В настоящее время не вызывает сомнения тот факт, что помимо компартментальной функции биологические мембраны могут выполнять роль регуляторов клеточного метаболизма /Бурлакова Е.Б.1974, Минц Р. И., 1982, Браун Г., Уолкен Дж., 1982/. Многочисленными экспериментальными данными показано, что клеточные мембраны имеют большое значение как при нормальной жизнедеятельности клетки, так и при самых разнообразных патологиях /Бурлакова Е.Б. 1974, Дятловицкая Э.В.1976/. Современные исследования показали, что биологические мембраны представляют собой динамичное структурное образование, состоящее в основном из белков, фосфолипидов и воды Бергельсон Л.Д.1981 и др. Причем, соотношение между этими компонентами и их состав в каждый момент времени под влиянием различных химических агентов и физических факторов может меняться там же. Молекулы фосфолипидов из-за своей амфифильности (т.е. способности одновременно растворяться и в воде и в органическом растворителе) обладают уникальной способностью самосборки в различные полиморфные структуры. В зависимости от количества воды и температуры фосфолипиды могут иметь ламеллярную (бислойную) — анизотропную или гексагональную и кубическуюизотропные структуры (рис. 3) /Василенко И.А., 1988., P.R. Cullis, M.I. Норе, В. De Kruijff, A.I. Verhleij and C.P.S. Tilcock, 1986, B. De Kruijff, 1987/.
Благодаря своей анизотропии и изотропии эти структуры хорошо идентифицируются методами ЯМР, ПМР и ЭПР-спектрометрии, а также рентгеноструктурного анализа Фаррар Т., Беккер Э., 1975, Lee A.S., Birdsall J.M., Levine Y.K., et al., 1972, Sunney I Chan, Seiter.
С.Н.А., Feigenson W, 1972, Гриффит О., Джойст П., 1979, МакКоннел Г., 1979.
Молекулы фосфолипидов в связи с этим разделяют на образующие бислой (фосфатидилхолин, фосфатидилсерин, фосфатидилинозит) и необразующие бислоя (фосфатидилэтаноламин, сфингомиелин). Экспериментальные данные показывают, что состав фосфолипидов биологических мембран постоянно обновляется, причём, полярная часть молекулы значительно медленнее (3 — 8 суток), а жирнокислотная часть молекулы быстрее (5 -10 часов) Бергельсон Л.Д.1981.
Известно также, что каждая молекула бислойобразующих фосфолипидов (например, фосфатидилхолина) способна удерживать 22 молекулы воды, в то время как молекулы небислойобразующих фосфолипидов (например, фосфатидилэтаноламина) — только 12 молекул воды Василенко А. И., 1988, Р.Я. СиШб, М.1. Норе, В. Эе Кш^ е1 а1., 1986. Поэтому, замена одного фосфолипида на другой приводит к изменению соотношения липидвода, а, следовательно, к полиморфным превращениям: ламеллярная структура превращается в гексагональную (рис 3) Поскольку углы наклона углеводородных цепей жирнокислотных остатков фосфолипидной молекулы к поверхности бислоя в случае полиморфных превращений изменяются УБогуславский Л.И.1979, то, скорее всего, будут изменяться как степень упорядоченности липидных молекул, так и толщина самого липидного бислоя.
Многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что состав липидов биологических мембран качественно и количественно меняется как в норме, так и в особенности при различных патологиях Архипова Г. В. и др. 1971,1975,1983,.
Дятловицкая Э.В.1976У Одними из агентов, обладающих способностью к нормализации состава липидов биологических мембран, являются природные и синтетические антиоксиданты Бурлакова Е. Б. и др., 1975. Являясь ингибиторами перекисного окисления липидов, они способны задерживать окисление и выход из мембран, прежде всего полярных, ненасыщенных фракций фосфолипидов (например, фосфатидилэтаноламинов), относительное количественное содержание которых при этом накапливается в составе липидов биологических мембран. В результате чего, как мы уже говорили, могут происходить структурные полиморфные превращения: замена ламеллярной структуры на гексагональную. При этом экспериментальные данные свидетельствуют об изменении текучести и степени упорядоченности бислойной мембраны, а также, в связи с этим, — изменении активности мембраносвязанных и липидзависимых ферментов /Бурлакова Е.Б. и др. 1982/. Это в свою очередь приводит к изменению функциональной активности биологических мембран и клеточного метаболизма там же. В Институте Биохимической Физики РАН было предложено использовать антиоксиданты для лечения таких заболеваний, которые сопровождаются повышением скорости перекисного окисления и изменением вследствие этого состава липидов биологических мембран: онкологические заболевания, лучевая болезнь, ожоговая болезнь и эпилепсия /Бурлакова Е.Б. и др., 1975, 1981 /.Экспериментально было показано, что антиоксиданты не только нормализуют состав липидов биологических мембран, но и повышают выживаемость организма при острых патологиях /Бурлакова Е.Б. и др., 1982, Архипова Г. В. и др., 1982, 1986/.
Однако антиоксиданты оказались эффективными не только при патологии, но и при нормальных поведенческих реакциях у животных. При исследовании влияния антиоксидантов на нормальное поведение животных, было обнаружено, что снижается количество ошибок и повышается эффективность решения животными задач, особенно при их первом предъявлении Архипова Г. В. и др., 1989. Скорость обучаемости возрастает, а память становится оптимальной /Архипова Г. В. и др., 1992/. При сравнении с уже известными ноотропными веществами такими как, например, нейропептид АКТГ Ашмарин И. П. и др., 1978, антиоксиданты по эффективности были аналогичны или превышали показатели этого нейропептида /Бурлакова Е.Б. и др., 1982, Архипова Г. В. и др., 1982,1986/. Учитывая схожесть результатов нейробиологического действия АКТГ и фенозана, можно было полагать, что, несмотря на различное химическое строение, оба эти препарата могут иметь некоторые общие этапы механизма их ноотропного действия на уровне синаптических мембран. Если оба эти ноотропных вещества, изменяя различными путями, соотношение липидвода в липидном бислое, могут способствовать полиморфным превращениям в мембранных липидах и тем самым изменять степень упорядоченности и толщину синаптической мембраны, то ноотропное действие этих препаратов может быть связано с их мембранным действием. Повышенное содержание гексагональных структур, изменение в связи с этим степени упорядоченности и толщины липидного бислоя может способствовать ускорению нейротрансмиттерных процессов и увеличению скорости нейромедиаторной передачи за счёт изменения активности соответствующих ферментов. Получены данные, что активность таких важных для нейромедиаторной передачи ферментов, как протеинкиназа-С, аденилатциклаза, ацетилхолинэстераза, а также ряда рецепторов ЦНС, зависит от вязкости и структурного состояния липидов синаптической мембраны Пальмина Н. П., Мальцева Е. Л., 1986, Молочкина Е. М., 1992, Хохлов А. П., 1984.
В свою очередь, получены экспериментальные данные, что биологическая активность таких важных нейромедиаторов, как норадреналин, адреналин, серотонин и др. проявляется в зависимости от того, при какой температуре они находились в модельном эксперименте при инкубации с липидами, а также находились ли липиды в гомогенном виде или в виде структурно-упорядоченного липидного бислоя Бурлакова Е. Б. и др., 1992.
По всей видимости, изменение структурного состояния липидного бислоя в связи с полиморфизмом липидов на синаптическом уровне влечёт за собой целую цепь таких изменений в механизмах нейротрансмиссии, что приводит, в конечном счёте, на поведенческом уровне у животных к снижению количества ошибок при решении задач и улучшению памяти.
Литературные данные о влиянии на уровне мембран различных веществ на температуры фазовых переходов и показатели вязкости липидного бислоя в основном ограничиваются исследованием этих феноменов без учёта поведения всей системы липидвода в целом. На наш взгляд изучение этих процессов необходимо проводить на уровне системного, кооперативного поведения липидных молекул, структурно встроенных вместе с молекулами воды в бислой, поскольку жидкокристаллические свойства бислойной системы липид-вода в той или иной полиморфной упаковке имеют собственные поведенческие различия. Эти свойства могут иметь особое значение для функциональной активности мембраносвязанных и липидзависимых белков и ферментов в процессах нейромедиаторной передачи и молекулярных механизмов действия ноотропных веществ.
