Работа ионных насосовСтраница 5
Теперь мы можем обсудить такой вопрос: чем определяется, например, рост мембранной проницаемости калия от времени при скачке мембранного потенциала? Если бы все каналы были одинаковыми и детерминировано управлялись бы электрическим полем на мембране, то постепенного изменения проницаемости не наблюдалось бы – она менялась бы скачком. Тогда все процессы возбуждения протекали бы совершенно иначе. Плавное изменение проницаемости можно объяснить либо присутствием в мембране каналов разного сорта с разной чувствительностью к МП, либо вероятностным характером работы каналов, который и был обнаружен экспериментаторами.
Таким образом, уравнения Ходжкина – Хаксли – это такие же макроскопические уравнения, как уравнение Менделеева – Клапейрона. И как за уравнением газового состояния стоят молекулярно-кинетическая теория и статистическая физика, так и за уравнениями X–X сюит статистическая физика каналов, которая сейчас энергично развивается.
Другие современные направления молекулярной биологии – это изучение устройства одиночных молекулярных машин, их деталей и их взаимодействия, выяснение того, какие атомные группы играют роль ворот и т.д. И, наконец, еще одно направление – генетика ионных каналов.
Если еще недавно предполагалось, что ионный канал – это стабильная машина, которая встраивается в мембрану н функционирует достаточно долго, то теперь выяснилось, что белки-каналы нервных клеток функционируют всего около суток, а потом разрушаются и на их место доставляются новые каналы. Синтезируются эти канальные белки, как и другие белки, специальными молекулярными машинами – рибосомами. «Команду», какой именно белок синтезировать, рибосомы получают от особых молекул – молекул информационной рибонуклеиновой кислоты. Английскому биологу Миледи удалось поставить такой красивый опыт. Он выделил из нервных клеток молекулы РНК и ввел их в яйцеклетку. В норме эти яйцеклетки невозбудимы, т.е. не реагируют на деполяризацию ПД. Однако те яйцеклетки, в которые ввели РНК нейронов, приобрели возбудимость и стали отвечать на раздражение такими же импульсами, как нервные клетки. Это означает, что по РНК нейронов на рибосомах яйцеклеток были синтезированы белки ионных каналов, эти белки сумели встроиться в мембрану яйцеклетки и нормально в ней работали.
Было обнаружено, что в мотонейронах позвоночных на теле клетки в основном находятся натриевые каналы, а на дендритах – кальциевые. Такое же распределение каналов обнаружили и на клетках Пуркинье – крупных нейронах мозжечка. Это означает, что белки-каналы, вырабатываемые клеткой, не просто встраиваются в мембрану нейрона где попало, а каналы разного сорта транспортируются в нужное место.
До сих пор речь шла о каналах, которые открываются и закрываются под действием электрического поля на мембране. Однако существуют и каналы совершенно иного сорта, которые управляются химическими веществами. Уже давно были известны каналы постсинаптической мембраны, которые открываются под действием медиатора. Но сейчас выяснено, что сходными свойствами обладают и каналы, не имеющие отношения к синапсам, причем они могут реагировать не на вещества, поступающие к наружной поверхности клетки извне, а на те вещества, которые вырабатываются внутри клетки или накапливаются в ней.
Например, существуют кальциевые каналы, лишенные инактивации. При деполяризации мембраны через них в клетку все время поступает поток ионов кальция. Если концентрация кальция в клетке достигает некоторого достаточно высокого уровня, то канал закрывается. Эти каналы можно закрыть и с помощью электрического поля, гиперполяризуя мембрану; таким образом, это каналы, так сказать, «двойного подчинения». Обнаружены и калиевые каналы, управляемые концентрацией кальция.
Для других кальциевых каналов показано, что они чувствительны к концентрации особого вещества цАМФ. Это вещество управляет рядом внутриклеточных процессов. Рост концентрации цАМФ в некоторых нейронах приводит к открыванию каналов и деполяризации клетки. Одним из первых такие каналы обнаружил советский биофизик Е.А. Либерман.
Таким образом, в последние годы стало ясно, что есть много типов каналов, что каналы – это динамические образования и, наконец, что существует много механизмов, управляющих работой каналов: это и электрические поля на мембране, и разные химические вещества.
В каждой клетке есть гены, ответственные за белки-каналы, но в одних клетках эти гены неактивны, а в других они функционируют. Так электрические процессы в клетке оказываются связанными с работой ее генетического аппарата. Клетка может не только управлять работой каналов изнутри, она может и модифицировать их, менять их свойства посредством биохимических реакций. Такие процессы происходят например, при обучении животного.
Также смотрите:
Естественно-научная и гуманитарная культуры
Культура, будучи результатом человеческой деятельности, не может существовать изолированно от мира природы, являющегося ее материальной основой. Она неразрывно связана с природой и существует внутри ее, но, имея природную основу, культура в то же время сохраняет свое ...
Нахождение Q(z)
Примем, что ось z расположена параллельно длинной оси исследуемого органа. Сделаем гистологические срезы органа в двух перпендикулярных плоскостях: параллельно длинной оси органа (оси z), и перпендикулярно ей. Функцию Q(z) будем искать на изображениях клеток, полученн ...
Распространение потенциала действия
Продвижение потенциала действия вдоль нервного волокна зависит от пассивного распространения тока в соседние участки мембраны, которое вызывает в них деполяризацию до порогового уровня. Для иллюстрации этого свойства представим себе потенциал действия, «замерший» во в ...