Шмидт, Тевс (ред.) - Физиология человека - т.1 (Шмидт, Тевс (ред.) - Физиология человека - 1996), страница 7

Совокупносп миожества таких циклов соедивевия — разъедивевия првводит к макроскопическому соврашеввю мышечных велеиеи (гл. 4). Ди- веин играет авалогичиую роль в перемещении микротрубочек при работе респичек (рис. 1.1). В цито- плазме песпециалвэировавиых клеток миозив и динеив образуют ие правильные волокна, а в большинстве случаев маленькие группы молекул. Даже в виде таках малых агрегатов ови способны перемещать актиповые филамеиты или микротрубочки. Рис. 1.13 иллюстрирует этот процесс, когда к двум ахтиновым филамевтам, поляризовавным в разпых направлениях, присоединены также противоположно поляризованные молекулы миозива.

Головные группы миозииа изгибаются к хвосту молекулы, расходуя при этом АТФ, а два вагиновых филамепта смещаются в противоположном ваправлеиии, после чего миозии отсоединяется от вих. Перемещеиия такого рода, в ходе которых энерпш АТФ преобразуется в механическую работу, могут изменять форму цитоскелета и, следовательво, клетки, а таюяе обеспечивать транспорт связаввых с цито- скелетом оргаиелл. Аксопный траиспор г Процессы внутриклеточпого транспорта наиболее ярко могут быть продемовстрироваиы на аксопе перепой клетки. Аисоивыи травсиорт рассматривается здесь подробно, чтобы проиллюстрировать события, которые, вероятно, сходным образом происходят в большинстве клеток. Аксаи, диаметр которого составляет всего несколько микронов, может доствгать длины одпого метра и более, и движевие белков путем диффузии от ядра к дисгальному концу аксона заняло бы годы.

Давно известио, что когда какой-либо вз участков аксона подвергается коистрвкции, часть аксова, расположенная проксимальвее, расширяется. Это выглядит так, как будто в аксове блокирован центробежный поток. Такой поток — быстрый авсеивый траваяврт — может быль продемонстрирован движением радиоактивных маркеров, как в эксперименте, показанном ва рис. 1.14. Лейцин, меченный радиоактивной меткой, ииъецировали в гавглий дорсальвого корешка, и затем со 2-го по 1О-й час измеряли радиоахтивиосп в седалвщпом нерве па расстоявви 166 мм от тел нейронов.

За 1О часов пик радиоактивности в месте ивъекцви менялся незначительно. Но волив радиоактивности распространялась по аксоиу с постоявной скоросп ю около 34 им за 2 ч, или 410 мм.суг '. Показало, что во всех вейрозьзх гомойотермных животпых быстрый аксопиый транспорт осуществляется с такой же скоростью, причем ощутимых различий между товхими, безмиелиновыми волокнами и наиболее толстыми аксоиами, а также между моторными и севсорвыми волокнами ве наблюдается. Тип радиоактивного маркера также ве влияет ва скорость быстрого аксоввого транспорта; маркерами могут служить разнообразные радиоактивные ГЛАВА Ь ОСНОВЫ КЛЕТОЧНОЙ ФИЗИОЛОГИИ Я нн Рис. 1.13. Немышечный миозиновый комплекс при определенной ориентации может связываться с актино- выми филаментами различной полярности и, используя энергию АТФ.

смещать их относительно друг друга молекулы, такие, как различные амннокислоты, включающиеся в белки тела нейрона. Если проанализировать периферическую часть нерва, чтобы определить природу переносчиков транспортированной сюда радиоактивности, то такие переносчики обнаруживаются главным образом во фракции белков, но также в составе медиаторов и свободных аминокислот.

