Фізіологія клітини

клітина

Безліч крихітних лабораторій, розміри яких не перевищують десятої частки міліметра, невпинно й точно діють у кожному тваринному і рослинному організмі. Лабораторії ці – клітини. У кожній з них відбуваються складні реакції. Взаємодіючи між собою, клітини обумовлюють всі види діяльності – від м’язових скорочень до найрізноманітніших психічних процесів.

Вже багато десятиліть думка вчених спрямована на те, щоб заглянути всередину цих лабораторій і пізнати процеси, які лежать в основі їхньої діяльності і в кінцевому підсумку в основі життєдіяльності всього організму.

Створення і вдосконалення мікроскопа вже в минулому сторіччі дозволило відкрити багато деталей клітинної будови. Але про значення цих деталей в більшості випадків можна було лише здогадуватися. Адже гістологам (фахівцям з вивчення клітини) доводилося розглядати в основному мертві тканини, оброблені різними сильнодіючими речовинами. Лише деякі клітини могли бути предметом мікроскопічного дослідження в живому стані. На них і були зроблені перші спроби вивчення внутрішньоклітинних процесів.

Клітину поміщали в різні середовища. За допомогою спеціальних, дуже тонких інструментів її різали на частини, упорскували в неї різні речовини і спостерігали зміни, що відбуваються в ній при цих діях. Так з’явилася спеціальна наука – фізіологія клітини. На перших порах предметом вивчення для фізіологів була тільки окремо взята клітина, а їх методи вивчення здебільшого приводили до незворотних порушень всієї життєдіяльності, а часом і до загибелі клітини. Тому довгий час залишалися без відповіді найважливіші питання. Для того, щоб відповісти на них, потрібно було проникнути всередину клітини, що знаходиться в природному положенні в організмі і пов’язаної з всіма іншими клітинами, і отримати точні відомості про процеси, які в ній відбуваються. Найбільш ефективні шляхи для досягнення цієї мети були відкриті завдяки вивченню виникаючих у клітині електричних потенціалів.

ЕЛЕКТРИЧНЕ ЖИТТЯ КЛІТИНИ

Діяльність клітин нерозривно пов’язана з генерацією ними електричних потенціалів. Поверхня клітини постійно, навіть у спокійному стані, несе на собі досить значний (особливо якщо враховувати її мікроскопічні розміри) електричний заряд. Зовнішня сторона поверхні клітини заряджена завжди позитивно по відношенню до внутрішньої – різниця їх потенціалів становить від 0,05 до 0,1 вольта.

Якщо ж досліджувати різні точки зовнішньої поверхні клітини, то їх електричний потенціал виявляється однаковим. Однак місце пошкодження будь-якої живої тканини завжди виявляється негативно зарядженим по відношенню до неушкодженої частини. Дослідники робили звідси висновок, що в місці пошкодження відкривається доступ до внутрішньої сторони поверхні клітини і що в даному випадку вдається зареєструвати постійно існуючу між зовнішньою і внутрішньою сторонами клітинної поверхні різницю потенціалів. Але чи так це? Адже і саме по собі пошкодження може викликати великі зміни в живій тканині. Потрібні були методи, які переконливо доводили б наявність різниці потенціалів зовнішньої і внутрішньої поверхні клітини і дозволили б визначити її величину. Для цього був потрібен дуже тонкий електрод, ізольований аж до самого кінчика, який можна було б застромити в клітину, не пошкоджуючи її.

Поєднавши цей внутрішньоклітинний електрод і інший, розташований зовні клітини, з досить чутливим вимірювальним приладом, можна абсолютно точно вимірювати електричні потенціали, існуючі між зовнішньою і внутрішньою сторонами клітинної поверхні.

Такі мікроелектроди вдалося виготовити. Вони являють собою мініатюрні скляні піпетки, заповнені розчином, що добре проводить електричний струм. Скло є прекрасним ізолятором і в той же час досить міцне. Вимоги до таких мікроелектродів ставляться дуже суворі: діаметр їх кінчика не повинен перевищувати 0,5 мікрона. Досить його збільшити до 1 мікрона, як він вже пошкоджує клітину: незабаром після «уколу» вона гине.

