Чудесная жизнь клеток: как мы живем и почему мы умираем

Все нервные клетки передают сигналы по своим аксонам и дендритам одним и тем же способом — с помощью ионов натрия, генерирующих электрический заряд. Из нервной клетки, находящейся в спокойном состоянии, ионы выводятся постоянно. Если же на оболочку клетки воздействует импульс, приходящий от другой клетки, то ионы, наоборот, возвращаются в нее через открывшиеся поры. Однако нервная клетка никогда не бывает в восторге от поступления в нее дополнительных ионов натрия, и поэтому поры в оболочке быстро закрываются, а ионы начинают откачиваться обратно во внешнюю среду. Все это раз за разом вызывает изменения электрического потенциала внутри нервной клетки и оказывает ключевое воздействие на ее функционирование.

В прохождении электрического заряда, который называют потенциалом действия, по аксону и заключается механизм передачи сигнала нервной клеткой. Сам сигнал обычно именуют нервным импульсом. И прямо в эту секунду по миллиардам ваших нервных клеток передаются миллиарды нервных импульсов.

Когда нервный импульс достигает конца аксона, то он — в том случае, если здесь, в районе конца аксона, расположена другая нервная клетка, — доходит до синапса. Здесь, между концом аксона и оболочкой принимающей сигнал клетки, есть разрыв, через который электрический сигнал не может пройти. Чтобы преодолеть это препятствие, выбрасывается небольшое количества химических веществ — нейротрансмиттеров, которые создают «мост» между синапсом и оболочкой принимающей сигнал клетки и связываются с расположенными на этой оболочке рецепторами.

Такие нейротрансмиттеры, как адреналин, допамин и серотонин, изменяют электрический потенциал клетки, принявшей сигнал, и тем самым побуждают ее передать его дальше. Таким образом электрический импульс преобразуется в химический сигнал, который затем вновь преобразуется в электрический импульс.

Подобные события в области синапсов — это основа взаимодействия нервных клеток в нашем мозгу. Одна нервная клетка, как уже говорилось, может иметь тысячи синапсов, благодаря которым она связана с другими нервными клетками, и все вместе они определяют, станет ли эта нервная клетка источником нервного импульса и будет ли она передавать его дальше.

Сходным образом передаются сигналы мускульным клеткам, что вызывает сокращения скелетных мускулов и приводит к движениям наших тел. Мускульные клетки могут быть чрезвычайно большими, если сравнивать их размеры с размерами других клеток; они имеют волокнистую структуру и достигают в длину нескольких сантиметров. Это не совсем обычные клетки — они представляют собой соединение множества клеток, слившихся вместе, и поэтому имеют много ядер. Впрочем, есть и другие мускульные клетки — например, мышечные клетки сердца — одноядерные и небольшие по своим размерам. Однако все мускульные клетки, какими бы они ни были, сокращаются благодаря тому, что содержащиеся в них белки актин и миозин скользят относительно друг друга. Инициирует сокращение особое химическое вещество, которое выбрасывается в расположенном на конце мускульного нерва особом месте, подобном синапсу. Выброс этого химического вещества вызывает, по цепочке, изменение электрического заряда в оболочке мускульной клетки, высвобождение в клетке ионов кальция, изменение состояния миозина, вследствие чего он взаимодействует с актином, — и, наконец, происходит сокращение мышц.

Мой коллега Джеффри Бернсток поставил перед собой задачу узнать, как нервы вызывают непроизвольные сокращения гладкой мускулатуры — например, мускулатуры стенок кишечника. Считалось, что этот процесс сходен с процессом произвольных сокращений обычной мускулатуры, тех же мышц рук и ног, — нерв проводит электрический импульс, который вызывает выброс нейротрансмиттера, а тот связывается с оболочкой мускульной клетки и активирует ее. Бернсток разработал метод, с помощью которого он мог регистрировать электрическую активность гладкой мускулатуры, и обнаружил, что блокирование всех известных нейротрансмиттеров не мешало нервам активировать мускулатуру стенок кишечника. Значит, активировало ее что-то доселе неизвестное.

Чтобы определить это вещество, Бернсток проводил эксперимент за экспериментом и наконец сделал в 1970 году фундаментальное открытие: в роли нейротрансмиттера в данном случае выступает молекула АТФ, которую используют все клетки в качестве основного источника энергии. Лишь немногие ученые признали его открытие, большинство же исследователей подняло его на смех, однако время показало, что Бернсток прав. Ни много ни мало, но сделанное им открытие имеет важное значение для лечения целого ряда заболеваний, включая рак, цистит, мигрень.