мера1

ss69100


К чему стадам дары свободы...

Восстановление смыслов


Предыдущий пост Поделиться Следующий пост
Фанатик везде и во всем видит подтверждение своей правоты
мера1
ss69100
КОНТРРЕВОЛЮЦИОННЫЕ ВОЗРАЖЕНИЯ

Возражение: не существует материалов, веществ, умерщвлённых препаратов живых клеток, изолированных белков, которые "предпочитали" бы связывать K+ в присутствии Na+.

А раз так, то способность живой цитоплазмы избирательно связывать K+, проповедуемая Лингом, является надуманной, не поддающейся проверке.

Ответ: одной из самых известных систем, способных избирательно связывать K+ является обыкновенная почва. Некоторые минералы (пермутиты), ряд синтетических ионо-обменных смол, обладают повышенным сродством к K+. Специальные сорта стекол селективно связывают K+ в присутствии Na+.

А в 1980 году Л. Эдельманн [7] впервые получил мертвый препарат мышечной клетки, который оказался способным избирательно связывать K+ в присутствии Na+. Все предыдущие попытки зарегистрировать сродство к K+ изолированных мышечных белков, глицеринизированных мышц оканчивались неудачей.

Вероятно, только Эдельманну удалось сохранить в препарате мышцы некий фактор, без которого сродство к K+сократительных белков утрачивается.

Возражение: каналы в мембранах видели в электронный микроскоп.

Ответ: да, структуры, называемые каналами, действительно существуют и играют важную роль. Но являются ли они каналами в обычном смысле слова, т.е. соединяющими два водных бассейна - внутриклеточный и внеклеточный?

Внутриклеточная среда совсем непохожа на внеклеточную. Вне клетки - раствор, внутри клетки - сложная, организованная "коллоидная" система, свойства воды в которой существенно отличаются от свойств воды внеклеточной. С этим, пожалуй, сегодня согласится каждый, кто хоть и не читал Линга, но знаком с проблемой состояния воды в биосистемах.

Таким образом, "канал" - просто неудачный, устаревший термин, т. е. это проблема не теории Линга, а чисто терминологическая проблема.


Возражение: хорошо известно, что тени эритроцитов, т.е. "выпотрошенные" эритроциты, без цитоплазмы, от которых осталась лишь их поверхностная мембрана, способны аккумулировать K+ и откачивать из полости "мыльного пузыря" Na+. Не доказывает ли это реальность Na,K-насоса?

Ответ: в специальных опытах Лингом было показано, что чем больше белков цитоплазмы содержится в "мыльном пузыре" в качестве примеси к мембране, тем успешнее он аккумулирует K+ и тем меньше в нем содержание Na+. Если тень эритроцита действительно не содержит примеси цитоплазматических белков, т.е. действительно является тенью, то она имеет самое призрачное отношение к проблеме перекачки катионов.

Однако гораздо удобнее работать с тенью аксона - гигантским аксоном кальмара, из которого удалена аксоплазма. Из-за своих больших размеров этот препарат не требует применения сложных технических ухищрений и процедур, с ним можно экспериментировать даже в школьном кабинете биологии.

С появлением в 1961 году этой гигантской тени, мембранной теории, впервые за всю историю ее существования, представилась возможность поставить РЕШАЮЩИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ для доказательства реальности Na,K-насоса: заменить аксоплазму морской водой ("родной" для аксона кальмара стихией) или другим раствором с преобладанием Na+ над K+, добавить в нее необходимые для работы "насоса" энергоносители (АТФ, аргининфосфат и т.п.) и посмотреть, будет ли Na+откачиваться в окружающую среду, а K+ накапливаться внутри аксона-призрака с тем, чтобы со временем состав внутриаксональной жидкости приобрел типичный для живой клетки ионный состав (т.е. с преобладанием K+ над Na+).

В 1963 году известный электрофизиолог Кейнес (Keynes R.D.) сообщил на семинаре в Пеннсильванском университете, что попытки такого рода делались, но все они закончились неудачей.

С тех пор решающий эксперимент на аксоне кальмара остается несбыточной мечтой мембранной теории.

Возражение: Но этот же пример с тенью аксона ясно показывает, что потенциал покоя и действия существует в неизменном виде и при отсутствующей аксоплазме. Более того, оболочка аксона заполнена разбавленным водным раствором электролитов, т.е. K+ в нем безусловно свободен, но это кардинальное, с позиций теории Линга, событие - освобождение K+, - ничего не прибавляет и не отнимает от свойств аксона.

