Два типа каналов: каналы постоянно открытые и каналы со створкой. Есть еще один тип транспортных белков — белки-насосы. Для каналов что характерно? Они дают возможность: хочешь — иди, не хочешь — не иди. Если концентрация большая с одной стороны и маленькая с другой — диффузия. Если одинаковая — стой на месте, никто тебя не заставляет. Но бывают ситуации, когда клетке надо вещества взять оттуда, где их мало, и запихнуть туда, где их и так много — накопить какое-то вещество. Тут уже каналами не обойдешься. Здесь нужен принудительный механизм. Это белки-насосы. Здесь изображен белок-насос. Мембрана, в которой он вставлен, и сам белок-насос похож на чашу, которая в данный момент открыта в сторону внешней среды. Сверху — межклеточная среда, внизу — цитоплазма. Это — лиганд, который присоединяется к насосу. Что дальше делает белок-насос? Он закрывается, как цветок на закате, а потом открывается внутрь цитоплазмы и выбрасывает лиганд. Потом он возвращается в исходное положение, опять схватывает, опять запихивает. Он реально работает как насос. На физическом уровне насосы, которые воздух выкачивают, очень похоже устроены. Понятно, что здесь уже нужна энергия.
Каналы работают без затрат энергии, а насос требует энергии. Универсальным источником энергии в клетках является молекула, которая называется АТФ — аденозинтрифосфорная кислота. Без нее — никак. АТФ — это очень-очень важный компонент всех событий. От нее отрывается фосфорная кислота, ударяет по насосу, и насос запихивает молекулу в цитоплазму или наоборот ее оттуда выбрасывает, в зависимости от того, что это за насос, для чего сделан, в какую сторону повернут.
https://www.youtube.com/watch?v=O_8FZ9rmcAk
Третья категория белков, которая нам будет очень нужна, это белки-рецепторы. У рецептора функция информационная. Он ничего не делает с лигандом, никуда его не тащит, никаких химических реакций не реализует. Он — это кнопка, на которую нажимает палец. Скажем, гормон — это палец. Дальше нужно отреагировать на этот гормон. Гормон действует на белок-рецептор, присоединяется к его активному центру, дальше клетка запускает некую ответную реакцию: химическую, включаются насосы, двигаться начинает. Белок-рецептор — третья категория белков. Через рецепторы действуют гормоны, через них же действуют медиаторы. В синапсе на мембране дендрита белки-рецепторы. В качестве примера я здесь собрал систему, состоящую из рецептора и насоса. Инсулин — известнейший гормон, который позволяет нашим клеткам захватывать глюкозу, брать глюкозу из крови. Как это устроено? На мембране мышечной клетки находится рецептор к инсулину, инсулин сюда присоединяется, а рядом насос для глюкозы, который обычно выключен. Как только инсулин присоединяется к рецептору, рецептор белковой петлей толкает насос, насос начинает качать глюкозу, и клетка ест. Это уже комплекс белков, которые вместе выполняют общую функцию. В основном с такими комплексами мы будем сталкиваться. Здесь коротко сказано про другие типы белков: защитные — антитела; двигательные — актин и миозин, которые входят в состав мышечных клеток; строительные — кератин, из которого сделаны наши волосы; другие.
https://www.youtube.com/watch?v=O_8FZ9rmcAk
Два слова надо сказать о нуклеиновых кислотах. Мы почти не будем с вами опускаться на генетический уровень. Все время надо держать на краю сознания то, что всем все равно управляет ДНК. Именно в молекулах ДНК записана первичная структура белков: какие аминокислоты на какое место поставить, чтобы получился гемоглобин или насос глюкозы, или рецептор инсулина. И так примерно для 20 тыс. типов белков, которые работают в нашем организме. Фрагмент ДНК, который кодирует белок, который является инструкцией по его сборке, называется геном. Как известно, у нас эти гены в двух экземплярах: один мы получаем от мамы, другой — от папы. Они еще порой спорят, кто главнее, побеждают доминантные гены. Все это сложным образом перемешивается.
Молекула ДНК — самая главная. С точки зрения молекулярных биологов, людей, которые занимаются именно нуклеиновыми кислотами, мы — всего лишь разумная упаковка для ДНК; красивая, самодостаточная, но всего лишь упаковка. Это тоже повод для отдельной медитации. И эволюционисты тоже на этот счет любят говорить. Молекулам ДНК помогают молекулы РНК, которые копируют ген и дальше тащат его к рибосоме, чтобы рибосома напечатала белок. Рибосома — органоид клетки, синтезирующий белок. Его можно уподобить принтеру. Рибосома печатает любой белок. Информационная РНК — это файл, который пришел на принтер. Лист бумаги, который вылезает из принтера, это и есть белок. Все вполне компьютерной аналогии поддается.
https://www.youtube.com/watch?v=O_8FZ9rmcAk
Последние 5-7 минут потратим на то, чтобы вспомнить, как устроена клетка. Опять вернемся на клеточный уровень. Из перечисленных молекул мы собираем клетки, в которых есть разные органоиды. Нервная клетка, несмотря на свою причудливость, все-таки вполне типичная клетка: все основные органоиды присутствуют. Давайте я их перечислю.
https://www.youtube.com/watch?v=O_8FZ9rmcAk
Номер один — мембрана. Все уже должно быть понятно: два слоя липидов и плавающие белки. Белки зачастую торчат и внутрь, и наружу. Номер два — ядро. Здесь хранится ДНК, возникает РНК, для того чтобы управлять синтезом белков. Номер три — маленькие принтеры — рибосомы, которых несколько тысяч в обычной клетке, а в нервной — еще больше.
Они все время делают белки. Нейроны обладают самым активным обменом веществ в нашем организме. Наиболее интенсивно идет и потребление энергии, и образование белковых молекул. Номер четыре — эндоплазматическая сеть. Это тонкие мембранные трубочки, которые пронизывают всю цитоплазму клетки, порой занимают 20% от ее объема. По сути это транспортная сеть, по которой таскаются разные молекулы. Белок синтезировала рибосома и запихнула внутрь канала эндоплазматической сети. По каналу эта молекула поплыла куда надо, а не куда диффузия подсказала. Все под контролем. Номер пять — комплекс Гольджи.
https://www.youtube.com/watch?v=O_8FZ9rmcAk
Это система плоских мембранных цистерн, которые обычно в районе ядра расположены. Они представляют из себя склад и упаковочный цех. Вещества, которые приходят по эндоплазматической сети, накапливаются в комплексе Гольджи, дальше комплекс Гольджи начинает почковать пузырьки, везикулы, и набивать их неким веществом, которое идет на экспорт.
Если это поджелудочная железа, то это будут пищеварительные ферменты или гормон инсулин. Если это будет нервная клетка, то это будут пузырьки с медиатором, те самые, которые потом окажутся в окончании аксона, будут лопаться, сигнал будет передаваться дальше. Комплекс Гольджи. Номер шесть — митохондрии. Я не все органоиды перечисляю, а те, что нам понадобятся. Митохондрии, которых в обычной клетке штук 20-30, а в нервной порядка сотни бывает, называют электростанциями клетки. В них как раз догорает до конца глюкоза.
Предварительный распад начинается в цитоплазме, окончательное окисление, соединение с кислородом, образованием углекислого газа случается в митохондриях. Именно здесь образуется АТФ. Образуется из молекулы, которая называется АДФ — аденозиндифосфорная кислота: аденозин плюс три фосфорных кислоты. Эту систему сравнивают с детским пистолетиком с шариками: запихиваешь шарики, потом стреляешь. Эта аналогия достаточно точная. Сам пистолетик — это аденозин. Три шарика — это три фосфорные кислоты. Когда они туда запихиваются, приходится тратить много энергии, энергия запасается.
https://www.youtube.com/watch?v=O_8FZ9rmcAk
Потом этот пистолет плывет к какому-нибудь белку-насосу и стреляет. Фосфорная кислота по нему ударяет. На молекулярном уровне передача энергии — это часто удары молекулы о молекулу. Фосфорная кислота ударяет по насосу, и насос что-нибудь закачивает. Дальше пистолетик, который потерял один шарик, плывет обратно в митохондрию, его там заряжают. Если очень надо, можно выстрелить два раза. Тогда будет аденозинмонофосфорная кислота. Если совсем плохо, можно выстрелить третий раз, тогда останется один аденозин — совсем разряженная система. Появление аденозина в клетках является сигналом очень мощного утомления. Есть специальные белки-рецепторы, которые реагируют на появление аденозина, и мы ощущаем усталость. Можно эти белки, чувствительные к аденозину, заблокировать. Делает это кофеин и всякие энергетические напитки, не говоря про чай, кофе, шоколад. Они снижают чувство утомления, вроде бы энергия опять появляется. На самом деле не появляется, это обман. Но на время помочь может. У нас будет отдельный разговор и о кофеине, и от других психостимуляторах. Вот то же самое, но для нервной клетки.
Нервная клетка вполне типичная клетка. Вы видите ядро в центре с большими дырками-порами, через которые вылезает информационная РНК и идет к рибосомам. Если присмотреться, видны митохондрии, эндоплазматическая сеть, аксоны, которые заканчиваются на теле нейрона, пузырьки. Это так называемая миелиновая оболочка, об этом тоже пойдет отдельный разговор.
https://www.youtube.com/watch?v=O_8FZ9rmcAk
Это было быстрое вступление. Пожалуйста, никуда не убегать. Все только начинается. Посмотрите на почтовый ящик, спишите его — [email protected]. Пароль — msu-brain. Презентация, которую вы сейчас видели, там уже выложена. Не надо лихорадочно фотографировать. Вы все презентации будете находить в этом почтовом ящике. Я не стал стирать 12 осенних презентации, они там тоже лежат. Если хотите, можете и на них тоже смотреть. Потом, может быть, придете ко мне осенью 2016 года, чтобы все еще в реале услышать. Первое важное, что здесь написано, это адрес. Дальше вы видите план нашего курса. Сегодня вы все вспомнили про рецепторы, каналы, митохондрии и так далее. Вторая лекция будет посвящена потенциалу действия, третья — синапсу, а с четвертой лекции начнется разговор о конкретных веществах — медиаторах и связанных с ними психотропных препаратах: ядах, наркотиках. Вначале будет ацетилхолин и никотин, потом норадреналин, который связан со стрессом, потом лекция о ГАМК и глютамате. Там много речи пойдет об эпилепсии или снотворных препаратах, или успокаивающих препаратах. Дофамин — отдельная тема. Серотонин, глицин, кофеин, опиоиды, мозг и алкоголь. Надеюсь, это будет успешно реализовано. Спасибо большое. Спасибо.
В.А. Дубынин про детство интерес к биологии, научпоп, преподавание и науку.
Рудая Полина. Добрый день, дорогие слушатели. Меня зовут Рудая Полина и я студентка факультета фундаментальной медицины Московского Государственного университета имени Ломоносова. Сегодня у нас встреча с профессором биофака Дубыниным Вячеславом Альбертовичем и для нас...
Чем ты думаешь. Интервью с нейрофизиологом Вячеславом Дубыниным.
Источник: https://youtu.be/S_4ilS1Rz2k Техникум. Правда, что нервные клетки не восстанавливаются? Вячеслав Дубынин. По основном нервные клетки не восстанавливаются. Что это значит? Это значит, что, когда эмбрионы развиваются, эмбриональные маленькие клетки делятся, и...
Как еда влияет на наш мозг. Вячеслав Дубынин. Два в уме.
Источник: https://youtu.be/S_4ilS1Rz2k «Я люблю кухни за то, что они хранят тайны» - пел Виктор Цой, начинавший свой звёздный путь именно на кухне. В советское время кухня была храмом мыслей. После пары-тройки стаканов здесь заходили разговоры обо всём на свете. Самые...
Вячеслав Дубынин. Мозг и сон.
Здравствуйте, дорогие слушатели. Я, Вячеслав Дубынин, доктор биологических наук, профессор биологического факультета МГУ. По своему образованию я нейробиолог и нейрофизиолог. Как учёный с мозгом я работаю достаточно давно, с 80-х годов прошлого века. Звучит хорошо – с...
Дубынин Вячеслав. Мозг: подражание и сопереживание (разговор о зеркальных нейронах). Лекция 7.
Попрошу встать. Добрый день. Возможно, последняя лекция привлечёт столько внимания по разным причинам. Сегодняшняя тема может быть и не такая животрепещущая, как прошлая тема. Но, на самом деле, как и все вопросы, которых мы касаемся, данная проблема пронизывает всю...
Мозг и его возможности. Культурные люди.
Ведущий. Здесь все на «вы». «Культурные люди» на «Маяке». Можем говорить. Вячеслав Альбертович Дубынин, профессор кафедры физиологии человека и животных биологического факультета МГУ. Здравствуйте! Вячеслав Дубынин. Добрый день! Ведущий. Поговорим сегодня про мозг и...
Как наш мозг принимает решения? Культурные люди
Источник: https://mir24.tv/news/16454532 Ведущий. Итак, мы продолжаем нашу передачу. У нас были экстренные дела. Пробудились тушканчики в Московском зоопарке. Мне кажется, это что-то да значит. Может быть, это какой-то прилив надежды. Впрочем, я не знаю. За что купил,...
Дубынин Вячеслав. Мозг: медиаторы потребностей (введение в нейрохимию и нейрофармакологию). Лекция 12.
Добрый день. Садитесь, пожалуйста. У нас сегодня последняя лекция нашего курса. Три месяца прошли совершенно незаметно. Хотя первая лекция была очень давно. Сразу обращаюсь с традиционной просьбой сесть поплотнее. Я думаю, что народ еще будет подходить. Сегодняшняя...
Дубынин Вячеслав. Мозг и потребности человека. Лекция 11.
Время бежит неумолимо. Уже одиннадцатая лекция. В следующий раз будет уже завершение, посвященное медиаторной составляющей наших потребностных систем. Сегодня хорошо бы закончить проход по основным биологическим потребностям. В следующий раз я буду больше говорить о...
Дубынин Вячеслав. Мозг и гомеостаз. Лекция 10.
Итак, сегодня десятая из двенадцати лекций. Сегодня мы будем о том, как наш мозг работает, прежде всего, с внутренней средой организма. Здесь ключевое слово – гомеостаз. Гомеостаз если дословно переводить «стабильное» или «одинаковое» состояние. Для того чтобы наше...