Глава VI. На пороге будущих открытий

2300 лет отделяют нас от того времени, когда Аристотель утверждал, что головной мозг человека - это род железы, выделяющей слизь для охлаждения избыточной теплоты сердца. Точка зрения великого философа, по-видимому, наиболее точно отражала уровень развития медицины той эпохи. Человечеству понадобилось примерно еще 500 лет, чтобы другой его талантливый представитель, выдающийся врач Гален, сделал существенный шаг вперед. Мозг человека, утверждал Гален, есть источник чувствительности, источник движения, центр нашей душевной деятельности.

Сегодня ведущая роль нервной системы в жизнедеятельности высокоорганизованных существ бесспорна. Но увы, биохимия нервной системы, биохимия коры головного мозга, биохимия памяти недостаточно изучены. Ряд разделов биохимии нервной системы, понимание молекулярных механизмов психической деятельности человека, по существу, остаются областями "белого безмолвия", куда не ступала нога исследователя.

Сила любого выдающегося ученого в предвидении, в умении прогнозировать. Научное предвидение знаменитого русского исследователя И. Павлова и сегодня поражает своей прозорливостью. "Едва ли можно оспаривать,- говорил он,- что настоящую теорию всех нервных явлений даст нам только изучение физико-химического процесса, происходящего в нервной ткани, фазы которого дадут нам полное объяснение всех внешних проявлений нервной деятельности, их последовательности и связи".

Человек родился. Число нервных клеток у него не сразу становится таким, как у взрослого. Но примерно через год цосле рождения нервных клеток столько же, сколько у взрослых особей. И содержание ДНК в клетках достигает максимума. Больше оно увеличиваться не будет. То же самое относится и к РНК.

На пороге будущих открытий

Химический анализ серого вещества головного мозга взрослого человека показывает, что в нем около 80 процентов воды, 8 - белков, 10 - жироподобных веществ, около 1 процента азотсодержащих органических соединений и 1 - минеральных. В ядрах клеток серого и белого веществ головного мозга до 45 процентов от всех органических веществ приходится на долю нуклеиновых кислот.

ДНК - главный субстрат наследственной информации и РНК, с помощью которой она передается дальше, не находятся в клетках в свободном состоянии. На самом деле они связаны с белком. В ядрах из клеток млекопитающих ДНК связана с белком, который носит название гистона. Более того, этот гистон определенным образом "закреплен" внутри ядра клетки и образует сложный комплекс, имеющий собственное имя - рибонуклеопротеид. Другие белки мозга образуют комплексы с жироподобными соединениями. В таком случае их называют липопротеидами.

Конечно, в головном мозгу есть и другие белки. В сером веществе мозга всегда можно обнаружить белки типа альбуминов и глобулинов, а в белом - нейрокератин. Он совместно с жироподобными соединениями образует оболочку всех нервных волокон.

Каждый белок в клетках мозга выполняет или только одному ему присущую функцию, или разнообразные обязанности. Это общая закономерность. Достаточно сказать, что в клетках и тканях всех без исключения живых организмов все ферменты - белки, а без этих ускорителей химических процессов жизнь невозможна.

Кстати говоря, белок называют именно белком или протеином совсем не случайно. История происхождения этих терминов вкратце такова.

В повседневной жизни белком называют ту часть куриного яйца, которая при нагревании приобретает белый цвет. Почти в самом начале прошлого века исследователи обнаружили, что из всех тканей растительного или животного происхождения с помощью простейших манипуляций можно извлечь химические соединения, во многом напоминающие по своим свойствам белок куриного яйца. Поместив под пресс мышечную ткань животных, удается получить некоторое количество прозрачной жидкости. При температуре 70 градусов она неожиданно свертывается и образует беловатую массу, похожую на белок сваренного куриного яйца.

Этот термин прочно удержался в науке, хотя все исследователи сейчас знают, что белки по своему химическому строению могут быть различными. Наряду с термином "белок" в науке утвердился и другой - протеин. Это слово происходит от греческого "протос", что означает "первый", или "важнейший". Тем самым ученые хотели подчеркнуть значимость, важность функции, которую белки выполняют в клетке.

У многих живых организмов нет не только мозга, но и простейшей нервной системы. Мозг - высшее достижение эволюционного процесса. В самом мозгу есть отделы более древние и более молодые. Самый молодой отдел мозга - это кора, серое вещество больших полушарий. Более древнее по происхождению белое вещество.

И вот что интересно. Серое вещество головного мозга, выполняющее наиболее сложные функции в человеческом организме, особенно богато белком. Каждый отдел такого сложного образования, как мозг, имеет свои белки. Иными словами: белки различных отделов мозга млекопитающих отличаются друг от друга.

Все ферменты - белки. Сегодня кажется удивительным, что всего пятьдесят с небольшим лет назад советским ученым Б. Словцовым было проведено первое обстоятельное исследование разнообразных ферментов, каждый из которых отвечал за превращения белков, жиров или углеводов.

Современный исследователь знаком со многими десятками ферментов и ферментных систем, которые обеспечивают жизнедеятельность мозга и все его функции. Целые институты и лаборатории сегодня изучают биохимические процессы, протекающие в нервной ткани. Мозг содержит полный набор разнообразных ферментов, гарантирующих его нормальную функцию и обеспечивающих все основные стороны обмена веществ.

Все белки построены из остатков двадцати аминокислот. Их последовательность строго определенна для каждого белка. Аминокислотные остатки образуют так называемые полипептидные цепи. Когда говорят о первичной структуре белка, то подразумевают последовательность аминокислот в молекуле. Полипептидные цепи могут быть уложены спиралью или зигзагообразно. Форма молекул белка может напоминать шар, или, как говорят биохимики, глобулу. Наконец, если молекула белка имеет более чем одну полипептидную цепь, то они особым образом располагаются одна относительно другой.

Сколько всего слов можно образовать из двадцати-тридцати букв алфавита? Двадцать аминокислот, из которых построены белки, это тоже своего рода буквы биохимического алфавита. Опираясь на это логическое построение, исследователи теоретически рассчитали, что общее число различных типов белков у всех видов живых организмов может составлять величину порядка 10¹⁰-10¹². 10¹² - это тысяча миллиардов. Но сколько белков существует в головном мозгу человека, сказать пока невозможно. По-видимому, много.

В головном мозгу липидов множество. К великому сожалению, .значение многих из них в жизнедеятельности мозга еще далеко не изучено. В головном мозгу, например, содержится значительное количество так называемых фосфатидов. Если фосфатид разложить на более простые составные части, то в смеси можно обнаружить глицерин, жирные кислоты, фосфорную кислоту и ряд других соединений. Кстати говоря, большая часть жирных кислот в головном мозгу находится именно в составе разнообразных фосфатидов.

На пороге будущих открытий

Недостаточно выяснена роль, которую играет в мозговой ткани известный многим холестерин. Его почему-то больше всего в белом веществе. Он предпочитает быть свободным. Большая часть его находится в несвязанном состоянии. И только меньшая часть связана с белком. Чем человек старше, тем больше в его головном мозгу холестерина. Чем это объяснить, пока неизвестно, хотя и существует несколько гипотез.

Различные участки мозга содержат разное количество липидов. Например, в белом веществе обнаруживается примерно в два раза больше липидов, чем в сером. А в сером содержится много веществ, в состав которых, помимо липидов, входят углеводы. Эти соединения называются ганглиозидами. У них крупные молекулы. Обычно они встречаются на внешней поверхности клеточных мембран. Ганглиозиды выполняют самые разнообразные функции и обладают не совсем обычными для липидов особенностями. Они могут связывать различные ядовитые вещества, выделяемые микробами, и тем самым обезвреживают их.

В головном и спинном мозгу обнаружены самые разнообразные минеральные вещества: кальций, калий, натрий, магний, железо, медь, цинк, марганец и многие другие. Распределение этих элементов в различных отделах мозга неодинаково. Содержание йода в разных участках мозга может отличаться в десять раз и более. Так, например, в среднем мозгу в пятнадцать раз больше йода, чем в больших полушариях.

Одно химическое соединение, которое содержится в головном мозгу, безусловно, заслуживает того, чтобы в нем сказали особо. Это гамма-аминомасляная кислота. С одной стороны, она типичная аминокислота. Но никогда не встречается в составе белка. Вот тут требуется сделать небольшое отступление.

Вообще говоря, помимо двадцати обычных аминокислот, входящих в состав белков, есть еще несколько редких. Их иногда тоже находят при разложении белковых молекул на составные части. Но и это еще не все. Известно более 150 аминокислот, которые встречаются в клетках и тканях в свободном и связанном состоянии, но их никогда не находили в составе белка. Особенно много таких аминокислот в грибах и высших растениях. Некоторые даже ядовиты.

А теперь вернемся снова к гамма-аминомасляной кислоте, которую сравнительно недавно обнаружили в головном мозгу. Она типичный представитель небелковых аминокислот. Считают, что она оказывает сильное влияние на функцию центральной нервной системы. С ее помощью, когда возникает в этом необходимость, проведение нервного импульса прерывается.

Конечно, в тканях мозга содержится значительное число и других соединений, роль которых в биохимических процессах мозга тоже далеко не изучена или не изучена совсем.