Молекулярные основы формирования, проведения и передачи нервного импульса

В нервной системе наблюдается специализация нервных клеток на чувствительные и моторные.

• Чувствительные – получение сигнала
• Вставочные – обработка
• Моторные – передача к клетке

Чувствительные:

• Зрительные (оптические) – палочки, колбочки
• Обонятельные – 1 нейрон воспринимает 1 запах
• Вкусовые – 2 на сладкое, 10 на горькое (так как это чаще всего яд), рецепторы на глутамат (мясной вкус)
• Тактильные
• Болевые
• Температурные
• Висцеральные

Рецепторы имеют стандартный набор белков. При поступлении сигнала конформация рецептора изменяется, в свою очередь G-белок, используя ГТФ, меняет свою конформацию. Информация идет на аденилциклазу, она работает с АТФ, отрезает 2 остатка фосфорной кислоты и превращает АТФ в цАМФ (замыкает ее в кольцо). цАМФ диффундирует в окружающую цитоплазму, где играет роль внутриклеточного посредника. То есть цАМФ – вторичный мессенджер, а сигнал – первичный. цАМФ воздействует на рецепторную часть протеинкиназы, а она в свою очередь – на мембранный потенциал (снижает).

Механизмы формирования мембранного потенциала у любой клетки у всех организмов одни и те же.

Мембранные насосы. Внутрь поступает 2K⁺ , наружу идет 3Na⁺, при этом мембраны создается потенциал покоя около -70мВ. При стандартном потенциале покоя потенциал-зависимые каналы закрыты. При воздействии сигнала на рецептор он снижает мембранный потенциал до 50мВ, ПЗК открываются, концентрации K⁺ и Na⁺ уравновешиваются, и мембрана в этом месте деполяризуется. Нейрон работает по принципу «все или ничего». Он принимает один и тот же сигнал. Рецепторных молекул на поверхности нейрона очень много, и открытие каждого канала дает незначительное уравновешивание концентраций. Если сигнала мало, то ничего не происходит. Если много – то открываются ПЗК и мембрана в этом месте деполяризуется. Начинается цепная реакция. Деполяризация идет по каскадному принципу. Центральная роль принадлежит изменению мембранного потенциала, который активирует белки. Ионы – только посредники. После прохождения импульса каналы переходят в закрытое состояние, K-Na-насосы вновь создают мембранный потенциал. Процесс поддержания потенциала покоя очень энергозатратен, поэтому организмы могут утрачивать нервную систему или ее части. Креветка строит норку, с ней туда заселяется бычок. Ему не нужно строить себе норку, а креветка использует его как поводыря и охранника. Этот вид креветок со временем утратил зрение.

Синапс

Для передачи импульса с одного нейрона на другой существуют межмембранные контакты – синапсы.

Дендриты могут быть длинными, а аксон – разветвленный, но один, разница – в направлении пути импульса: в дендрите – к телу нейрона, в аксоне – от тела.

Синапсы бывают 2х видов:

• Электрические синапсы. Синаптическая щель очень узкая, сквозь нее проходят специальные молекулярные комплексы – коннексоны, с полостью внутри, через которую контактируют цитоплазмы двух нейронов. Электрические синапсы очень быстры и надежны, но с равной интенсивностью проводят импульс в обоих направлениях и их трудно регулировать. Используются в основном чтобы передавать нервный импульс на мышцы, например летательные мышцы насекомых
• Химические синапсы. Контактов между мембранами нет. В теле нейрона формируется нейротрансмиттер – нейромедиаторы в синаптических пузырьках. На пузырьках и на мембране есть специальные белки. Импульс при подходе к синапсу изменяет конформацию белков, и они приобретают высокое сродство друг к другу, пузырьки притягиваются к мембране, сливаются с ней и выплёскивают свое содержимое наружу в синаптическую щель. Нейромедиатор диффундирует в межклеточной жидкости, достигает постсинаптической мембраны и взаимодействует с ней, приводя к частичному изменению мембранного потенциала. Сигнал в этом случае имеет электрическую природу, а передача – химическую. Химический синапс срабатывает в одном направлении и подвергается мощной регуляции, то есть обладает высокой пластичностью, но при этом он медленный.

