Поведение: эволюционный подход

Наибольшее значение имеет транспорт через специализированные каналы. Каналы представляют собой белковые структуры, пронизывающие мембраны. Они могут находиться в открытом или закрытом состоянии. Проводимость канала играет определяющую роль в механизме проведения нервного импульса и будет рассмотрена далее.

Активный транспорт осуществляется против градиента концентрации, поэтому связан с затратой энергии.

Обычно активный транспорт сопряжен с работой специализированных систем – мембранных насосов. В различных клетках работает большое количество различных насосов, транспортирующих ионы Na⁺, K⁺, Са²⁺, Н⁺, Cl^—. Особое значение для жизнедеятельности клетки играет Na⁺, K⁺-насос или Na⁺, K⁺-АТФаза. Эта система перекачивает натрий из клетки и калий в клетку против их электрохимических градиентов за счет гидролиза АТФ, поддерживая преобладание K⁺ внутри клетки, а Na⁺ – снаружи.

Существует два типа Са²⁺-АТФаз. Одна из них обеспечивает выброс ионов кальция из клетки в межклеточную среду, другая – аккумуляцию кальция из клеточного содержимого во внутриклеточное депо. Обе системы способны создавать значительный градиент иона кальция.

Однако активный транспорт может осуществляться не только с помощью насосов, но и с использованием энергии ионных градиентов.

Работа клеточных насосов и ионных градиентов позволяет поддерживать разность потенциалов с наружной и внутренней стороны клеточной мембраны от -30 до -100 мВ. Этот показатель получил название потенциала покоя. У большинства нейронов он составляет порядка -70 мВ. Отрицательное значение потенциала покоя указывает на то, что внутриклеточный заряд мембраны отрицателен по отношению к внеклеточной среде. Помимо мембранных насосов этому способствуют крупные биомолекулы, обычно несущие отрицательный заряд.

Потенциал покоя устанавливается на величине, уравновешивающей трансмембранный градиент концентраций разных ионов. Эта величина определяется уравнением Нернста. Во многих клетках (например, нейронах) решающее значение имеет равновесие ионов K⁺, когда отрицательный заряд внутри клетки уравновешивает действие градиента его концентраций. Для других ионов такая мембрана практически непроходима. Однако разные клетки отличаются разной проницаемостью, что отражается на величине потенциала покоя. Во многих клетках мембрана проницаема для ионов Cl^—, который в этом случае играет важную роль в формировании потенциала покоя.

К особому типу мембранного транспорта относится транспорт в мембранной упаковке. Эндоцитоз – это поглощение веществ клеткой, а экзоцитоз – это выделение веществ клеткой путем слияния мембранного пузырька с плазмалеммой. Эти процессы мы также увидим в работе нервной системы.

Толщина биологических мембран составляет всего 7–10 нм, но их общая площадь в клетке весьма велика.

7.3. Цитоплазма

В цитоплазме различают гиалоплазму, цитоскелет и органоиды.

Гиалоплазма. Это коллоидная система цитоплазмы, где осуществляются разнообразные биохимические реакции. Здесь же сосредоточены основные питательные вещества, в основном в виде жировых капель и гранул гликогена.

Цитоскелет представлен белковыми нитями – филаментами. Они придают прочность клетке, упорядочивают размещение клеточных компонентов. В эукариотических клетках выделяют три системы филаментов. Все они выполняют опорную функцию, однако каждая система имеет свои специфичные особенности.

Микрофиламенты представлены нитями диаметром 6 нм, образованными полимеризацией глобул белка актина. В клетке актиновые нити связаны с большой группой дополнительных белков. Особо следует отметить белки миозин и тропомиозин, взаимодействие с которыми играет решающую роль в двигательной функции. Актин-миозиновая система свойственна всем клеткам, но наибольшее развитие она получила в клетках мышечной ткани. Эта же система, связанная с другими белками, образует сеть субмембранного отдела цитоплазмы – клеточный кортекс.

Микротрубочки представляют собой полые цилиндры диаметром 25 нм. Стенки микротрубочек образованы в результате полимеризации белка тубулина, связанного с разнообразными вспомогательными белками. Каждая молекула тубулина состоит из двух субъединиц – -тубулина и -тубулина. В клетке микротрубочки представлены как нестабильными структурами (веретено деления), так и постоянными (центриоли, кинетосомы, жгутики, реснички).

Природа микротрубочек вызывала жаркие споры специалистов, порождая иногда самые фантастические гипотезы. В симбиотической гипотезе Л. Маргелис предшественниками микротрубочек рассматривались спирохетоподобные прокариоты (Маргелис Л., 1983). Этот взгляд не нашел поддержки у эволюционистов, но в последнее время он вновь возродился в версии хроноцитов как симбионтов-предшественников, давших начало микротрубочкам (Hartman H., Fedorov A., 2002). Некоторые из гипотез, связывающие микротрубочки с поведением и психикой, будут рассмотрены нами далее.