К примеру, ни словом не упомянуто о такой удивительной особенности организации сетчатки, как широкая электрическая связь между фоторецепторами и особенно между горизонтальными клетками, о «детекторной» концепции Дж.
В нейрофизиологических экспериментах есть особая непосредственность: реакцию клетки на стимуляцию можно видеть и слышать, и нередко сразу удается сообразить, какова роль таких реакций в функционировании мозга.
Сетчатка содержит 125 миллионов рецепторов, называемых палочками и колбочками; это нервные клетки, специализированные таким образом, чтобы генерировать электрические сигналы при попадании на них света.
Его двумя главными достижениями явились: 1) весьма убедительная демонстрация того, что нервные клетки действуют как независимые единицы, и 2) использование метода Гольджи для картирования обширных участков головного и спинного мозга, показавшее как чрезвычайную сложность, так и высокую упорядоченность нервной системы.
Такого знания мы достигли сравнительно недавно, и я хорошо помню, как в 1950-е годы я рассматривал под микроскопом срез зрительной коры с бесчисленными клетками, упакованными как яйца в коробке, и размышлял о том, что.
Но чтобы понять, основываясь только на структурных данных, что делают клетки зрительной коры, когда животное или человек смотрит на небо или на дерево, необходимо знать анатомические детали намного лучше, чем мы знаем их сейчас.
Это не единственные клетки в нервной системе: в перечень структурных элементов мозга следует также включить глиальные клетки, которые скрепляют нейроны и, вероятно, помогают питать их и удалять ненужные продукты обмена веществ; кровеносные сосуды и составляющие их клетки; различные покрывающие мозг оболочки; и даже, пожалуй, череп, который вмещает остальные структуры и обеспечивает их защиту.
Главные части нервной клетки — это ее тело, содержащее ядро и другие органеллы, единственный аксон, передающий импульсы от клетки, и дендриты, к которым приходят импульсы от других клеток.
Сигналы в нерве возникают в точке аксона, близкой к месту его соединения с телом клетки; они передаются вдоль аксона, удаляясь от тела клетки, и доходят до области концевых разветвлений.
Две клетки одного и того же класса примерно так же сходны между собой, как два дуба или два клена, а различие между двумя классами можно сравнить с отличием кленов от дубов или даже от одуванчиков.
Аксон клетки Пуркинье отдает несколько веточек поблизости от тела клетки, а затем спускается к клеточным скоплениям, расположенным в глубине мозжечка на расстоянии нескольких сантиметров, где он расщепляется на многочисленные концевые разветвления.
Тесно взаимосвязанные клетки в нервной системе нередко группируются вместе по очевидной причине большей эффективности коротких аксонов: такие аксоны «дешевле изготовить», они занимают меньше места и быстрее доставляют сообщения своим адресатам.
Мы вводим микроэлектрод (обычно тонкую изолированную проволочку) в ту структуру, которую хотим исследовать, — например в наружное коленчатое тело, — так, чтобы его кончик, подойдя к клетке достаточно близко, дал нам возможность регистрировать ее электрические сигналы.
)
Наружное коленчатое тело получает входные сигналы главным образом от сетчатки — каждая его клетка имеет связи с палочками и колбочками, хотя и не прямые, а через промежуточные нейроны сетчатки.
Как вы увидите в главе 3, палочки и колбочки, передающие сигналы той или иной клетке зрительного пути, не разбросаны по всей сетчатке, а собраны в небольшом участке.
Определив его границы, мы можем начать варьировать форму, размеры, цвет и скорость перемещения светового стимула и таким образом выяснять, на какие виды зрительных стимулов лучшего всего реагирует изучаемая клетка.
Узнав все, о чем мы хотели «допросить» изучаемую клетку, мы перемещаем электрод на долю миллиметра вперед к следующей клетке и снова начинаем всю процедуру тестирования.
Значительно меньше сведений у нас о следующей корковой зоне — зрительной зоне 2, хотя и здесь мы начинаем получать некоторое представление о том, что делают ее клетки.
Импульсы, синапсы и нейронные сети
Значительную часть нейробиологии составляют разделы о том, как работают отдельные нейроны и как информация передается от клетки к клетке через синапсы.
Задача нервной клетки состоит в том, чтобы принимать информацию от клеток, которые ее передают, суммировать, или интегрировать, эту информацию и доставлять интегрированную информацию другим клеткам.
В любой момент частота импульсов, посылаемых нейроном, определяется сигналами, только что полученными им от передающих клеток, и передает информацию клеткам, по отношению к которым этот нейрон является передающим.
Из каждого окончания в результате этого импульса в узкий (0,02 мкм) заполненный жидкостью промежуток, отделяющий одну клетку от другой, — синаптическую щель — высвобождается химическое вещество, которое диффундирует ко второй — постсинаптической — клетке.
В других случаях это не просто поры, а миниатюрные белковые механизмы, называемые насосами; они способны улавливать ионы одного типа и выбрасывать их из клетки, одновременно захватывая другие ионы внутрь из наружного пространства.
Пусть далее включается насос, который выводит из клетки ионы одного вида, например натрия, и вместо каждого выведенного иона переносит внутрь ион другого вида, например калия.
Это накопление положительного заряда снаружи вскоре начнет противодействовать дальнейшему выходу ионов калия из клетки, так как одноименные заряды отталкивают друг друга.
Очень быстро — прежде чем выход ионов K+ приведет к заметному изменению их концентрации — положительный заряд снаружи достигнет величины, при которой он в точности скомпенсирует тенденцию ионов K+ выходить из клетки (с внутренней стороны поры ионов калия больше, но они отталкиваются наружным зарядом).
Поскольку открыто много калиевых каналов, клетку покинуло достаточное количество ионов калия, чтобы мембранный потенциал достиг равновесного в таких условиях уровня — около 70 милливольт с плюсом снаружи.
В этой последовательности событий, составляющих импульс (открываются поры, ионы проходят через мембрану и мембранный потенциал дважды претерпевает изменения), число ионов, фактически проходящих через мембрану — Na+ внутрь, а K+ наружу, — ничтожно, и его недостаточно для измеримого изменения ионных концентраций внутри или снаружи клетки.
Поскольку подготовка натриевых каналов к следующему открытию и закрытию требует некоторого времени, наибольшая частота, с которой клетка или аксон способны генерировать импульсы, составляет около 800 в секунду.
Каким-то пока не известным образом это поступление кальция внутрь клетки приводит к выбрасыванию через мембрану наружу небольших порций особых веществ, называемых нейромедиаторами.
От того, какие именно ионы (натрий, калий, хлор) смогут проходить, зависит, будет ли сама постсинаптическая клетка деполяризована или же ее мембранный потенциал будет стабилизирован, т.
С дендритами и телом нейрона могут контактировать десятки, сотни или тысячи аксонных окончаний; поэтому в любой момент одни входные синапсы стремятся деполяризовать клетку, а другие противодействуют этому.
Импульс, приходящий к возбуждающему синапсу, будет деполяризовать постсинаптическую клетку; если одновременно придет также импульс к тормозному синапсу, эффекты обоих импульсов будут стремиться погасить друг друга.
Одиночный импульс, приходящий к одному синапсу, обычно лишь очень слабо воздействует на постсинаптическую клетку, и его эффект через несколько миллисекунд исчезает.
Импульсы обычно возникают в том месте, где от тела клетки отходит аксон: деполяризация данной величины здесь с наибольшей вероятностью может вызвать импульс — по-видимому, благодаря особенно высокой плотности расположения натриевых каналов в мембране.
Легко видеть, что без конвергенции и дивергенции нервная система немногого бы стоила: возбуждающий синапс просто передавал бы каждый импульс следующей клетке, не выполняя никакой полезной функции, а тормозному синапсу, который был бы единственным входом данной клетки, нечего было бы тормозить, если только постсинаптическая клетка не обладала бы каким-то специальным механизмом, заставляющим ее разряжаться спонтанно.
Входные сигналы оказывают воздействие на особые нервные клетки, называемые рецепторами; эти клетки реагируют не на синаптические входы от других клеток, а на то, что мы можем обозначить нестрогим термином «внешняя информация».
(Вас не должно смущать двойное значение термина рецептор; вначале он означал клетку со специализированной реакцией на сенсорные стимулы, но впоследствии был применен также к белковым молекулам со специализированной реакцией на нейромедиаторы.
)
На другом конце нервной системы мы имеем выход — двигательные нейроны, отличающиеся от всех остальных тем, что их аксоны оканчиваются не на других нейронах, а на мышечных клетках.
Волокна от рецепторов образуют синаптические контакты со вторым рядом нервных клеток — вторым уровнем нашей схемы; эти клетки в свою очередь образуют контакты с третьим уровнем и так далее.
13) можно видеть, насколько распространены процессы дивергенции и конвергенции сигналов: аксон почти каждой клетки данного уровня ветвится при подходе к следующему уровню и оканчивается на нескольких или многих клетках; и наоборот, клетка любого уровня, кроме первого, имеет синаптические входы от нескольких или многих клеток предыдущего уровня.
В наиболее простом случае аксон от рецептора оканчивается прямо на двигательном нейроне, так что мы имеем от входа к выходу всего три клетки (рецептор, двигательный нейрон и мышечное волокно) и только два синапса; такую ситуацию мы называем моносинаптической рефлекторной дугой.
Говоря в общем, дендриты и
тело клетки принимают поступающие сигналы; тело клетки комбинирует и
интегрирует их (грубо говоря, усредняет) и выдает выходные сигналы; оно также
поддерживает общее состояние клетки; аксон проводит выходные сигналы к своим
окончаниям, которые передают информацию следующей группе нейронов.
Сигнал, генерируемый
нейроном и проводимый по его аксону, представляет собой электрический импульс,
но от клетки к клетке он передается молекулами передатчиков, медиаторов -
веществ, которые перемещаются через особый контакт - синапс - между структурой,
доставляющей информацию (окончанием аксона или, в отдельных случаях,
дендритом), и структурой, воспринимающей ее (дендритом, телом клетки, или, в
отдельных случаях, окончанием аксона).
Главными препятствиями являлись
ничтожные размеры, фантастические формы и огромное разнообразие форм этих
клеток, а также тот факт, что ветви, принадлежащие соседним клеткам, тесно
переплетаются между собой.
Слово «клетка» вызывает в воображении представление
о кирпичике или кусочке студня; на самом же деле нейрон выглядит как
миниатюрное деревце с разветвленной кроной, ствол которого имеет толщину от 10
до 20 мкм (тысячных долей миллиметра) и длину от 0,1 мм иногда до метра.
Обычно нейроны упакованы так плотно, что
в любом участке сотни их системами своих ветвей переплетены в густую чащу, в
которой соседние веточки разделены пленками жидкости толщиной всего лишь около
0,02 мкм, и таким образом фактически все пространство занято клетками и их
разнообразными отростками; а если на данном участке окрашены все клетки, то в
световой микроскоп виден лишь плотный мазок.
Он
изобрел метод, при котором одновременно окрашивается, по-видимому, в случайном
порядке, лишь очень малая доля всех клеток данного участка, но зато эти клетки
окрашиваются целиком.
Если
бы существовала непрерывность протоплазмы, то сигналы, генерируемые одной
клеткой, могли бы переходить в соседнюю, не прерываясь; если же непрерывности
нет, то тогда должен существовать специальный процесс генерации сигналов заново
в каждой клетке.
Он дал исчерпывающее
описание архитектоники десятков различных структур мозга и в каждом случае
идентифицировал и классифицировал разные клетки, а иногда показывал, насколько
позволяли его методы, как эти клетки связаны между собой.
Можно вводить другие вещества, которые,
наоборот, воспринимаются нервными окончаниями и передаются по аксонам в
обратном направлении - к телу клетки, выявляя место возникновения аксона.
Одним из самых важных вкладов Рамон-и-Кахала в
нейробиологию явилось доказательство того факта, что нейрон представляет собой
отдельную, обособленную клетку, а не элемент непрерывной сети.
Не имея поэтому возможности выйти из клетки, этот продукт
скапливается в ней, и степень радиоактивности в определенных клетках указывает
на их функциональную активность.
Во-первых, мембрана активно переносит ионы,
выводя из клетки положительно заряженные ионы натрия и пропуская внутрь
положительно заряженные ионы калия, вследствие чего концентрации этих двух
видов ионов внутри клетки и снаружи совершенно различны.
Изменения разности потенциалов, которая создается таким образом между
наружной и внутренней сторонами клетки в состоянии покоя, -это электрические
сигналы нервов.
Изменение трансмембранного напряжения на любом участке клетки
или ее отростков быстро распространяется по мембране во всех направлениях,
постепенно затухая; уже на расстоянии нескольких миллиметров сигнал вряд ли
удается обнаружить.
На пресинаптической мембране
окончания выделяется медиатор - вещество, которое диффундирует через щель между
двумя клетками и оказывает на постсинаптическую мембрану по ту сторону щели
одно из двух воздействий.
В возбудительном синапсе медиатор вызывает понижение
постсинаптического мембранного потенциала, и в результате постсинаптическая
клетка генерирует импульсы с большей частотой.
В тормозном синапсе эффект
медиатора состоит в стабилизации постсинаптического мембранного потенциала,
из-за чего возбудительным синапсам труднее деполяризовать постсинаптическую
клетку, и вследствие этого генерация импульсов либо прекращается, либо идет с меньшей
частотой.
Является ли данный синапс возбудительным или тормозным, зависит от того,
какой медиатор выделяет пресинаптическая клетка, и от химизма мембраны
постсинаптической клетки.
В каждый данный момент одни входы активны,
а другие бездействуют, и от суммы возбудительных и тормозных эффектов зависит,
будет ли клетка генерировать импульсы, и если будет, то с какой частотой.
Два входных сигнала, из
которых каждый может быть возбудительным или тормозным, несомненно суммируются
совсем по-разному, в зависимости от того, расположены ли синапсы по соседству (например,
на одной и той же дендритной веточке) или один синапс находится на одной
веточке, а другой далеко от него (возможно, на веточке другого дендрита) или же
один синапс образуется на веточке, а другой на теле клетки.
