Страница 87 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наука

Одна из составляющих возникновения жизни есть самопро­из­воль­ный синтез липидных мембран – биомембран. Их ведущая роль сох­ра­ня­ет­ся для всех видов клеток, в частности, и для клеток, образующих нерв­ные системы и мозг. Свойства биомембран уни­каль­ны – меха­ничес­кая проч­но­с­ть, сложная роль поверхностного натяжения при взаимо­дей­­ст­виях с во­дой, высокие их качества как диэлектриков.

Однако биомембраны некому спроекти­ро­вать “с целью”. Их “сбор­ка” происходит в случайных условиях. В результате липидные мембраны (как “неживые” физико-химические объекты) не могут сформировать­ся в ви­де однородной плёнки – “упаковоч­ных мешков” для клеток и их со­с­тав­ляющих. В процессе образования липидных мембран бел­ковые мо­­лекулы, содер­жа­щиеся в окружающей жидкости, самопроизвольно слу­чай­­но встра­и­вают­ся в однородную поверхность мемб­ра­ны в качестве “де­фектов”. Это есть достоверный экспериментальный факт – аналог са­мо­произ­воль­ного “на­ли­­па­­­ния мусора” на упаковочную плёнку. Слу­чай­но объеди­ня­ет­ся с липид­ной плён­­­кой то, что есть вокруг неё и может это сделать по физико-хи­ми­чес­ким причинам. Белковые молекулы этим тре­бо­ваниям удовлетворяют.

Производство белков есть процесс, управляемый ДНК. Реально встра­­иваться в мем­брану могут толь­ко те бел­ки, которые существуют в окрестности в мо­мент её по­стро­е­ния. На каждом шаге синтеза инфор­ма­ции в ДНК (и соответственно работы этой инфор­ма­ции) она управ­ляет гетерокатализом конкретных белков. В силу этого ДНК определяет сос­тав бел­ковых включений в липидные мембраны как функцию от чтения ге­нети­чес­кой информации в данном интервале онтогенеза. Сложная пространственная конфигурация белков и динамические взаимодейтвия составляющих их групп атомов позволяют молекуле бел­ка, включенной в мембрану, выполнять роль канала для про­хода че­рез неё ионов. Моле­кулы белков в ли­пид­­ных биомембранах на­зы­вают – ионные каналы.

Ре­зультат:

свойства мембраны (объедине­ния ли­пи­дов) – универсальны; 

селективная проницаемость мембран (за­ви­сящая от ви­да вклю­чен­ных в них белковых молекул) раз­но­об­разно конкретна и за­дана ин­фор­мацией в ДНК как запомненным случайным выбором.

Эти причины создают ши­­­рокий диапазон селективности для про­ни­­ца­­е­мо­­с­ти мембран – от распознавания крупных молекул типа глюко­зы, до сортировки отдельных ионов. Для нервных систем ключевыми яв­ляются ионные каналы и их свойства, свя­занные с проницае­мо­стью, в первую очередь, для ионов нат­­рия и калия. Эти ионы активно или пас­сив­но перемещаются в каналах вдоль или против градиентов кон­цент­­ра­ции и электрических потенциалов. Клетки с такими мембранами есть нейроны вместе с их дендртами и аксонами.

Ионный канал является сложной молекулярной “механической” струк­турой, в организации и рабо­те которой существенны электрические силы и процессы. В частности, в белках широко распространены спи­раль­ные цепи. Они задают, несмотря на малость расстоя­ний, отно­си­тель­но боль­шие време­на распространения механических воз­му­щений при про­ходе ионов по каналу. Следствием этого является ог­ра­ничение мини­мальных времён деполяризации мембраны при распростра­не­нии нерв­ных импуль­сов и воз­мож­ность излучения и поглощения в нервной си­стеме электро­маг­нитных волн [58] – [61] дискретных частот.

В своём метаболизме нейроны более зависимы от специфики усло­вий в ор­га­низме, чем соматические клетки. Возникновение и эво­­люция нерв­ных клеток с этой точки зрения есть ре­зультат дегенера­тив­­ного отбора (ослабляющего са­мо­с­то­ятельность мета­бо­лизма клеток). Эти клет­ки вы­жи­­­вают и стано­вят­ся запомненным случайным выбором пото­му, что особенности ион­­ной про­­ни­цаемости оказываются важными для возникновения спе­цифи­чес­ких процессов – электромеханических нерв­ных импульсов. Нервные клетки мозга яв­ля­ют­ся симбионтами в орга­низме. У них ге­нетическая основа от­лич­на от других клеток и их вы­живание возможно в силу защиты гематоэнцефалическим барьером.

Ввели постулат о ионных каналах в мембранах нервных клеток, а также ос­нованную на нём модель генерации и передачи нервного им­пуль­са, А. Ход­жкин и А. Хак­сли. Они же по­ставили эксперименты, ко­то­рые конкретизировали эту модель. Сегод­ня исследования ионных кана­лов есть направление нейробиологии с сотнями публи­ка­ций в год.