Целью настоящего исследования является комплексное изучение влияния ноотропных веществ на структурное жидкокристаллическое состояние модельных липидных мембран с применением различных физико-химических методов.
Всё вышесказанное поставило перед нами следующие задачи:
1. Сравнительное изучение общих закономерностей структурно-фазовых превращений в водных дисперсиях природного и синтетического фосфатидилхолина (ФХ) под действием температуры, а также изучение этих термоиндуцированных превращений при изменении состава мембранных фосфолипидов (добавлении в изучаемую систему различного количества фосфатидилэтаноламина (ФЭА).
2. Исследование полиморфных превращений в мембранном бислое при действии на систему фосфолипид — вода веществ, улучшающих память и обучение in vivo (нейропептид АКТГ и антиоксидант фенозан).
3. Анализ структурно-фазовых мезоморфных превращений в липидах мембранного бислоя как важного условия молекулярного действия ноотропных агентов.
Полиморфизм липидов довольно широко изучен для небольших молекул липидов, однако для сложных молекул фосфолипидов природного происхождения работ по изучению полиморфизма очень мало Василенко И. А. и др.1988, а для фосфолипидов головного мозга мы их не обнаружили в литературе.
На наш взгляд системное жидкокристаллическое поведение липидных молекул и полиморфизм липидов в мембранном бислое может играть особую роль в процессах записи и хранения биологической информации, если ноотропные вещества, не зависимо от их химического строения, способны влиять на жидкокристаллическое поведение системы липид-вода и полиморфизм мембранных липидов, степень их упорядоченности и толщину липидного бислоя. Вещества, способные увеличивать степень полиморфных превращений в липидах биологических мембран, одновременно будут способствовать улучшению памяти и обучаемости.
Актуальность настоящей работы. В связи с увеличением продолжительности жизни человека и общим постарением населения Земли, а также в связи с ухудшением её экологии и увеличением количества рождающихся умственно неполноценных детей, работы по изучению молекулярных механизмов памяти и механизмов действия нейротропных веществ, способных улучшать мозговую деятельность, имеют особую актуальность. Особенно ценно, если на основании этих исследований можно предложить несложные тесты по отбору наиболее эффективных и недорогих нейротропных препаратов для коррекции памяти, улучшения обучаемости и рассудочной деятельности.
Огромное количество исследований в области изучения молекулярных механизмов памяти, в основном, посвящено изучению роли ДНК и белков. Придавая важное значение биологическим мембранам как клеточным регуляторам и метаболическим модификаторам Бурлакова Е.Б.1974, Минц Р. И., 1982, Браун Г., Уолкен Дж., 1982, исследования последнего времени показали важную роль липидов биологических мембран в процессах клеточного метаболизма в норме и патологии Бурлакова Е. Б, 1974, Дятловицкая Э. В, 1976, в том числе и патологий головного мозга. Архипова Г. В. и др., 1971, 1975, 1981V.
Поскольку биологическая мембрана представляет собой уникальное структурное образование из белков, липидов и воды и обладает целым рядом собственных структурных свойств, в том числе, полиморфизмом её фосфолипидов, то особенное значение имеют работы по изучению структурных полиморфных изменений мембранных липидов и выяснению их роли в нейробиологических процессах Богуславский Л. И., 1979, Василенко И. А., 1988., P.R. Cullis, МЛ. Норе, В. De Kruijff, A.I. Verhleij and C.P.S. Tilcock, 1986, B. De Kruijff, 1987/.
Важность и перспективность такого рода исследований основывается на тех экспериментальных данных, которые свидетельствуют о том, что изменение структуры и вязкостных свойств липидов мембран влечёт за собой функциональные изменения активности мембраносвязанных и липидзависимых ферментов, в частности аденилатциклазы, протеинкиназы С, ацетилхолинэстеразы) Пальмина Н. П., Мальцева E. JL, 1986, Молочкина Е. М., 1992 и рецепторов центральной нервной системы Бурлакова Е. Б., Хохлов А. П. 1984V К тому же недавние исследования показывают существование зависимости между составом фосфолипидов, структурным состоянием как модельных, так и синаптических мембран и функциональной активностью как отдельных нейромедиаторов таких, как норадреналин, серотонин, адреналин и др., так и в целом нейромедиаторных системхолинэргической, серотонинэргической Бурлакова Е. Б, Губарева.
