fbpx
ОСТАННІЙ ПОДКАСТ
Підписуйся на найнауковішу розсилку!
І миттєво отримуй 9 електронних журналів Куншт у подарунок.

Ми під'їдаємо крихти cookies за вами. Навіщо це нам?

Читати

Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

Повідомлення успішно надіслано

Для пошуку
введіть назву запису
Ідеї — 04.10.21
ТЕКСТ: Олексій Болдирєв
Ілюстрації: Каталіна Маєвська
Ми любимо тексти без помилок. Якщо ви все ж таки щось знайшли, виділіть фрагмент і натисніть
Ctrl+Enter.
Нобелівка‒2021: фізіологія або медицина. Як ми відрізняємо холодне від гарячого

Девід Джуліус і Ардем Патапутян отримали Нобелівську премію за відкриття температурочутливих і механочутливих іонних каналів. Що це таке? Чому це важливо? Це фізіологія чи таки медицина?

Іонні канали – це білки, які розташовані в мембрані кожної клітини. Вони мають отвір – пору, через яку можуть рухатися іони, тобто заряджені частинки. Так сталося, що в наших клітинах багато різних іонів, але через іонні канали проходять далеко не всі. Переважно це іони натрію, калію, кальцію та хлору – вони достатньо малі, щоб пробігти через дуже вузьку пору каналу. Відповідно, канали поділяють на натрієві, кальцієві, хлорні тощо. Є канали менш вибіркові, які пропускають всі іони з додатним зарядом. Чи з від’ємним.

 

Коли канал відкритий, відповідні іони біжать крізь нього, а коли закритий, то не біжать. Власне, це все, що «вміє» іонний канал: пропускати чи не пропускати потік іонів. Потік заряджених частинок – це електричний струм. Тільки в дротах біжать переважно електрони, негативні заряди, а в нервах і м’язах нашого тіла найбільші струми переносять позитивно заряджені іони натрію, калію, кальцію. 

 

Чому ж заряди рухаються, а не сидять на місці? Уся справа в тому, що зовні та всередині клітини склад іонів різний. Усередині клітини багато великих неповоротких негативно заряджених іонів. Це білки, амінокислоти, нуклеїнові кислоти. Вони створюють надлишок негативного заряду, який притягує всілякий електричний позитив. А крім того, спеціальні білки, іонні насоси, завжди витрачають енергію, щоб виганяти з клітини іони натрію та кальцію та закачувати всередину іони калію. Кожен іон «прагне» вирівняти свою концентрацію в усіх доступних резервуарах, тому при відкритті зв’язку між різними ємностями іони перетікають з місця, де таких самих багато, туди, де їх менше.

 

Оскільки функція каналу – пропускати струм, найголовнішою з фізіологічної точки зору (ага, з тієї, за яку дають Нобелівську премію) частиною цього білка є воротний механізм. Тобто та частина, яка відчиняє чи зачиняє пору каналу. Воротний механізм реагує на зовнішні сигнали, які потрапляють на мембрану клітини. Зазвичай іонні канали відчиняються на певний тип такого сигналу. 

 

Найперше були описані канали, ворота яких відчиняються на зміну напруги (або електричного потенціалу) на мембрані клітини. Це так звані потенціалкеровані канали. Основним їхнім завданням в організмі є проведення великих потужних струмів, потрібних для створення великих коливань потенціалу – потенціалів дії в нервах і м’язах, які в нервовій системі мають ще назву нервових імпульсів. Приблизно в той же час, у другій половині XX століття, були описані канали, ворота яких відчиняються завдяки приєднанню малих молекул, або лігандів. Такими лігандами є нейромедіатори, зокрема глутамат, норадреналін чи серотонін. Біофізики спочатку виявили струми, викликані цими молекулами, а потім молекулярні біологи описали гени та білки цих іонних каналів.

 

Трохи пізніше науковці встановили, що є іонні канали, які відчиняються у відповідь на інші фізико-хімічні явища, окрім молекул та електричних потенціалів. Це зміни температури, кислотності (тобто концентрації іонів водню, pH), осмотичного тискуОсмотичний тиск –це тиск, який чинить розчинник на напівпроникну мембрану при переході з ділянки з меншою концентрацією розчиненої речовини в ділянку з більшою його концентрацією. в клітині, механічного тиску на мембрану. Найважче було знайти гени, що відповідають за синтез білка термочутливих і механочутливих каналів. 

