Il
sistema nervoso
richiede un elevato
e continuo
metabolismo
energetico.
Pur
costituendo solo
il 2,5-3% della
massa corporea, il
sistema nervoso
consuma il 20% circa
dell’ossigeno e il
25% del glucosio
utilizzati dall’intero
organismo in
condizioni di riposo.
Il cervello non
interrompe mai la
sua enorme richiesta
di energia. Anche
durante il sonno non
si ha alcuna
riduzione
dell’attività
metabolica
cerebrale, anzi
questa aumenta
notevolmente nella
fase REM (Rapid
Eyes Movements).
Il
substrato per eccellenza del
t.nervoso è il glucosio, che viene
pressoché interamente trasformato
in CO2.
Il consumo di glucosio del cervello
umano è di 100-130 g al giorno.
La gluconeogenesi è assente: manca
la fruttosio-6-fosfatasi.
Un
substrato metabolico alternativo al
glucosio ematico è il glucosio endogeno
immagazzinato come glicogeno, ma il suo
contenuto totale nel tessuto cerebrale è
assai piccolo, può sostenere l’attività
metabolica solo per pochi minuti.
E’ immagazzinato soprattutto negli astrociti.
La GLICOGENOLISI è stimolata da:
neurotrasmettitori (noradrenalina, 5idrossitriptamina, ecc.)
altri agenti, come il potassio e l’adenosina,
rilasciati nello spazio extracellulare durante
l’attività neuronale.
Quando la glicemia scende al
disotto di 60 mg/dl diminuisce
l’attenzione: con fame,
sonnolenza e sudorazioni.
Se la concentrazione ematica
di glucosio scende al disotto di
40
mg/dl si va in grave
ipoglicemia con gravi
conseguenze per
l’organismo: coma,
convulsioni, danni permanenti
e morte.
Per
cui, per risparmiare le proteine
muscolari, in caso di digiuno prolungato il
cervello utilizza, a scopo energetico, i
corpi chetonici (soprattutto betaidrossibutirrato).
La reazione limitante il catabolismo del
glucosio è la sua fosforilazione, reazione
irreversibile, catalizzata da esochinasi e
inibita dal suo prodotto, il glucosio-6-P.
Quest’ultimo substrato può essere
ossidato nel ciclo dei pentosi (10%) oppure
metabolizzato attraverso la glicolisi
(90%).
L’ESOCHINASI ha un alta affinità per il glucosio.
Si trova:
libera nel citosol
legata alle membrane mitocondriali.
L’enzima legato ai mitocondri è più attivo, in quanto è
meno sensibile all’inibizione da parte di glucosio-6-P.
L’INIBIZIONE della esochinasi si ha ad opera di:
glucosio – 6 – P
acido 3 – fosfoglicerico, nt fosfati e cAMP in maniera
allosterica.
L’insulina non puo’ attraversare la barriera
ematoencefalica. il metabolismo del cervello non puo’
essere modulato dall’insulina
Esochinasi I (cervello), II (muscolo),
III, IV (fegato)
Variano in KM: di solito è molto
bassa (0.1 mM)
Nel cervello KM è ancora piu’ bassa
(0.01 mM): attività superiore di 20
volte rispetto ad altri tessuti, può
agire anche quando la
concentrazione di glucosio è bassa
Glicolisi
aerobia
anaerobia
acido lattico:
5-15% del glucosio utilizzato
L’accumulo di acido lattico nel sistema nervoso centrale
è maggiore che in altri organi in quanto l’acido lattico
ha una limitata capacità di attraversare la barriera
ematoencefalica.
ha funzione di
protezione del tessuto
cerebrale dagli
elementi nocivi
presenti nel sangue
pur tuttavia
permettendo il
passaggio di sostanze
necessarie alle
funzioni metaboliche.
È composta da:
•
CELLULE ENDOTELIALI
sono unite tra di loro
da giunzioni cellulari
occludenti o altrimenti
dette tight junction.
•
PROIEZIONI DI CELLULE
ASTROCITARIE,
chiamati peduncoli
astrocitari, che
circondano le cellule
endoteliali della BEE,
determinando
un'ulteriore "barriera".
Il glucosio che entra nel
ciclo dei pentosi, è
indispensabile per la
produzione dei NADPH
necessari alla sintesi dei
lipidi.
Il flusso dei pentosi
fosfati diminuisce nei
periodi di maggiore
richiesta di energia e
aumenta quando è
maggiore la richiesta di
lipidi, come ad esempio
durante la
mielinizzazione.
biosintesi di altre
importanti molecole: il
glucosio rappresenta la
principale fonte di
atomi di carbonio per i
lipidi ed è il precursore
di amminoacidi e di
alcuni
neurotrasmettitori
(GABA, acido
glutammico).
Quello nervoso è uno dei tessuti più
ricchi di lipidi.
Si ritiene che la composizione lipidica
cerebrale costituisca un compartimento
tendenzialmente stabile sia
quantitativamente che
qualitativamente, data la sua estrema
importanza fisiologica, scarsamente
influenzabile da fattori esterni.
componenti
fondamentali della
struttura cellulare
e tissutale.
trasduzione
del
segnale a livello
delle membrane
cellulari
(fosfoinositidi di
membrana)
E’ l’unico sterolo presente
nel cervello adulto
presente in quantità
significative.
Il sistema nervoso
biosintetizza colesterolo a
partire da Acetil-CoA, tale
biosintesi è
particolarmente attiva
durante la fase della
mielinizzazione.
E’ stato dimostrato che durante lo sviluppo del
cervello, i corpi chetonici, in particolare l’acido
β-idrossibutirrico, sono specifici precursori del
colesterolo.
•
•
•
Due molecole di AcetilCoA condensano ->
acetoacetil-CoA
Una terza molecola di
acetil-CoA condensa ->
HMG-CoA
HMG-CoA reduttasi:
reazione di controllo di
tutta la sintesi del
colesterolo. Usa 2
NADPH
I cerebrosidi sono una
categoria di glicolipidi
(glicosfingolipidi).
Sono composti da una
struttura base, comune a
tutti i glicolipidi, il ceramide
(N-acilsfingosina). Il
ceramide è una molecola
composta da sfingosina e da
un acido grasso (acile).
Contengono anche 1-2
zuccheri neutri legati al
carbonio1 del ceramide.
Esempi di cerebrosidi sono: il
galattosil- (tess. nervoso),
glucosil- (tess. non nervosi) e
talora lattosil-ceramidi.
estere solforico dei
galattocerebrosidi.
è legato un
addizionale gruppo
solfato al carbonio 3
dell’unità glicidica:
esso è definito come
ceramide-galattosoSO4¯
