Введение к работе
Актуальность проблемы. 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 нейробиологнческих веществ, способных улучшать мозговую деятельность, имеют особую актуальность. Особенно ценно, если на основании этих исследований можно предложить несложные тесты по отбору наиболее эффективных нейротропных препаратов для коррекции памяти, улучшения обучения и рассудочной деятельности.
Огромное количество исследований в области изучения молекулярных механизмов памяти, в основном, посвящено изучению роли ДНК и белков. Уже давно многими исследователями придавхтось большое значение биологическим мембранам как клеточным регуляторам, однако, только в последнее десятилетие была сформулирована гипотеза о важной роли липидов биологических мембран в процессах передачи и хранения информации. 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\
Поскольку биологическая мембрана представляет собой целостное структурное сложноорганизованное образование, состоящее из белков, липидов и воды, обладающее целым рядом собственных уникальных свойств, таких, например, как полиморфизм её фосфолипидов (рис. 1), то особенную актуальность имеют работы по изучению жидкокристаллических мезоморфных превращений мембранных фосфолипидов \Богуславский Л.И., 1979, 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\. и выяснению их роли в нейробиологнческих процессах. Важность и перспективность такого рода исследований основывается на экспериментальных данных, которые свидетельствуют о том. что изменение
структуры и вязкостных свойств биологических мембран влечёт за собой функциональные изменения активности мембраносвязанных. липидзависнмых ферментов и рецепторов центральной нервной системы (в частности аденилатцнклазы, протеинкиназы С, ацетилхолинэстеразы) Шальмина Н.П., Мальцева Е.Л., 1986, Молочкина Е.М., 1992\. К тому же недавние исследования показывают существование зависимости между составом фосфолипидов синаптических мембран и функциональной активностью ряда неиромедиаторных систем: холннэргической, серотонинергической УБурлакова Е.Б. Губарева А.Е., Архипова Г.В., 1992, Бурлакова Е.Б., Архипова Г.В., Чернявская Л.И., 1987V
Поэтому для выяснения механизмов памяти особенно перспективны те исследования, которые посвящены изучению молекулярного механизма действия ноотропных агентов: как уже известных, например, нейропептидов \Ашмаріш И.П., 1987V так и новых препаратов с ноотропным действием из класса антиоксидантов УАрхипова Г.В. и др., 1981,1982, 1983V В качестве таких агентов, улучшающих память и обучение у животных, мы выбрали два препарата различного химического строения, но близкой нейробиологической активности: нейропептид АКТГ и антиоксидант фенозан (2,4-дитретбутил-З-оксифенилпропионовая кислота) УАшмарин И.П., 1987, Архипова Г.В. и др., 1981, 1982, 1983, 1990V
Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования является комплексное изучение влияния ноотропных веществ на структурное жидкокристаллическое состояние модельных биологических мембран с применением различных физико-химических методов. В задачи работы входило:
-
Сравнительное изучение общих закономерностей структурно-фазовых превращений в водных дисперсиях природного и синтетического фосфатидилхолина под действием температуры, а также изучение этих термоиндуцированных превращений при изменении состава мембранных фосфолипидов (добавлении в изучаемую систем)' различного количества ФЭА).
-
Комплексное исследование полиморфных превращений в мембранном бислое при действии на систему фосфолипид - вода веществ, улучшающих
память и обучение in vivo, с помощью различных физико-химических
методов. 3. Анализ структурно-фазовых мезоморфных превращений липидов
биологических мембран как важного условия молекулярного действия
ноотропных агентов. Новизна и научно-практическая значимость работы. 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, так и при действии двух ноотропных препаратов различной химической природы: нейропептида АКТГ и антноксиданта фенозана.
В работе впервые было показано, что при действии ноотропных веществ на уровне мембранного бислоя как синтетических, так и природных липидов, существуют общие 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 является важным условием действия ноотропных веществ, а также, возможно, что полиморфные превращения в липидном бислое участвуют в механизме записи и хранения информации на уровне синаптических мембран. Полученные экспериментальные и аналитические данные имеют как теоретическое значение для более полного понимания молекулярных механизмов памяти, так и практическую значимость при подборе наиболее эффективных ноотропных лекарственных препаратов.
Апробация работы. Результаты исследований доложены на конкурсе молодых ученых ИБХФ РАН, на X Международной Конференции "Магнитный резонанс в химии и биологии", Суздаль, 1998г., на Международной конференции "Биоантиоксидант", Москва, 1998г., на 1! съезде Биофизиков России, Москва, 1999г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 печатных работ. Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, изложения
результатов исследования, обсуждения полученных результатов, заключения,
выводов и списка цитируемой литературы, а также списка сокращений.
Текст диссертации изложен на 123 страницах машинописного текста,
иллюстрирован 29 рисунками и 1 таблицей. Библиография включает 96
наименовании.
Положения, выносимые на защиту.
1 .Температуры фазовых переходов водных дисперсий природного и
синтетического фосфатидилхолинов практически совпадают в интервале
температур 28-45С.
2.Кривые нагревания и охлаждения водных дисперсий природного и
синтетического фосфатидилхолина образуют гистерезис в изучаемом интервате
температур.
3.Показана универсальность изучаемых закономерностей поведения водных
смесей природного и синтетического фосфатидилхолинов.
4.Добавление фосфатидилэтаиоламина в систему природного ФХ-вода
увеличивает содержание неламеллярной мезофазы и увеличивает время
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.Полученные данные подтверждают предположение о роли полиморфных
превращений липидов в молекулярном механизме действия ноотропных
веществ и записи информации на уровне биологических мембран.