Это еще не самое удивительное: все это возбудимые ткани, в которых должен распространяться электрический сигнал. Но вот уж совсем удивительным было открытие в середине 60-х годов американским биологом Левенштейном и сотрудниками Лаборатории молекулярной биологии им. А.Н. Белозерского МГУ того, что и невозбудимые клетки разных органов тоже связаны высокопроницаемыми контактами. Фактически почти все ткани организма представляют собой не скопление одиночных клеток, а единый коллектив, в котором клетки могут обмениваться через каналы высокопроницаемых контактов разнообразными молекулами. Благодаря этому в тканях возможна своеобразная «клеточная взаимопомощь», Например, если в какой-то клетке плохо работают насосы, ее соседи через каналы высокопроницаемых контактов «делятся» с ней своим ионным запасом и поддерживают ее потенциал покоя.

При изучении высокопроницаемых контактов было выяснено, что коннексоны являются не стабильными трубками, а динамическими структурами: каналы, образуемые коннектином, могут открываться и закрываться под действием разных факторов. Сейчас выяснен молекулярный механизм такого закрывания каналов. Коннексон состоит из 6 субъединиц, которые могут двигаться относительно друг друга, при этом отверстие может закрываться; это устройство очень похоже на устройство диафрагмы фотоаппарата с подвижными лепестками.

Зачем же нужно это свойство коннексонов? Рассмотрим один пример. Обычно в цитоплазме клеток очень мало свободного кальция. По ряду причин более высокие концентрации кальция ведут к гибели клетки, и поэтому у клеток есть ряд защитных механизмов: избытки кальция выкачиваются наружу насосами, поглощаются митохондриями и т.п. Представим себе теперь, что в системе клеток, связанных высокопроницаемыми контактами, какая-то из клеток серьезно повреждена. Защитные механизмы не могут справиться с избытком кальция, поступающего из наружной среды, и клетка погибает. Но когда кальций подходит внутри этой клетки к области клеточного контакта, коннексоны закрываются и соседние клетки отсоединяются от поврежденной. Такая конструкция похожа на систему водонепроницаемых переборок в военных кораблях: если в одном отсеке возникла пробоина, перегородки автоматически закрываются и корабль не тонет. В клеточных системах такое устройство тоже обеспечивает их высокую живучесть. Если предположить, что все сердце представляло бы собой систему клеток, прямо связанных своей цитоплазмой, тогда повреждение могло бы распространяться от клетки к клетке. Один известный ученый сказал: «Клетки сердца работают вместе, а умирают поодиночке». Теперь мы знаем, что это возможно именно благодаря свойствам коннексонов.

Но динамичность коннексонов важна не только для создания живучести. Оказалось, что высокопроницаемые контакты можно найти уже на самых ранних стадиях развития зародышей разных животных; они соединяют между собой клетки, возникающие уже при первых дроблениях яйца, а в ходе дальнейшего развития то появляются, то исчезают. Клетки то влияют друг на друга какими-то веществами, то участки зародыша изолируются друг от друга; и тогда в этих участках развивается однородная ткань из одинаковых клеток; потом такие участки вновь соединяются контактами с соседями, и вся эта сложная игра контактов важна для регуляции нормального развития.

Все, что мы узнали о высокопроницаемых контактах, невольно наводит на мысль, что передача сигналов в электрических синапсах – это вторичная «профессия» структуры, которая, как и ионные насосы, играет более общую и фундаментальную роль в развитии организмов и функционировании их тканей.

Аналогичная ситуация имеется и с химическими синапсами. Принцип их работы используется в организмах не только для передачи информации, но и в других целях. Оказывается, разнообразные секреторные клетки используют ионы Са++ для регуляции выброса секрета подобно тому, как в химическом синапсе этот процесс используется для выброса медиатора. Кроме того, клетки многих желез являются электрически возбудимыми.

Рассмотрим для примера работу клеток поджелудочной железы, вырабатывающих инсулин, регулирующий содержание сахара в крови.

Оказывается, на поверхности этих клеток имеются специальные рецепторы, реагирующие на глюкозу. Если концентрация глюкозы в крови выше нормы, то под действием этих рецепторов клетки деполяризуются и в них возникают потенциалы действия. Эти потенциалы действия имеют кальциевую природу, они возникают за счет открывания Са-каналов. При этом ионы Са++ входят внутрь клетки, что приводит к выбросу в кровь инсулина, точно так же, как в случае нервных окончаний приводит к выбросу медиатора. Роль кальция в выбросе разных веществ, в частности гормонов, показана и для многих других желез.

Нервная клетка – клетка

Этими словами мы хотим подчеркнуть, что особенные, исключительные свойства нейрона – модификация свойств, присущих и другим клеткам организма, В ходе естественного отбора молекулярные машины и разные клеточные устройства приобретают в разных клетках несколько разные функции, при этом сами устройства могут либо несколько меняться, либо использоваться в том же виде, но для другой цели. Раньше мы уже говорили, что ионные насосы и потенциалы покоя имеются у всех клеток организма, а в нервных и мышечных клетках используются для передачи сигналов.

Рассказ о синапсах дает нам особенно много примеров того, как единство превращается в многообразие. Мы видели, что коннексоны существуют у самых разных клеток организма, в том числе и невозбудимых. Они используются и при регуляции эмбрионального развития, и для передачи молекул от клетки к клетке, а в возбудимых тканях этот межклеточный канал был использован эволюцией для передачи электрического тока, для создания электрических синапсов.

Разнообразные клетки организма выделяют в окружающую среду разные вещества; прежде всего, это клетки желез. Существуют специальные клеточные приспособления для выброса секретируемых веществ: эти вещества упакованы в мембранные контейнеры, а их выброс регулируется ионами Са++, которые входят в клетку через специальные кальциевые каналы. В результате естественного отбора этот механизм используется нервными клетками в конструкции химических синапсов: в контейнерах содержится медиатор, а дальше выброс его организован так же, как выброс гормонов и других веществ. С этой точки зрения нервные клетки с химическими синапсами – это один из вариантов секреторных клеток, а медиатор – это их секрет, который только не просто выбрасывается в кровь, а поступает к совершенно определенным потребителям через синаптическую щель.

С другой стороны, мы видели, что работа клеток поджелудочной железы похожа на работу нервных клеток. Они тоже имеют потенциал действия, но этот потенциал действия служит для того, чтобы открыть кальциевые каналы и впустить внутрь ионы Са++. Да и у многих мышечных клеток основная роль потенциала действия состоит в том, чтобы открыть ворота кальциевых каналов для ионов Са++, запускающих процесс сокращения. Мы еще раз видим близкое сходство механизмов, используемых разными клетками организма в разных целях: для передачи сигнала в ЭС, для выброса секрета в клетках желез, для сокращения в клетках мышц. В конце концов, это совсем не удивительно, ведь все они – потомки одной и той же клетки и имеют идентичный геном.