А.Е., Архипова Г. В., 1992, Бурлакова Е. Б., Архипова Г. В., Чернявская Л. И., 1987.
Для выяснения механизмов памяти особенно перспективны те исследования, которые посвящены изучению молекулярного механизма действия ноотропных агентов, как уже известных, например, нейропептидов Ашмарин И. П., 1987, так и новых препаратов с ноотропным действием из класса антиоксидантов Архипова Г. В. и др., 1981, 1982, 1983.
В качестве таких агентов, улучшающих память и обучаемость у животных, мы выбрали два препарата различного химического строения: нейропептид АКТГ и антиоксид ант фенозан (2,4-дитретбутил-3-оксифенилпропионовая кислота) Ашмарин И. П., 1987, Архипова Г. В. и др., 1981, 1982, 1983, 1990. Оба препарата достаточно хорошо изучены как на физиологическом, так и на биохимическом уровне, однако, данных по их влиянию на полиморфизм липидного бислоя в литературе нами не обнаружено. Новизна и практическая значимость данного исследования. В процессе экспериментальной работы на уровне сложных молекул липидов природного происхождения, а именно, фосфатидилхолина из мозга быка, впервые были изучены полиморфные превращения липидов как при действии температуры и изменения фосфолипидного состава липосом, так и при действии двух ноотропных препаратов различной химической природы: нейропептид, а АКТГ и антиоксиданта фенозана. Было установлено, что добавление небислойобразующего липида — фосфатидилэтаноламина в систему ФХ — вода, находящуюся в ламеллярной фазе, приводит к увеличению содержания небислойных мезоморфных липидных структур, увеличению времени релаксации и понижению температуры возвращения системы к исходному состоянию.
В работе впервые было показано, что при действии двух ноотропных веществ различного химического строения (нейропептида и антиоксиданта) на уровне мембранного бислоя как синтетических, так и природных липидов, существуют общие, характерные закономерности в изменении полиморфного состояния системы, в частности, увеличение содержания небислойных мезофазных структур, увеличение толщины и разупорядоченности бислоя. Эти данные позволяют предположить, что появление новых мезоморфных структур фосфолипидов в мембранном бислое является важным условием действия ноотропных веществ на уровне биологических мембран.
В работе впервые были исследованы термоиндуцированные фазовые переходы водных дисперсий фосфатидилхолина из мозга быка. Впервые различными методами экспериментальных исследований было показано существование гистерезиса кривых нагревания и охлаждения водных дисперсий фосфатидилхолина из мозга в том же интервале температур, что и для водных дисперсий ДПФХ. Впервые метод протонной магнитной релаксации был применён для изучения полиморфизма липидов мультислойных липосом. Для исследования полиморфизма фосфатидилхолина из головного мозга быка впервые был применён метод 31Р-ЯМР — спектроскопии. Для исследования полиморфизма фосфатидилхолина из головного мозга впервые был применён метод спиновых зондов. Для получения дифрактограмм и рентгенограмм мультислойных природных мозговых фосфатидилхолиновых везикул и определения толщины их липидного бислоя впервые был применён метод рентгеноструктурного анализа.
Впервые высказано предположение об участии мезоморфных жидкокристаллических липидных структур в молекулярном механизме действия ноотропных веществ на уровне биологических мембран. Анализ полученных результатов позволил впервые высказать гипотезу о возможном участии полиморфизма липидов в молекулярном механизме записи и хранения информации. Полученные экспериментальные данные имеют как теоретическое значение для более полного понимания молекулярных механизмов памяти, так и могут быть практически использованы при подборе наиболее эффективных ноотропных лекарственных препаратов. Положения, выносимые на защиту.
1.Температуры фазовых переходов водных дисперсий природного и синтетического фосфатидилхолинов практически совпадают в интервале температур 28−45°С.
2.Кривые нагревания и охлаждения водных дисперсий природного и синтетического фосфатидилхолина образуют гистерезис в изучаемом интервале температур.
3.Показана универсальность изучаемых закономерностей поведения водных дисперсий как природного, так и синтетического фосфатидилхолинов.
