4. 3. Принцип конформаційних змін в регуляторних білках

Принцип конформаційних змін в регуляторних білках з мінімальною витратою енергії на запис інформації в нейронах лежить в основі ряду концепцій про молекулярну основі пам'яті [Ліберман Є. А., 1975; Бородкін Ю. С, 1976; Matthies H., 1974; Conrad M., 1976], відповідно до яких окремі молекули є основними робочими елементами в мозку, а функція нейрона дозволяє зв'язати ці елементи один з одним.

На думку Є. І. Лібермана (1975), при зміні конформації рецепторного білка до його поверхні приєднується відповідна молекула Глік-або фосфолипида, утворює майданчик на універсальному «білці пам'яті».

В якості останніх він розглядає АТФази, УТФазу, цитохром Bs та інші білки. При цьому для запису інформації з будь-якого з рецепторів використовується мінімальна вільна енергія порядку 5 - 10 кТ, і запис може бути здійснена одним електроном або за рахунок розпаду однієї молекули АТФ з переходом ферменту в енергетично напружений стан.

Центральна ідея концепції М. Conrad (1976) полягає в тому, що реалізація механізмів пам'яті здійснюється за допомогою конформаційних змін аллостеричних ферментів, що визначають події, розпізнавані нейроном, і каталізують процеси, що ведуть до формування нервового імпульсу. Важливо, що «молекули пам'яті» М. Conrad розташовуються в дендритах, що дозволяє оцінювати їх роботу як зміну амплітуди входу.

У «молекулі пам'яті» автор виділяє ділянку зберігання з однією з двох конформацій. В одній з них молекула реєструє прихід імпульсу, а в іншій - його відсутність. Регуляторну ділянку контролює здатність такої молекули приймати нову інформацію. Цей процес включає сенситизацію молекули, коли вона переходить в стан, в якому ділянка зберігання існує протягом певного часу після надходження нервового імпульсу, і стабілізує свою власну конформацію.

Процес фіксації попереджає молекули від «розвантаження» інформації. Активна ділянка безпосередньо каталізує події, пов'язані з формуванням нервового імпульсу.

Така схема Conrad представляє безперечний інтерес хоча б тому, що вона розглядає пам'ять як звичайну взаємодію різних елементів нейрона, а конформаційні зміни мембранних білків - як робочий механізм, що визначає формування нервового імпульсу. На жаль, М. Conrad не вказує конкретно, з якими молекулярними структурами слід ідентифікувати так звані «молекули пам'яті», припускаючи лише, що сенситизація таких молекул є не що інше, як взаємодія іонів з регуляторними ділянками рецепторів.

Н. Matthies (1978) запропонував модель внутрішньоклітинної регуляції синаптичної активності нейронів, в якій виділяються три ступені регулювання. Синаптосомальне регулювання здійснюється через зміну конформації ферментів рецепторних і мембранних білків, викликаючи специфічні зміни синаптичної активності, через яку реалізується активність нейрона. Рибосомальна щабель регуляції синтезу білка контролюється рівнем транспортних метаболітів, що утворюються в результаті синаптичної активності.

Ядерна щабель регулювання включає вплив транспортних метаболітів та іонів на синтез ядерної РНК, що, в свою чергу, веде до кількісних змін у синтезі білків, а саме: до підвищення або зниження утворення мембранних, ферментативних, рецепторних білків, до зміни функціональних характеристик синапсів, включаючи зміни синтезу скорочувальних білків синапсів, що регулюють ступінь їх напруженості (релаксацію або напругу з відповідними розширеннями або зменшенням розмірів синаптичної щілини).

За гіпотезою Н. Matthies системна активність нейронів, відображена в їх первинній нейрональній активності, лежить в основі короткочасного зберігання інформації, що займає період декількох секунд або хвилин. Процес фіксації сліду в нейрональному ансамблі займає кілька хвилин або годин і пов'язаний з конформаційними змінами сінаптосомальних ферментів, рецепторних і мембранних білків. Тривале зберігання енграм протягом декількох місяців і років обумовлено структурними змінами синапсів в результаті кількісних змін синтезу білків.