Зная, что свойства этих неществ различны и особенно различны размеры их молекул, постоянную скорость транспорта мы можем объяснять только общим для всех вих транспортным механизмом. Описанный выше быстрый аксонвый транспорт является автероградвым, т.е. направленным от тела клетки. Показано, что некоторые вещества движутся от периферии к телу клетки с помощью ретроградного транспорта. Например, апетилхолинзстераза транспортируется в этом направлении со скоростью в 2 раза меньшей, чем скорость быстрого аксонного транспорта. Маркер, часто используемый в нейроанатомии пероксидаза хрена — также перемещается ретроградным транспортом.

Ретро1радный транспорт, вероятно, играет важную роль в регуляции белкового синтеза в теле клетки. Через несколько дней после перерезки аксона в теле клетки наблюдается хроматолиз, что свидетельствует о нарушении белкового синтеза. Время, требующееся для хроматолиза, коррелирует с длительностью ретроградного транспорта от места перерезки аксона до тела клетки. Такой результат предполагает и объяснение этого нарушения-нарушается передача с периферии «сигнального вещества», регулирующего белковый синтез. Очевидно, что основными «средствами передвижения», используемыми для быстрого аксонного -24 0 24 46 72 66 120 144 166 Рис. 1.14.

Опыт, демонстрирующий быстрый аксонный транспорт в сенсорных волокнах седалищного нерва кошки. Меченный тритием лейцин вводят в ганглий дорсального корешка и измеряют радиоактивность в ганглии и сенсорных волокнах через 2. 4, 6, В и 10 ч после введения (нижняя часть рисунка). По оси абсцисс отпо1кено расстояние от ганглия до участков седалищного нерва, где производят измерение. По оси ординат только для верхней и н1скней кривой в логарифмическом масштабе отложена радиоактивность (имп./мин). «Волна» повышенной радиоактивности (стрелки) движется со скоростью 410 мм.сут ' (по (1 6)) транспорта, являются везнкулы (пузырьки) и оргавеллы, такие.

как митохондрии. содержащие вещества, которые нужно транспортировать. Перемещение наиболее крупных везикул или митохондрий можно наблюдать с помощью микроскопа 1п угуо. Такие частицы совершают короткие быстрые движения в одном из направлений. останавливаютсв, часто двигаются немного назад или в сторону, снова останавливаются, а затем совершают рывок в основном направлении. 4)0 мм.сут ' соответствуют средней скорости антероградного движения приблизительно 5 мкм с '; скорость же каждого отдельного движения должна быль, следовательно, гг ЧАСТЫ. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КЛБТКИ значительно выше, а если учесть размеры органелл, филаментов и микротрубочек, то эти движения действительно очень быстры.

Быстрый аксонный транспорт требует значительной концентрации АТФ. Такие яды, как колхнцин, разрушаюший микротрубочви, также блокируют быстрый аксонный транспорт. Из этого следует, что в рассматриваемом нами транспортном процессе везнкулы и органеллы движутся вдоль михротрубочек и актиновых филаментов; это движение обеспечивается малыми агрегатами молекул динеина и миозина, действующих, как показано на рис. 1.13, с использованием энергии АТФ. ' Быстрый аксонный т1жнспорт может участвовать н е мвтелегвчееимх вреяеееах.

Некоторые вейротропные вирусы (например, вирусы герпеса нли полиомиелита) проникают в аксон на периферии н движутся с помощью ретроградного транспорта к телу нейрона, гле размножаютея н оказывают свое токсическое действие. Токсин столбняка — белок. который продуцнруется бактериями, попавающимн в организм при повреждениях комн, захватывается нервными окончаниями и транспортируется к телу нейрона, гле он вызывает характерные мышечные спазмы. Известны случаи токсического воздействия на сам аксониый транспорт, например вголействие промьпплеяным растворителем акрвламвлом. Кроме того, полагаюг, что патогевез авитаминоза «берн бери» и алкогольной полннейро~атии включает нарушение быстрого аксонного транспорта.

Помимо быстрого аксонного ~рапопорта в клетке существует и довольно интенсивный медленный аксонный транспорт. Тубулин движется по аксону со скоростью около 1 мм.сут ', а витин быстрее — до 5 мм сут '. С этими компонентами цитоскслета мигрируют и другие белки; например, ферменты, по-видимому, связаны с актином илн тубулином. Скорости перемещения тубулина и актина примерно согласуются со скоростью роста, обнаруженной для механизма, описанного ранее, когда молекулы включаются в активный конел микротрубочки или микрофиламента. Следовательно, этот механизм может лежать в основе медленного аксонного транспорта.

Скорость медленного аксонного транспорта примерно соответствует также скорости роста аксона, что, по-видимому, указывает на ограничения, накладываемые структурой цитоскелета на второй процесс. Завершая данный раздел, следует подчеркнуть, что клетки ни в коем случае не являются статичными структурами, каковымн они кажутсм, например, на электронно-микроскопических фотографиях. Плазмвтмческая мембрана и особенно органеллы находятся в постоянном быстром двмжемня н постоянной перестройке; только поэтому они способны функционировать. Далее, это не простые камеры, в хоторых протекают химические реакции, а высокооргаиязоввняые конгломераты мембран в волокон, в которых реакции протекают в оптимально организованной последовательности.

1.4. Регуляция клеточных функций Поддержание индивидуальной клетки как функциональной единицы в основном регулируется ядром; изучение таких регулаторных механизмов— предмет клеточной биологии и биохимии, Вместе с тем клетки должны модифицировать свои функции в соответствии с условиями окружащей среды н нуждами других клеток организма, т.е. они служат объектами функциональной регуляции. Ниже мы кратко рассмотрим, каким образом эти регуляторные влияния действуют на плазматическую мембрану и как они доходят до внутриклеточных органелл. Регулиторные воздействия ия клеточную мемб- рану Мембранный потенциал. Во многих случаях регуляция клеточных функций осуществляется путем изменения мембранного потенциала.

Возможны локальные изменения потенциала, когда: 1) ток из соседнего участка клетки или генерированный другой клеткой протекает через мембрану; 2) изменяется внеклеточная концентрация ионов (часто ГК З,„,); 3) открываются мембранные ионные каналы. Изменения мембранного потенциала могут влиять на конформацию мембранных белков, заставляя, в частности. открмваться или закрыватьсм каналы. Как было описано выше, функционирование некоторых мембранных насосов зависит от мембранного потенциала. Нервные клетки специализированы воспринимать изменения мембранного потенциала как информацию, которая должна перерабатываться и передаваться (см. гл.

2). Виеклеточиые регуляторные вещества. Наиболее важным регуляторным механизмом с участием внеклеточных веществ является их взаимодействие со специфическими рецепторами на плазматической мембране или внутри клетки. К таким веществам относятся синаптнческие медиаторы, которые передают информацию между нервными клетками, локальные агенты и вещества, циркулирующие в крови и достигающие всех клеток организма, например гормоны и антигены.

Смиаптические медиаторы представляют собой небольшие молекулы, выделяющиеся из нервных окончаний в области синапса; когда они достигают плазматической мембраны соседней, постсинаптической клетки, они запускают электрические сигналы или другие регуляторные механизмы. Этот вон рос подробно рассмотрен в гл. 3. Локальные химические агенты часто выделяются специализированными клетками. Они свободно диффундируют во внеклеточном пространстве, однако их действие ограничено небольшой группой ГЛАВА Е ОС.НОВЫ КЛЕТОЧНОЙ ФИЗИОЛОГИИ 23 клеток вследствие быстрого разрушения этих веществ, либо спонтанного, либо под действием ферментов. Одним из примеров вы,веления таких агентов является высвобождение гистамина тучными клетками при повреждении или иммунной реакции.

Гисгамин вызывает расслабление гладкомышечных клеток сосудов, увеличивает проницаемость сосудиспло эндотелия и стимулирует сенсорные нервные окончания, опосредуюшие ощущение зуда. Другие локальные химические агенты вьщеляются многими другими клетками. Типичными локальными агентами являются иростагландины, составляющие группу приблизительно из 20 производных жирных кислот.