

Казалось бы, непонятно, почему холинэстераза разрушает ацетилхолин тотчас после того, как он сработал? Очевидно, все дело заключается в том, что ацетилхолин обладает необычайной биологической активностью. Вот пример: капнем раствором, в котором одна часть ацетилхолина разведена миллиардом частей воды, на изолированное сердце лягушки - оно тотчас же среагирует сокращением. Что бы произошло, если бы холинэстераза не разрушала ацетилхолин тотчас же? В этом случае его захватила бы кровь и, разнеся по всем органам, дезорганизовала бы их работу.

Помимо ацетилхолина существуют и другие химические передатчики нервного импульса. Большое значение имеют гормоны надпочечников - адреналин и особенно норадреналин. Норадреналин - главный медиатор окончаний симпатических нервов, но он способствует передаче возбуждений и в головном мозге. Физиологи предполагают, что медиаторами могут служить и другие вещества, среди которых серотонин и гистамин. Выявление химической природы медиаторов очень важно и для медицины. Познав их строение, можно создавать лекарственные вещества, действующие на нервную систему.

Одной из чудесных особенностей мозга - память. Как мы запоминаем номера телефонов или, что гораздо непонятнее, эпизоды далекого детства? Лев Толстой, например, утверждал, что помнил свою мать еще с шестимесячного возраста. Может ли химия помочь расшифровать эту необычайную способность нашего мозга?

Известно, что нуклеиновые кислоты и белки способны хранить информацию. Ни одно, ни другое из известных нам веществ не обладает этим свойством. Так, дезоксирибонуклеиновая кислота - ДНК - передает из поколения в поколение наследственные признаки, т. е. она является хранителем генетической памяти.

Огромная информационная емкость нуклеиновых кислот позволила ученым предположить: не имеют ли они отношения к хранению индивидуального опыта - памяти? Первые наблюдения были проведены на червях планариях. Эти черви обладают высокой способностью к регенерации. Разрезанные пополам и даже на более мелкие части, они заново вырастают в целую особь.

Американские исследователи Корнинг и Джон обратили внимание, что разрезание планарий не влияет на сохранение приобретенных ими ранее навыков и форм поведения. Причем "память" сохраняется независимо от того, восстановилась ли новая особь из головной или хвостовой части тела. Так было в обычных условиях. Но ученые изменили условия эксперимента. Они разрезали планарии и помещали их в воду, в которую добавляли небольшое количество фермента рибонуклеазы, разрушающего рибонуклеиновую кислоту - РНК. И тогда планарии, регенерировавшие из хвостовых частей, теряли прошлый опыт, а особи, выросшие из головной части, его сохраняли. Таким образом, рибонуклеаза в одном случае разрушала "молекулы памяти" - РНК, в другом же эти молекулы, находящиеся в головной части, оказались устойчивыми к действию фермента.

Получив такие обнадеживающие результаты в опытах на низших организмах, исследователи обратились к высокоорганизованным животным. Они стали изучать следы прошлого опыта у млекопитающих. Известный шведский ученый Хиден разработал методику изъятия из мозга животных отдельных нервных клеток и определения в них количественного и качественного состава РНК. Этот удивительно тонкий метод позволил ученому установить ряд интересных фактов. Опыты проводились на крысах. Животных обучали определенным формам поведения: передвигаться по натянутой проволоке, доставать передней лапой пищу из узкой трубки. Оказалось, что в нервных клетках, участвующих в выработке вновь приобретенных навыков, заметно увеличивалось количество РНК. Так, если животное умело передвигалось по проволоке, количество ее (РНК) увеличивалось в скоплении нервных клеток, регулирующих работу вестибулярного аппарата. При обучении крыс умению доставать лапой пищу из трубки увеличивалось количество РНК в клетках коры головного мозга. Было установлено, что вновь образуемая РНК по химическому составу отличается от той, которая ранее содержалась в нервных клетках животных.

Другие ученые сделали еще одно важное наблюдение: введение в организм животного химических веществ, изменяющих состав РНК, затрудняет выработку условных рефлексов. Если же животному ввести РНК, оно очень быстро приобретает необходимые навыки поведения. Все эти эксперименты убедительно свидетельствуют о том, что РНК участвует в процессах запоминания и хранения памяти.

Новые данные получены в исследованиях советских ученых. Опыты проводились на белых мышах, у которых вырабатывали условный рефлекс бега в Т-образном лабиринте. Опыт заключался в следующем: после звонка мышь должна убежать в безопасное место, иначе она получит электрический удар, так как пол лабиринта был выстлан тонкой проволокой, через которую в нужный момент пропускали ток. У животных появлялся условный рефлекс. Но когда в мозг этим животным вводили рибонуклеазу, разрушающую РНК, то все выработанные рефлексы исчезали. В то же время врожденные формы поведения - рефлексы сосания, отряхивания, лизания - оставались неизмененными. Значит, фермент разрушал только вновь образованную РНК. Все эти факты указывают на непосредственное отношение вновь образованной РНК к выработке условных рефлексов, но не объясняют механизма ее образования.

К разрешению этого вопроса подошли следующим путем: мышам, прежде чем выработать у них условные рефлексы, вводили различные химические вещества, избирательно действующие на обмен нуклеиновых кислот. Оказалось, что эти вещества вызывают резкую задержку формирования условных рефлексов у животных и что к образованию новой РНК имеет прямое отношение ДНК.

Конечно, можно было бы думать, что РНК шифрует, кодирует каким-то образом память, является местом ее хранения. Но для такого вывода пока еще мало прямых доказательств. Ведь можно допустить и то, что РНК только промежуточный этап по пути к другому веществу, кодирующему память. Поэтому более правильно сейчас говорить о том, что РНК имеет непосредственное отношение к процессам запоминания. Это, казалось бы, на первый взгляд скромное заключение на самом деле имеет большое значение. Ведь до последнего времени ученые совершенно не представляли себе, с каким именно материальным веществом связана память.

Ученым еще далеко не все ясно в сложнейших механизмах памяти. Они еще слабо представляют себе, каким образом нервные импульсы влияют на химические процессы в клетке, вызывают синтез молекул РНК, принимающих участие в запоминании. Механизмы процессов запоминания пока не раскрыты, но пробита первая брешь на пути исследования сложнейшего психологического процесса - памяти. И самое главное, что под механизм запоминания и хранения памяти подведена материальная, химическая основа. Возможно, что те, кто уже в наше время начал лечить ослабевшую память введением в организм препаратов РНК (а такие попытки делаются), несколько поторопились^*. Но можно с уверенностью сказать, что не за горами то время, когда будут раскрыты пути преобразования нервных импульсов в биохимические реакции, обеспечивающие синтез не какой-нибудь РНК, а именно той, с которой связана память.

^*(Одним из главных препятствий можно считать трудность в доставке РНК в клетки мозга. Непреодолимые препятствия состоят прежде всего в том, что фермент рибонуклеаза, содержащийся в любой клетке нашего организма, расщепляет РНК.)

Значительный вклад в химию нервной системы внесли А. В. Палладин и его сотрудники, Е. М. Крепс, Г. Е. Владимиров, А. М. Утевский, П. А. Кометиани, Г. X. Бунятян. Отметим несколько ошибок обмена в химии нервной системы. Болезнь Вильсона, или гепатолентикулярная дегенерация (от латинского слова "гепар" - печень и "лентикула" - чечевица). Для этой болезни характерно избыточное накопление меди в тканях мозга, печени, роговице глаз и в почках. Правильнее название: "генато-церебральная (мозговая) дегенерация".

Известно, что медь обладает свойством прочно связываться с ферментным белком-церулоплазмином и нестойко - с альбуминами плазмы крови. При болезни Вильсона количество церулоплазмина уменьшается. Избыток меди переходит в печень, лентикулярные ядра и почки. В результате уровень ее в сыворотке крови снижается, а это в свою очередь вызывает усиленное всасывание меди из кишечника. Возникает порочный круг. Где же ошибка обмена веществ? Возможно, в синтезе неправильной молекулы церулоплазмина. А может быть, в тканях существуют белки - любители меди? Они могут захватывать ее, и тут вступает в силу принцип обратной связи, другими словами, что может повлечь за собой вторичное снижение синтеза церулоплазмина. Веских доказательств пока нет, тем более совсем недавно установлено, что церулоплазмины больного и нормального человека ничем друг от друга не отличаются. Новейшие исследования позволяют предполагать, что при болезни Вильсона имеются генетически предопределенные сдвиги обмена не только меди, но и железа. Было также установлено различие в поведении меди и цинка при лечении этой болезни пенициллином. В изучении болезни Вильсона большой вклад сделал советский ученый Н. В. Коповалов, открывший новые ее формы.

Наследование болезни Вильсона идет по аутосомно-рецессивному типу. При другой болезни - наследственной дегенерации желтого пятна - в крови недавно обнаружено понижение содержания меди, кобальта, и алюминия и повышение содержания марганца. Механизм биохимического повреждения пока не выяснен.

Если говорить о наследственных поражениях нервной системы, то молекулярные основы их чрезвычайно различны. Мы уже упоминали об амавротической идиотии, болезни Гоше и гаргоилизме, ошибки обмена которых лежат для двух первых заболеваний в обмене липидов, а для гаргоилизма - полисахаридов. Умственная отсталость (а следовательно, и поражение мозга) наблюдается и при таком нарушении обмена, казалось бы, чисто углеводного характера, как галактоземия. В связи с этим интересно отметить своеобразный мостик, наведенный недавними исследованиями между хромосомными и генными мутациями.

В 1866 г. английский врач Даун описал болезнь, которую назвал монголоидной идиотией на основании внешнего сходства больных с представителями монгольской расы. Заметим тут же, что это название не отражает сущности заболевания, которое теперь носит по праву наименование болезни Дауна.

Ну и загадку же задал Даун врачам, которые почти целое столетие не могли найти, в чем же причина этой довольно распространенной "поломки" в нервной ткани. Ведь наиболее характерный признак при этом - глубокая психологическая отсталость, правда, редко доходящая до полной идиотии. О тяжести заболевания говорит то обстоятельство, что только 6% больных доживают до 2 лет. И нельзя сказать, что болезнь встречается редко: в среднем 1 на 700. В 1959 г. французский врач Лежень с сотрудниками открыл причину заболевания. Это было сенсацией. Пожалуй, двойной сенсацией, так как впервые удалось показать, что хорошо известная клиницистам болезнь возникает на основе хромосомной ошибки (хромосомной аберрации). Оказалось, что в соматических клетках больных не 46 хромосом, а 47 за счет дополнительной хромосомы в 21-й паре. Такая хромосомная аномалия получила название трисомии по 21-й хромосоме и является результатом нерасхождения хромосом во время мейоза (см. раздел Хромосомы и гены, настоящего издания).

Но где же мостик, связывающий хромосомную аномалию с генной мутацией?

Исследование ферментов крови при болезни Дауна показало, что активность известного нам уже фермента с длинным названием уридиндифосфатгалактозо-уридинтрансферазы в этом случае значительно выше, чем у здоровых людей. А у родителей больных активность вдвое ниже, чем у здоровых. Но при галактоземии - сугубо генном нарушении обмена - активность фермента равна нулю. Давайте выразим это в процентах. Итак, активность фермента в эритроцитах здоровых равна 100%, у больных галактоземией - О, а при болезни Дауна - 150%. Мы знаем, что во втором случае у больных нарушение в 21-й паре хромосом (лишняя хромосома). Бросается в глаза связь между причиной болезни Дауна и генетической локализацией фермента в 21-й хромосоме. (Оговоримся, что пока это только предположение, которое требует проверки.)

