3. 2. Конформаційні зміни молекул білків

Конформаційні зміни молекул білків рецепторів синаптичних мембран і позасинаптичних рецепторів давно розглядається як фізична основа пам'яті в ЦНС.

Дійсно, простота і економічність цього процесу і його універсальне значення в контролі біохімічних реакцій дозволяють розглядати його як механізм просторового збереження сліду пам'яті. Конформаційні зміни мають місце при взаємодії поверхневих антигенів клітини з антитілами, що мають білкову, липопротеїдну або глікопротеїдну природу, при зв'язуванні нейромедіаторів і пептидних гормонів із специфічними рецепторами нейрональних мембран, при взаємодії вторинних посередників (іонів Са + + і циклічних мононуклеотидів) зі специфічними субстратами і під впливом різних фармакологічних речовин, вибірково зв'язуються з тими чи іншими постсинаптичними рецепторами. Особливо важливими представляються прямі докази конформаційних змін мембранних і цитоплазматичних білків сінаптосом при навчанні.

Показано, що у щурів після вироблення їжедобуваного умовного рефлексу відбувається перерозподіл синаптичних білків в корі головного мозку, яке виявляється у збільшенні вмісту зовнішніх білків мембран і зменшенні змісту структурних мембранних білків. Про зміну конформації білків мембран синаптичних структур свідчать також зміни спектральних характерстик білків і збільшення частки білків з β-структурою ланцюга. Даний процес специфічний саме для фази навчання.

Раніше Р. А. Даниловою і О. Є. Новіковою (1972) було висунуто припущення, що фіксація тимчасових зв'язків супроводжується змінами фізико-хімічних властивостей білків, внаслідок чого змінюється відносний вміст доступних реакційноздатних сульфгідрильних (SH) груп в білках.

Мабуть, це припущення не позбавлене підстав, оскільки більшість білків в ізольованих синаптичних з'єднаннях і в речовині постсинаптичної щільності за рахунок дисульфідних зв'язків утворює полімери з різною молекулярною масою. Дисульфідні зв'язки між різними молекулами білка визначають структуру синапсу і беруть участь в регуляції його функції (зміна проникності постсинаптичної мембрани і вивільнення нейромедіатора).

S. Kosover (1972), наприклад, вважає, що зміни дисульфідних зв'язків в синаптичних білках можуть впливати і на ефективність вивільнення ацетилхоліну під час навчання і запам'ятовування, що підвищує функціональні можливості синапсу.

Ця гіпотеза припускає, що постсинаптичні структури можуть кодувати інформацію за допомогою зміни стану полімеризації попередніх білків.

Надалі було показано, що відновлення і окислення тіолових і сульфгідрильних груп білків супроводжується зміною електрозбудженості холінорецепторів електричного вугра органу Electrophorus electricus.

Крім того, багато речовин, що володіють стимулюючим впливом на ЦНС і сприяють тривалому збереженню набутих навичок (кофеїн, метіламфетамін, Пікротоксин), викликали характерні зміни спектрів кільцевого дихроїзму сфінгоміеліна та інших цереброзидів, що становлять невід'ємну частину мембранних і цитоплазматичних структур. J. P. Changeaux зі співавторами (1979) представив експериментальні докази оборотності конформаційних переходів в холінорецепторів електричного вугра органу під впливом різних агоністів і антагоністів.

Виходячи з цього, він запропонував модель, що враховує характер цих змін в залежності від ступеня спорідненості агоніста до рецептора: існують два типи конформаційних переходів в молекулах рецепторного білка, які можуть виникати без витрати зовнішньої енергії.

Швидкі переходи від незначної до високої спорідненості рецепторного білка до агоністів або антагоністів пов'язані з відкриттям іонних каналів. Переходи, зумовлені високою спорідненістю рецепторного білка до агоністів або антагоністів, здійснюються повільно і супроводжуються тривалим закриттям іонних каналів. Залежно від іонного оточення і заряду на мембрані рецепторний білок може стабілізувати свою високу або низьку спорідненість до відповідного зовнішнього агента, закріплюючи, таким чином, одну з кращих чи «оптимальних» своїх конформацій.