Ответ: С точки зрения теории Линга, в этом возражении нет ничего парадоксального и тем более убийственного: за потенциал покоя и действия ответственна не аксоплазма, а лишь внешняя поверхность аксона, которая остается на своем месте и после превращения аксона в тень.

Как уже говорилось, потенциалы покоя и действия, по Лингу, являются адсорбционными. В случае с перфузируемым аксоном, регистрируемый потенциал является алгебраической суммой адсорбционных потенциалов на двух поверхностях аксолеммы: на наружной и внутренней, созданной искусственно.

Как и в случае с Na,K-насосом, тень аксона оказалась идеальным объектом для проверки мембранной теории биопотенциалов Ходжкина-Каца-Гольдмана (Hodgkin-Katz-Goldman), впервые опубликованной в 1949 году.

Согласно уравнению, предложенному этими авторами, потенциал покоя обязан зависеть и от внутриклеточной концентрации K+ и Na+.

Однако известный ученый Тасаки с сотрудниками [8-10] показали, что при широкой вариации концентраций K+ (от 150 до 500 мМ) и Na+ (от 0 до 350 мМ) в перфузируемой жидкости, "мембранный" потенциал практически не менялся!

С позиций теории Линга этот результат объясняется просто: искусственная, внутренняя, поверхность аксолеммы не предназначалась природой для формирования адсорбционного потенциала - на ней нет связывающих центров в необходимом количестве и нужного качества. Поэтому он там практически отсутствует.

То есть алгебраическая сумма потенциалов определяется в этой системе только потенциалом наружного слоя аксолеммы.

Возражение: чем не устраивает Линга теория сита? В липидном барьере мембраны существуют отверстия разной величины, в соответствии с которыми одни молекулы или ионы могут проникнуть в клетку, другие нет. Все просто и понятно!

Ответ: Простота обманчива и роковая роль теории сита для физиологии тому пример - до сих пор (!) она является отправной точкой для понимания полупроницаемости биологических мембран.

Автором теории является Мориц Траубе (Moritz Traube), изучавший проницаемость для различных веществ тонких пластин (мембран) из медно-ферроцианидного геля (образующегося при сливании растворов сульфата меди с ферроцианидом калия - опыт, доступный уже школьному кабинету химии) и первым обнаруживший явление полупроницаемости искусственных мембран. В 1867 г. он объяснил его существованием в мембране отверстий соответствующих размеров, благодаря которым она виделась (и видится до сих пор) атомным/молекулярным ситом.

Идея Траубе явилась толчком для ботаника Вильгельма Пфеффера (Wilhelm F. Pfeffer), который в 1877 году закладывает фундамент мембранной теории следующим предположением: протоплазма клетки окружена полупроницаемой, по аналогии с медно-ферроцианидной, мембраной.

А в 1899 году Чарлз Овертон (Charles E. Overton), троюродный брат Чарлза Дарвина, уточняет: раз вещества тем легче проникают в клетку, чем они лучше растворяются в оливковом масле, значит мембрана Пфеффера, служащая барьером для диффузии веществ - липидная (о порочности этой логики см. [14]).

С тех времен прочно и, похоже, навсегда закрепилось представление о том, что липидная мембрана - сито, разделяющее два водных раствора - внутри- и внеклеточный. В дальнейшем эта схема только уточнялась и по-своему развивалась, но никогда не подвергалась ни малейшему сомнению.

К 1937 году прошло так много лет со времен Траубе-Пфеффера-Овертона, что уже никто не обратил внимание на одно неприятное событие: методами дифракции рентгеновских лучей и электронов было установлено, что средний размер пор той самой медно-ферроцианидной мембраны во много раз превосходит размер молекул, для которых она была и остается непроницаемой [11].

Было экспериментально опровергнуто одно из ключевых положений мембранной теории - теория сита. Но что такое маленький фактик в сравнении с великой теорией?

Возражение: Речь шла о липидных мембранах. Здесь невозможно не вспомнить о валиномицине, соединении, способном избирательно связывать K+ на одной стороне искусственной липидной мембраны и освобождать его на другой стороне. Работая как переносчик, валиномицин будет "трудиться" до тех пор пока концентрация K+ по обе стороны мембраны не выровняется.

