Клетки мозга

Особенностью живого организма является использование короткоживущих материалов для построения долгоживущих систем. Решение этой на первый взгляд неразрешимой задачи найдено в постоянном обновлении организма. Каждая клетка, каждый орган в нем находятся в состоянии хронического “ре­монта”, во время которого старые молекулы заменяются новыми. В резуль­тате этого структура в целом (например, клетка) живет многие годы, тогда как молекулы вновь и вновь сменяются новыми. Особенно интенсивны эти про­цессы в мозге, который обновляется на 80% всего лишь за две недели.

Ведущее значение в деятельности любой клетки принадлежит мембране. В особой мере это относится к нервной системе. В организме человека ее функ­циями являются интеграция и коммуникация. Эти функции осуществляются че­рез мембрану: прохождение нервного импульса вдоль аксона, приводящее к воз­никновению потенциала действия за счет переноса ионов через аксональную мембрану; передача информации от одной клетки к другой представляет собой химические и электрические явления на синаптической мембране; гормональ­ная регуляция связана с восприятием управляющих сигналов — гормонов — че-1 рез синаптические рецепторы на мембране (Хухо, 1990). Толщина ее составляет в среднем 8 нанометров (нм), что меньше чем 0,00001 мм. В 1934 г. исследовате­ли Дж. Даниэли и И. Даусон предложили модель, согласно которой клеточная мембрана выглядела как сэндвич (разрезанная булка с маслом внутри). Наруж­ные слои модели составляли белки, а внутри “сэндвича” помещались фосфоли-пиды (сложные жироподобные молекулы) (Климов, Никульчева, 1995).

Современное представление о|

Рис. 1.9. Строение мембраны нейрона (Kalat, 1992).

структуре мембраны введено С. Зин­гером и Г. Николсом, предложивши­ми жидкомозаичную модель мембра­ны (Singer, Nicolson, 1972). Согласно | их гипотезе белки мембраны погру­жены в гель из двойного слоя фосфо-липидов. Эти молекулы имеют два конца, из которых один растворим в воде, а другой нет. Фосфолипиды двух слоев повернуты друг к другу своими нерастворимыми в воде кон­цами (рис. 1.9). Молекулы фосфоли-

17

пидов, находясь в жидком кристаллическом состоянии, подвижны и могут проникать из слоя в слой (так называемая “флип-флоп диффузия”; flip — щелчок, flop — шлепок, англ.) или меняться местами с соседями (латераль­ная диффузия). У бактерий одна молекула фосфолипидов завершает полный цикл движения вокруг клетки примерно за 1 сек. — нетрудно представить себе подвижность живой клетки и ее частей (Климов, Никульчева, 1995). Жидкомозаичная модель клеточной мембраны — не более чем модель. Это значит, что она является рабочей гипотезой, в настоящее время наиболее адекватно описывающей мембрану. Любой хорошо запланированный экс­перимент может ее изменить или даже отвергнуть (Хухо, 1990). В этом учеб­нике достаточно часто будет встречаться описание моделей, поэтому следует всегда помнить об относительной надежности этих описаний.

В каждой клетке тела, кроме клеток крови и генеративных клеток, набор генов одинаков. Однако все разнообразие функционирования клеток опре­деляется набором экспрессирующихся генов (находящихся в активном со­стоянии, при котором синтезируется продукт, кодируемый данным геном). В каждой клетке эти работающие гены составляют лишь небольшую часть генома. В мозге избирательная генная экспрессия обнаружена в амакрино-вых клетках в сетчатке, клетках Пуркинье в мозжечке, мотонейронах в спин­ном мозге.

В процессах метаболизма универсальным источником питания мозговой ткани служит глюкоза. Независимо от того, поступила ли она из кишечни­ка или образовалась в печени, глюкоза с током крови попадает во все ткани организма и используется ими для формирования богатых энергией связей, а также как первичный предшественник углеводов. В клетку глюкозу пере­носит белок, погруженный в клеточную мембрану. Пять форм такого белка уже достаточно хорошо изучены.