Роль информационных макромолекул в процессах образования энграмм

По нашему мнению, главное отличие химической структуры нейрона от всех других типов клеток состоит в том, что регуляция функционального состояния нейрона осуществляется как на клеточном, так и на межклеточном уровне. Под последним обычно понимают деятельность межнейрональных синапсов. По-видимому, в основе специализации функций различных клеток лежит их дифференцировка, хотя и известно, что ядра всех клеток содержат одну и ту же генетическую информацию, т. е. одинаковый набор генов.

Однако эта информация проявляется неодинаково в различных тканях. Сложные регулирующие механизмы обеспечивают проявление определенных свойств клеток, например способность синтезировать тот или иной фермент, тогда как другое свойство или признак в этот момент остается репрессированным.

Таким образом, разные клетки, в том числе и нейроны, могут специализироваться на выполнении различных функций, несмотря на однотипность морфологического строения. В принципе, всем клеткам свойственны два вида функций: метаболические и специализированные. В частности, специализированными функциями нейрона являются формирование потенциала действия и передача информации. Следовательно, такие специализированные функции лежат в основе как тканевой, так и органной специфичности.

Центральная нервная система является материальным субстратом сознания, мышления, мотивации, памяти и эмоций. Помимо этого, головной мозг обеспечивает деятельность организма как единого целого, в том числе и его взаимодействие с внешней средой, осуществляет регуляцию функций других тканей и органов.

Поэтому для нейронов головного мозга характерны разнообразие внутриклеточных биохимических процессов и скорость их протекания, самая высокая концентрация липопротеидных веществ, в частности в мембранных структурах, интенсивность потребления энергии, многообразие путей синтеза и метаболизма ферментов, медиаторов и пептидных гормонов. Лабильность и пластичность (изменение внутренней структуры) нейрона при выполнении различных функций хорошо известны. По-видимому, все это и лежит в основе адаптационных механизмов формирования энграмм долговременной памяти.

Данные свойства нейронов обычно различаются при экспрессии различных участков клеточного генома, что сопровождается, в свою очередь, синтезом специфических структурных белков и ферментов. В различных нейронах и глиальных элементах головного мозга происходит экспрессия различных генов. Кроме того, ЦНС характеризуется биохимической неоднородностью медиаторов и модуляторов как в количественном, так и в качественном отношении.

Химический состав, метаболизм и функции некоторых белков, липидов и медиаторов головного мозга различны не только в отдельных популяциях нейронов и в глин, но и в составных элементах отдельного нейрона — соме, дендритах и аксонах. Именно неоднородность биохимических процессов в различных образованиях нервной ткани хорошо объясняет возможность изолированных нарушений памяти (пространственной, образной, различных видов соматосенсорной и социальной памяти) у человека и животных. Впрочем, это не исключает возможности существования единого молекулярного механизма долговременной памяти на более высоких уровнях функциональной организации (синаптическом, на уровне нейронной популяции или структур головного мозга).

В данной монографии нет необходимости подробно останавливаться на метаболических функциях нейрона и глии. Они достаточно представлены в литературе [Палладии А. В., 1975; Lajtha А., 1971; Kuffler S. W. et al., 1979, и др.]. Несомненно, целесообразно более подробно рассмотреть роль ряда информационных макромолекул в специализированных функциях нейрона в процессах обучения и в особенности в механизмах долговременной памяти.


«Нейрохимические и функциональные основы долговременной памяти»,
Ю.С. Бродкин, Ю.В. Зайцев

Белки головного мозга в соответствии с их функциями подразделяют на структурные, регуляторные (ферменты, гормоны) и рецепторные, локализующиеся преимущественно в области синаптических мембран. Такое деление в известной степени условно, поскольку один и тот же белок может участвовать в различных процессах. Основные данные о структуре и функциях нейроспецифических белков головного мозга были получены в течение последних 15—18…

Полагают [Moore B. W., 1973], что S-100 синтезируется преимущественно в астроцитах, олигодендроцитах. Однако некоторые исследователи обнаруживают его и в нейронах, где он присутствует главным образом в мембраносвязанной форме. В настоящее время довольно подробно изучена динамика накопления S100 в онтогенезе в мозге разных животных. Так, у новорожденных морских свинок его уровень чрезвычайно высок, а его распределение…