Точно так же валиномицин действует и на живые клетки, например, на эритроциты: под его действием клетки теряют K+. Разве это сходство не доказывает многого: что липидная мембрана клетки действительно является барьером для K+, что внутриклеточный K+ свободен и что существование переносчиков в мембране клеток - реальность?

Ответ: "Доказательность" эффектов валиномицина - издержки методологической эйфории. Со времен Овертона утвердилось правило, превратившееся в бездумную традицию: если вещество гидрофобно (т.е. жирорастворимо), как в случае с валиномицином, то его биологическая активность объясняется тем, что оно растворяется в липидном (жирном) слое мембраны.

Зависимость эффективности биологического действия химических агентов от их гидрофобности, открытая Овертоном, однозначно интерпретировали как результат агент-мембранных взаимодействий.

В традиции связывать всякое гидрофобное взаимодействие только с липидами мембраны была своя логика: нужно помнить о том, что на протяжении многих десятилетий науке была известна только одна гидрофобная область клетки - липидная фаза ее поверхностной мембраны, а затем и мембран других локализаций.

Однако сейчас логика умозаключений Овертона представляется полностью несостоятельной.

С 60-х годов стало ясно, что белки также имеют гидрофобные области, ничем принципиально не отличающиеся по своей физической природе от гидрофобной фазы липидов. Поэтому, когда действие валиномицина на клетку безапелляционно связывают в наше время только с его встраиванием в липидный слой мембраны, это являет собой пример архаичного мышления.

Совершенно ясно, что попадая в клетку, весьма и весьма гидрофобный валиномицин взаимодействует со всем, что есть в ней гидрофобного: и с липидами, и с белками, и белковыми комплексами, имеющими межбелковые гидрофобные области.

В результате такого взаимодействия с клеточными белками (масса которых на порядки превосходит массу липидов), K+-связывающий матрикс клетки теряет способность удерживать K+; катион переходит в свободное состояние и, подчиняясь законам диффузии, выходит из клетки. Вот объяснение действия валиномицина на клетку, которое обходится без "обязательного", освященного вековой традицией, взаимодействия этого соединения с липидными барьерами [14].

Что же касается универсализма барьерной функции липидов, на которой, собственно, и держится вся мембранная теория, то небезынтересно будет вспомнить о внутренней мембране митохондрий, широко известной в узких кругах, которая, как оказалось, содержит так мало липидов, что уже "официально" отказались представлять ее как сплошной билипидный слой с вкраплениями каналов, переносчиков, насосов и пр.

Наоборот, выяснилось, что эта мембрана представляет собой сплошную белковую структуру с редкими включениями липидов [12]. То есть, иначе говоря, Великую Барьерную Функцию Липидов в отдельно взятой митохондрии тихо отменили. Почему ее нельзя отменить и во всех остальных случаях?


ИСТОКИ РЕВОЛЮЦИИ

Столкновения взглядов на природу физико-химической организации клетки начинаются почти одновременно с формированием клеточной теории в 30-х годах XIX века.

Первое заявление на этот счет сделал Феликс Дужардин (Felix Dujardin, француз), первооткрыватель протоплазмы, названной Томасом Хаксли (Thomas Huxley, 1825-1895) "физической основой жизни": он видел в ней желеподобную субстанцию, а не обычный раствор. И для этого были веские основания: уже первые наблюдатели отмечали, что протоплазма, выдавленная из растительной клетки, не смешивается с водой и сохраняет целостность.

Томас Грехем (Thomas Graham), посвятивший всю жизнь исследованию диффузии, делает в 1861 г. следующий шаг, имевший принципиальное значение для развития альтернатив мембранной теории - вводит понятие коллоидного состояния вещества и приходит к выводу, что вода активно взаимодействует с веществами биологического происхождения, например, с желатиной, крахмалом и т.п.

При этом она переходит в связанное состояние и значительно меняет свои свойства как растворитель по сравнению с обычной водой. Именно благодаря связанной воде, как он полагал, тонкие пластины, приготовленные из различных гелей, обладали свойством полупроницаемости.

Далее Отто Бючли (Otto Bütscli) был первым, кто в 1894 году высказал мысль, впоследствии надолго забытую общепринятыми представлениями, о том, что протоплазма является структурированной, организованной системой, а не гомогенным коллоидом и тем более не раствором. Для сохранения целостности такой протоплазмы, как он полагал, мембрана не требуется.

В 1905 году Макаллум (Macallum), используя метод внутриклеточного осаждения K+кобольтонитритом натрия (sodium coboltinitrite) впервые показывает, что K+локализован главным образом в А-дисках миофибрилл мышечных клеток.