Близкая к этому группа вопросов касается значения некоторых синапсов
(обычного вида синапсов с пресинаптическим и постсинаптическим компонентами),
которые соединяют два дендрита или два аксона, а не как обычно — аксон с
дендритом или с телом клетки.
На входе лежат группы рецепторов
— видоизмененные нервные клетки, специализированные для преобразования в
электрические сигналы разных форм информации, которая приходит к ним из
внешнего мира.
Хотя главное движение происходит на схеме слева направо, но на любом этапе
между клетками часто существуют боковые связи; нередко имеются также связи,
идущие в обратном направлении — от выхода к входу, совершенно так же, как
имеется обратная связь во многих электронных цепях.
) При этом следует снова указать,
что синапс бывает или возбудительный или тормозный; если в определенный момент
клетка испытывает оба этих воздействия, в результате они могут полностью
погасить друг друга.
Общая
организация головного мозга показана в виде примерной схемы, на которой
изображен поток информации от сенсорных сигналов на входе рецепторных клеток (А)
до конечного выхода мотонейронов (Z) на мышечные клетки.
Каждая складка примыкает к «активной зоне» нервного волокна;
когда к синапсу приходит импульс из этой зоны через «окна» в оболочке,
образованной шванновской клеткой, выделяется химический медиатор ацетилхолин.
В отдельные клетки этих
животных удается легко ввести микроэлектрод, и, что еще важнее, такие клетки
часто обладают индивидуальностью; говоря, например, о клетке №56 в определенном
ганглии у рака, можно быть уверенным, что у всех других раков она занимает
буквально то же положение и обладает теми же связями.
Центральная задача состоит в
том, чтобы раскрыть, как информация, закодированная в молекулах ДНК,
трансформируется в связи между клетками внутри структур, в пространственные
соотношения этих структур и связи между ними.
Она
передает нервные импульсы по единственному длинному волокну (аксону) и получает
их по многочисленным коротким волокнам (дендритам)
Нейроны, или нервные клетки, являются строительными блоками мозга.
Хотя они
имеют те же самые гены, то же самое общее строение и тот же самый биохимический
аппарат, что и другие клетки, они обладают и уникальными особенностями, которые
делают функцию мозга совершенно отличной от функции, скажем печени.
Несмотря на это, их формы обычно укладываются в
небольшое число широких категорий, и большинству нейронов присущи определенные
структурные особенности, позволяющие выделить три области клетки: клеточное
тело, дендриты и аксон.
Аксон тянется далеко от тела клетки и служит той линией связи, по которой
сигналы, генерируемые в теле данной клетки, могут передаваться на большие
расстояния в другие части мозга и остальной нервной системы.
Хотя в своем большинстве синапсы образуются между аксонами одной клетки и
дендритами другой, существуют и иные типы синаптических контактов: между
аксоном и аксоном, между дендритом и дендритом и между аксоном телом клетки.
По прибытии в пресинаптическое окончание нервного
импульса некоторые из пузырьков выбрасывают свое содержимое в узкую щель,
отделяющую бляшку от мембраны дендрита другой клетки, предназначенного для
приема таких химических сигналов.
Кроме того, мембрана обеспечивает узнавание других клеток в процессе
эмбрионального развития, так что каждая клетка отыскивает предназначенное ей
место в сети, состоящей из 1011 клеток.
В связи с этим многие
современные исследования сосредоточены на изучении всех тех свойств мембраны,
которые ответственны за нервный импульс, за синаптическую передачу, за
узнавание клеток и за установление контактов между клетками.
Мембрана нейрона, как и наружная мембрана любой клетки, имеет в толщину
около 5 нм и состоит из двух слоев липидных молекул, упорядоченных таким
образом, что их гидрофильные концы обращены в сторону водной фазы, находящейся
внутри и снаружи клетки, а гидрофобные концы повернуты в сторону от водной фазы
и образуют внутреннюю часть мембраны.
Насосы расходуют метаболическую
энергию для перемещения ионов и молекул против концентрационных градиентов и
поддерживают необходимые концентрации этих молекул в клетке.
Поскольку
заряженные молекулы не могут пройти через сам двойной липидный слой, клетки
приобрели в процессе эволюции белковые каналы, обеспечивающие избирательные
пути для диффузии специфических ионов.
Как калий, так и натрий
способны проникать через поры в клеточной мембране, поэтому некоторый насос
должен непрерывно производить обмен вошедших в клетку ионов натрия на ионы
калия из наружной среды.
Свойство потенциального бессмертия можно увидеть и на примере сложных
многоклеточных организмов, если в их клетках происходят так называемые
злокачественные изменения.
Действительно, нормальные клетки, из которых
строится многоклеточный организм, находятся в таком взаимодействии друг с
другом, что размеры органов остаются постоянными.
Но новые клетки регулярно приходят на смену гибнущим, то есть клеток
появляется ровно столько, сколько необходимо для поддержания их
"запланированного" количества.
Более того, нормальные клетки, находясь в
искусственных условиях вне организма, в так называемой культуре тканей,
делятся лишь строго определенное число, раз и затем погибают.
Когда же
клетка становится раковой, ее потомки могут жить и в культуре ткани, и в
организме беспредельно, если их последовательно пересаживать, или
трансплантировать.
Если клетки взять от человека более старшего возраста или у лиц
с преждевременным старением, то пропорционально уменьшается число делений,
предшествующих гибели клетки.
Предполагается, что гибель клеток или ослабление функций в тех клетках,
которые не делятся после окончания развития, в конечном счете приводит к
ослаблению и гибели самого организма.
В клетках всех
высших организмов были обнаружены образования -- митохондрии, являющиеся
как бы печью, где происходит основное сжигание топлива, используемого
организмом.
Многие данные позволили предположить, что на каком-то этапе эволюции
митохондрии существовали самостоятельно, а затем соединились с примитивной
клеткой, обеспечив ее совершенным способом сжигания топлива, что увеличило
ее энергетические ресурсы.
Природа снабдила клетку
многими устройствами и механизмами, но, пожалуй, вряд ли прежде кто-либо
ожидал, что оболочка клетки -- мембрана -- играет столь большую роль.
Вначале казалось, что мембрана просто отграничивает и защищает внутреннее
содержимое клетки, пассивно обеспечивая поступление сюда необходимых
веществ и выброс отходов.
Поэтому если бы мембраны клеток были просто
отграничивающими оболочками, то, например, сигнал к усилению деятельности
клеток печени без препятствий передался бы всем клеткам тела.
Так, благодаря мембране клетка отвечает только на нужный
ей сигнал, или согласовывает первый уровень регуляции -- внутриклеточный
-- с требованиями, предъявляемыми клетке организмом (рис.
Если вспомнить, что первично жизнь
зародилась в водной среде, то не может не восхитить, что состав и
концентрация солей (ионов), омывающих клетку, практически точно
соответствуют солевой среде Мирового океана в докембрийском периоде, когда
в процессе эволюции создавалась структура современной клетки.
Механизм смерти как бы обходит стороной эти показатели
внутренней среды, одинаково важные и для одиночной клетки в первичном
Мировом океане, и для нервной клетки головного мозга человека.
Таким устройством-регулятором, передающим информацию, полученную
из внешнего мира, в рабочие органы, к соответствующим клеткам различных
тканей, является гипоталамус.
Этот гормон оказывает действие на
чувствительные к нему клетки в соответствующих тканях (тканях-мишенях) и
поэтому может быть обозначен как рабочий гормон.
И
материала этого требуется много, поскольку за относительно короткий срок
из одной оплодотворенной клетки воспроизводятся миллиарды клеток вновь
сформированного организма.
Большинство видов клеток не может
самостоятельно синтезировать столько холестерина, сколько нужно для
построения оболочки, и эти клетки получают холестерин из печени.
Эта часть гипофиза построена из
железистой ткани, для которой характерна способность увеличивать как
рабочий объем каждой своей клетки, так и число клеток.
Каждая нервная клетка является миниатюрной
эндокринной железой: она производит вещества, которые в принципе ничем не
отличаются от типичных гормонов.
В пространство, или щель (синаптическую щель),
между нервными клетками из отростка выделяются вещества-посредники,
которые, подобно гормонам, действуют на рецепторы мембраны соседней
нервной клетки, стимулируя или, наоборот, тормозя ее деятельность.
В свою
очередь, на нервные клетки, образующие эти центры, оказывают действие, как
гипофизарные гормоны, так и гормоны периферических эндокринных желез, то
есть рабочие гормоны.
Если рецепторов станет меньше,
то меньшее число молекул рабочего гормона будет взаимодействовать с
мембраной нервной клетки, и соответственно чувствительность
гипоталамического регулятора снизится*.
Такое явление наблюдается при
нормальном старении, Но если бы с возрастом просто происходило уменьшение
числа антенн-рецепторов, то это явление, по существу, было бы необратимым:
в нем выражалось бы В такой менее стимулированной и более инертной клетке
замедляются процессы обмена вещества и, в частности, уменьшается
производство белковых антенн-рецепторов на мембране.
Сегодня можно утверждать, что биологические
часы, определяющие длительность жизни высших организмов, заключены не в
каждой отдельной клетке, а в системе регуляции.
Итак, развитие от
одноклеточного организма до многоклеточных специализированных организмов
есть не просто количественный переход от одной клетки к множеству клеток.
Это очень важно: мышцы великолепно
съедают жирные кислоты, а для нервных клеток нужна глюкоза -- главное
топливо, которое усваивают нервные клетки.
Этот сдвиг обеспечивает и подавление иммунитета, и
усиление свертываемости крови, и, наконец, повышение продукции холестерина
-- важной структурной части клетки, без которой нарушается процесс
клеточного деления.
Когда их
концентрация достигает определенного уровня, женские гормоны, действуя по
механизму положительной (то есть стимулирующей) обратной связи на
циклический центр, вызывают серию изменений, приводящих к овуляции --
выбросу яйцеклетки из яичника.
Первое корректирует
содержание жира в организме, но не прямым путем, а косвенно, влияя на
уровень в крови инсулина -- гормона поджелудочной железы, необходимого для
усвоения глюкозы клетками.
В
отличие от глюкозы, которая для своего транспортирования в клетку через
клеточную мембрану нуждается в помощи инсулина, поступление жирных кислот
в мышечную клетку находится в прямой зависимости от их концентрации в
крови.
Накопление жира увеличивает
объем жировой клетки и соответственно ее поверхность, а также снижает
чувствительность жировой ткани к действию инсулина.
Многочисленные
исследования последнего времени показали: на мембране жировой клетки,
переполненной жиром ( так же как и на мембране белых кровяных клеток и
клеток печени при ожирении), уменьшено в несколько раз число рецепторов
инсулина, а следовательно, снижена эффективность его действия.
Однако "жировая преграда" на пути глюкозы в мышечные клетки
направляет ее поток в жировую ткань, где глюкоза под влиянием все того же
инсулина превращается в жир.
Появление таких публикаций
обычно было связано с тем, что по мере изучения механизма возникновения
этой болезни устанавливались дополнительные детали процесса; в частности,
был более глубоко изучен механизм поступления холестерина в клетку и
выведения его из клетки (здесь носителями холестерина являются разные
соединения, о которых еще будет сказано ниже).
Когда же ожирение возникает в организме, уже закончившем свой рост, то
избыток холестерина тоже будет попадать в клетки, но в клетки, в которых
деление уже не должно происходить столь интенсивно, как ранее.
Это
относится и к клеткам, образующим стенку сосудов, причем вследствие
некоторых особенностей поступления холестерина в эти клетки его
концентрация в сосудистой стенке увеличивается параллельно увеличению
концентрации в крови ЛНП -- холестерина.
Каждая отдельная бляшка происходит из одной родоначальной мышечной клетки,
так что создается впечатление, что именно избыток холестерина (и инсулина)
стимулирует эти клетки к серии последовательных делений.
Во-первых, кроме липопротеинов,
которые вносят холестерин в клетку (ЛОНП и ЛНП), имеются липопротеины
высокой плотности (ЛВП), которые убирают излишний холестерин из клетки.
В эту
многокомплексную систему входят среди других макрофаги, или, как их раньше
называли, клетки-"мусорщики", которые путем фагоцитоза (поглощения),
открытого еще великим И.
Второй механизм
защиты -- клеточный иммунитет, то есть защита, осуществляемая
непосредственно иммунными клетками -- тимусзависимыми лимфоцитами, или
Т-лимфоцитами.
Наконец, в этом кратком
перечислении основных действующих факторов иммунной системы следует
назвать А-клетки, или макрофаги, то есть клетки-пожиратели.
Все три
основные системы иммунитета,-- клеточная, гуморальная и А-клетки --
находятся в сложном взаимодействии, выделяя, в частности, особые вещества,
которые координируют их работу.
ВИРУС: маленький репликатор, состоящий из небольшого количества хорошо упакованной ДНК или РНК, который, будучи введённым в клетку хозяина, может направить молекулярные механизмы клетки на производство большего количества вирусов.
С помощью механизмов гена, дающих возможность записывать ленты ДНК, они могут направить клетки на строительство любого белка, они могут разработать цепи, которые будут сворачиваться в белки нужной формы и с требуемыми функциями.
Однако вопреки тому, что они в основе напоминают рибосомы, ассемблеры будут отличаться от всего, что находится в клетках; хотя они состоят в обычных движениях молекул и реакциях, то, что они делают, будет иметь новые результаты.
Подобно промышленным манипуляторам, но в отличие от чего-либо в живой клетке, они будут способны вращаться и двигать молекулы в трёх измерениях под программным управлением, делая возможным точную сборку сложных объектов.
Можно было бы сомневаться, что искусственные наномашины могли бы даже приблизиться к способностям наномашин в клетке, если бы была причина думать, что в клетках есть нечто сверхъестественное, что заставляет их работать.
Биологи отказались от неё, потому что они нашли химические и физические объяснения для каждого уже изученного аспекта живой клетки, включая движение, рост и воспроизводство.
Во времена, когда идеей биологической эволюции часто пренебрегают в школах, и она иногда подвергается нападкам, мы должны помнить, что доказательства её прочны как скала и также распространены, как клетки.
Другой путь назад
Каменная книга делает запись форм давно умерших организмов, однако живые клетки также несут записи, генетические тексты, которые только теперь могут быть прочитаны.
Отбор идей
Паразиты заставили организмы развивать иммунные системы, такие как ферменты, которые используют бактерии для отражения вторгающихся вирусов, или блуждающие белые клетки крови, которые используют наше тело для уничтожения бактерий.
)
Иммунная система вашего тела следует подобному правилу: она обычно принимает все типы клеток, присутствовавшие в начале жизни, и отторгает как инородные и опасные такие, как потенциальные раковые клетки и вторгающиеся бактерии.
Таким образом мы могли бы строить клетко-подобные репликаторы, которые не ограничиваются молекулярными машинами, сделанными из мягких влажных складок молекул белка.
Тем не менее инженеры построили автомобили, и также будут учиться строить компьютеры быстрее чем мозг человека и репликаторы, обладающие большими возможностями, чем существующие клетки.
В конечном счете, нейробиологи будут использовать молекулярные машины размера с вирус для изучения структуры и функционирования мозга, клетка за клеткой и молекула за молекулой, где это необходимо.
Построить экспериментальное устройство масштаба ассемблера, нанокомпьютера или живой клетки будет занимать лишь минуты, а наноманипуляторы будут делать миллион движений в секунду.
Молекулы морфия, например, связываются с определенными рецепторными молекулами в мозговых клетках, воздействуя на нейронные импульсы, которые сигнализируют о боли.
Пенициллин, например, убивает некоторые бактерии, предотвращая работу наномашин, которые бактерии используют для постройки стенок своей клетки, и при этом он почти не воздействует на человеческие клетки.
Также как шарики и капельки клея повредили бы машину, так же радиация и химически активные фрагменты повреждают клетку, и разрушая молекулярные машины и склеивая их.
Многие детали структуры человеческих клеток остаются неизвестными (отдельные клетки содержат миллиарды больших молекул тысяч различных видов), но биохимики нанесли на карту каждую часть некоторых вирусов.
Белковые машины в правильном молекулярном окружении будут работать, остаются ли они в функционирующей клетке или эта клетка была ли размолота и размыта многие дни назад.
Подобным образом миллиарды молекулярных машин образуют нейронные волокна и синапсы, тысячи волокон и синапсов образуют нервную клетку, миллиарды нервных клеток образуют мозг, а сам мозг воплощает текучесть мысли.
Машины ремонта клеток
Короче говоря, с молекулярной технологией и техническим ИИ мы будем делать полные описания здоровой ткани на молекулярном уровне, и будем строить машины, способные входить в клетки, понимать и изменять их структуры.
Они будут проходить через ткань, как это делают белые клетки крови, и входят в клетки, как это делают вирусы, или они могли бы открывать и закрывать клеточные мембраны с хирургической аккуратностью.
Внутри клетки машина ремонта первым делом составит представление о ситуации, исследуя содержимое клетки и ее функционирование, а далее будет предпринимать действия.
Механический компьютер шириной в микрон, такой как описан в главе 1, будет умещаться в 1/1000 объема средней клетки, однако будет вмещать больше информации, чем клеточная ДНК.
Так как молекулярные машины будут способны строить молекулы и клетки с нуля, они будут способны исправлять даже клетки, поврежденные до степени полной неработоспособности.
Объекты такие большие и сложные тем не менее достаточно маленькие: в этом масштабе сама клетка будет длинной в километр, вмещая в себе тысячи объемов компьютеров размером в один кубический микрон, и миллионы раз вмещая в себе объем отдельного ремонтного устройства.
Однако молекулярные машины, работающие в пределах объема клетки все время делают именно это, строя новую клетку за время от десятков минут (для бактерий) до нескольких часов (для млекопитающих).
Это показывает, что машины ремонта, занимающие несколько процентов от объема клетки будут способны выполнить обширный ремонт за разумное время - дни или, самое большее, недели.
Даже клетки мозга все еще функционируют, когда мертвый продукт жизнедеятельности, называемый липофускином (очевидно, продукт молекулярного повреждения клеток) заполняет более десяти процентов от их объема.
Природа также показывает, что машины ремонта можно охлаждать: в вашем теле клетки постоянно себя переделывают, и молодые животные стремительно растут, не изжаривая себя выделяемым теплом.
Также, как неграмотная ""машина по ремонту книг" "могла бы распознавать и восстанавливать порванную страницу, также ферменты ремонта клетки могут распознавать и восстанавливать разрывы и перекрестное связывание в ДНК.
Размещение сети компьютеров в каждой клетке может походить на резку масла циркулярной пилой, но наличие циркулярной пилы дает уверенность, что даже очень твердое масло будет порезано.
Столкнувшись с белком, поврежденным перекрестным связыванием, машина ремонта клетки сначала его идентифицирует, исследовав короткие аминокислотные последовательности, затем посмотрит правильную структура в базе данных.
Умеренное повреждение нейронов из-за инсульта также можно будет исправить: если сниженная циркуляция имеет ослабленную функцию, но оставляет структуру клеток неповрежденной, то восстановите циркуляцию и почините клетки, используя их структуры как руководство в восстановлении ткани в ее предыдущее состояние.
Чтобы видеть, как один из возможных подходов мог бы работать, представьте, что кровяной поток несет простые молекулярные устройства к тканям, где они входят в клетки.
Как только биологи опишут нормальные молекулы, клетки и ткани, должным образом запрограммированные машины ремонта будут способны вылечить даже неизвестные болезни.
Люди, кто доживет невредимыми до времен машин ремонта клетки, будут иметь возможность восстановить здоровье юности и поддерживать его почти столько, сколько они этого желают.
Он должен так или иначе подразумевать, что молекулярные машины не могут строить и восстанавливать клетки, при этом соглашаясь, что молекулярный машины в нашем теле в действительности строят и восстанавливают каждый день.
Эволюция билась над многоклеточными животными сотни миллионов лет, однако все высокоразвитые животные стареют и умирают, потому что наномашины природы ремонтируют клетки не наилучшим образом.
Эксперименты доктора Леонардом Хейфликом говорят о том, что клетки содержат "часы", которые считают деления клетки и останавливают процесс разделения, когда количество делений превышает какое-то число.
Механизм этого вида может помогать молодым животным: если рако-подобные изменения заставляют клетку делиться слишком быстро, но не в состоянии разрушить ее часы, то она вырастет до опухоли ограниченного размера.
Отсутствие нанокомпьютеров в клетках, конечно, показывает только, что компьютеры не могли (или просто этого не сделали) развиться постепенно из других молекулярных машин.
Этот успех - отдаленный отголосок клонирования целой клетки или организма - клонировав один ген, остается неклонированными еще около 100 тысяч, а клонирование каждого гена еще не восстановит целую клетку - но это все же это показывает, что наследственный материал этих видов все еще жив.
Из них мы будем способны реконструировать неповрежденную ДНК, а вокруг ДНК мы будем в состоянии восстановить неповрежденную клетку любого типа которого мы захотим.
Биостаз, как описано, будет использовать молекулярные устройства, чтобы остановить функцию и сохранить структуру, привязывая молекулярные машинами клетки перекрестными связями одну к другой.
Наномашины обратят биостаз, восстанавливая молекулярные повреждения, удаляя перекрестные связи и помогая клеткам (а значит и тканям, органам и целому организму) возвращаться в нормальное состояние.
В мозгу белки формируют нервные клетки, обсыпают их поверхности, связывают одну клетку с соседней, контролируют поток ионов и каждый нейронный импульс, продуцируют сигнальные молекулы, которые нервные клетки используют, чтобы передавать сигналы по синапсам, и многое, многое другое.
42) или из центральной нервной системы к
рабочим органам (например, в передних рогах спинного мозга расположены тела
двигательных нейронов, или мотонейронов, от которых идут волокна к скелетным
мышцам; в боковых рогах спинного мозга находятся клетки вегетативной нервной
системы, от которых идут пути к внутренним органам).
Промежуточные
нейроны (интернейроны, или вставочные) — это, как правило, более мелкие клетки,
осуществляющие связь между различными (в частности, афферентными и
эфферентными) нейронами.
Благодаря многочисленным разветвлениям аксона
промежуточные нейроны могут одновременно возбуждать большое число других
нейронов (например, звездчатые клетки коры — см.
Нервная клетка покрыта плазматической мембраной—полупроницаемой клеточной
оболочкой, которая обеспечивает регуляцию концентрации ионов внутри клетки и ее
обмен с окружающей средой.
При чрезмерно длительном возбуждении
нервной клетки, вирусных поражениях центральной нервной системы и других
неблагоприятных воздействиях величина этих рибосомных зернышек резко
уменьшается.
Часть синтезированного в
нейроне белка компенсирует его расходы в теле клетки во время деятельности, а
другая часть перемещается вдоль по аксону (со скоростью около 1—3 мм в сутки)
и, вероятно, участвует в биохимических процессах в синапсах.
Основными функциями нервной клетки
являются восприятие внешних раздражении (рецепторная функция), их переработка (интегративная
функция) и передача нервных влияний на другие нейроны или различные рабочие
органы (эффекторная функция).
Особенности осуществления этих функций позволяют разделить все нейроны
центральной нервной системы на 2 большие группы:
1) клетки, передающие информацию на большие расстояния (из одного отдела
центральной нервной системы в другой, от периферии к центру, от центров к
исполнительному органу).
Это крупные, афферентные и эфферентные нейроны,
имеющие на своем теле и отростках большое количество синапсов, как
возбуждающих, так и тормозящих, и способные к сложным процессам переработки
поступающих через них влиянии;
2) клетки, обеспечивающие межнейроальные связи в пределах ограниченных
нервных структур (промежуточные нейроны спинного мозга, коры больших полушарий
и др.
Эти клетки не способны к сложным процессам интеграции
локальных синаптических влияний потенциалов, они служат передатчиками
возбуждающих или тормозящих влияний на другие нервные клетки.
Чем больше синапсов на нервной клетке, тем больше
воспринимается различных раздражений и, следовательно, шире сфера влияний на ее
деятельность и возможность участия нервной клетки в разнообразных реакциях
организма.
Веществами, передающими нервные влияния в синапсах нервных клеток,
или медиаторами, могут быть ацетилхолин (в некоторых клетках спинного мозга, в
вегетативных ганглиях), норадреналин (в окончаниях симпатических нервных
волокон, в гипоталамусе), некоторые аминокислоты и др.
В клетках передней центральной
извилины коры больших полушарий у людей 18 — 30 лет синаптические пузырьки
имеют диаметр 250 — 300 ангстрем при ширине синаптической щели 200 — 300
ангстрем.
При возбуждающих влияниях увеличение проницаемости мембраны обусловливает
вхождение положительно заряженных ионов натрия в клетку и, следовательно,
уменьшение разности потенциалов по обе стороны мембраны, т.
В постсинаптической мембране данного участка клетки при этом регистрируется
небольшое отрицательное колебание мембранного потенциала с амплитудой около 10 мв,
или возбуждающий постсинаптический потенциал (сокращенно ВПСП), нарастающий
примерно за 1, 2 мсек.
Общее изменение мембранного потенциала
нейрона является результатом сложного взаимодействия (интеграции) местных ВПСП
и ТПСП всех многочисленных активированных синапсов на теле и дендритах клетки.
В области начального сегмента нервной клетки (аксонного
холмика и начальной немиелинизированной части аксона) имеется низкопороговая
зона, мембрана которой обладает в несколько раз более высокой возбудимостью,
чем на других участках клетки (порог возбудимости мембраны начального сегмента
равен 10 мв, а порог возбудимости соматодендритической мембраны—20—30 мв).
В
этой зоне с момента достижения критического уровня деполяризации начинается
лавинообразное вхождение натрия в клетку и регистрируется потенциал действия
(ПД).
С появлением ПД, который в отличие от местных
изменений мембранного потенциала (ВПСП и ТПСП) является распространяющимся
процессом, нервный импульс начинает проводиться от тела нервной клетки вдоль по
аксону к другой нервной клетке или рабочему органу, т.
Синапсы, расположенные ближе к возбудимой низкопороговой зоне
на теле клетки (аксосоматические), оказывают большее влияние на возникновение
потенциала действия, чем более удаленные, расположенные на окончаниях дендритов
(аксодендритические).
Мембранный потенциал может
иметь нормальную величину (для нервной клетки—около 70 мв), уменьшенную
(явление деполяризации) или большую (явление гиперполяризации).
При понижении возбудимости нервной клетки разница между уровнем мембранного
потенциала и критическим уровнем деполяризации увеличена и, следовательно,
требуется значительно большее, чем в норме, раздражение (большая амплитуда
ВПСП) для появления ПД (см.
При сильном возбуждении в
нервной клетке могут возникать ВПСП очень большой амплитуды, которая
значительно превосходит критический уровень деполяризации и длительное время
сохраняется на этом сверхпороговом уровне.
Лишь при определенной величине мембранного потенциала достигается
оптимальный уровень возбудимости и лабильности нервной клетки, а также наиболее
высокий уровень ее ритмической активности, что является важным условием для
передачи информации
нервной системе и осуществления целесообразных реакций.
Передвижение этих животных обеспечивается либо выпячиванием части клетки
(ложноножки) и переливанием в нее содержимого клетки (амебоидное движение,
характерное и для белых клеток крови человека), либо с помощью специальных
образований — ресничек или жгутиков.
Одни из них приобрели способность к сокращению
(мышечные клетки), другие — к восприятию внешних и внутренних раздражении,
переработке поступающей информации и передаче управляющих сигналов на органы
движения и другие органы тела (нервные клетки).
Все взаимодействия между нервными клетками
осуществляются благодаря двум механизмам: 1) влияниям электрических полей
нервных клеток (электротоническим влияниям) и 2) влияниям нервных импульсов.
Первые распространяются на очень небольшие территории мозга Электрический
заряд нервной клетки создает вокруг нее электрическое поле, колебания которого
вызывают изменения электрических полей лежащих рядом нейронов, что приводит к
изменениям их возбудимости, лабильности и проводимости.
Электрическое поле
нейрона имеет сравнительно небольшую протяженность—около 100 мк, оно быстро
затухает по мере удаления от клетки и может оказывать воздействие лишь на
соседние нейроны.
изменения функционального состояния и
характера ответных реакций одной нервной клетки кодируются изменением частоты
импульсов (потенциалов действия), которые она посылает к другой нервной клетке.
Общее количество импульсов, отправляемых нервной клеткой в единицу времени, или
ее суммарная импульсная активность,—важный физиологический показатель
деятельности нейрона.
Ответ нервной клетки может
возникнуть в форме одиночного ПД, серии импульсов с затухающей частотой, а
также в виде пачек импульсов, появляющихся через определенные интервалы.
Одни клетки
дают разряды только в момент включения раздражителя (эффект включения) —это
наиболее частая реакция клеток, другие — только в момент его выключения (эффект
выключения), третьи—в обоих случаях.
Мелкие клетки, например вставочные нейроны, такого
механизма не имеют и могут давать в начальные моменты ответа очень высокую
частоту разрядов—до 1600 импульсов в 1 сек.
Они могут быть одноименными — продолжение возникшего в клетке
состояния (тормозное или экзальтационное последействие) или контрастными
(возбуждение вслед за торможением, торможение вслед за возбуждением).
Предполагают, что длительное сохранение в нервной клетке скрытых
следов со всеми характерными свойствами раздражителя основано на изменении
структуры составляющих клетку белков (возможно, также и белков глиальных
клеток).
Непродолжительные последействия (длительностью до 1 часа) лежат в основе так
называемой кратковременной памяти, а длительные следы, связанные с биохимическими
перестройками в клетках,—в основе долгосрочной памяти.
Она осуществляется благодаря
многочисленным взаимосвязям нейронов одной рефлекторной дуги с нейронами других
рефлекторных дуг, так что при раздражении одного рецептора возбуждение в
принципе может распространяться в центральной нервной системе в любом
направлении и на любую нервную клетку.
В ответ по аксону тормозной клетки
распространяется обычный ПД, но в отличие от других нейронов окончания аксона
при этом выделяют не возбуждающий, а тормозной медиатор.
нейрон;
Б — возвратное (постсинаптическое) торможение:
МН — мотонейрон, Т — тормозная клетка Рэншоу, М — мышца;
В — участие клеток Рэншоу (Т) в регуляции деятельно-сти мышц-антагонистов: торможение (—) мотонейрона мышцы-разгибателя (МР) при возбуждении (+) мото-нейрона мышцы-сгибателя (МС), Р—мышца-разгибатель, С — мышца-сгибатель; Т — торможение нейронов промежуточного мозга (Тал.
Это обусловлено тем, что эти клетки вызывают синхронное торможение большого
числа связанных с ними нейронов промежуточного мозга, регулируя тем самым
прохождение восходящих импульсов через эти нейроны, время поступления их в
кору больших полушарий и ритм корковой активности (см.
Изучать поведение отдельных клеток лучше всего, пользуясь методом клеточных культур, то есть выделяя отдельные клетки из организма и помещая их в сосуд с питательной средой.
Если наблюдать эти клетки под микроскопом и фиксировать их поведение на кино – или видеопленке, то легко убедиться в том, что каждая клетка в такой культуре живет самостоятельной сложной жизнью: прикрепляется ко дну сосуда и ползает по этому дну (подложке), меняя свою форму и направление движения, выбрасывая и вытягивая отростки.
Во многих клетках примерно половина молекул актина и тубулина находится в виде мономеров в цитоплазме и половина входит в состав актиновых нитей, микрофиламентов или трубочек.
Между тем само веретено, то есть совокупность микротрубочек, идущих от полюсов к хромосомам и экватору клетки, сохраняется в течении всего митоза, лишь постепенно меняя свою тонкую структуру.
Комбинируя стандартные актиновые микрофиламенты с различными миозинами и другими актинсвязывающими белками, клетка строит самые различные структуры, отличающиеся по архитектуре и подвижности.
У большинства других клеток, например в клетках соединительной ткани (фибробластах), клетках эпителия, лейкоцитах и других клетках, большая часть микрофиламентов образует другую структуру – актиновый кортекс, располагающийся под мембраной.
Система микротрубочек, в отличие от актинового кортекса, в большинстве клеток строго централизована: в то время как в кортексе может работать одновременно множество центров полимеризации, из которых растут новые микрофиламенты, микротрубочки часто имеют лишь 1 – 2 центра полимеризации на клетку.
Наиболее распространенные варианты ЦОМТ – центросомы, из которых растет митотическое веретено и «звезды» микротрубочек во многих клетках, а также базальные тельца, из которых растут микротрубочки жгутиков и ресничек.
Если инъецировать в клетки раствор тубулина, меченного флуоресцентной краской, то микротрубочки становятся окрашенными, и в флуоресцентный микроскоп можно непосредственно наблюдать, как отдельные микротрубочки быстро растут от центра к периферии, затем быстро укорачиваются, иногда исчезают совсем, опять растут и т.
Промежуточные филаменты – очень прочные структуры: разными экстрагирующими солевыми растворами можно удалить из клетки все ее компоненты, а сеть промежуточных филаментов сохраняется, пока мы не применим сверхсильные денатурирующие агенты, например концентрированный раствор мочевины.
Другое отличие этих филаментов от других цитоскелетных нитей: их мономеры легко полимеризуются, но с большим трудом деполимеризуются, поэтому в клетке свободных растворенных мономеров почти нет.
Цитоскелет, способный чувствовать и помнить Фибробласты ползут к цели Все клетки ползут, образуя на переднем крае динамические выросты – псевдоподии разной формы.
Если концентрация активирующих веществ с разных сторон клетки различна, то на одном конце клетки будет образовываться и прикрепляться к подложке больше псевдоподий, чем на другом.
Контакт с другой клеткой может действовать противоположно химиотаксису: если какой-то участок активного края фибробласта касается поверхности другой клетки, то образование псевдоподий в этом месте края немедленно прекращается; происходит «контактное торможение» или «контактный паралич» этого участка.
Механизмы такого паралича еще неясны, но его биологический смысл очевиден: благодаря параличу клетка не заползает на другую клетку, но коснувшись ее, поворачивает туда, где есть свободная поверхность подложки.
Например, посадим клетку не на широкое плоское стекло, а на узкий стеклянный цилиндр, диаметр которого (30 микрометров) лишь немногим больше диаметра самой клетки.
Но лишь те псевдоподии, которые выброшены вдоль, а не поперек цилиндра, смогут коснуться свободной поверхности стекла и прикрепиться к ней; псевдоподии, выброшенные поперек стекла, такой подложки не найдут, и клетка втянет их обратно.
Эта стабилизация выражается в том, что клетка совсем перестает выбрасывать псевдоподии в тех направлениях, где их прикрепление было менее удачно, и начинает их выбрасывать более эффективно только в наиболее удачных направлениях, например, вдоль цилиндра или ближе к источнику химиотаксического вещества.
Клетка единая, но делимая Клеточные фрагменты самоорганизуются в мини-клетки Упорядоченное взаимное расположение клеточных структур создается и поддерживается самой живой цитоплазмой, способностью этой цитоплазмы к самоорганизации.
Сходным образом логика требует, чтобы за рассказом о самоорганизации клеточных фрагментов следовал рассказ о противоположных системах – гигантских клетках, размеры которых резко превышают нормальные.
Как известно, цитокинез – результат образования под мембраной клетки между двумя дочерними ядрами сократимого кольца из актиновых микрофиламентов и миозиновых молекул, такое кольцо постепенно сжимается, разделяя две клетки.
Как и в одноядерных клетках, на краю гигантов постоянно образуются и сокращаются псевдоподии, а на нижней поверхности ламеллы вблизи края формируются фокальные адгезии, прикрепляющие клетку к дну культуры.
Таким образом, в двух различных системах, в небольших фрагментах, отделенных от клетки, и многоядерных гигантах, полученных слиянием нескольких клеток или блокадой их деления, цитоплазма способна самоорганизоваться в структуру, принципиально сходную со структурой нормальной клетки.
Важнейшей частью самоорганизации являются перемещения цитоплазматических органелл, образующих эндоплазму в центральной части фрагмента или гиганта, туда же в гигантских клетках перемещаются и ядра.
Естественно предположить, что за эти движения ответственны те же структуры, что и за все другие движения в клетке: фибриллы цитоскелета с прикрепленными к ним и органеллам моторными молекулами.
В целой клетке микротрубочки растут радиально из центросомы, расположенной около ядра, при этом каждая микротрубочка имеет два конца: центральный минус-конец и периферический плюс-конец.
В нормальной клетке различные органеллы, в том числе пигментные гранулы, двигаются при помощи специальных связанных с микротрубочками моторных молекул, динеинов и кинезинов.
Под наружной мембраной каждой клетки расположен сократимый кортикальный слой актиновых микрофиламентов, у клеток, прикрепленных к дну культуры, этот слой растянут.
Гигантские клетки и клеточные фрагменты в нашем организме Было бы удивительно, если бы замечательная способность цитоплазмы к самоорганизации не использовалась клетками в организме для различных физиологических целей.
И действительно, в нашем организме многие клетки способны проделывать самостоятельно те же реорганизации, которые мы вызываем искусственно в культуре: соединяться друг с другом в гигантские многоядерные клетки и, наоборот, отделять от себя безъядерные цитоплазматические фрагменты, которые способны самоорганизовываться и выполнять важные физиологические функции.
По всей вероятности, здесь благодаря гигантским размерам ускоряется и синхронизируется реакция мышечной клетки на нервный сигнал, вызывающий ее сокращение: такой сигнал распространяется очень быстро от нервного окончания (синапса) по всей единой мембране, окружающей многоядерную клетку.
Такие клетки образуются под кожей или в других тканях из одноядерных клеток, макрофагов, прилипших к поверхности инородного тела, застрявшего в этих тканях, например пули или иглы.
Эта способность является основой распределения компонентов в каждой клетке, а также используется в организме для специальных целей – образования многоядерных клеток и естественно отделяющихся фрагментов, таких, как тромбоциты.
Возможно, что механизм самоорганизации используется и в тех случаях, когда в клетке выделяются (сегрегируются) особые участки, способные к относительно самостоятельным движениям, но остающиеся связанными с остальной клеткой.
Натяжения цитоскелета контролируют архитектуру клетки и тканей Что такое натяжение С незапамятных времен известно, что мышцы создают механическое натяжение.
Когда клетка в культуре распластана, то есть прочно соединена контактами со всех сторон с дном культуры – подложкой, то соединенные с фокальными контактами пучки актиновых микрофиламентов сократиться не могут, их натяжение становится изометрическим.
Натяжение цитоскелета и изменения формы органов Натяжение актин-миозина определяет организацию цитоскелета и контактов самой клетки и окружающего их матрикса в культуре.
Натяжение цитоскелета и коренные перестройки клеточных программ Как мы знаем, клетки в организме и культуре способны под влиянием определенных сигналов переключаться с одной программы работы на другую: клетка может начать или прекратить размножение, превратиться из менее специализированной в более специализированную (дифференцироваться) и, наконец, включить программу самоубийства (апоптоза).
Например, нормальные фибробласты, уплощенные и растянутые на подложке, активно размножаются, но стоит их отделить от подложки, как клетки сжимаются сокращением актин-миозиновых структур в шары и размножение прекращается, а не редко наступает и гибель «бездомной» клетки – апоптоз.
Сначала казалось, что клетка - это мешок, где стенка (мембрана) окружает жидкий бульон (цитозоль), в котором плавают отдельные «клецки» - органеллы (ядро, митохондрии, лизосомы).
Однако конституция клетки гораздо сложнее: ведь ее строительные элементы, нити цитоскелета, динамичны, они постоянно возникают и распадаются, а сила натяжений постоянно меняется под влиянием регулярных систем, таких, как Rhoи Rac.
Новые представления об организации цитоскелета начинает понемногу менять наши взгляды не только на структуру клетки, но и на происходящие в ней молекулярные процессы.
Обширные функциональные объединения из нескольких
концентрических модулей строятся на основе ветвлений аксонной коллатерали
пирамидных нейронов (1),
ветвлений таламического афферента (2)
и ветвлений аксона корзинчатой клетки (3); стрелками показано
направление восходящей и нисходящей импульсации.
76 Принципиальное различие
устройства гематоликворного (А) и гематоэнцефалического (Б) барьеров
Плотные
контакты (ПК) соединяют либо клетки эндотелия капилляров (К), либо клетки
эпендимы (Э), выстилающей стенки желудочков мозга.
Нисходящие пути,
образованные такими клетками, направляются в спинной мозг, где синаптически
контактируют с преганглионарными симпатическими нейронами, обладающими
сосудодвигательными функциями.
КЛЕТОЧНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ
НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ
Нервная клетка
(нейрон)
Нервная клетка (нейрон) состоит из тела, от которого отходит один
или несколько отростков.
Строение
нейрона (с
изменениями по [13]):
1 - тело
(сома), 2 - дендрит, 3 - аксон, 4 - аксонная терминаль, 5 - ядро,
6 -
ядрышко, 7 - плазматическая мембрана, 8 - синапс, 9 -
рибосомы,
10 -
шероховатый (гранулярный) эндоплазматический ретикулум,
11 -
субстанция Ниссля, 12 - митохондрии, 13 - агранулярный эндоплазматический ретикулум, 14 - микротрубочки и нейрофиламенты,
15 -
миелиновая оболочка, образованная шванновской
клеткой
Рибосомы производят
элементы молекулярного аппарата для большей части клеточных функций: ферменты,
белки-переносчики, рецепторы, трансдукторы,
сократительные и опорные элементы, белки мембран.
Морфологические типы
нейронов
Униполярные клетки у беспозвоночных
находятся в сенсорных узлах и в той и или иной степени связаны с сенсорными
модальностями.
Ее входами служат
различные сенсорные клетки: сенсорные ямки (хеморецепция), глазки (точечные
глаза), статоцисты (гравитационная чувствительность)
или тактильные рецепторы.
Отростки нервных клеток идут к сократительным
эпителиальным клеткам, расположенным под колоколом медузы, что обеспечивает
рефлексы, восстанавливающие положение тела в пространстве.