4.Добавление фосфатидилэтаноламина в систему природного ФХ-вода увеличивает содержание неламеллярной мезофазы, время релаксации системы и понижает температуру возвращения системы к исходному состоянию при нагревании и охлаждении. Система ФХ-вода в присутствии ФЭА возвращается к исходному состоянию при более низких температурах.
5.Ноотропные препараты различного химического строения (нейропептид АКТГ и синтетический антиоксидант фенозан) вызывают в водных дисперсиях как природных, так и синтетических фосфатидилхолинов однотипные изменения мезофазного состояния, а именно: увеличение содержания неламеллярных структур, разрыхление липидного бислоя, увеличение толщины мембраны.
6.На основании полученные данные сделано предположение об участии полиморфных превращений липидов в молекулярном механизме действия ноотропных веществ и записи информации на уровне биологических мембран.
2. Обзор литературы.
7. Выводы.
1. Методами ПМР, РЯМР — спектроскопии, а также методом спиновых зондов изучено термоиндуцированное поведение водной дисперсии фосфатидилхолина из мозга быка в интервале температур 23° - 45 °C.
2. Показано, что добавление к системе ФХ-вода различного количества фосфатидилэтаноламина увеличивает содержание гексагональной фазы. При возвращении такой системы к исходному состоянию требуется более низкая температура и более длительное время по сравнению с первоначальной системой.
3. Установлено, что в интервале температур 23° - 45 °C кривые нагревания и охлаждения системы природный фосфатидилхолинвода имеют гистерезис по температуре = 2 °C.
4. Доказано, что температуры фазовых переходов системы фосфатидилхолин из мозга быка — вода в интервале температур 23° - 45 °C при нагревании и охлаждении идентичны температурам фазовых переходов системы дипальмитоилфосфатидилхолинвода в аналогичных условиях.
5. Показано, что влияние ноотропных агентов разного химического строения (нейропептид АКТГ, антиоксидант фенозан) сдвигает температуры фазовых переходов системы фосфатидилхолин — вода, увеличивает площадь гистерезиса, ограниченную кривыми нагревания и охлаждения (степень полиморфизма), увеличивает разупорядоченность системы, а также увеличивает толщину липидного бислоя. Причем, к действию ноотропных агентов более чувствителен мезофазный предпереход.
6. Методом рентгеноструктурного анализа установлен факт изменения толщины липидных мембран, а также периода и регулярности их укладки в многослойных ФХ липосомах в присутствии антиоксиданта фенозана при сохранении ламеллярной мезофазы.
7. Полученные экспериментальные и аналитические данные позволяют предположить участие мезоморфных липидных структур (полиморфизма липидов) в механизмах записи информации и действия ноотропных веществ на уровне биологических мембран.
6.
Заключение
.
Возможные молекулярные механизмы процессов записи и хранения информации на уровне биологических мембран. Участие полиморфизма липидов в этих процессах. Основной вопрос, стоящий перед исследователями, занимающимися проблемами молекулярных основ памяти, заключается в следующем: имеется ли вещество, «отвечающее» за память, а также существует ли вещество — «хранитель памяти» ?
Поскольку известно, что в ДНК закодирована информация о наследственных признаках, которая реализуется посредством РНК и последующим синтезом белков, то, само собой разумеется, что основная роль носителей информации, прежде всего, отдавалась молекулам ДНК и РНК Кометиани Г. А., Алексидзе Н. Г., Клейн Э. А., 1980, Hyden Н., 1959, 1962V.
Ещё в 60-е годы Hyden выдвинул теорию о том, что индивидуальный опыт кодируется в молекулах РНК Hyden Н, 1962V Согласно этим представлениям, совокупность нервных импульсов переводится на язык молекулярного кода РНК, служащей основой памяти, т. е. в процессе записи информации производится синтез новых РНК, на которых и может «записываться» информация Hyden Н, 1978. Было проведено много исследований, посвященных как влиянию ингибиторов синтеза РНК и ДНК на выработку и сохранение условных рефлексов, так и влияние выработки условных рефлексов на синтез РНК и ДНК.