В 1906 году Мур (Moore), Роаф (Roaf) и др. находят новые экспериментальные свидетельства связанного состояния внутриклеточного K+ и проводят аналогию между механизмами накопления клеткой K+ и кислорода эритроцитом.

Начиная с 1907 и по 1938 год выходит серия работ Мартина Фишера (Martin H. Fischer) и его сотрудников, в которых обосновывается взгляд на протоплазму как на "соединение белка, соли и воды в гигантскую молекулу".

В 1940 году выходит в свет монография Д.Н. Насонова и В.Я. Александрова "Реакция живого вещества на внешние воздействия", в которой впервые за многие годы давалась систематическая развернутая критика мембранной теории. Выдающийся цитолог, первооткрыватель функции аппарата Гольджи, Д.Н. Насонов разработал оригинальные цитологические методы, среди которых центральное место занимал метод исследования распределения между клеткой и средой органических анионов и катионов.

Д.Н. Насонов пришел к выводу, что изменения в поглощении органических ионов покоящейся, возбужденной и поврежденной клеткой объясняются не изменением проницаемости клеточной мембраны, а связыванием этих ионов белками протоплазмы.

Учеником Д.Н. Насонова, А.С. Трошиным, была создана количественная сорбционная теория распределения между клеткой и средой неорганических ионов и нейтральных молекул.

Д.Н. Насонов рассматривал протоплазму как коллоидную фазу, несмешивающуюся с водой, обладающую особыми свойствами (поэтому это направление получило название фазовой теории) и с этих позиций дал последовательное и логичное объяснение многих проблем клеточной физиологии (см. монографию "Местная реакция протоплазмы и распространяющееся возбуждение", М.-Л., Изд-во Академии наук СССР, 1959).

Будучи последовательным, он отрицал значение и даже само существование клеточной мембраны. Поэтому легко понять, каким ударом для него явились присланные ему первые электронно-микроскопические фотографии биологических мембран с хорошо всем знакомой теперь трехслойной структурой.

Несомненно, что такой поворот событий подорвал престиж фазовой теории в глазах обывателей от науки. Однако А.С. Трошин, сменивший Насонова на посту директора Института цитологии АН СССР, сохранил верность своим взглядам и систематизировал их в своей итоговой монографии "Распределение веществ между клеткой и средой" (Л.: Наука, 1985).

Однако время показало, что электронные фотографии мембран кажутся убийственными лишь на первый взгляд. Неожиданно выяснилось, что поверхность протеиноидных микросфер Фокса, которые рассматриваются как один из вариантов первобытной клетки, тоже дают типичную для липидных мембран трехслойную структуру, хотя не содержат в своем составе "ни грамма" липидов. Это доказывает, что поверхностные слои микросфер, коацерватов и клеток не обязательно должны содержать липиды, чтобы выглядеть "как надо". Об этом говорят и электронные микрофотографии мембран митохондрий, из которых экстрагировали липиды: на них видна все та же неизменная трехслойная структура [13].

Из сказанного следует, что липиды биомембранам несомненно нужны, но не для того, для чего они нужны мембранной теории.

Вернемся однако к ходу истории. Первые положения современной фазовой теории были высказаны Лингом в 1952 г. 10 лет спустя он издает обширную монографию "Физическая теория жизни: гипотеза ассоциации-индукции" (A physical theory of the living state: the association-induction hypothesis. Waltham (Massachusttes): Blaisdell, 1962), в которой детально рассматривает все "за" и "против" фазовых представлений и дает объяснение со своих позиций основных феноменов клеточной физиологии.

Последующие 20 лет исследований были подытожены в следующей монографии "В поисках физической основы жизни" (In search of the physical basis of life. New York: Plenum Press, 1984). В ней мы находим фазовые теории электрических потенциалов, окислительного фосфорилирования, мышечного сокращения, активного транспорта через эпителии, подходы к механизмам синтеза белка, роста и дифференциации, канцерогенеза.

Дальнейшее развитие этих идей представлено в последующих монографиях Линга (A Revolution in the Physiology of the Living Cell. Krieger Publishing Company, Malabar, Florida, 1992; Life at the Cell and Below-Cell Level. The Hidden History of a Fundamental Revolution in Biology. Pacific Press, 2001).