Изменения синтеза белка S-100, которые происходят при сенсорной стимуляции и запоминании вырабатываемых навыков, описаны Н. Hyden [Hyden H., 1977, 1979]. Так, при обучении крыс получать пищу непредпочитаемой лапой он наблюдал избирательное накопление белка в гиппокампе через 4 дня после обучения, причем этот процесс сопровождался нарастанием уровня ионов Са++. Параллельно отмечалось повышение включения 14С-лейцина в высокомолекулярные…

В отличие от S-100 и других кислых белков, белок 14-3-2, выделенный впервые из мозга быка [Grasso A. et al, 1969], локализуется исключительно в нейронах. Его относительная молекулярная масса составляет 46 000—50 000. Интересно, что он обнаружен в мозге всех млекопитающих. Предполагается, что этот белок является основным компонентом растворимых белков в синаптосомах (Grasso A. et al.,…

Чрезвычайно важным, по мнению G. Ungar, является соблюдение временного интервала между инъекцией мозгового экстракта доноров и проверкой навыка у реципиента, между временем последнего сеанса обучения и получением мозгового экстракта, которое должно составлять, по мнению автора, соответственно не менее 10 и 6 дней. Характерно, что химический перенос вырабатываемого навыка наблюдался и в том случае, когда животных-реципиентов…

Образование новых белков

Основной вопрос, который возникает при изучении роли низкомолекулярных пептидов в формировании и хранении специфических типов поведения — образуются ли в этом случае совершенно новые белки или они имеются и до обучения, но в количествах, недостаточных для проявления специфической функции данного пептида? Некоторые придерживаются именно последней точки зрения [Дергачев В. В., 1977; Shashoua V. E., 1977]….

Рибонуклеиновые кислоты

При активной деятельности нейрона его генетический аппарат может косвенно влиять и на скорость синтеза РНК. Схема. Пути синтеза матричной и рибосомальной РНК Действительно, функциональную лабильность РНК, т. е. увеличение ее синтеза при электрическом, сенсорном или химическом раздражении нейронов и уменьшение ее содержания при длительном снижении их функциональной активности, можно считать доказанной. Естественно предположить, что изменения…

Не останавливаясь на сложном и часто противоречивом влиянии на память многочисленных ингибиторов синтеза нуклеиновых кислот и белков, следует отметить лишь один общий эффект их действия — отсутствие временной зависимости в их влиянии на различные стадии образования энграммы (формирование, консолидацию и хранение). Кроме этого, многие из ингибиторов синтеза РНК и белков тормозят метаболизм нейромедиаторов и ферментов,…

Однако до сих пор не ясно, участвует РНК в процессах формирования энграммы или в ее длительном хранении. Выраженная способность крыс линии Крушинского — Молодкиной и August к обучению, коррелировавшая с повышенным содержанием РНК в их мозге по сравнению с крысами линий Wistar и NAG, отличавшихся, наоборот, низким уровнем обучаемости, казалось, свидетельствует в пользу первого предположения…

Работы по исследованию динамики синтеза РНК в процессах обучения и хранения приобретенного навыка

К настоящему времени выполнено много работ по исследованию динамики синтеза РНК в процессах обучения и хранения приобретенного навыка [Дергачев В. В., 1977; Тушмалова Н. А., 1977; Shashoua V. Е., 1974; Wallace P., 1975; Hyden H., 1978]. В большинстве из них показано, что, независимо от механизма синтеза РНК (избирательного или неизбирательного), увеличение ее количества сопровождается ускорением…

Дезоксирибонуклеиновая кислота известна как макромолекула, содержащая генетический код и обеспечивающая передачу наследственных признаков, т. е. точное воспроизведение отдельной клетки или организма в целом. В нейронах, как и во всех клетках других тканей, присутствие ДНК в основном ограничено ядром клетки, где она локализуется в хромосомах в комплексе с основными белками, кислыми белками и гистонами. Если основные…

Среднее количество ДНК в диплоидном ядре во всех клетках, включая и мозговую ткань, является постоянным. Различия в уровне ДНК по структурам мозга крайне незначительны, однако в мозжечке различных животных количество ДНК в 6 раз превышает ее содержание в коре больших полушарий [Friede H., 1966]. Обычно ядра нейронов имеют диплоидный набор, тогда как при определенных условиях…