Так, введение ингибитора синтеза белка — актиномицина — нарушало выработку новых условных рефлексов и их закрепление. Agranoff B.W. et al., 1967. После введения животным 8-азогуанина, вызывающего образование аномальных молекул рибонуклеиновых кислот, способность к плаванию у крыс в водном лабиринте сохранялась полностью, но тормозился процесс образования нового условного рефлекса YDinigman W., Sporn M.W., 1964V В присутствии рибонуклезы синтезированная рибонуклеиновая кислота разрушается. Разрушение рибонуклеиновых кислот также оказало влияние на поведение животных: выработанные двигательные условные рефлексы у байкальских планарий обратимо тормозились после инъекций рибонуклеазы УГушмалова H.A., 1967V С другой стороны, существует очень много данных, связанных с изменением количества и распределения РНК и ДНК при выработке условных рефлексов и обучении у животных. Hyden и Egyhazi опубликовали данные об изменении (увеличении) количества рибонуклеиновой кислоты в отдельных клетках в процессе обучения крыс Hyden Н., Egyhazy Е., 1962V Изменялось (увеличивалось) соотношение аденин урацил как в ядерной, так и в цитоплазматической нуклеиновой кислоте (по сравнению с контрольной группой). Этот факт дал возможность авторам сделать вывод о том, что в процессе обучения происходит синтез нового типа информационной рибонуклеиновой кислоты.
Изменение соотношения нуклеотидов при различных условиях стимулирования показано и в экспериментах с планариями УГушмалова H.A., 1967, Черкашин А. Н., Шейман И. М., 1966. У крыс при выработке условного рефлекса интенсифицируется синтез ДНК в неокортексе Hyden Н., Egyhazy Е., 1965, Hyden Н., Lange P.W., 1965V В литературе также имеются данные о том, что факторы, положительно влияющие на обмен нуклеиновых кислот, улучшают работоспособность головного мозга УГимкин В.Н. с соавт., 1968, Shashua V.A., 1968V.
Дальнейшие исследования в области записи и хранения информации привели к выводу о том, что стадия химических превращений в цепи событий, удерживающих приобретенную информацию, связана с вновь синтезируемыми белками. Кометиани Г. А., Алексидзе Н. Г., Клейн Е. Э, 1980, Hyden Н., 1959, Hyden Н., Egyhazy Е., 1962V Этот вывод также основывался на том факте, что и РНК, как участник акта записи и хранения информации может действовать через белок. В связи с этим получило распространение представление о т.н. «пептидной» памяти Унгара (Ungar.G). В результате проведенных им экспериментов был выделен пептид, названный скотофобином, а несколько позже в той же лаборатории был выделен другой пептидамелетин Унгар Г., 1973Y Было определено, что концентрация скотофобина нарастает в мозге мышей в первые шесть дней обучения, после чего уменьшается вплоть до его исчезновения или по крайней мере снижается ниже пороговой чувствительности после 15 дней обучения.
Введение
этих пептидов животным улучшало их способность к обучению. Похожие данные получены и для амелетина Ungar G, 1973, Ungar G., Desiderio R.M., 1972V Унгар с коллегами также выделили и определили первичные структуры еще нескольких пептидов, синтезируемых в процессе обучения или выработки условного рефлекса. Унгар Г., 1973Y.
На основании полученных данных Унгар сделал вывод о том, что имеется химический код памяти. Благодаря пластичностиспособности формировать новые синаптические связи, возможно образование нейронами новых синаптических цепей, т.н. метацепей. По мнению исследователя, синтезируемый в процессе обучения пептид памяти внедряется в активированные синаптические мембраны, что и приводит к формированию метацепи, в которой и происходит запись информации. Каков бы ни оказался механизм кодирования, считает Унгар, имеющиеся данные свидетельствуют о пептидах, как о молекулах, в которых записана и хранится информация УУнгар Г., 1973V.
Изучался также феномен синтеза de novo ряда нейроспецифических белков, который проявляется сразу после обучения и достигает максимума примерно через 3−6 часов после обучения Ашмарин И. П., 1987, Hyden Н., 1978V Таковы, например, белок S-100, гликопротеин 11 В. Методами иммунохимии и системного анализа изучено распределение нейроспецифического белка S-100 в коре головного мозга, гиппокампе, мозжечке Ашмарин И. П., 1987, Штарк М. Б., 1978Y В эксперименте по обучению крыс использовать непредпочитаемую лапу для добычи пищи синтез белка S-100 в процессе обучения явился ответной реакцией нервных клеток специфических структур мозга, участвующих в формировании памяти и новой поведенческой реакции.
Модель памяти Gold’a и McGaugh (1973) включает наряду со специфическими (нейронными) компонентами неспецифические, часть которых «работает» на периферии Gold P.E., McGaugh J.L., 1973V Наблюдается изменение концентрации адреналина в крови за счет его выброса надпочечниками во время стресса, сопровождающего начальные этапы обучения, а также выброс в кровь АКТГ при обучении. Системное введение адреналина или АКТГ после сеанса обучения в оптимальных дозах улучшает закрепление и сохранение временных связей, и эффект убывает по мере того, как увеличивается интервал между завершением обучения и введением веществ. Причем введение АКТГ или его фрагментов (фрагмент 4−10) не вызывает увеличение содержания адреналина в плазме, что свидетельствует, что эффекты АКТГ не опосредуются через выброс адреналина надпочечниками Ашмарин И. П., Кругликов Р. И., 1983, Ungar G., Desiderio Р.М., Parr W, 1972Y.
Довольно хорошо известно влияние не только нейропептида АКТГ, но и вазопрессина, МСГ на процесс обучения как стимуляторов обучаемости. Их особенность заключается в том, что эти пептиды стимулируют запоминание при введении извне Ашмарин И. П., Кругликов Р. И., 1983, HydenH., 1978V.
Однако данные современных исследований молекулярных основ памяти свидетельствуют о том, что не существует веществ, являющихся непосредственными «носителями» памяти Ашмарин И. П., 1987V Многими исследованиями доказано, что синтез РНК и биосинтез белка в нервных клетках сопровождает практически любой акт жизнедеятельности живых существ Алексидзе Н. Г. и др., 1982, Ашмарин И. П., 1987 Бурлакова Е. Б., 1990Y Причем происходит это одинаково как при обучении, так и, по-видимому, во время иной активной деятельности животных Ашмарин И. П., 1987V Например, синтез белка S-100 при обучении не имеет сигнального значения Алексидзе Н. Г. и др., 1982, поскольку S-100 участвует в регуляции неспецифического ответа, например на физическую нагрузку там же. В данном случае возникает вопрос еще и о переводе информации из нуклеотидных и полипептидных последовательностей в энграмму и обратно Ашмарин И. П., 1987V.
На уровне современных знаний гипотеза о веществах — молекулярных кодах памяти не имеет основательной опоры. Поэтому можно говорить о том, что информация в живом организме записывается и хранится не с помощью каких-либо молекул — «носителей» памяти. Скорее следует говорить не о «веществах памяти», а о свойствах определенных веществ, влияющих на сохранение информации. К таким свойствам, прежде всего, могут относиться физико-химические и структурные характеристики биомолекул.
В настоящее время существует достаточно много моделей памяти человека, как кратковременной, так и долговременной. Представляется необходимым остановиться на некоторых из них, вызывающих определенный интерес для нашего исследования. МоптсЛо и КоэЫапё Morimoto-BH, КозЫапс1-ОЕ, 1991 предполагают, что нейрональная клеточная линия НТ-4 служит моделью памяти, показывая короткои долгосрочное потенцирование нейротрансмиттерной секреции. Деполяризация мембраны вызывает секрецию и серотониновые и №метил-Б-аспартатовые рецепторы вовлекаются в потенцирование ответа. Адренергические и аденозиновые рецепторы, которые связаны с аденилатциклазой, также ускоряют потенцирование ответа. В добавление, основная оценка уровня ц-АМФ с помощью фореколина или при применении дибутил-цАМФ также потенцирует ответ. При этих различных типах стимулирования уровень ц-АМФ является общим фактором, на основании которого, независимо от типа, можно говорить об отсутствии или наличии потенцирования. Уровень ц-АМФ также можно определить как регулятор ответа при этом явлении.. Повторная стимуляция адренергического рецептора приводит к кратковременному потенцированию, тогда как повторная стимуляция аденозинового рецептора приводит к долгосрочному потенцированию. Это различие можно объяснить, учитывая, что некоторый предшественник, который определяет уровень ц-АМФ, превышает порог, продуцируя долговременное потенцирование. Этот порог превышается при стимуляции аденозинового рецептора, и не превышается при стимуляцииадренергического рецептора. Morimoto-BH, КобЫшкШЕ, 1991.
