Metabolismo glucidico ed energetico 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 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 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, 5- idrossitriptamina, 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 beta- idrossibutirrato).

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 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

Diversi tipi di esochinasi: 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.

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".

Altre funzioni del glucosio: 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).

I lipidi nel tessuto nervoso 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.

Funzioni: componenti fondamentali della struttura cellulare e tissutale. trasduzione del segnale a livello delle membrane cellulari (fosfoinositidi di membrana)

Composizione lipidica

colesterolo 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.

Sintesi mevalonato: Due molecole di Acetil-CoA 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

Cerebrosidi: 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.

Solfatidi: estere solforico dei galattocerebrosidi. è legato un addizionale gruppo solfato al carbonio 3 dell’unità glicidica: esso è definito come ceramide-galattoso-SO4¯