Нервные клетки расположены на наружной поверхности ганглиев и имеют по
одному толстому отростку, ответвления которого идут в нейропиль и по коннективам и
комиссурам направляются к другим ганглиям или в составе нервов идут на
периферию.
Задние рога
содержат нейроны, которые передают сенсорные импульсы к лежащим выше центрам или
расположенным вентральнее двигательным клеткам,
замыкая рефлекторные дуги.
Восходящие пути передают сенсорную информацию к
рефлекторным подкорковым центрам и коре головного мозга, нисходящие проводят
информацию к двигательным клеткам передних рогов.
Кора мозжечка и ее нейронный состав (с изменениями, по
[15]):
I
- молекулярный
слой, II - ганглиозный слой, Ш - гранулярный
слой;
1 - клетка
Пуркинье, 2 - звездчатая клетка, 3 - клетка Гольджи,
4 - корзинчатая клетка, 5 - клетка Гольджи, 6 - клетка-зерно, 7 -
параллельные
волокна, 8
- мшистые волокна, 9 - лазающие волокна, 10 - аксон клетки
Пуркинье, 11 - гломерулы мозжечка, 12 - аксон зернистой
клетки
2.
По этим волокнам происходит не только распространение нервных волокон,
но и ток нейросекрета, вырабатываемого клетками супраоптического и паравентрикулярных ядер.
Типичной для млекопитающих является
шестислойная кора: 1) верхний молекулярный (плексиморфный)
слой содержит мелкие нервные клетки и апикальные волокна пирамидных клеток
нижележащих слоев; 2) наружный зернистый
слой содержит пирамидные клетки небольшого размера; 3) слой средних пирамид; 4) внутренний зернистый слой состоит из
большого количества короткоаксонных нейронов; 5) внутренний пирамидный слой содержит
особенно большие пирамидные нейроны; 6) полиморфный слой.
Строение коры больших полушарий [15]:
А - слои
коры, Б - цитоархитектоника, В - миелоархитектоника;
слои:
I
- молекулярный,
II - наружный
зернистый, III
- внешний
слой
пирамидных клеток (средних пирамид), IY
- внутренний
зернистый,
Y
- внутренний
пирамидный, YI
- полиморфный,
YII - белое
вещество;
1 -
пирамидные клетки разных размеров, 2 - клетка Кахаля,
3 -
звездчатые клетки, 4 - непирамидные клетки различного
типа
5.
Их постганглионарные
аксоны идут дальше на периферию и иннервируют эффекторные органы: гладкую мускулатуру внутренних органов,
железистые клетки, поперечнополосатую мускулатуру сердца.
В симпатической системе есть только одно исключение - волокна,
проходящие через симпатический ствол без перерыва и заканчивающиеся на клетках
мозгового слоя надпочечников (хромаффинные клетки).
По мере замыкания нервной трубки эктодермальные клетки боковых краев нервной бороздки
выталкиваются в сторону, образуя продолговатый тяж клеток по обеим сторонам
трубки - нервный гребень.
По завершении нейруляции клетки нервного гребня мигрируют наружу и
дают начало спинальным ганглиям, периферическим ганглионарным нейронам симпатической нервной системы, шванновским клеткам, клеткам спинальных ганглиев, а также
клеткам, образующим внутренние листки оболочек мозга.
Гистогенез
Первичная нервная трубка в спинальном отделе рано делится на три
слоя: 1) самый внутренний эпендимный слой, содержащий зачатковые клетки; 2)
промежуточная зона (мантийный слой),
куда мигрируют пролиферирующие клетки; 3) наружный краевой слой, который в зрелом
мозге содержит миелинизированные волокна.
Хорошо
выражены полосатое тело и зрительный бугор
8,0
23,0
В
коре мозга появляются типичные нервные клетки.
Поперечный разрез сетчатки [7]:
1 -
пигментная клетка, 2 - палочка, 3 - колбочка, 4 - горизонтальная
клетка,
5 - амакриновая клетка, 6 - биполярная клетка, 7 - ганглиозная клетка
Самый внутренний слой глаза - сетчатка - состоит из фоторецепторов (колбочек и палочек), четырех типов нервных клеток,
глиальных клеток (мюллеровские
клетки) и пигментных клеток.
Кортиев орган (с изменениями по
[15]):
1, 2 -
внешние и внутренние волосковые клетки, 3, 4 - внешние
и
внутренние поддерживающие (опорные) клетки, 5 - нервные
волокна,
6 -
базилярная мембрана, 7 - отверстия ретикулярной (сетчатой)
мембраны,
8 -
спиральная связка, 9 - костная спиральная пластинка,
10 - текториальная (покровная) мембрана
В кортиевом органе находятся волосковые клетки, окруженные поддерживающими клетками.
Аксоны, по которым эти клетки передают сигналы в
ЦНС, входят в состав VIII нерва и заканчиваются на нейронах ядер вестибулярного комплекса продолговатого
мозга: верхнее (ядро Бехтерева),
латеральное (ядро Дейтерса), медиальное (ядро Швальбе) и нижнее ядра.
Железы,
входящие в состав эндокринной системы, - это гипофиз с его независимо
функционирующими передней и задней долями, половые железы, щитовидная и паращитовидные
железы, кора и мозговой слой надпочечников, островковые клетки поджелудочной
железы и секреторные клетки, выстилающие кишечный тракт.
Гипоталамические
нейроны выделяют в кровь этой сети свои гормоны, а соответствующие клетки
гипофиза реагируют на эти гормоны после их связывания специфическими
поверхностными рецепторами.
Аэробы
- клетки, нуждающиеся в молекулярном кислороде, поступающем в организм из
внешней среды и необходимом для процессов окисления питательных веществ до
углекислоты и воды.
Ассимиляция
- сумма процессов созидания живой материи: усвоение клетками веществ,
поступающих в организм из внешней Среды, образование более сложных химических
соединений из более простых.
Раздражителем
живой клетки или организма как целого может оказаться любое изменение внешней
Среды или внутреннего состояния организма, если оно достаточно велико, возникло
достаточно быстро и продолжается достаточно долго.
Если
происходит деполяризация постсинаптической мембраны и этот процесс достигает
достаточного (критического) уровня, возбуждение передается на эффекторную
клетку.
Под электронным
микроскопом, увеличивающим объекты в десятки тысяч раз, отчетливо видно, что ни
нервные клетки, ни мышечные волокна, ни клетки других тканей с аксоном
непосредственно не соединяются.
Благодаря
такому порядку приема и передачи информации, с одной стороны, отсекаются
малозначимые раздражения, которые вызывают слабые затухающие токи, не способные
образовать волну незатухающего возбуждения; с другой стороны, повышается
надежность передачи значимой информации, поскольку нервный импульс, если он
возник, распространяется за счет энергии самой нервной клетки, восстанавливаясь
в каждом перехвате Ранвье.
Предполагается, что возбуждения
безусловного происхождения, помимо чисто электрических эффеков возбуждения
нейрона, ускоряют противоплазматические биохимические реакции, направленные на
активацию генома ядра нервной клетки.
Сложная
клеточная механика сенсорной (чувствительной) и моторной (двигательной) систем
основана на кооперации между многими взаимосвязанными клетками, которые
совместно осуществляют ряд последовательных актов, как при работе на
конвейерной линии.
То, что
каждое из этих качеств воспринимается органами чувств по отдельности, означает,
что существуют рецепторные клетки, специализированные для восприятия
определенных особенностей стимула.
Фоторецепторные клетки-палочки
и колбочки не только расположены в слое, наиболее удаленном от хрусталика, но и
повернуты от пучка падающего света, так что их светочувствительные кончики
засунуты в промежутки между темноокрашенными эпителиальными клетками.
Палочки и колбочки соединены с биполярными нейронами,
которые в свою очередь связаны с ганглиозными клетками, посылающими свои аксоны
в составе зрительного нерва к вставочным нейронам мозга.
Если с
помощью тончайших электродов регистрировать активность отдельных ганглиозных
клеток в то время, когда пятно света проходит по сетчатке, мы увидим, что
каждая ганглиозная клетка имеет собственное рецептивное поле — небольшой
участок сетчатки, в пределах которого свет оказывает наиболее интенсивное
возбуждающее или тормозящее влияние на данную клетку.
Синаптические
взаимодействия между таламическими интегрирующими нейронами, связанными с ганглиозными
клетками того и другого типа, обеспечивают контрастность деталей, которая так
важна для четкого видения предметов.
Аксоны ганглиозных клеток образуют синапсы с клетками
латерального коленчатого тела таким образом, что там восстанавливается
отображение соответствующей половины поля зрения.
С
помощью специальных методик удалось проследить связи от клеток поля к
специфическим клеткам слоя IV тех областей, которые лежат в непосредственной
близости к полю.
Клетки полей
передают информацию специфическим клеткам некоторых других областей коры
большого мозга; кроме того, от них идут связи к зрительным интегрирующим
центрам более низкого уровня — таким, как подушка таламуса.
Поэтому
ученые считают, что переработка информации в коре зависит от того, как эта
информация достигает кортикальной зоны и как ee передают связи между клетками
внутри данной вертикальной колонки.
Слуховая информация, объединяющаяся в этих
клетках со зрительной, вызывает посылку сигналов на более низкий уровень —
клеткам среднего мозга, управляющим мышцами глазного яблока.
Здесь, как
правило, некоторые клетки лучше реагируют на сигналы от одного глаза, чем от
другого; иными словами, влияние одного глаза на такие клетки «доминирует» над
влиянием другого глаза.
Если один глаз будет закрыт от рождения, то нейроны коленчатого тела, с
которыми связаны ганглиозные клетки сетчатки этого глаза, и соответствующие им
колонки доминантности в коре не смогут нормально развиваться.
Эти эксперименты показывают, что степень связи между
сенсорными нейронами и соответствующими клетками коры может регулироваться
уровнем активности сенсорной системы.
Эксперименты показали, что ганглиозные клетки и
активируемые ими нейроны латерального коленчатого тела реагируют так, как будто
существует не три, а четыре первичных цвета: красный, желтый, синий и зеленый.
Американский
нейропсихолог Мортимер Мишкин высказал предположение, что в клетках этой
зрительной области височной доли сохраняется какой-то «след» виденного ранее
предмета.
При регистрации активности отдельных нейронов этой области были обнаружены
клетки, специфически реагирующие на лица одних обезьян и не реагирующие на лица
других независимо от ракурса.
Таким образом, клетки, которые «узнавали» бы бабушку, в
действительности не существуют, а есть лишь клетки, которые могут воспринимать
детали высокого порядка и сравнивать их с имеющимися в памяти образцами.
Предполагается, что увеличенные размеры пирамидных нейронов гиппокампа
служат показателем его функциональной активности (большая поверхность нейрона
способна принять больше афферентных импульсов, приходящих на тело клетки как
извне, так и от интернейронов).
Химически гетерогенная чувствительность мембраны клетки
обеспечивает ей “различение” эффективных (подкрепляемых) и неэффективных
(неподкрепляемых) синаптических входов.
Именно в пределах мембраны и цитоплазмы
нейрона происходит ассоциация зффектов условной и безусловной стимуляции с
последующим выходом сложившейся интеграции на аксон в виде импульсного разряда
клетки.
Если у животного
вырабатываются условные рефлексы на сильное раздражение и при этом не возникает
состояния торможения, значит нервные клетки коры большого мозга обладают
высокой работоспособностью.
Если у животного
вырабатываются условные рефлексы на сильное раздражение и при этом не возникает
состояния торможения, значит нервные клетки коры большого мозга обладают
высокой работоспособностью.
Так что если ядро одной клетки, делившейся, например, 40 раз, пересадить в молодую клетку (делившуюся 5-10 раз), то эта молодая клетка осуществит еще 10 делений и погибнет.
Какие бы повреждающие факторы не действовали на организм, но если клетки обновляются быстрее, чем происходит процесс накопления повреждений, то организм остаётся молодым и здоровым.
Есть все основания полагать, что смерть клетки запрограммирована, как запрограммировано отмирание органов, - у растений это осенний листопад, у головастика - исчезновение хвоста, когда он превращается в лягушку, у человеческого эмбриона - рассасывание хвоста и жабер.
"Многопрофильность" - их главное свойство: при определенных лабораторных манипуляциях они могут стать клетками сердца, печени, спинного мозга (нервные клетки все же восстанавливаются), зубов и волос.
Но еще страшнее другое - если чужеродную эмбриональную клетку ввести в организм взрослого человека, могут наблюдаться такие аномалии, как рост зубов в печени или костей в сердце.
Таким образом мы могли бы строить клетко-подобные репликаторы, которые не ограничиваются молекулярными машинами, сделанными из мягких влажных складок молекул белка.
Короче говоря, с молекулярной технологией и техническим ИИ мы будем делать полные описания здоровой ткани на молекулярном уровне, и будем строить машины, способные входить в клетки, понимать и изменять их структуры.
Естественное старение, как представляется очевидным, присуще и бесконечно делящимся клеткам, но, постоянно воспроизводя свою генетическую информацию и свои сравнительно несложные структуры, они умеют делать его незаметным.
В митохондриях (энергетических органеллах клетки) метаболизируется более 90% потребляемого аэробными клетками кислорода и образуется около 75% общего потока супероксидных радикалов в клетке.
закон Бауэра гласит, что любая живая клетка с момента своего возникновения неравновесна относительно среды, и за счет этого способна выполнять полезную работу по поддержанию собственной жизнедеятельности, причем вся работа, которую выполняет живая система, направлена только на это.
нормальные клетки, находясь в искусственных условиях вне организма, в так называемой культуре тканей, делятся лишь строго определенное число, раз и затем погибают.
Когда же клетка становится раковой, ее потомки могут жить и в культуре ткани, и в организме беспредельно, если их последовательно пересаживать, или трансплантировать.
Сегодня можно утверждать, что биологические часы, определяющие длительность жизни высших организмов, заключены не в каждой отдельной клетке, а в системе регуляции.
Многочисленные исследования последних двадцати лет убедительно
показали, что способность к самоубийству присуща не только клеткам
черешка.
Самоликвидируются,
например, многие эмбриональные клетки, ставшие ненужными в процессе
развития; клетки иммунной системы, вырабатывающие антитела к своим
собственным белкам; клетки с поврежденным геномом, а также
«бездомные» клетки, случайно оказавшиеся вне родной ткани.
В
каком-то смысле клетка многоклеточного организма напоминает
глубокого ипохондрика, которого нужно постоянно удерживать от
соблазна покончить счеты с жизнью, уговаривать: «Живи дальше.
Учитывая обоснованные в предыдущих статьях вполне законное и необходимое производство активных форм кислорода самими клетками, применение антиоксидантов имеет цель не препятствовать самому образованию АФК, а что-то вроде подстраховки для случаев, когда АФК не успевают нейтрализоваться самими клеточными механизмами.
Как мелатонин, так и эпиталамин стимулируют клетки иммунной системы организма и замедляют старение иммунной системы, они нормализуют ряд возрастных нарушений жиро-углеводного обмена, продлевают циклическую деятельность яичников у самок мышей и крыс, восстанавливают репродуктивную функцию у старых животных.
президент Геронтологического общества РАН Владимир Анисимов: "В конечном счете может оказаться, что благодаря молекулярному протезированию - долговременному вводу в клетки автономно функционирующих молекулярных роботов, которые будут предотвращать повреждения молекул или лечить их сразу после возникновения, - а также перепроектировке геномов клеток старение замедлится настолько, что в его лечении уже не будет необходимости".
Парадокс данного гена состоит в том, что вариация, присутствующая в клетках долгожителей, встречается крайне редко, потому что такая мутация является невыгодной с точки зрения эволюции.
«Поскольку эти клетки крови имели экстремально короткие теломеры, мы предположили, что большинство стволовых клеток крови умерли от изнашивания, достигнув предела клеточного деления», — говорит доктор Хенне Хольстег, руководитель исследования.
Поскольку мутации в клетках крови Хендрике оказались на удивление безобидными и она избежала раковых опухолей, ученые сделали вывод, что причиной ее естественной смерти стало истощение популяции стволовых кроветворных клеток из-за изнашивания теломер.
Последнему же такое сожительство оказалось тем более на руку: бактерия стала обеспечивать клетку невиданным количеством энергии – только успевай подавать кислород.
Оказалось, что для защиты целостности генетического кода концы цепей ДНК дополнены цепью теломеров, которые укорачиваются с каждым делением клетки (вместо укорочения самих ДНК, что было бы фатально) и когда они иссякают, генетический код нарушается.
В соответствии с гипотезой Гертвигов источником всех нервных клеток является первичная чувствительная клетка, возникшая из эктодермы и получившая возможность воспринимать раздражения, генерировать и проводить возбуждение.
Между полушариями мозжечка образуется система связей, которая позволяет клеткам коры мозжечка обмениваться сигналами, приходящими как с правой, так и с левой стороны тела.
Мозжечок также выполняет функции сенсомоторной координации, регуляции мышечного тонуса и поддержания равновесия, входит в состав двигательной системы, но не имеет прямых связей с чувствительными клетками и мускулатурой.
Общее изменение мембранного
потенциала нейрона является результатом сложного взаимодействия (интеграции)
местных ВПСП и ТПСП всех многочисленных активированных синапсов на теле и
дендритах клетки.
Под
электронным микроскопом, увеличивающим объекты в десятки тысяч раз,
отчетливо видно, что ни нервные клетки, ни мышечные волокна, ни клетки других
тканей с аксоном непосредственно не соединяются.
Синаптические взаимодействия между таламическими
интегрирующими нейронами, связанными с ганглиозными клетками того и другого
типа, обеспечивают контрастность деталей, которая так важна для четкого видения
предметов.
Поэтому
ученые считают, что переработка информации в коре зависит от того, как эта
информация достигает кортикальной зоны и как ee передают связи между клетками
внутри данной вертикальной колонки.
Представление
о колончатой организации коры возникло как функциональное понятие на основе
открытия, сделанного в физиологических экспериментах и состоящего в том, что
основной единицей активности в новой коре служит вертикально расположенная
группа клеток с множеством связей между этими клетками по вертикальной оси и
малым их числом в горизонтальном направлении.
Рамон-и-Каял[10]
одним из первых осознал, что информация может сохраняться путем модифицирования
связей между связанными нервными клетками, образующими ассоциации.
Как было
отмечено ранее, Рамон-и-Каял одним из первых осознал, что информация может
сохраняться посредством модифицирования связей между взаимодействующими
нервными клетками, образующими ассоциации.
Еще
о регенерации нейронов (нейрогенезе) - в статье Молодые клетки в старых мозгах
Современные
итоги работы Института мозга человека РАН - в научно-популярной книге Книга к десятилетию института мозга человека
Конгресс США объявил девяностые годы декадой изучения человеческого
мозга.
в просторных клетках, где они содержались совместно с другими крысами и
имели много разнообразных предметов для игры), кора мозга была развита лучше,
чем у крыс, выращенных в пустых и тесных одиночных клетках.
Они изливаются в зазор между клетками
(синаптическую щель), достигают поверхности другого нейрона и
связываются там со специальными белками-рецепторами, встроенными в
мембрану.
Во-первых, каждый
нейрон получает тысячи пластичных синаптических входов от других нейронов,
и сам образует множество пластичных синапсов на разных клетках.
Эти ранние решения о прекращении роста и дифференцировке в основном обусловливаются локальными модифицирующими предсуществующими молекулами, тем самым предваряется необходимость в ожидании информации, переносимой между кончиком аксона и довольно удаленным телом клетки нейрона.
Нейроны являются поляризованными клетками, а тела клеток, которые содержат ядро и большую часть кухни по синтезу белков, обычно располагается очень далеко от поступающих синаптических импульсов.
Это говорит о существовании сензитивного (чувствительного) периода, когда клетки компетентны и способны образовывать нервные связи, соответствующие получаемому опыту.
Используя
перекрестный анализ интервалов импульсных рядов групп нейронов, были выявлены
межструктурные двусторонние взаимодействия между клетками зрительной, сенсомоторной
областей коры и латеральным ядром гипоталамуса при выработке условных рефлексов
разной сложности, их угашении, условнорефлекторном переключении, тем самым
вслед за поведенческими экспериментами на нейронном уровне было подтверждено
существование двусторонних функциональных связей.
кошек,
выбравших стратегию с получением пищевого подкрепления немедленно после
включения условного раздражителя, характерны двусторонние взаимодействия между
клетками фронтальной коры и миндалины, в отличие от животных, предпочитающих
исполнения условных рефлексов через период обоснованной задержки
(самоконтроль), для которых двусторонние взаимодействия наиболее выражены между
фронтальной корой и гиппокампом.
Основные
направления современной физиологии насекомых……
-феромоны
-гормоны
(ювенильный) в свете борьбы с вредными насекомыми
Покровы
тела насекомого
Из двух
разнородных образований
Эпидермис-
живые клетки
Кутикула-
мертвая неклеточная структура
Базальная
мембран отделяет эпидермис от гемолимфы
Волоски и
сенсилы производные клеток эпидермиса проходящие через кутикулярный слой, так
же там в эпидермисе распологаются железистые клетки.
Эпидермальные
железистые клетки играют важную роль при затягивании ран насекомых после
формирования ложной соединительной ткани из гемолифмы и жирового тела
постепенно образуется на поврежденном месте.
Дыхание
(кожное,
жаберное, через трубки, захват воздуха при нырянии(диффузно))
Процесс
поглощения, переноса и использование кислорода тканями и удаление отработанных
веществ, прежде всего углекислого газа
У насекомых
дыхание осуществляется с помощью трахейной системы состоящей из трубочек
наполненных воздухом и называемых трахеями, воздунх мешков и трахеол которые
доставляют воздух непосредственно к клеткам.
Голокринная
секреция - с разрушением клетки
Мерокринная
вакуоли - с ферментом проходят через клеточные мембраны
Ферменты
расщепляют белки жиры и углеводы
Перитрофическая
мембрана - образуется в середней кишке, хитиновая сембрана обвалакивающая
поверхность пищи дабы не повредить стенки (клетки) средней кишки насекомого.
По аксону от
тела клетки к органу
Главная
функция нервных элементов передача информации из одной точки тела в другую
Градуальные
(декрементные) потенциалы (пассивное проведение) зависит от уровня начального
потенциала и "затухает" по мере удаления.
Нервно-мышечные
синапсы
В синапсах
так же происходит изменение мембранного потенциал при выделении нейромедиаторов
(вещества вызывающие возбуждения или торможения)
Синапс ,
синаптическая щель, в местах синапса митохондрии в клетках.
У насекомых
медиаторы (в нервно-мышечных синапсах):
Гамма-аминомаслянная
гислота (тормозной медиатор насекомых)
Глутаминовая
кислота "возбужджающий" медиатор (не ацетилхолин)
Нейроны
клетки характеризуются наличием длинных отростков и способностью к проведению
потенциалов.
Тело
нейрона - перикарион,
Отростки
аксон -
проводящий- длинный проводит потенциал к нервным оканчаниям где осуществляется
связь с другой клеткой (синаптическая передача)
дендрит-
чувствительный короткий.
е вызывает гиперполяризацию клетки
Ток
направленный изнутри аксона наружу уменьшает МП(мембранный потенциал-потенциал
невозбужденной клетки) он вызывает деполяризцию.
В момент
возбуждения нервной клетки резко повышается проницаемость мембраны для натрия,
который и служит основным ионом , создающим ПД (сравнить с мышцами где основной
ион кальций) Натрия больше в тканевых жидкости а не внутри клетки там калий.
Если при
утомлении ослабляется реакция клетки на любые раздражители, то привыкание
сопроваждается снижением чувствительности нервной системы к одинаковым по силе
и качеству раздражителям.
Функции
ганглиев
в основном
обусловлены наличием там пейсмекерные клетки их ритм зависит от: 1) командами
мозга 2) специфических раздражений рецепторов 3) гормонов.
Источником
основных гормонов являются нейросекреторные клетки головного мозга, кардиальные
тела, нейросекреторные клетки подглочного ганглия, перикардиальные железы,
нейросекреторные клетки брюшной нервной цепочки.
Верхняя
часть овариолы называется гермарий там первичные половые клетки (догонии) из
них образуются яйца(ооциты), питающие клетки(трофоциты) и клетки фолликулярного
эпителия.
После деления одна дочерняя клетка остается на месте, растет и делится вновь, а вторая мигрирует и встраивается в уже существующие сети нейронов, становясь через некоторое время зрелой.
Вновь генерированные нейроны функционально встраиваются в сеть в течение 1 месяца, они меньше зрелых (размер тела клетки меньше, ветвление отростков (дендритов) также меньше) и окончательно созревают спустя 4 месяца.
Эти клетки передвигаются к соответствующим частям тела, а затем связываются с окружающими клетками и формируют сложные структуры органов, кожи, мышц и головного мозга, далее видоизменяясь в данном процессе.
Исследования, проведенные на различных живых существах (от канареек и крыс до людей), показали, что стволовые клетки, предшественники нейронов, можно найти в различных областях головного мозга.
Однако постепенно собирались доказательства того, что у многих животных были особые зоны головного мозга, в числе которых гиппокамп (важен для формирования новых воспоминаний), где стволовые клетки продолжают развиваться в функционирующие клетки головного мозга.
Решающим вопросом для человека является то, вырабатываются ли клетки головного мозга в достаточном количестве, чтобы быть полезными, и с помощью каких факторов они могут использоваться в восстановлении функций мозга, как при нормальном старении, так и при лечении заболеваний головного мозга.
выше) повышается периферийный уровень одного из таких ростовых факторов, затем возрастает уровень этого же фактора в гиппокампе, после чего клетки-предшественники начинают делиться активнее.
Некоторые авторы предполагают, что образование новых нейронов у взрослых также может происходить и в других областях мозга, включая неокортекс приматов, другие ставят под вопрос научность этих исследований, а некоторые считают что новые клетки могут оказаться глиальными клетками.
В процессе развития млекопитающих (эмбриональная стадия) нейроны формируются из слоя клеток, выстилающих желудочки (вентрикулярные зоны), затем поделившиеся клетки мигрируют в различные области, формируя все структуры мозга.
К моменту родов в обонятельной луковице самки (область мозга, принимающая информацию с рецепторов носа; активируется в ответ на запахи) появляются новые клетки, мигрировавшие из субвентрикулярной зоны.
Итак, гиппокамп - зона в височной области мозга; в гиппокампе взрослого мозга идет нейрогенез; клетки гиппокампа генерируют тета-ритм, ответственный за уровень активности организма; гиппокамп задействован в следующих функциях мозга:- интеграции сенсорной информации и распределении ее по всему мозгу; ответе на новизну;- обучении и запоминании;- мотивации и регуляции активности всего организма;- регуляции настроения.
Тогда в случае недостатка существующих связей (при столкновении с чем-то новым или при обучении чему-то новому) гиппокамп организует новые связи между элементами мозга, генерируя новые клетки.
Нейрогенез обнаружен в субвентрикулярной зоне (оттуда клетки мигрируют в обонятельную луковицу), в гиппокампе, в черной субстанции, в высшем вокальном центре птиц.
Веретенообразная извилина продолжила расти с возрастом
В миндалевидном теле образуются новые нервные клетки
У людей снова нашли взрослый нейрогенез
Активность предшествующих нейронов влияет на рост дендритов
В мозге пожилых людей обнаружили тысячи новых нейронов
Астроциты в качестве распознавателей
Чтобы оставить комментарии нужно авторизоваться:
Авторизация пользователя
Имя (ник):подсказка
Пароль:
- запомнить пароль чтобы в следующий раз не нужно было вводить
.
В своей статье "Стволовые клетки и воспроизводство" Джон Харрис
(профессор биоэтики, директор по науке Центра социальной этики и политики
Манчестерского университета, директор Института медицины, права и биоэтики)
защищает этический принцип, заключающийся в том, что естественное не связано с
моральным.
Однако существуют и крайние взгляды: что лечение эмбриональными стволовыми
клетками - людоедство с моральной точки зрения, а с мистической - оккультизм
чистой воды.
Взгляд церкви
Существуют запреты церкви, которые основываются на том, что:
введение ядра соматической клетки в лишенную ядра яйцеклетку, то есть
клонирование - это "самовольное творение жизни", и
разрушение стоклеточной пятидневной бластоцисты - это "убийство
живого существа",
отмечает издание "Новое русское слово".
Однако статья 2 Закона устанавливает, что его действие не распространяется на
органы, их части и ткани, имеющие отношение к процессу воспроизводства человека,
включающие в себя репродуктивные ткани (яйцеклетку, сперму, яичники, яички или
эмбрионы), а также на кровь и ее компоненты.
Если бы удалось получить стволовую клетку от взрослого человека,
воздействовать на скорость ее деления и изменить специализацию, ее можно было бы
ввести в организм донора, не опасаясь отторжения.
Ведь, к примеру, стволовые клетки обнаружены не во всех типах тканей
взрослого человека, а даже если такие клетки и обнаружены, то присутствуют в
тканях в таких малых количествах, что их трудно выделить и очистить, а с
возрастом их становится еще меньше.
Для того чтобы стволовые клетки взрослого человека можно было использовать
для его же лечения, нужно, прежде всего, получить их от данного пациента, затем
увеличить их количество до необходимого для проведения терапии.
Однако бывают
случаи, когда болезнь просто не дает времени на проведение всех этих процедур,
и, кроме того, если заболевание имеет генетическую природу, пораженными, скорее
всего, будут и стволовые клетки.
Предположительно, стволовые клетки взрослого
организма делятся не так быстро, как стволовые клетки плода, а их ДНК,
по-видимому, содержит больше нарушений (по материалам Кругосвета).
Не очень перспективным представляется и использование "взрослых" стволовых
клеток для изучения ранних этапов клеточной специализации, поскольку эти клетки
уже дифференцированы.
Для того чтобы
определить, какие именно стволовые клетки нужно иметь, чтобы справиться с тем
или иным новым заболеванием, совершенно необходимо исследовать потенциал
"взрослых" стволовых клеток.
Бесконтрольное внедрение новейших биотехнологических
методов и продуктов (генно-модифицированные источники, клонирование, стволовые
клетки) неизбежно компрометирует их в глазах общественности в целом.
А поскольку стволовые клетки представляют собой вот такой универсальный
строительный материал для организма, то они рассматриваются как способ излечения
самых тяжёлых недугов, связанных с разрушением нервных тканей, в первую очередь,
болезней Паркинсона, Альцгеймера, а также переломов позвоночника с разрывом
спинного мозга.
Впрочем, существуют различия между эмбриональными и взрослыми стволовыми
клетками: потенциал вторых к дифференциации намного ниже, чем
первых, которые способны превращаться лишь в определённые виды тканей.
По данным доктора Майкла Уоттса, специалиста по гематологии и стволовым
клеткам Лондонского университетского колледжа, в крови среднестатистического
взрослого человека содержится порядка 10 тысяч примитивных
(недифференцированных) клеток.
Впрочем, практическую пользу эта машина приносит уже сейчас: с её помощью в
крови престарелых пациентов отыскивают взрослые стволовые клетки, способные
преобразовываться в клетки кожи, и пересаживают их в незаживающие раны, чтобы
инициировать-таки процесс зарастания.
"Гвоздём программы" является то обстоятельство, что в отличие от
терапевтического клонирования вместо человеческих яйцеклеток используются уже
существующие стволовые клетки, которые, как было сказано выше, присутствуют и во
взрослом организме, правда, в очень небольших количествах.
В результате, как утверждает Верлинский, ему и его соратникам удалось
получить стволовые клетки (stembrids), которые генетически идентичны донорским
взрослым клеткам.
Но это только в том случае, если Верлинскому и его коллегам действительно
удалось получить эмбриональные стволовые клетки, которые в самом
деле идентичны в генетическом плане клеткам донора.
На вопрос австралийского
эксперта Алана Траунсона, почему Верлинский уверен, что полученные клетки несут
только генетический материал донора взрослых клеток, Верлинский ответил, что его
команда использовала женские стволовые клетки и мужские взрослые, и, в
результате, полученные стволовые клетки были мужскими.
Что же касается вопроса, являются ли stembrids на самом деле эмбриональными
стволовыми клетками, то тут Верлинский утверждает, что stembrids выделяют ряд
белков-маркеров, характерных именно для эмбриональных стволовых клеток; кроме
того, они успешно дифференцировались в клетки сердечных мышц, нейроны и
стволовые клетки крови.
Помимо выявления белков-маркеров, Верлинский должен установить,
способны ли его stembrids преобразовываться, как и настоящие эмбриональные
стволовые клетки, в тератомы - тип опухоли, содержащей вперемежку клетки различных
тканей одновременно.
От гибрида или гетерозиготы (Аа) в каждую зрелую половую клетку
(гамету) попадает только один фактор (А или а), полученный от родителей, а не
оба и не их смесь.
Сперматозоиды образуются в результате мейотического деления
— клетки в теле отца имеют 23 пары хромосом
— хромосомы идентично удваиваются
— клетка делится и образуются 2 клетки, каждая с 23 парами хромосомами
— каждая клетка снова делится, после чего образуются 4 сперматозоида, каждый
имеет 23 хромосомы — половину набора.
Яйцеклетка образуется в результате мейотического деления
— клетки в теле матери имеют 23 пары хромосом
— хромосомы идентично удваиваются
— клетка делится и образуются 2 клетки, каждая с 23 парами хромосомами, одна
из этих новых клеток гибнет
— происходит оплодотворение оставшейся клетки
— оплодотворенная клетка делится и образуются 2 клетки, каждая с половиной
набора хромосом
— одна из этих двух новых клеток получает хромосомы сперматозоида (получая в
итоге 23 пары хромосом, — 23 хромосомы от матери и 23 от отца), а вторая клетка
гибнет
— получившая хромосомы сперматозоида клетка образует зиготу
3.
Зигота растет за счет мейотического деления
— зигота имеет 23 пары хромосом
— хромосомы удваиваются
— клетка делится на 2, каждая из которых имеет 23 пары хромосом
— мейотическое деление происходит вновь и вновь, пока не образуется взрослый
организм
Рис.
В
отличие от простого деления (бесполого размножения) для полового размножения
необходимы специализированные гаметопродуцирующие клетки, которые при делении
распределяют генетический материал, образуя разные его наборы.
Когда в клетку
проникает патогенное тело, например вирус или бактерия, то определенные молекулы
внутри клетки присоединяются к белкам на поверхности вторгнувшегося субстрата,
так называемым антигенам, и транспортируют эти антигены к поверхности клетки.
Если у женщины были сношения с несколькими мужчинами в течение
короткого периода времени, то сперма, чье поступление сопровождалось оргазмом,
имеет большие шансы оплодотворить яйцеклетку.
Синтезирующие инсулин клетки
поджелудочной железы в течение беременности значительно увеличиваются, и матери,
испытывающие в этот период патологическую толерантность к глюкозе, имеют
повышенный риск развития гестационного диабета.
Нейротрансмиттеры — это химические посредники сигнала, высвобождаемые
из окончаний нервных клеток с целью передачи электрического импульса на
принимающую нервную клетку.
Палкой также можно агрессивно размахивать в сторону человека или
другого обитателя клетки, или же ее можно сломать на мелкие куски, которые
шимпанзе могли сложить в определенной части клетки, чтобы на них улечься.
Когда
животное пришло в сознание, рядом с его клеткой поставили зеркало и шимпанзе
продемонстрировал весь набор действий, которые указывают на узнавание себя в
зеркале.
Возможны два способа, какими действие
лекарств увеличивает количество нейротрансмиттера: блокировка обратного захвата
(эти препараты подавляют способность клетки участвовать в обратном захвате) или
блокировка нейротрансмиттерного метаболизма (эти препараты блокируют действие
ферментов, которые заставляют нейротрансмиттеры превращаться в другие
соединения).
Механизм их действия состоит
в блокировке «насоса» обратного захвата серотонина, который откачивает
высвобожденный серотонин через стенку клетки в пресинаптический нейрон.
Изучая, как
вирусы и кольца дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), так называемые плазмиды,
инфицируют клетки бактерий, рекомбинируют и воспроизводят себя, ученые
обнаружили, что вирусы производят ферменты, названные рестриктазами, которые
рассекают цепочки ДНК в специфических местах.
После выделения в начале 1980-х годов
ретровирусных векторов (переносчиков инфекции) стала широко доступной
возможность эффективного переноса генов в клетки млекопитающих в целях генной
терапии.
Следующим крупным шагом в
человеческой генной инженерии будет зародышево-родительская (germ-line) генная
терапия, корректирующая недостатки, которые присутствуют в репродуктивных
клетках будущих родителей или в самих эмбрионах (Taylor, 1998).
Нейротрансмиттеры могут воздействовать на постсинаптическую клетку в качестве
тормозящих или возбуждающих сигналов, гиперполяризуя или деполяризуя ее
мембрану.
К примеру, ацетилхолин может действовать как возбудитель, когда он
связывается с одним типом рецепторов, и как ингибитор, когда он связан с другим
видом, даже если оба типа рецепторов находятся в той же самой клетке.
Однако быстрейшим средством прекращения синаптического сигнала в
случае большинства малых трансмиттеров (кроме ацетилхолина) является обладающий
высоким сродством обратный захват малых молекул-трансмиттеров в пресинаптический
терминал и глиальные клетки.
Генный импринтинг (gene imprinting) — предположение о том, что гены
имеют различную экспрессию, в зависимости от того, унаследованы ли они от
яйцеклетки или от сперматозоида.
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) (deoxyribonucleic acid (DNA)) —
любая нуклеиновая кислота, которая обычно является молекулярной основой
наследственности, локализованная в ядре клетки и представляющая собой двойную
спираль из двух цепей, содержащих одинаковые последовательности дезоксирибозы и
фосфата, скрепленных между собой водородными связями пуриновых и пиримидиновых
оснований.
Ретровирусы (retroviruses) — представители семейства
Retroviridae, РНК-содержащие вирусы (например, ВИЧ), выделяющие обратную
транскриптазу, при помощи которой ДНК синтезируется на основании РНК и
внедряется в геном инфицированной клетки.
Сперматозоид-камикадзе (kamikaze sperm) — сперматозоид, чья задача —
препятствовать сперматозоидам других самцов в достижении яйцеклетки, блокируя
или атакуя их; 99% сперматозоидов выполняют именно эту функцию.
Хромосомы (диплоидные) (chromosomes (diploid)) — структурные элементы
ядра клетки, содержащие нитевидные цепи ДНК (связанной с белками), в которой
заключена наследственная информация организма.
Для замены нейронов, погибающих при таких неврологических заболеваниях, как болезни Гентингтона и Паркинсона, и при травмах спинного мозга, нейробиологи пытаются имплантировать стволовые клетки, полученные из эмбрионов.
Так называемые мультипотентные стволовые клетки в мозге периодически начинают делиться, давая начало другим стволовым клеткам, которые могут вырасти в нейроны или опорные клетки, называемые глией.
Станет ли уцелевшая молодая клетка нейроном или глиальной клеткой, зависит от того, в каком участке мозга она окажется и какие процессы будут происходить в этот период.
Некоторые исследователи пытались решить эту задачу, соединяя молекулу FGF с другой, которая вводила клетку в заблуждение и заставляла ее захватывать весь комплекс молекул и переносить его в ткань мозга.
При пролиферации стволовых клеток (внизу) образуются новые ствоповые клетки и клетки-предшественники, которые могут превратиться либо в нейроны, либо в поддерживающие клетки, называемые глиальными (астроциты и дендроциты).
Как мозг создает новые нейроныСтволовые клетки как метод леченияПотенциальным средством для восстановления поврежденного мозга исследователи считают два типа стволовых клеток.
Во-первых, нейрональные стволовые клетки взрослого мозга: редкие первичные клетки, сохранившиеся от ранних стадий эмбрионального развития, обнаруженные как минимум в двух областях мозга.
Ко второму типу относятся человеческие эмбриональные стволовые клетки, выделенные из зародышей на очень ранней стадии развития, когда весь эмбрион состоит примерно из ста клеток.
В экспериментах, которые пока проводились только на животных, клетки хорошо приживаются и могут дифференцироваться в зрелые нейроны в двух областях мозга, где образование новых нейронов происходит и в норме, — в гиппокампе и в обонятельных луковицах.
Если взрослый мозг, в который их пересадили, не будет вырабатывать сигналы, необходимые для стимуляции их развития в определенный тип нейронов — например в гиппокампальный нейрон, — они либо погибнут, либо станут глиальной клеткой, либо так и останутся недифференцированной стволовой клеткой.
Для решения этого вопроса необходимо определить, какие биохимические сигналы заставляют нейрональную стволовую клетку стать нейроном данного типа, и затем направить развитие клетки по такому пути прямо в культуральной чашке.
Устанавливая важные связиПоскольку проходит около месяца с момента деления нейрональной стволовой клетки до тех пор, пока ее потомок не включится в функциональные цепи мозга, роль этих новых нейронов в поведении, вероятно, определяется не столько родословной клетки, сколько тем, как новые и уже существующие клетки соединяются друг с другом (образуя синапсы) и с существующими нейронами, формируя нервные цепи.
Например, при некоторых формах эпилепсии нейрональные стволовые клетки продолжают делиться даже после того, как новые нейроны уже утрачивают способность устанавливать полезные связи.
При лечении травм спинного мозга, АЛС или рассеянного склероза необходимо заставить стволовые клетки производить олигодендроциты, одну из разновидностей глиальных клеток.
Веретенообразная извилина продолжила расти с возрастом
В миндалевидном теле образуются новые нервные клетки
У людей снова нашли взрослый нейрогенез
Активность предшествующих нейронов влияет на рост дендритов
В мозге пожилых людей обнаружили тысячи новых нейронов
Астроциты в качестве распознавателей
Чтобы оставить комментарии нужно авторизоваться:
Авторизация пользователя
Имя (ник):подсказка
Пароль:
- запомнить пароль чтобы в следующий раз не нужно было вводить
.
Следует полагать, как это будет ясно из
последующего изложения, особую значимость приобретут работы по изучению
механизмов, противодействующих старению, по внутриклеточной регуляции
(изменение связей органоидов клетки, механизмы их гибели), по установлению
роли побочного действия всех метаболических циклов в механизме старения и,
конечно, поиск путей профилактики возрастной патологии, продления
жизни.
В определенных условиях может
происходить активация провирусов с множеством последствий, к примеру, это
может привести к образованию онковирусов и раковому перерождению клетки.
Провирусы, находящиеся в наших клетках, в определенной ситуации могут
стать причиной появления ранее не существовавших вирусных инфекций, не
менее страшных, чем СПИД.
При определенных условиях эти генные
метастазы могут начать вмешиваться в регуляцию генома клетки, во всю
систему биосинтеза белка в ней, а впоследствии распадаться.
Проникнув в клетки, в частности гепатоциты, ген
апопротеина А1 человека начинает экспрессироваться, и в крови появляется
человеческий белок апопротеин А1.
Совершенно очевидно, что возможные последствия этого могут быть
чрезвычайно разнообразны, в зависимости от количества и генной специфики
переносимого материала, состояния клетки.
Быть может, если существуют белки старения,
активируются провирусы, то они могут также с нейронным током попадать в
клетки, способствуя их старению.
В нашей лаборатории было показано, что некоторые
стероидные гормоны (кортизон, тестостерон) с довольно большой скоростью
движутся по нерву и более того, переходят через синапс в иннервируемую
клетку, то, быть может, является новым, ранее неизвестным типом
нейрогормональной регуляции.
В половых клетках матери, быть может,
синтезируется при нарушении регуляции генома фактор, назовем его условно
климактерин, который оказывает влияние на синтез половых гормонов,
состояние гипоталамуса.
Половые клетки мужчин в значительно меньшей
степени создают генетический риск у потомства, и климакс у мужчин
развивается медленнее, постепеннее, длительнее.
В каждой клетке есть свои
биологические часы, отсчитывающие биологическое время – течение
биологических процессов в координатах астрономического времени.
Можно себе
представить в будущем белковые препараты, состоящие из белков
антистарения, которые будут стабилизировать биологические структуры,
защищать клетки от разрушения.
В ходе окислительных процессов,
использования кислорода образуются очень активные химические соединения –
свободные радикалы, повреждающие другие молекулы и клетки.
Дальнейшая «всеядность» требует изготовления самих азотистых
оснований, которые в современных клетках синтезируются из углекислого газа,
соединений азота и других простых молекул.
Совершенствование рибосом и других органелл древней
клетки приводит к появлению нового уровня организации: «клетка в клетке», где
более крупная и совершенная клетка содержит в себе микроклетки‑митохондрии.
Новые рибосомы в макроклетке уже не просто присоединяют одну аминокислоту к
другой, как в митохондриях, а ориентируют их, согласно третьей букве
генетического кода.
Это делает клетку более жизнеспособной за счет ускорения
процесса образования вторичной структуры белка, который теперь при нормальной
температуре идет почти также быстро, как самосборка при высокой температуре.
Большинство ученых ныне полагает, что сие знаменательное событие случилось в
результате либо пожирания, либо случайного проникновнения одной безъядерной
клетки в другую.
Если посмотреть на хлоропласты, существующие в клетках
растенений, то можно увидеть, что они очень напоминают слегка измененные
цианобактерии — одноклеточные синезеленые водоросли.
Далее, они с удовольствием принимают, что Бог — не просто
Первопричина Вселенной, но он может активно вмешиваться в дела созданного им
мира — это никак не связанное с первыми двумя предположение… Также они
предполагают, что Бог их любит… Что он следит за каждым гражданином и воздает…
Что у него можно что‑то попросить и получить… Что существует душа — некая
инфернальная суть человеческой личности, матрица человеческого «Я», которую Бог
вкладывает в яйцеклетку в момент проникновения в нее сперматозоида… Что душа
бессмертна… Что существует рай… Что существует ад… Что будет Страшный Суд… Что
Иисус Христос воскрес… Что он и Сын, и Отец, и Дух святой в одном флаконе…
Не слишком ли много логически не вытекающих друг из друга,
да к тому же еще и принципиально непроверяемых допущений.
И если
анализатор обнаруживает в спущенном унитазе раковую клетку или признаки избытка
сахара в моче, он немедленно посылает тревожный сигнал в головной компьютер,
тот шлет тревожную информацию в медицинский центр, где в соответствии с вашими
генетическими данными начинают конструировать антитела.
Орангутан в
клетке начинает раскачиваться взад‑вперед, медведь тупо ходит из угла в
угол, попугай рвет перья на груди…
Психологи знают случаи
полной потери себя человеком, вдруг получившим огромное наследство или огромные
доходы за сравнительно небольшую работу.
Между прочим, и возможность того, что нанобактерии вовсе вырвутся из‑под
человеческого контроля и быстро истребят все белковые клетки на Земле, не
журналистская страшилка, как полагает А.
Мои коммнтарии включены фиолетовым цветом
Стволовые клеткиОтносится к «Элексир жизни»Стволовые клетки
Многие уверены: эликсир вечной молодости уже открыт, и возлагают на стволовые
клетки большие надежды.
При этом не имеет значения, будет ли "бессмертие" заключено в
таблетки, инъекции или наши собственные клонированные клетки, - главное, чтобы
эффект был стойким и длился годы.
В бессмертие верили во все
времена - кельты даже занимали деньги под обещание вернуть их в следующей жизни,
но теперь у людей появился куда более конкретный стимул, чем вера: ученые
открыли стволовую клетку.
Настоящий бум "ревитализации" (омоложения
человеческими стволовыми клетками) начался в 1995 году, когда американцы
обнародовали сведения о результатах введения этих клеток пожилым людям.
На эксперименты со стволовыми клетками решились и знаменитости:недавно
личный врач Фиделя Кастро заявил, что кубинский диктатор будет жить до 140 лет,
и при этом намекнул на использование последних достижений в области клеточной
медицины.
"Многопрофильность" - их главное свойство: при определенных лабораторных
манипуляциях они могут стать клетками сердца, печени, спинного мозга (нервные
клетки все же восстанавливаются), зубов и волос.
Одни считают, что после того,
как ученые научились выделять человеческую стволовую клетку, необходимость
работы с клеточным материалом черной овцы или голубой акулы просто отпала.
Тем не менее, частные европейские клиники (особенно
швейцарские) уже полвека прекрасно обходятся стволовыми клетками черной овцы и
недостатка в пациентах не испытывают.
И только когда стало возможным выделять
стволовые клетки из костного мозга взрослого человека, в Европе и Мексике начали
открываться исследовательские институты и оздоровительные курорты.
Недавно в этом государстве было принято крайне либеральное законодательство,
открывшее зеленую улицу экспериментам с человеческими клетками, а также
одобряющее создание "клеточных хранилищ" (банков).
"В США работа со стволовыми клетками
подпадает под законодательство о клонировании, - говорит генеральный директор
банка стволовых клеток Гемабанк Артур Исаев, - поэтому испытания разрешены
только на уровне институтов и исследовательских лабораторий.
Но еще страшнее
другое - если чужеродную эмбриональную клетку ввести в организм взрослого
человека, могут наблюдаться такие аномалии, как рост зубов в печени или костей в
сердце.
Александр Сергеевич Тепляшин, доктор медицинских наук, профессор, президент
группы клиник "Пирамида" и директор Института стволовой клетки, также советует
навести в РАМН справки о профессионализме специалистов и их научном потенциале,
а заодно и взглянуть на оборудование: "Инъекции стволовыми клетками
-удовольствие не из дешевых.
"Сертификаты
соответствия" распространены в Германии и Швейцарии, в России "паспорт",
удостоверяющий, что клетки ваши и в них не найдено вирусов, пока выдают только в
группе клиник "Пирамида".
К НОВОЙ ЖИЗНИ
Ревитализация стволовыми клетками -процедура почти безболезненная: клеточный
коктейль вводят сначала внутривенно, затем подкожно - в область живота (говорят,
после этого живот болит еще недели 2-3).
Окончательная цена во многом зависит от того, насколько вы молоды и здоровы:
ведь самое сложное - это не введение инъекции, занимающее от силы 15 минут, а
подготовительный период, когда ведется скрупулезная работа с клетками, - он
может длиться от месяца до полугода.
И хотя за границей инъекции человеческими стволовыми клетками обходятся еще
дороже (в Швеции и Германии, например, за процедуру омоложения платят не меньше
50 000 евро), Артур Исаев абсолютно уверен: "клеточные туры" скоро будут в
большой моде.
Почему при одинаковости ДНК клетки развиваются по-разномуПоследняя из новостей: Обобщения серии экспериментов с разными типами схем соединений элементов нейросимулятора в виде ячеистых структур: Ячеистая структура нейросети.
Слева: в живой природе широко распространены сигнальные системы, основанные на принципе “secrete and sense” (когда клетка реагирует на сигнальное вещество, которое сама же и производит).
Справа: в сообществе таких клеток может преобладать либо самокоммуникация (self-communication), когда клетка преимущественно реагирует на свой собственный сигнал, либо коммуникация с соседями (neighbor communication), когда преобладает реакция на сигналы, производимые другими клетками.
Рисунок из обсуждаемой статьи в Science
Эксперименты на генетически модифицированных дрожжах показали, что разнообразные формы коллективного поведения клеток могут порождаться простой системой межклеточной коммуникации, основанной на том, что одни и те же клетки и производят химический сигнал, и реагируют на него.
Поведение такой системы зависит от того, отвечает ли клетка преимущественно на свои собственные сигналы или на сигналы клеток-соседей, а это, в свою очередь, определяется плотностью клеточной популяции, скоростью производства сигнального вещества и чувствительностью клеток к нему.
Казалось бы, если перед клеткой стоит только задача саморегуляции, ей было бы проще и дешевле «думать про себя», то есть обойтись внутриклеточной сигнальной системой, а не выводить сигнальное вещество наружу.
Очевидно, преимущество разговоров вслух заключается в том, что их могут услышать посторонние, в данном случае — другие клетки, имеющие рецепторы к этому сигнальному веществу.
При этом иногда сигнальное вещество, произведенное клеткой, влияет прежде всего на нее саму (самокоммуникация), иногда — на другие клетки (коммуникация с соседями), а иногда оба вида коммуникации работают одновременно (рис.
Чтобы оценить возможности сигнальных систем, основанных на принципе «secrete and sense» (то есть на производстве сигнального вещества клетками, чувствительными к этому веществу), и понять, почему эти системы так широко распространены в природе, биологи из Калифорнийского университета в Сан-Франциско провели серию экспериментов на генетически модифицированных дрожжах.
Эти дрожжевые клетки производят альфа-фактор (половой феромон) и сами же на него реагируют при помощи мембранного рецептора Ste2 (подробнее об устройстве этого сигнального каскада см.
Идея в том, что если поведение дрожжевых клеток определяется коммуникацией с соседями, то в смешанной культуре клетки обоих штаммов должны производить одинаковое количество GFP.
Но если окажется, что клетки secret and sense светятся ярче, это будет означать, что они реагируют на феромон, произведенный ими самими, то есть налицо будет «разговор с собой».
Используя клетки с разным уровнем экспрессии рецептора Ste2, авторы манипулировали еще и третьим параметром — чувствительностью клеток к альфа-фактору.
Очевидно, при высокой плотности клеток концентрация альфа-фактора оказывается высокой во всей толще среды, и поэтому то, выделяет ли данная клетка альфа-фактор сама или только реагирует на «чужой» феромон, не влияет на ее поведение.
Если чувствительность клеток невысока и (или) клетки синтезируют альфа-фактор медленно, то преобладает коммуникация с соседями: штаммы secret and sense и sense only производят одинаковое количество GFP.
Разными цветами показано соотношение самокоммуникации и коммуникации с соседями, которое определяется по разности уровней производства GFP клетками secret and sense и sense only (синий — преобладает коммуникация с соседями, красный — преобладает самокоммуникация).
Изображение из обсуждаемой статьи в Science
Дело в том, что вокруг клеток, производящих альфа-фактор в больших количествах, образуется область повышенной концентрации феромона, который не успевает диффундировать, а вместо этого быстро связывается с многочисленными рецепторами Ste2, сидящими на поверхности той самой клетки, которая его произвела.
Если же клетка производит феромон медленно или имеет мало рецепторов Ste2, то молекулы феромона успевают разбежаться по окружающей среде и влияют на все соседние клетки примерно в одинаковой степени.
Такие клетки можно условно назвать «социальными», потому что сигнальное вещество, которое они производят, воспринимается не только ими самими, но и всеми соседями.
Оказалось, что при низкой плотности клеток и слабой положительной обратной связи (низкой концентрации доксициклина) все клетки остаются в состоянии «выключено».
Происходит это исключительно за счет самоактивации (концентрация альфа-фактора в среде остается слишком низкой, чтобы клетка могла активироваться за счет «чужого» феромона).
Различие их поведения определялось, скорее всего, случайной изменчивостью по чувствительности к альфа-фактору (ведь гены определяют количество молекул рецептора на поверхности клетки не строго, а лишь приблизительно) или по активности других компонентов сигнального каскада.
Рано или поздно, однако, в этих бимодальных популяциях концентрация альфа-фактора в среде достигала уровня, достаточного для взаимной активации, и тогда все выключенные клетки включались.
При низкой плотности популяции на первый план выходит самокоммуникация, потому что вокруг каждой клетки образуется область повышенной концентрации сигнального вещества.
Остальные страницы в количестве 1941 со вхождениями слова «клетка» смотрите здесь.
Дата публикации: 2020-08-22
Оценить статью можно после того, как в обсуждении будет хотя бы одно сообщение.
Об авторе:Статьи на сайте Форнит активно защищаются от безусловной веры в их истинность, и авторитетность автора не должна оказывать влияния на понимание сути. Если читатель затрудняется сам с определением корректности приводимых доводов, то у него есть возможность задать вопросы в обсуждении или в теме на форуме. Про авторство статей >>.
Обнаружен организм с крупнейшим геномом Новокаледонский вид вилочного папоротника Tmesipteris oblanceolata, произрастающий в Новой Каледонии, имеет геном размером 160,45 гигапары, что более чем в 50 раз превышает размер генома человека.