Биохимия мозга

           Для своего адекватного функционирования мозг требует энергии. Основное питательное вещество для мозга - глюкоза, которая в процессе оксиления до диоксида углерода ( СО2) и воды дает энергию. Этот процесс включает в себя образование аденозин трифосфата ( ATP) из аденозин дифосфата ( ADP). Кроме того, мозг может использовать для получения энергии w-окисление (омега-окисление) жирных кислот.

        Глюкоза накапливается в организме в форме полисахарида гликогена.  Гликоген в мозге накапливается главным образом в астроцитах и , в дальнейшем, выделяет энергию для нейронов посредством пирувата и лактата. Гликоген включается в процесс энергетического обмена достаточно быстро , что совпадает с синаптической активностью. Глюкоза поступает в клетки с помощью транспортеров , а утилизацию глюкозы происходит в первую очередь в астроцитах и в меньшей степени в нейронах. Некоторые нейротрансмиттеры, например, такие как моноамины, являются гликогенолитиками и выделяют энергию для астроцитов. Метаболизм глюкозы в тканях мозга связан с функциональной активностью нейронов и глии. Данная особенность используется в функциональной нейровизуализации ( РЕТ) и функциональной магнитно - резонасной томографии ( fMRI).

          Окисление одной молекулы глюкозы в общем дает 36-38 молекул АТР.  Принято считать, что АТР играет центральную роль в клеточном метаболизме, как "энергетическая валюта" клетки, обеспечивающая энергией большинство биохимических  реакций клетки.  АТP - трифосфонуклеотид, состоящий из азотного основания ( аденин) , пятиуглеродного сахара рибозы и прикрепленной фосфатной группы. Энергия АТР используется для процессов биосинтеза, транспорта молекул, поддержания разности потенциалов между внутренней и внешней поверхностями клеточной мембраны, . В первом случае это необходимо для движения зарядов через мебрану клетки и внутриклеточного транспорта молекул.  Биосинтез необходим для образования простых и сложных ( комплексных) молекул , необходимых для реализации функций клеток , а также для накопления такой молекулы как гликоген. Связанная молекула представляет собой 3,5- монофосфат ( циклическая АМР) , который имеет одну фосфатную молекулу и формирует кольцевую структуру , связывая сахар и фосфат молекулы. Они формируются из АТР в результате реакции , которая утилизируется аденилциклазой , как катализатором. Они активируются адреналином и как известно включены через посредника фосфорилазы в активации гликогена. В дальнейшем, циклическая АМР становится посредником во многих клеточных реакциях , включая тех, которые стимулируются гормонами или нейротрансмиттерами.

          Химические реакции тела облегчаются энзимами , причем одни активируют себясами посредством  ко - энзимов , которые перемещают ( трансфер)  атомы или группы атомов из одной молекулы в другие. Количество активных энзимов представляет обычный ингредиент, который обусловливает уровень биохимических реакций в соответствующих субстратов , активируя или подавляя энзимы , регулирующие метаболитическую активность клетки. Один из методов ингибирования ряда метаболических реакций представляет собой обратную связь от конечных метаболитов ( feedback ingibition).

         В результате катаболизма глюкозы и гликогена образуется ATP посредством хорошо - известного цикла  трикарбоксиловой кислоты ( Krebs). Глюкоза первоначально фосфорилируется гексокиназой до глюкозо - 6 - фосфата. Конвертация происходит с помощью промежуточных этапов гликолиза , до молочной кислоты. Для этого необходимо участие двух молекул ATP ( глюкоза + 2 ADP + 2 фосфата - 2 молочной кислоты + 2 АТР + 2 воды. Молочная кислота конвертируется до ацетил - коэнзима А посредством пировиноградной кислоты и образуется с помощью оксидации триуглекислой кислоты до цитрата и наконец, оксалоацетата , который собственно инкорпорируется с ацетил коэнзимом А до цитрата. Атомы водорода соединяются с кислородом до образования воды и далее генерируются молекулы АТР. Первоначально продукты пищеварения поддвергаются катаболизму и также утилизируются триуглекксиловой кислоты ( цикл ) , что дает 2/3 всей энергии , реализованной в данном цикле.