Монтегю Montague РЯ, 1996 предлагает гипотезу о роли внеклеточного пространства в коре головного мозга, в котором находятся атомы и молекулы, необходимые для функционирования синапсов, в процессе формирования памяти. Автор предполагает, что быстрый переход этих атомов и молекул из внеклеточного пространства во внутрисинаптическое пространство представляет собой потребление ограниченного ресурса, доступного для локального объема нейрональной ткани. Это приводит к состязанию между синапсами за данный ограниченный ресурс, необходимый для функционирования синапсов. Предложена теория, в которой данный процесс играет критическую роль в процессах локальных объемов нейрональной ткани. В краткосрочный период времени этот принцип позволяет выбрать синапсы, чья функция соответствует ситуации и помогает интегрировать многие нейрональные сигналы в объеме ткани в любой данный момент. В долгосрочном периоде этот принцип приводит к стабильному хранению воспроизведенной информации. Montague Р11, 1996.
На основании данных, полученных в результате исследований последнего времени, имеет смысл говорить о записи информации при изменении структурных и физико-химических свойств сложноорганизованных биологических систем, каковыми, в частности, являются биологические мембраны. Эти сложные структурные целостные образования, состоящие из липидов, белков и воды, в зависимости от их соотношения способны к мезофазным переходам и полиморфным превращениям. Липиды мембран в жидкокристаллическом состоянии, способны находится в нескольких мезофазных состояниях. Переходы между мезофазами могут стимулироваться различными факторами: и химическими агентами (например, ионами Са ++ или Mg ++), и физическими воздействиями (например, магнитными полями). Причем время релаксации составляет от нескольких часов до нескольких суток. Учитывая как литературные, так и собственные данные, была высказана следующая гипотеза: и кратковременная, и долговременная память связаны с переходом липидов в новое мезофазное состояние. Если время жизни этого состояния меньше, чем время, необходимое для синтеза новых интегральных белков, то система возвращается к исходному состоянию, иначе — если новые белки успевают синтезироваться и встроиться в новую мезофазу — то увеличивается и время жизни мезофазы, и возможность извлечения информации через длительное время Бурлакова Е. Б., 1990.
На основании этой гипотезы можно объяснить и факты участия РНК, белка и нейропептидов в процессе обучения. Ингибиторы синтеза РНК и белков не позволяют «закрепить» вновь образованную мезофазу и, соответственно, препятствуют переходу кратковременной памяти в долговременную Ашмарин И. П., 1987, Бурлакова Е. Б., 1990.
Если говорить о роли ноотропных агентов в связи с вышеизложенным, то возможен следующий механизм их действия: ноотропные агенты увеличивают время пребывания липидов мембран в новом мезофазном состоянии до стабилизации его белками. Данные наших экспериментов свидетельствуют о том, что и при добавлении синтетического антиоксиданта фенозана, и добавлении АКТГ при термоиндуцированных фазовых переходах происходит значительно более медленная, чем в контроле релаксация системы, увеличивается площадь гистерезиса кривых нагревания и охлаждения, т. е. увеличивается степень полиморфизма. Возможно, фенозан, также как и любой ноотропный агент, изменяет соотношение липидвода (полярная «головка» липида становится менее гидратированной), к чему очень чувствительно фазовое состояние липидов в мембране. Вследствие этого и продлевается существование мембраны в новом мезофазном состоянии.
За счет продления времени релаксации системы пептиды и белки, синтезированные за это время, успевают более надежно встроиться в биологическую мембрану и «удерживать» это «новое» жидкокристаллическое состояние. Таким образом, на первом месте выступает не какое-то отдельное вещество памяти, а физико-химическое его свойство, а именно, полиморфное жидкокристаллическое состояние липидных структур, какими являются не отдельные молекулы, а в целом клеточные мембраны, состоящие из липидов, белков и воды.