 

Усім ясно, що люди здатні відрізнити холодне від гарячого всією поверхнею шкіри, але який саме канал пропускає струм у відповідь на зміни температури, було неочевидно. Певний натяк дали речовини, які імітують відчуття гарячого чи холодного. Коли покласти до рота м’яти або екстрагованого з неї ментолу, в роті з’являється приємний холодок. А ось коли туди ж покласти гострого перцю, то відчуття, наче вогонь полизав. Група дослідників під керівництвом Девіда Джуліуса дослідила велику кількість несхожих генетично на вже відомі іонні канали мембранних білків і пошукала серед них ті, які взаємодіють з головною пекучою речовиною перцю – капсаїцином. Роки роботи увінчалися успіхом, і на межі століть був відкритий капсаїциновий рецептор – іонний канал, відповідальний за передачу больового відчуття та відчуття гарячого. Паралельно працювала й лабораторія Ардема Патапутяна, яка виявила споріднений ментоловий та холодовий рецептор. 

 

А що ж з механочутливістю? Уже найперші дослідники мембранних струмів бачили, що клітина впускає іони кальцію у відповідь на доторкання мікроелектрода. Але природа цього струму, який канал його проводить, лишалася невідомою. Механорецептор був відомий у без’ядерних організмів, прокаріотів (бактерій та архей), але пошук подібного білка в клітинах хребетних тварин ні до чого не призвів. Лише 2010 року дослідницька група Патапутяна виявила іонні канали, які назвали «п’єзо» за аналогією з п’єзоелементами, які через механічні руки породжують електричні струми. Ці велетенські мембранні білки ніхто не помічав через те, що вони несхожі на інші іонні канали.

 

Яке ж медичне значення цих відкриттів? Що людям з того, що ми знаємо тепер, як працює дотик і температурне чуття? Виявилося, що капсаїциновий рецептор відповідає й за почуття болю, а холодовий рецептор з’являється у клітинах деяких злоякісних пухлин. Тому ці білки ‒ важливі мішені у лікуванні таких патологій, як хронічний біль та онкологічні захворювання. А розуміння шляхів передачі сенсорної інформації колись допоможе кожному з нас індивідуально краще сприймати цей світ.

 

ТЕКСТ: Олексій Болдирєв
Ілюстрації: Каталіна Маєвська
Статті
Промо
Проєкт інтелект. Епізод 8: Як приміряти одяг, не заходячи до магазину

Як приміряти одяг, не заходячи до магазину?

Наука
Коли хімія стає зброєю. Уривок з книжки «Вибухова історія людства»

Людство має бойові отруйні речовини і ядерну зброю, вічне джерело енергії, яке водночас може спричинити техногенні катастрофи і радіаційне зараження. Як все це винайшли?

Ідеї
Довіряй, але перевіряй: інтерв’ю з головним редактором журналу «Скептик» Майклом Шермером

У будь-яку мить може з'явитися нова теорія змови. Як зрозуміти, що це омана, і переконати інших довіряти фактам?

Спалах
Світ – велика пробірка: як людям доведеться пристосовуватися до нових мутантів коронавірусу

З’ясовуємо, чим штам вірусу відрізняється від варіанта, як може мутувати коронавірус та як це вплине на розвиток пандемії.

Медицина
Тетрада Фало. Уривок з книжки «Сміх у кінці тунелю»

Лікарям часто доводиться стикатися з труднощами, робити складний вибір і працювати під шаленим тиском. Про свій досвід розповів анестезіолог Іван Черненко у книжці «Сміх у кінці тунелю», яка вийшла у видавництві «Віхола».

Промо
Проєкт інтелект. Епізод 7: Чи може смарт-годинник врятувати життя

Українська компанія Mawi створює смарт-годинники спеціально для вимірювання життєвих показників людини. Про неї сьогодні й поговоримо! 

Повідомити про помилку

Текст, який буде надіслано нашим редакторам: