Металлы, которые всегда с тобой

Начав работу в конце 30-х годов, Ходжкин и Хаксли за свои классические исследования нервных клеток в 1963 году получили Нобелевскую премёю. Они детально изучили события, с которыми связано прохождение электрического импульса по нервному волокну, выявили их зависимость от концентрации ионов калия и натрия. И установили следующее.

Когда нервная клетка находится в покое, внутри её наблюдается отрицательный заряд, возникающий не без участия мембраны. Его называют потенциалом покоя, и он равен -- 70 мВ. Как только клетка получает команду к действию — сигнал возбуждения, резко возрастает проводимость мембраны для ионов натрия и калия (что происходит в результате деятельности белков, образующих каналы для прохода). Потенциал покоя падает до нуля — как говорят, мембрана деполяризуется. Затем напряжение возрастает до положительной величины +50 мВ. Оно возникает потому, что при образовании каналов катионы натрия проникают в клетку, а катионы калия, наоборот, выходят наружу, правда, с некоторым запозданием. Изменение отношений их концентраций и приводит к перемене знака потенциала. В этой тонкости и заключён весь смысл передачи нервного импульса. Это уже потенциал действия. Он длится 10 мс, из которых примерно 1 мс приходится на пиковый потенциал. Величина потенциала действия равна алгебраической сумме потенциала покоя и потенциала, образованного движением катионов натрия и калия: +50—(—70) = 120 мВ. Вот такие сигналы, словно точки и тире азбуки Морзе, управляют нашими действиями.

В течение многих лет физиологи пытаются изменить концентрации по обе стороны мембраны аксона, манипулируя различными вещёствами, но вывод остаётся один: натрий и калий в определённых концентрациях ответственны за образование потенциала покоя и действия. Впоследствии выяснили, что ионы этих металлов проходят через мембрану нерва по разным каналам. Наиболее убедительные доказательства этого были получены при использовании сильнейшего нервного яда — тетродотоксина, который содержится в органах рыбы-собаки. Любопытно, что один из её видов является деликатесом в Японии. Фугу — так японцы называют эту рыбу — бывает ежегодно причиной смертельного отравления десятков людей, но это не останавливает любителей полакомиться экзотическим блюдом. Собственно говоря, такой ядовитой рыбой и заинтересовались учёные, а потом уж был выделен чистый кристаллический препарат тетродотоксина, который и нашёл применение в исследовании ионной проводимости. Его высокая специфичность действия была использована для оценки числа натриевых каналов в мембране нервной клетки. Оно весьма невелико, всего несколько десятков на 1 мкм2.

Предполагается, что перемещёние в этом случае ионов натрия подчиняется обычным законам диффузии. Но такой вывод не относится к"ионам калия. Число калиевых каналов в мембране нерва значительно больше, и не исключено, что они транспортируются специальными переносчиками.

Значительное место отводится также металлам-братьям и в биохимических представлениях о мозговой деятельности. Известно, что память у нас бывает двух типов: кратковременная и длительная. Скажем, конспектируя, лекцию, мы запоминаем слова на несколько секунд непосредственно перед записью. Это память кратковременная. Длительной памятью мы пользуемся тогда, когда нужно что-нибудь запомнить надолго.

В настоящее время выдвигается гипотеза о том, что механизм кратковременной памяти имеет ионную природу. Известно, что ионные связи непрочны, способны к быстрому разрушению — потому-то и память «коротка». Здесь главную роль отводят соединениям калия и натрия, которые легко диссоциируют в растворах на ионы (а в организме реакции практически протекают именно в растворах). Длительную же память связывают с образованием более стабильных белковых структур.

И в заключёние этого раздела вот на чем хотелось бы сконцентрировать внимание читателя. Для нашего организма крайне важно поддержание постоянства внутренней среды и прежде всего кислотно-щелочного равновесия. В самом деле, и обмен вещёств вообще, и любая биохимическая реакция в частности протекают нормально только в определённых, строго сбалансированных условиях динамического равновесия — гомеостаза. Естественно, что все вещёства, попадающие в организм, так или иначе влияют на это состояние, но самыми важными здесь, как это установлено, являются натрий и калий.

Памятуя об этом, сможем ли мы все же решить для себя поистине жизненный вопрос: солить или не солить?..

Металл живых конструкций

Чуть больше 200 лет назад во втором кругосветном путешествии Джеймса Кука сопровождал немецкий естествоиспытатель Иоганн Рейнгольд Форстер, воображение которого поразила изумительная картина коралловых островов Тихого океана. Но дело было не только в красоте рифов и лагун. Форстер, пожалуй, первым осмыслил и оценил ту грандиозную созидательную деятельность живых организмов, благодаря которой возникают известковые массивы.