2 уровня восприятия:

• Будет импульс сформирован или нет.
• Если сигнала достаточно, то значение имеет частота формирования нервного импульса.

1. Единичной передачи может быть недостаточно, следующий нейрон будет возбуждаться только если сигналов много – принцип временной суммации импульсов – если импульсов много, то они суммируются
2. Прихода сигнала от одного импульса может быть недостаточно, следующий нейрон возбуждается только при одновременном получении импульса от 2х и более нейронов – это пространственная суммация.
3. Иногда передача импульса ведет не к возбуждению следующего нейрона, а к торможению. Если есть два вида синапсов: ↓ и ┴, то нейрон реагирует только в том случае, если ↓ передает сигнал, а ┴ - нет. ┴-синапс позволяет выбрать наиболее оптимальный вариант реагирования. Полную горячую кастрюлю женщина медленно ставит на место, а не кидает.

В головном мозгу 95% синапсов – химические. Существуют смешанные синапсы, но они плохо изучены. Процесс передачи импульса через химический синапс гораздо медленнее, чем передача импульса по нейрону, значит выгодно, чтобы синапсов было как можно меньше. Отсутствие специализации нейронов привело бы к автоматизации реакций. Регуляторная функция нервной системы является вторичной, так как изначально нервная система была предназначена для реакции организма на внешнюю среду.

Биология как наука делится

1. По объектам изучения

1. Ботаника
2. Микология
3. Зоология
4. Альгология
5. Протистология
6. …

1. Методологический аспект

1. Биохимия
2. Биофизика
3. …

1. Исследуемая проблема

1. Физиология
2. Эмбриология
3. Экология
4. Генетика
5. Эволюция

Основные направления в биологии

1. Биология развития.

• Онтогенез
• Морфология
• Анатомия
• Эмбриология

1. Экология.

• Чувствительность
• Поведение
• ВНД, мышление

1. Эволюция.

Эволюция

Эволюционное учение, теория эволюции. В эволюции невозможно поставить эксперимент, нет воспроизводимости результата, доказательств эволюции нет и не будет. Есть только свидетельства.

Микроэволюция – внутривидовые изменения (доказательства есть)

Макроэволюция – возникновение крупных таксонов. Насчет нее всегда велись споры.

В начале 20х годов шла борьба между дарвинистами и генетиками. Дарвинисты считали, что эволюция – это постепенный процесс, а генетики, что различия образовывались дискретным путем (их поддерживали эмбриологи и молекулярные биологи). Эти споры привели к образованию синтетической теории эволюции. Сейчас она уже устарела.

Следующей теорией былградуализм–в основе эволюции лежитнакопление маленьких изменений, в сумме дающих сильное изменение. Механизмы микро- и макроэволюции одинаковы. Классические представления градуалистов таковы:

При копировании гена рано или поздно возникнет мутационный ген. Это две аллели. С каждой аллели считывается генетическая информация. Если есть мутация в аллели, то в большинстве случаев есть изменение в иРНК и аномалия в молекуле белка. Из-за изменений в молекуле белка произойдет изменение функции, т. е. одна функция превращается в другую. Белок начинает выполнять некую другую функцию. Две аллели дивергируют.

Факты против градуальной макроэволюции.

1. Отсутствие плавных переходов между таксонами. Судя по ископаемым появление нового крупного таксона всегда происходило взрывообразно. Исключения – появление млекопитающих из пресмыкающихся – есть много переходных форм, и выход скорпионов на сушу – есть все переходные формы.
2. Начальные этапы формирования новой структуры не должны поддерживаться естественным отбором.
3. Вероятность полезного изменения очень мала. Если функция будет изменена, то скорее всего она будет изменена в сторону ухудшения.
4. Темпы развития градуальной эволюции слишком низки, не хватило бы и миллиарда лет.

Поиск по сайту: