脑能量代谢与相关疾病(上)(2)
脑组织能量代谢的另一特点是脑组织中能量物质的储存量很低，这与其他组织不同，不仅能量合成的原料物质储存量极少，可以被直接利用的能量物质也很少。脑组织的这种特点决定了脑在正常的生理活动中，必须保证能量物质的持续供应和能量合成的持续进行。
脑组织生理活动所依赖的能量与其他组织一样，都是以ATP的形式供组织直接利用，虽然其他物质也含有高能磷酸键，如磷酸肌酸，但这些高能物质在脑内不能被直接利用，只是作为能量的暂时储存形式，当脑组织内ATP消耗过多而导致ATP含量大幅度减少或出现能量耗竭，ADP生成增多时，磷酸肌酸再将高能磷酸键转给ADP而重新生成ATP，供脑组织利用，由此作为应急措施，补充ATP的供应不足。实际上正常脑组织内的磷酸肌苷的储存量也很少，在脑的正常生理活动中作用有限的储能物质，是脑等组织中能量暂时储存形式。ATP合成以后，可以与肌苷(creatinine, Cr)反应，将高能磷酸键转给肌苷而使之形成磷酸肌酸(phosphocreatine, PCr)，作为能量的另一形式储存于组织之中。但是，磷酸肌酸中的高能磷酸键不能直接被组织利用。
, 百拇医药
脑组织的能量储备量非常低，几乎没有可以较长时间维持正常生理活动的能量储备，包括ATP和PCr，而且能量合成代谢所需的物质——葡萄糖的储备也很少，维持脑正常能量代谢只能依靠从循环血液中获得的原料如葡萄和氧等。因此，短时间的脑血液供应不足或中断，就会影响脑的正常生理活动，导致功能脑障碍；较长时间血液供给障碍，将导致神经细胞的损伤和死亡。
由于脑能量代谢具有以上特点，更突出地表现出能量代谢在维持脑正常生理功能方面的作用，因此，研究在生理病理条件下脑能量代谢的变化，受到广泛的重视。
三、脑能量代谢的基本过程
脑能量合成的主要原料是血液中提供的葡萄糖，葡萄糖在酶作用下代谢为丙酮酸，进入三羧酸循环过程进行氧化，生成NADH，然后进入线粒体呼吸链。三羧酸循环产生NADH在脑能量代谢过程中是最基本的步骤，也是线粒体进行氧化磷酸化能量合成的基础(如图1所示)。
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由三羧酸循环形成的NADH经过线粒体呼吸链的氧化还原反应，最终将电子传递给氧生成水，并通过质子泵将质子泵出线粒体膜外，形成电位差，将氧化还原过程产生的能量转变为跨膜电位势能。跨膜电位势能ADP磷酸化生成APP提供能量，使线粒体合成可供脑组织利用的高能物质ATP，以此保证脑细胞的正常生理活动。这些代谢过程在生理机体内不同组织基本上都是相似的，一般的生物化学著作中有详细介绍，不再赘述。
线粒体内膜上存在与氧化磷酸化有关的酶，主要包括由氧化还原酶复合体组成的电子传递链、ATP合成酶及腺苷转运体(adenine nucleotide translocator, ANT)等。电子传递链由70多种酶组成，按氧化还原电势由大到小依次排列，被分为四类酶复合体，分别称为复体I、II、III和IV，有人将ATP合成酶称为复合体V，共同组成了氧化磷酸化的完整酶体系。在脑组织由三羧酸循环氧化产生的NADH(在其他组织尚有脂肪酸-β氧化产生的FADH2等)进入电子传递链，NADH首先将电子传递给酶复合体I(NADH脱氢酶)，然后由酶复合体I再将电子传递给辅酶Q(CoQ)；来自FADH2的电子首先进入酶复合体II(琥珀酸脱氢酶)，随后也传递给CoQ，经过CoQ循环，CoQ将电子传递给酶复体体III(细胞色素C还原酶)，再传给酶复合体IV(细胞色素C氧化酶)，最后传递给氧而形成终产物——水(如图2)。由于脑能量代谢的重要中间产物是NADH，其电子传递过程主要是循酶复体体I→II→III→IV的顺序进行的。酶复合体II接受的是来自FAD的电子开始氧化磷酸化反应，在脑组织中的作用处于非主要地位。
, 百拇医药(杜冠华)
脑组织生理活动所依赖的能量与其他组织一样，都是以ATP的形式供组织直接利用，虽然其他物质也含有高能磷酸键，如磷酸肌酸，但这些高能物质在脑内不能被直接利用，只是作为能量的暂时储存形式，当脑组织内ATP消耗过多而导致ATP含量大幅度减少或出现能量耗竭，ADP生成增多时，磷酸肌酸再将高能磷酸键转给ADP而重新生成ATP，供脑组织利用，由此作为应急措施，补充ATP的供应不足。实际上正常脑组织内的磷酸肌苷的储存量也很少，在脑的正常生理活动中作用有限的储能物质，是脑等组织中能量暂时储存形式。ATP合成以后，可以与肌苷(creatinine, Cr)反应，将高能磷酸键转给肌苷而使之形成磷酸肌酸(phosphocreatine, PCr)，作为能量的另一形式储存于组织之中。但是，磷酸肌酸中的高能磷酸键不能直接被组织利用。
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脑组织的能量储备量非常低，几乎没有可以较长时间维持正常生理活动的能量储备，包括ATP和PCr，而且能量合成代谢所需的物质——葡萄糖的储备也很少，维持脑正常能量代谢只能依靠从循环血液中获得的原料如葡萄和氧等。因此，短时间的脑血液供应不足或中断，就会影响脑的正常生理活动，导致功能脑障碍；较长时间血液供给障碍，将导致神经细胞的损伤和死亡。
由于脑能量代谢具有以上特点，更突出地表现出能量代谢在维持脑正常生理功能方面的作用，因此，研究在生理病理条件下脑能量代谢的变化，受到广泛的重视。
三、脑能量代谢的基本过程
脑能量合成的主要原料是血液中提供的葡萄糖，葡萄糖在酶作用下代谢为丙酮酸，进入三羧酸循环过程进行氧化，生成NADH，然后进入线粒体呼吸链。三羧酸循环产生NADH在脑能量代谢过程中是最基本的步骤，也是线粒体进行氧化磷酸化能量合成的基础(如图1所示)。
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由三羧酸循环形成的NADH经过线粒体呼吸链的氧化还原反应，最终将电子传递给氧生成水，并通过质子泵将质子泵出线粒体膜外，形成电位差，将氧化还原过程产生的能量转变为跨膜电位势能。跨膜电位势能ADP磷酸化生成APP提供能量，使线粒体合成可供脑组织利用的高能物质ATP，以此保证脑细胞的正常生理活动。这些代谢过程在生理机体内不同组织基本上都是相似的，一般的生物化学著作中有详细介绍，不再赘述。
线粒体内膜上存在与氧化磷酸化有关的酶，主要包括由氧化还原酶复合体组成的电子传递链、ATP合成酶及腺苷转运体(adenine nucleotide translocator, ANT)等。电子传递链由70多种酶组成，按氧化还原电势由大到小依次排列，被分为四类酶复合体，分别称为复体I、II、III和IV，有人将ATP合成酶称为复合体V，共同组成了氧化磷酸化的完整酶体系。在脑组织由三羧酸循环氧化产生的NADH(在其他组织尚有脂肪酸-β氧化产生的FADH2等)进入电子传递链，NADH首先将电子传递给酶复合体I(NADH脱氢酶)，然后由酶复合体I再将电子传递给辅酶Q(CoQ)；来自FADH2的电子首先进入酶复合体II(琥珀酸脱氢酶)，随后也传递给CoQ，经过CoQ循环，CoQ将电子传递给酶复体体III(细胞色素C还原酶)，再传给酶复合体IV(细胞色素C氧化酶)，最后传递给氧而形成终产物——水(如图2)。由于脑能量代谢的重要中间产物是NADH，其电子传递过程主要是循酶复体体I→II→III→IV的顺序进行的。酶复合体II接受的是来自FAD的电子开始氧化磷酸化反应，在脑组织中的作用处于非主要地位。
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