и взаимодействие лиганда осуществляется с единичными рецепторами, это уравнение идентично уравнению Михаэлиса—Ментен для ферментной кинетики. В случае положительной кооперативное™ взаимодействия (п > 1) результирующий отклик системы на сигнал возрастает. Принято считать, что это происходит из-за взаимодействия мембранных рецепторов друг с другом. Примером могут служить высокочувствительные хеморецепторы ракообразных, различающие запахи аминокислот и пептидов (Belli, Rechnitz, 1989). Эти рецепторы расположены на окончаниях дендритов нервных клеток. Чувствительность хеморецепторов голубого краба к запаху аминокислот обнаруживается при концентрации Ю-15 М и определяет дальнейшее поведение краба. Предполагается, что после взаимодействия хотя бы одного рецептора с единичным лигандом кооперативный отклик всех рецепторов вызывает локальную деполяризацию мембраны нервной клетки и соответствующий потенциал действия. Чувствительность мембранного рецептора к изменению состояния соседа определяется интегрирующими свойствами бислойной липидной мембраны, в которой располагаются гидрофобные части рецепторов; при этом значения показателя степени п могут достигать нескольких единиц.

Рецепторы некоторых сенсорных клеток, которые располагаются в эпителии сенсорного органа, функционируют на границе с внешней, в частности с воздушной, средой (например, обонятельные клетки, волосковые клетки слухового аппарата). Они имеют значительно более сложное строение, чем хеморецепторы, функционирующие в гуморальной среде. Собственно рецепторные клетки всегда ориентированы по нормали к внешней границе органа. Они окружены поддерживающими клетками, и в их апикальной части расположены специальные мембранные структуры — реснички и ворсинки. Например, на обонятельных нейронах расположено 6—8 модифицированных ресничек, и предполагается, что на их кончиках имеются хеморецепторы запахов.

Однако особенность восприятия запаха состоит в его векторном характере, т. е. воспринимается направление источника сигнала. По-видимому, определенную роль в этом играет морфология клеточных мембран в апикальной части

131

сенсорной клетки. Реснички, микроворсинки и волоски на окончаниях обонятельных, вкусовых и вестибулярных сенсорных клеток напоминают антенную решетку из вибраторов и щелей (Начала физиологии, 2001). Известно, что разность фаз колебаний, возбуждаемых в одинаковых, но объединенных определенным образом элементах, обеспечивает восприятие сигнала в виде направленного луча. Кроме того, дополнительный эффект пространственной ориентации происходит из-за взаимодействия колебаний двух разных типов на границе разделе двух сред: воздушной и значительно более плотной среды сенсорного органа. Механические колебания, в частности звуковые, распространяются в газовой фазе как продольные волны, а в жидкости — как поперечные. В результате их взаимодействия на границе сенсорного органа могут возникать механические толчки и биения (Иваницкий, Деев, 2001). Реснички на волосковых клетках внутреннего уха воспринимают не только звуковую частоту, но и эти биения, которые вынуждают их поворачиваться в сторону источника звука. Изменение ориентации ресничек немедленно воспринимается нейроном, который передает электрический сигнал исполнительному органу. Электрофизические свойства клеточной мембраны позволяют ей транслировать локальное и даже точечное изменение своего потенциала через жидкокристаллическую структуру липидов с высокой скоростью и со значительным усилением. Это возможно при условии, что периодическое изменение емкости липидного бислоя (ведущий параметр) соизмеримо с частотой возбуждающего сигнала (Рабинович, Тру-бецков, 1984).

По-видимому, из-за сложного строения сенсорных рецепторов многие сенсорные клетки не способны делиться: их деградация или разрушение восполняются за счет стволовых клеток (расположенных вблизи сенсорных клеток), которые при необходимости развиваются как новая сенсорная клетка (Alberts et al., 1994).

Можно предполагать, что таким образом сенсорные органы осуществляют клеточную адаптацию. Если внешняя среда является источником слишком сильного раздражения, разрушающего клеточные рецепторы, то из стволовых клеток сенсорного органа развиваются новые сенсорные клетки, рецепторы которых сохраняют чувствительность к малым изменениям раздражающего фактора на фоне постоянного высокого уровня внешнего раздражения (Richardson, 1993).

132

Для большинства дифференцированных тканей, клетки которых способны делиться, обновление рецепторов происходит не только при делении клетки, но и в процессах внутриклеточной рециркуляции хеморецепторов в составе везикул. При этом клетка, адаптированная к высоким концентрациям определенного лиганда, может формировать хеморецепторы с повышенной чувствительностью к очень малым изменениям этих высоких концентраций.

Таким образом, эффекты ультрамалых доз отнюдь не являются парадоксальными в кооперативных системах. В традиционной фармакологии эти закономерности описываются функцией насыщения «доза—отклик». Однако биохимическая интерпретация такой зависимости в области ультрамалых концентраций требует определенной осторожности, так как концентрация рецепторов, взаимодействующих с лигандом, не учитывается в уравнении, приведенном на с. 130. Традиционно предполагается, что концентрация рецепторов значительно меньше концентрации специфических лигандов и соответственно реакцию можно описать уравнением первого порядка. В тех системах, где концентрация или активность лигандов может быть измерена независимым биохимическим и одновременно биологическим методами, линейной корреляции между ними, как правило, не наблюдается. В частности, при сравнении активности нейраминидазы по гидролизу олигомерного субстрата с ее активностью по гидролизу рецепторов эритроцитов между ними наблюдается нелинейная зависимость. В этом случае, как и в реакции гемагглютинации эритроцитов вирусами гриппа и при многих других биологических взаимодействиях, измеряемых на определенном отрезке времени, титр реакции (отклик) связан с аналитической концентрацией реагента логарифмическим законом (Шатаева и др., 1978). Это свидетельствует о том, что реакции, возбуждаемые реагентом при воздействии на клетку, могут иметь не кооперативный, а каскадный (цепной) характер.

Латеральная подвижность фосфолипидных элементов плазматической мембраны и их чувствительность к распределению положительно заряженных групп в окружающей среде предопределяют их уязвимость для внешней молекулярной агрессии. Большинство пептидных антибиотиков и токсинов используют именно эти механизмы для нарушения клеточной проницаемости. В частности, стрептолизин О (пептидный токсин) при пикомолярных концентрациях присоединяется к холестерину плазматической мембраны и обра-

133

зует кольцевую структуру (пору) с диаметром 30 нм (Palmer et al, 1998). Этот процесс завершается истечением содержимого клетки наружу и ее гибелью. Аналогично действуют пептиды-антибиотики дефенсины и протегрины, содержащие в структуре избыток лизина и аргинина (Кокр