Электрические синапсы существуют, но их не может быть
Страница 1

Биология » Как клетки общаются между собой » Электрические синапсы существуют, но их не может быть

Полученные в эксперименте доказательства передачи сигнала через синапс чисто электрическим путем вступили в противоречие с существовавшими на тот момент теоретическими расчетами. Сложилась парадоксальная ситуация: электрические синапсы есть, существуют, их существование доказано прямыми экспериментами, а расчеты показывают, что они не могут работать!

Действительно, как показало серебрение, а потом и электронная микроскопия, непосредственного контакта между клетками все-таки нет: клетки разделены щелью, заполненной жидкостью, через которую ток пойдет не только в клетку-мишень, но и вытечет куда-то «на сторону». Расчеты, проведенные в разных лабораториях мира, дали обескураживающие результаты. Оказалось, что при реальных экспериментально известных значениях сопротивлений мембран, межклеточной среды и размеров синаптических контактов и щелей в клетку-мишень будет затекать не более 0,01% всего тока, вытекающего из терминали. Этот ток к тому же растечется по всему телу клетки и не сможет создать изменения ее потенциала, необходимого для возбуждения или сопоставимого с реально измеряемыми изменениями.

За решение этой задачи в 1965 г. взялась группа молодых сотрудников Теоретического отдела Института биофизики АН СССР.

Первая их идея состояла в том, что в синапсе и сопротивление мембраны, и сопротивление межклеточного вещества могут быть другими, отличаться от сопротивления клеточной мембраны и внеклеточной среды. Ведь известные значения этих параметров были получены совсем на других объектах. Так что в расчетах, о которых говорилось выше, достоверными можно было считать только размеры синаптической области. Да и методы расчетов были весьма приближенными.

Для проверки выдвинутой гипотезы надо было повторить расчеты для разных значений этих неизвестных параметров; кроме того, требовалось усовершенствовать и сам метод расчета, чего никак не удавалось сделать. Тогда решили сделать аналоговую модель синапса.

Эту работу поручили дипломнику, который паял схемы, все время перепаивая их для новых значений параметров, подбирая сопротивления, причем сопротивлений с нужными параметрами, как обычно бывает, в лаборатории не оказывалось, и приходилось соединять несколько имеющихся. Канители было много и работа продвигалась медленно. А тут еще пришло лето и отделу предложили выделить двух сотрудников для поездки на месяц в колхоз. Никому не хотелось на столь долгий срок прерывать работу, и сотрудники предложили другой выход: поехать всем вместе, но зато на короткий срок. Жаль было только, что в полевых условиях нельзя ставить эксперименты и паять новые схемы.

Нужда научит калачи есть

Но этот отрыв от паяльника и сопротивлений оказал благотворное действие. Единственными доступными орудиями научного труда тут были карандаш и бумага. И вот Володе Смоляшгаову удалось заменить физическую модель математической: описать связь всех величин, характеризующих синапс, математическими функциями. Необходимый точный метод расчета был найден.

Вернувшись в лабораторию, засели за математические таблицы, линейки и прочие математические приборы того времени. Результаты работы на такой математической модели казались, на первый взгляд, совершенно невероятными.

Оказалось, что, хотя и существует некоторое оптимальное сопротивление мембраны в синапсе, при котором в клетку-мишень попадала самая большая часть тока, все равно эффективность такого синапса была несравнима с реальной. Если сопротивление мембраны бралось ниже оптимального, то увеличивалась утечка тока через щель, если сопротивление увеличивалось, то падала общая сила токах вытекающего из терминали.

Другой результат был уже совсем странным. По модели получалось, что

улучшить связь между клетками можно, если… их лучше изолировать

друг от друга! Через синапс, щель которого заполнена веществом с высоким удельным сопротивлением, терминаль может возбудить клетку-мишень, если только синапс имеет подходящие размеры: диаметр в несколько микрометров и, как обычно, тонкую щель. Этот результат, немного подумав, легко понять и на качественном уровне. Высокое сопротивление внутрищелевого вещества будет мало мешать току, текущему из терминали в клетку, так как в этом направлении его слой тонок, но зато будет эффективно препятствовать вытеканию тока через щель, так как в этом направлении сопротивление изолирующего слоя велико. Дело, как видите, опять оказалось в геометрии. Беда только, что электрические синапсы с щелью* заполненной жиром, не были известны в природе.

Отрицательный результат – тоже результат

Модель доказала, что электрический синапс не может работать ни при каком сопротивлении мембраны, одинаковом на всей поверхности синапса. И тогда был сделан следующий шаг в единственном возможном направлении: предположили, что мембрана синапса неоднородна по сопротивлению – она имеет «окна» с низким сопротивлением в центральных областях и высокое сопротивление у края синапса.

Страницы: 1 2


Другое по теме:

Способы защиты от шума на предприятиях
Согласно ГОСТ 12.1.003-83 при разработке технологических процессов, проектировании, изготовлении и эксплуатации машин, производственных зданий и сооружений, а также при организации рабочих мест следует принимать все необходимые меры по сн ...

Механизм действия гормонов. Роль циклазной системы в механизме действия гормонов
По механизму действия гормоны делят на два основные типа. Первый – это белковые и пептидные гормоны, катехоламины и гормоноиды. Их молекула, подойдя к клетке- мишени, соединяется с молекулами белковых рецепторов наружной плазматической ме ...

Основные концепции и перспективы биологии
Представления о сущности жизни с древнейших времен до наших дней. По преданию первым стал вскрывать животных, чтобы описать увиденное, Алкмеон (VI в. до н.э.) и наблюдал за развитием куриного эмбриона. В телах природы Аристотель выделяе ...