За допомогою скляних мікроелектродів були досліджені клітини, що входять в різні тканини організму. І завжди спостерігалося одне і те ж: до тих пір, доки клітина жива, вона має значну різницю потенціалів. Якщо ж вона гине, пропадає і електричний заряд. Знаючи це, ми тепер можемо за допомогою мікроелектродів шукати клітини навіть «наосліп» – наприклад, в глибині мозку. Як тільки кінчик відвідного мікроелектрода потрапляє всередину якої-небудь клітини, відразу ж між ним і зовнішнім електродом виникає характерна постійна різниця потенціалів.

Електричний заряд клітини непостійний. У той момент, коли вона з спокійного стану переходить до діяльності, зовнішня сторона клітинної поверхні стає негативно зарядженою по відношенню до внутрішньої. Електрична «буря» триває всього в тисячні частки секунди. Потім знову відновлюється первинний стан. Такий імпульс, що отримав назву «потенціалу дії», виникає у всіх клітинах, здатних переходити в активний, збуджений стан (нервові, м’язові клітини). І колись клітини не збуджуються без відповідного електричного розряду. Всякі впливу, що змінюють перебіг процесу збудження клітини, відповідно змінюють і її потенціал дії.

Так, скляні електроди і розроблений на основі їх застосування метод відведення електричних потенціалів дозволили точно реєструвати ті зміни, які виникають всередині окремої живої клітини в процесі діяльності організму. Використовуючи цей метод, фізіолог може бути не просто реєстратором. З’явилася можливість аналізувати механізм процесів, які лежать в основі діяльного стану клітини, і в певній мірі керувати ним.

ФІЗИЧНІ УМОВИ ПОРУШЕНІ В КЛІТИНІ

Для прояву активного стану будь-якої з клітин необхідно спочатку понизити різницю потенціалів клітинних поверхонь до певної величини. Як тільки ця величина досягнута, виникає нервовий імпульс, який поширюється по клітині і викликає, зрештою, яку-небудь відповідну реакцію, наприклад, м’язове скорочення або виділення секрету.

Викликати такий імпульс, не знижуючи різниці потенціалів до необхідного рівня, неможливо. Якщо, наприклад, зовнішнє роздратування потрапляє на клітини будь-якого органу почуттів, який потім передає в мозок відповідну інформацію, то воно спочатку обов’язково перетворюється в електричний струм. Струм проходить через поверхню чутливої клітини в напрямку, протилежному постійно існуючої на її поверхні різниці потенціалів, і тим самим знижує останню. Коли зниження виявляється достатнім, чутлива клітина збуджується і починає посилати в мозок імпульси, які сигналізують про подразнення.

Те ж саме відбувається і всередині центральної нервової системи. Шлях, яким йде нервовий імпульс – рефлекторна дуга, – складається з великої кількості послідовних нервових клітин, що не переходять безпосередньо одна в іншу. Кожна з них має довгий відросток, який закінчується великою кількістю тоненьких розгалужень. Кожне розгалуження підходить до наступної клітини і прилягає до її поверхні за допомогою особливого кінцевого потовщення – «синаптичного гудзика».

Це потовщення, як виявилося, має чудову властивість: збуджуючись, воно здатне зменшувати постійну різницю потенціалів на тій частині поверхні іншої клітини, до якої прилягає. Дія одного «гудзика» зазвичай буває слабкою. Але на поверхні кожної клітини їх багато. І коли в активний стан приходять багато «гудзиків», їх дія підсумовується, і різниця потенціалів клітини знижується дуже сильно. У ній виникає нервовий імпульс, який вже самостійно швидко поширюється по клітині і її відростках, підходить до «синоптичних пуговок», розташованих на поверхні інших клітин, і збуджує їх.

У тому, що вирішальним моментом є тут саме зниження електричного заряду на поверхні клітини, переконує простий дослід. Якщо пропускати через два електроди, з яких один введений в клітину, а інший знаходиться зовні її, електричний струм в протилежному існуючої на поверхнях різниці потенціалів напрямку, то ефект виходить точно такий же, як і в звичайних, природних умовах збудження. Як тільки різниця потенціалів знижується до необхідної «критичної» величини, відразу ж виникає незримий імпульс, який потім поширюється по клітині, переходить на інші клітини і може в кінцевому підсумку викликати діяльність будь-якого органу.

Далі буде.

Автор: Г. Торжковський.

P. S. О чем еще говорят британские ученые: о том, биологические исследования в области физиологии клетки могут привести ко многим интересным открытиям, как полезным в области медицины, так и чисто эстетическим, например, выращиванию новых видов цветов. И тогда услуга «доставка цветов, Киев» будет еще более востребованной, ведь появится много новых удивительных цветов.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *