2018-02-13
216Ионные насосы
3.1. Стабилизация потенциала покоя. Ионные насосы
В 1932 г. было обнаружено, что нерв краба в покое потребляет 50% того количества кислорода, которое требуется ему при усиленной работе. Вспомним, как при рассмотрении механизма образования нервного импульса мы выяснили, что через мембрану в цитоплазму проходит множество ионов натрия, и большое количество ионов калия выходит наружу. Таким образом, при последующей деполяризации мембраны механизм возникновения нервного импульса не работает.
Для образования нового нервного импульса необходимо восстановить первоначальную концентрацию ионов по обе стороны мембраны, что невозможно без затрат энергии. Энергоносителем является молекула АТФ (аденозинтрифосфата). Энергии распада одной молекулы АТФ достаточно для выкачивания из клетки трех ионов натрия и закачивания двух ионов калия.
Мы уже говорили, что в наружную клеточную мембрану встроены всякого рода белковые молекулы. Некоторые из этих молекул играют роль своеобразных насосов, “закачивая” ионы K внутрь и выкачивая ионы Na наружу. Они так и называются - ионные насосы. Для протекания этого процесса необходим кислород. Если кислород закончился, молекулы АТФ исчезают и потенциал покоя становится равным нулю. Происходит отмирание, так как концентрации ионов выравниваются.
|
|
|
Существует еще целый ряд насосов, настроенных на другие атомы. Важную роль играют кальциевые насосы. В состоянии покоя внутри клетки очень мало ионов свободного кальция. Под влиянием тех или иных воздействий кальций может попадать в клетку (кальций нужен для сокращения мышцы). Однако большая концентрация кальция внутри клетки приводит ее к гибели. Поэтому после выполнения действий кальций удаляется кальциевым насосом. Изнутри он захватывает ион кальция, а снаружи атом водорода, и происходит обмен. Этот процесс протекает за счет энергии молекулы АТФ.
Структура клеток в живом организме одинакова. Каждая из них окружена мембраной, в которой происходят описанные процессы. Потенциал действия в виде импульса наблюдается только у нервных клеток (нейронов) для передачи информации от клетки к клетке. Остальные органы имеют невозбудимые клетки. Возникает вопрос: зачем нужно поддерживать потенциал покоя в невозбудимых клетках?
Рис. 7. Схема белка-переносчика: а - активные центры захватили молекулу сахара и ион натрия; б - белковая молекула повернулась на 180° за счет энергии электрического поля, существующего на мембране, и освободила внутри клетки сахар и натрия; в - молекула вновь повернулась на 180° и готова к дальнейшему переносу сахара
|
|
|
Очевидно, для того чтобы клетка строилась, ей нужны питательные вещества (аминокислоты, энергия в виде сахара) для построения клеточных белков – и все это должно происходить через мембрану (рис. 7). Здесь мы сталкиваемся с новым классом белков-переносчиков.
Именно за счет высокой напряженности внутри мембраны и осуществляется электрический транспорт питательных веществ по принципу действия электромотора.
|
|
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Винер, Н. Кибернетика / Н. Винер - М.: Сов. Радио, 1968.
2. Соколов Е. Н. Нейроинтеллект: от нейрона к нейрокомпьютеру / Е. Н. Соколов, Г. Г. Вайткявичюс. – М.: Наука, 1989.
3. Розенблайт, Ф. Принципы нейродинамики. Перцептроны и теория механизмов мозга / Ф. Розенблайт – М.: Мир, 1965.
4. Беркенблит, М. Б. Электричество в живых организмах. / М. Б. Беркенблит, Е. Г. Глаголева - М.: Hаука, 1988.
5. Нильсон, Н. Обучающиеся машины / Н. Нильсон – М.: Мир, 1967.
6. Фурман, Я. А. Введение в контурный анализ и его приложения к обработке изображений и сигналов / Я. А. Фурман, А. В. Кревецкий, А. К. Передреев и др.; под общей редакцией Я.А.Фурмана. – М.: Физматлит, 2001.
7. Литинецкий, И. Б. Беседы о бионике / И. Б. Литинецкий – М.: Знание, 1986.
8. Эндрю, А. Искусственный интеллект / А. Эндрю – М.: Мир, 1985.
9. Романовский, Ю. М. Что такое математическая биофизика / Ю. М. Романовский – М.: Просвещение, 1971.