В последние годы поражение нервной системы при амавротической идиотии объясняют не столько ошибками в обмене липидов, сколько углеводов. Сюда же можно отнести и болезнь Моркио - Ульриха, сопровождающуюся умственной отсталостью, при которой основная ошибка - в обмене мукополисахаридов.

Расстройства обмена аминокислот часто сопровождаются поражением центральной нервной системы. Особенно ярко это выступает при фенилкетонурии. Рецессивный ген этой ошибки обмена встречается, например, у 0,5% населения США. В Англии больные фенилкетонурией составляют 1 % всех психически отсталых больных. У 75% детей, больных фенилкетонурией, развитие центральной нервной системы настолько заторможено, что находится на грани идиотизма. Мы уже останавливались на молекулярных основах этой ошибки обмена веществ.

Тяжелые нарушения, вызываемые накоплением в центральной нервной системе некоторых аминокислот и кетокислот, имеются и при болезни мочи с "запахом кленового сиропа", о которой мы тоже упоминали. Одна из причин заключается в том, что здесь имеется дефект фермента декарбоксилазы, который превращает очень важную глютаминовую кислоту в гаммааминомасляную кислоту. Эта последняя "стоит" у пульта управления многих процессов обмена в мозгу, нарушение которых ведет к задержке развития мозга. Вообще содержание аминокислот в мозгу должно быть хорошо сбалансировано. Можно предположить, что механизм поражения центральной нервной системы при этой болезни в каких-то звеньях одинаков для этих двух заболеваний. Аргининоянтарная ацидурия, сопровождающаяся выделением кислоты с мочой - тяжелое врожденное поражение центральной нервной системы. Оно развивается из-за нарушения обмена одной только кислоты; вернее, вина ложится на фермент аргининсукциназу, которая "обязана" очень быстро расщеплять аргининоянтарную кислоту, чтобы даже следы ее не попадали в кровь или в мочу. Но ген, ведающий конструированием аргининсукциназы, плохо справляется с задачей при этой болезни (наследование которой связано с рецессивным геном), и фермент или отсутствует, или бездействует в центральной нервной системе. А это ведет к накоплению аргининоянтарной кислоты в мозговой ткани в таких количествах, которые действуют отравляюще. Возможно, однако, что ядовитость больших количеств аргининоянтарной кислоты не играет ведущей роли в поражениях центральной нервной системы. В мозгу, как и в других тканях, имеются все аминокислоты. Мозг строго следит за правильным соотношением всех аминокислот. И если по вине гена образуется избыток какой-либо аминокислоты, это сразу отражается на его состоянии.

Выяснение молекулярных основ аргининоянтарной ацидурии опрокинуло наши обычные представления, согласно которым образование мочевины из аргинина происходит только в печени. Оказалось, что этой способностью обладает и мозг.

В соответствующем разделе этой книги мы уже говорили о том, что процессами всасывания в кишечнике (да и в почечных канальцах) управляют ферменты. При болезни Хартнапа, сопровождающейся периодическими психическими расстройствами, причиной является нарушение в обмене жизненно важной аминокислоты - триптофана. Триптофан в этом случае всасывается в кишечнике настолько медленно, что часть его успевает ускользнуть и перейти в толстый кишечник. Здесь на эту аминокислоту действуют бактериальные ферменты, в результате чего вместо никотинамида образуются побочные вещества, характерные для процессов гниения в толстом кишечнике, - ипдикан и др.

Поражение центральной нервной системы и резко выраженное отставание развития умственной деятельности у детей наблюдается и при болезни Лоу, наследуемой по рецессивному типу. Установлено, что в этом случае имеется явное нарушение обратного всасывания аминокислот в почечных канальцах. Но пока не выяснены пути, приводящие к поражению нервной системы.

Что касается роли ошибок обмена веществ в наследственной предрасположенности к алкоголизму и эпилепсии, то генетические исследования пока в основном ведутся на крысах и мышах, которые, кстати, оказались любителями выпить.