ЖИВИТЕЛЬНАЯ СИЛА НАУКИ

Фанатичная преданность какой-либо одной идее на самом деле тормозит развитие науки, а часто и общества. Фанатик везде и во всем видит подтверждение своей правоты.

Но методологическое поощрение любимой точки зрения антинаучно, ибо ясно, что каждая теория допускает проверку самое себя только на своих собственных условиях и поэтому оказывается наилучшим образом защищенной от опровержений. Очень удобная и потому общепринятая позиция, получившая широчайшее признание добропорядочной науки.

Но я утверждаю: без постоянного насилия над добропорядочностью невозможны ни открытия, ни прогресс. Ведь понятно: была бы гипотеза, а нужные факты найдутся. Поэтому в научный обиход необходимо постоянно внедрять высшую форму противоречий - антагонизм идей и принципов, несовместимых с хорошо обоснованными теориями или фактами.

Только при таких условиях будут рождаться новые данные, подвергающие необходимым и полезным испытаниям общепринятую точку зрения. Идеал ученого - специалист, владеющий логикой всех конкурирующих теорий, а не только любимой [15].

Дефекты теории обнаруживаются благодаря контрасту с ее антиподом, а не анализу. Идеи нужно сравнивать с другими идеями, а не с "опытом". Но те из них, которые терпят поражение в соревновании необходимо усовершенствовать, а не отбрасывать. "Делать слабое более сильным", как говорили софисты, и благодаря этому поддерживать движение целого.

Ни одна из теорий не должна превращаться в жесткую хорошо оплачиваемую идеологию.

Наша задача - сохранить не старую, а лучшую теорию.


ЛИТЕРАТУРА

7. Edelmann L. Preferential localized uptake of K+ and Cs+ over Na+ in the A-band of freez-dried embedded muscle section: detection by X-ray microanalysis and laser microprobe mass analysis. Physiol. Chem. Phys., 12: 509-514, 1980.

8. Tasaki I. and Takenaka T. Resting and action potential of squid giant axons intracellulary perfused with sodium-rich solutions. Proc Natl Acad Sci USA 50: 619-626, 1963.

9. Tasaki I. and Takenaka T. Eeffects of various potassium salts and proteases upon excitability of intracellularly perbused squid giant axons. Proc Natl Acad Sci USA 52: 804-810, 1964.

10. Tasaki I., Luxoro M., and Ruarte A. Electrophysiological studies of chilean squid axons under internal perfusion with sodium-rich media. Science 150(698): 899-901, 1965.

11. Fordham S. and Tyson J.T. J. Chem. Soc. 1937: 483, 1937. Обзор других работ такого рода см. обзор Glasstone S. Textbook of Physical Chamistry, 2nd ed., New York: Van Nostrand, 1946.

12. Sjostrand, F.S. The structure of mitochondrial membranes: a new concept. J Ultrastruct Res. 64(3): 217-245, 1978

13. Fleischer S., Fleischer B., Stoeckenius W. Fine structure of lipid-depleted mitochondria. J Cell Biol. 32(1): 193-208, 1967.

14. Matveev V.V. Protoreaction of protoplasm. Cell Mol Biol. 51(8): 715-23, 2005.

15. Matveev V.V., Wheatley D.N. "Fathers" and "sons" of theories in cell physiology: the membrane theory. Cell Mol Biol. 51(8): 797-801, 2005.



В. В. Матвеев


***


Источник.

*

Удивительная сложность клетки





  • 1

Фанатизм по разуму,это хороше качество воли и ее стремления,преданность, любовь к делу ,цели,мировозренческая устойчивость как ядро собирают вокруг себя свободные электроны .Но фанатики жертвуюшие другими или собой ,для уничтожения не согласных,это общественно опасный радикализм крайних форм и поврежденной психики.


Любой фанатизм без чувства меры губителен.

Чувство меры основа основ в любом деле.В работе,отдыхе,вере,атеизме итд.


(Анонимно)
Пока не вижу цели существования Природной биосферы, кроме как среды (механизма, системы жизнеобеспечения), для существования Человека

У кого-то из ам. фантастов прочитал, как заблудившийся в гиперпространстве звездолёт наконец выбрался в привычное измерение. Вынырнули в какой-то галактике и увидели... что выход был из колена огромного, звёздных размеров человека.)

Так что нам ещё очень многое предстоит познать, прежде чем делать столь категоричные выводы, как, скажем, ваш.

(Анонимно)
Из клетки вышли, в клетке и помрём....

  • 1
?

Log in

No account? Create an account