В результате изучения данной главы студенты должны:

знать

• виды межклеточных коммуникаций;
• свойства гормонов и гормоноподобных веществ;
• строение гормональных рецепторов;
• механизмы реализации гормональных аффектов;

уметь

• давать характеристику основным группам гормонов и основным типам метаботропных рецепторов;
• разобраться в местах локализации гормональных рецепторов и в механизмах экскреции гормонов;

владеть

Методами прогноза возможных физиологических эффектов на основе химической структуры гормона и типа рецептора.

Регуляторные системы организма. Виды гуморальной регуляции и место эндокринной системы

Организм человека состоит приблизительно из 10 13 клеток, и все эти клетки должны работать согласованно, обеспечивая его выживание и, более того, оптимальное существование в постоянно меняющихся условиях. Для того чтобы из миллиардов клеток создать целостный, интегрированный организм, способный к самовосстановлению, самовоспроизведению и адаптации, необходима постоянно действующая система межклеточных коммуникаций, без которых невозможна надежная система управления функциями.

Уровни управления в организме можно разделить на внутриклеточные (обеспечивающие управление на уровне клетки) и межклеточные (обеспечивающие согласованную работу различных тканей, органов и систем органов целостного организма). В каждом случае системы управления могут быть неспециализированными и специализированными. Для соединений, используемых в неспециализированных системах управления, функция передачи информации не является главной, а акцент сдвинут в сторону их использования в качестве источников пластического или энергетического материала. Таким веществом может быть, например, глюкоза. В специализированном управлении участвуют соединения, главной функцией которых является передача информации, поэтому их называют сигнальными.

В ходе эволюционного процесса сформировались три системы , так или иначе отвечающие названию «сигнальные»: нервная , эндокринная и иммунная. Они очень сильно связаны между собой, что дает основание говорить о единой нейро-иммунно-эндокринной системе, хотя их описание на первых порах приходится производить раздельно. Все эти системы способны к дистантному управлению процессами жизнедеятельности, но достигают этого разными способами.

В зависимости от расстояния действия сигнального соединения различают местное и системное управление.

К местному {региональному) управлению относятся внутриклеточная (интракринная), аутокринная, юкстакринная и паракринная системы контроля (рис. 1.1).

Рис. 1.1.

При внутриклеточном контроле вещество-регулятор вырабатывается в клетке и действует на ее работу через внутриклеточные рецепторы. При аутокринном, ткстакринном и паракринном контроле вещество-регулятор покидает клетку и воздействует на нее же или на соседние клетки.

Системное управление отличается большой дистантностыо воздействия и подразделяется на эндокринное, нейроэндокринное и нейрокрин- ное (рис. 1.2).

Рис. 1.2.

а - эндокринный; б - нсйрокринный; в - нейроэндокринный

При эндокринной форме регуляции клетки железы или какой-то иной клетки выделяют гормон (от греч. оррасо - возбуждаю), который попадает в системный кровоток и способен воздействовать на все структуры организма, в которых есть рецепторы к этому гормону. Форма гормонального ответа зависит от типа ткани и разновидностей рецептора, реагирующих на этот гормон.

При нейроэндокринной форме регуляции нейрогормон сегрегируется терминалями аксонов в специализированную капиллярную сеть и из нее поступает в системный кровоток. Далее происходят те же явления, что и в случае эндокринного способа системной регуляции.

При нейрокринной форме регуляции нейроны вырабатывают нейромедиаторы, воздействующие на близлежащие клеточные структуры через специализированные рецепторы. Следовательно, имеет место разновидность паракринной регуляции, при которой дистантность действия достигается длиной аксонов и количеством синаптических переключений.

Вещества, выполняющие специфические функции передачи информации от одной клетки к другой, называются информонами. Информоны обычно не выполняют энергетических или пластических функций, а действуют на клетки через специальные распознающие молекулы - рецепторы. Содержание информонов в крови очень мало (10 6 -10“ 12 моль), а время их жизни обычно очень коротко, хотя они могут запускать длительные регуляторные каскады как в отдельных клетках, так и организме в целом.

Среди информонов с некоторой долей условности выделяют группу тканевых гормонов (гистогормонов), участвующих главным образом в процессах местной регуляции. Однако гистогормоны могут включаться и в общую регуляторную систему организма. Обычно гистогормоны секре- тируются из отдельных клеток различных систем органов, не образуя специализированных желез. Примером могут служить простагландины и тромбоксаны. Гистогормоны обычно действуют короткое время и вблизи от места секреции.

Вторая группа информонов - гормоны. Гормоны обычно образуются в особых секреторных клетках, которые или образуют компактные органы - железы, или расположены по одной или группами внутри органов. Секреторным клеткам свойственны некоторые морфологические особенности. Обычно синтез и «упаковка» гормонов происходят в одной части клеток, а их выброс в кровь - в другой. Чаще всего синтезируемые гормоны накапливаются к комплексе Гольджи - основном «складском помещении» клетки. Там, по мере надобности, гормоны упаковываются в маленькие секреторные пузырьки - гранулы, которые отпочковываются от комплекса Гольджи и передвигаются по цитоплазме к наружной мембране клетки, через которую гормон выбрасывается в кровь. Некоторые гормоны, например половые, не упаковываются в гранулы и выходят из секретирующей клетки в виде отдельных молекул. Выброс гормона в кровь происходит не постоянно, но только в том случае, когда к секретирующей клетке приходит специальный сигнал, под действием которого пузырьки высвобождают гормон во внеклеточную среду.

Однако в последние годы стало очевидно, что гормоны смогут выделяться не только из клеток специализированных эндокринных желез, но и из клеток многих других органов и тканей. Так, нейроны гипоталамуса способны вырабатывать целый набор гормональных факторов, таких как либерины, статины и другие гормоны, клетки сердечной мышцы выделяют в кровь натрийуретический пептид, лимфоциты выделяют ряд гормонов - стимуляторов иммунитета, наконец, множество пептидных гормонов синтезируются в слизистой кишечника.

Описание презентации ЛЕКЦИЯ № 14 Регуляторные системы организма. Биохимия по слайдам

ПЛАН ЛЕКЦИИ 1. Регуляторные системы организма. Уровни и принципы организации. 2. Гормоны. Определение понятия. Особенности действия. 3. Классификация гормонов: по месту синтеза и химической природе, свойствам. 4. Основные представители гормонов 5. Этапы метаболизма гормонов.

Основные свойства живых организмов 1. Единство химического состава. 2. Обмен веществ и энергии 3. Живые системы – открытые системы: используют внешние источники энергии в виде пищи, света и т. п. 4. Раздражимость - способность живых систем реагировать на внешние или внутренние воздействия (изменения). 5. Возбудимость - способность живых систем отвечать на действие раздражителя. 6. Движение, способность к перемещению. 7. Размножение, обеспечивающее непрерывность жизни в ряду поколений 8. Наследственность 9. Изменчивость 10. Живые системы – самоуправляющиеся, саморегулирующиеся, самоорганизующиеся системы

Живые организмы способны поддерживать постоянство внутренней среды — гомеостаз. Нарушение гомеостаза приводит к болезни или смерти. Показатели гомеостаза млекопитающих Регуляция р. Н Регуляция водно-солевого обмена. Регуляция концентрации веществ в организме Регуляция обмена веществ Регуляция скорости энергетического обмена Регуляция температуры тела.

Гомеостаз в организме поддерживается за счет регуляции скорости ферментативных реакций, за счет изменения: I). Доступности молекул субстрата и кофермента; II). Каталитической активности молекул фермента; III). Количества молекул фермента. S PE * S Кофермент Витамин P Клетка

В многоклеточных организмах в поддержании гомеостаза участвуют 3 системы: 1). Нервная 2). Гуморальная 3). Иммунная Регуляторные системы функционируют с участием сигнальных молекул. Сигнальные молекулы – это органические вещества, которые переносят информацию. Для передачи сигнала: А). ЦНС использует нейромедиаторы (регулирует физиологические функции и работу эндокринной системы) Б). Гуморальная система использует гормоны (регулирует метаболические и физиологические процессы, пролиферацию, дифференцировку клеток и тканей) В). Иммунная система использует цитокины (защищает организм от внешних и внутренних патогенных факторов, регулирует иммунные и воспалительные реакции, пролиферацию, дифференцировку клеток, работу эндокринной системы)

í å ø í è å è â í ó ò ð å í í è å ô à ê ò î ð û Ö Í Ñ Ã è ï î ò à ë à ì ó ñ Ã è ï î ô è ç Ý í ä î ê ð è í í û å æ å ë å ç û Ò ê à í è ì è ø å í èí å é ð î ì å ä è à ò î ð û ð å ë è ç è í ã ã î ð ì î í û ë è á å ð è í û ñ ò à ò è í û ò ð î ï í û å ã î ð ì î í û S PEI. I I I. Первый уровень - ЦНС. Нервные клетки получают сигналы из внешней и внутренней среды, преобразуют их в форму нервного импульса и передают через синапсы, используя нейромедиаторы, которые вызывают изменения метаболизма в эффекторных клетках. Второй уровень - эндокринная система. Включает гипоталамус, гипофиз, периферические эндокринные железы, а также отдельные клетки (АПУД система), синтезирующие под влиянием соответствующего стимула гормоны, которые через кровь действуют на ткани-мишени. Третий уровень - внутриклеточный. На метаболические процессы в клетке влияют субстраты и продукты обмена веществ, а также тканевые гормоны (аутокринно). Системы регуляции образуют 3 иерархических уровня

Принципы организации нейроэндокринной системы В основе работы нейроэндокринной системы лежит принцип прямой, обратной, положительной и отрицательной связи. 1. Принцип прямой положительной связи – активация текущего звена системы приводит к активации следующего звена системы, распространению сигнала в сторону клеток-мишеней и возникновению метаболических или физиологических изменений. 2. Принцип прямой отрицательной связи – активация текущего звена системы приводит к подавлению следующего звена системы и прекращению распространения сигнала в сторону клеток-мишеней. 3. Принцип обратной отрицательной связи – активация текущего звена системы вызывает подавление предыдущего звена системы и прекращение его стимулирующего влияния на текущую систему. Принципы прямой положительной и обратной отрицательной связи являются основой для поддержания гомеостаза.

Ãîíàäîòðîïèí- ðåëèçèíã ãîðìîí ÃÈÏÎÒÀËÀÌÓÑÃÈÏÎÔÈÇ ÔÑÃ ÔÎËËÈÊÓË Ýñòðàäèîë 4. Принцип обратной положительной связи – активация текущего звена системы вызывает стимуляцию предыдущего звена системы. Основа циклических процессов.

Гормоны – органические сигнальные молекулы беспроводного системного действия. 1. Синтезируются в эндокринных железах, 2. транспортируются кровью 3. действуют на ткани мишени (гормоны щитовидной железы, надпочечников, поджелудочной железы и т. д). Всего известно более 100 гормонов. Термин гормон (hormao — возбуждаю, пробуждаю) введено в 1905 г. Бейлисом и Старлингом для выражения активности секретина. Гормоны

Ткань мишень – ткань, в которой гормон вызывает специфическую биохимическую или физиологическую реакцию. Клетки тканей мишеней для взаимодействия с гормоном синтезируют специальные рецепторы, количество и тип которых определяет интенсивность и характер ответа. В организме около 200 типов дифференцированных клеток, лишь некоторые из них продуцируют гормоны, но все являются мишенями для действия гормонов.

Особенности действия гормонов: 1. Действуют в малых количествах (10 -6 -10 -12 ммоль/л); 2. Существует абсолютная или высокая специфичность в действии гормонов. 3. Переносят только информацию. Не используются в энергетических и строительных целях; 4. Действуют опосредованно через каскадные системы, (аденилатциклазную, инозитолтрифосфатную и др. системы) взаимодействуя с рецепторами; 5. Регулируют активность, количество белков (ферментов), транспорт веществ через мембрану; 6. Зависят от ЦНС; 7. Беспороговый принцип. Даже 1 молекула гормона способна оказать эффект; 8. Конечный эффект — результат действия множества гормонов.

Гормоны регулируют количество и каталитическую активность ферментов не напрямую, а опосредовано через каскадные системы Каскадные системы: 1. Многократно усиливают сигнал гормона (повышают количество или каталитическую активность фермента) так что 1 молекула гормона способна вызвать изменение метаболизма в клетке 2. Обеспечивают проникновение сигнала в клетку (водорастворимые гормоны в клетку самостоятельно не проникают) Гормоны Ферменты. Каскадные системы х

каскадные системы состоят из: 1. рецепторов; 2. регуляторных белков (G-белки, IRS, Shc, STAT и т. д.). 3. вторичных посредников (messenger — посыльный) (Са 2+, ц. АМФ, ц. ГМФ, ДАГ, ИТФ); 4. ферментов (аденилатциклаза, фосфолипаза С, фосфодиэстераза, протеинкиназы А, С, G, фосфопротеинфосфотаза); Виды каскадных систем: 1. аденилатциклазная, 2. гуанилатциклазная, 3. инозитолтрифосфатная, 4. RAS и т. д.),

Гормоны оказывают как системное, так и местное действие: 1. Эндокринное (системное) действие гормонов (эндокринный эффект) реализуется, когда они транспортируются кровью и действуют на органы и ткани всего организма. Характерно для истинных гормонов. 2. Местное действие гормонов реализуется, когда они действуют на клетки, в которых были синтезированы (аутокринный эффект) , или на соседние клетки (паракринный эффект). Характерно для истинных и тканевых гормонов.

Классификация гормонов А. По химическому строению: 1. Пептидные гормоны Рилизинг-гормоны гипоталамуса Гормоны гипофиза Паратгормон Инсулин Глюкагон Кальцитонин 2. Стероидные гормоны Половые гормоны Кортикоиды кальцитриол 3. Производные аминокислот (тирозин) Тиреоидные гормоны Катехоламины 4. Эйкозаноиды — производные арахидоновой кислоты (гормоноподобные вещества) Лейкотриены, Тромбоксаны, Простагландины, Простациклины

Б. По месту синтеза: 1. Гормоны гипоталамуса 2. Гормоны гипофиза 3. Гормоны поджелудочной железы 4. Гормоны паращитовидной железы 5. Гормоны щитовидной железы 6. Гормоны надпочечников 7. Гормоны гонад 8. Гормоны ЖКТ 9. и т. д

В. По биологическим функциям: Регулируемые процессы Гормоны Обмен углеводов, липидов, аминокислот Инсулин, глюкагон, адреналин, кортизол, тироксин, соматотропин Водно-солевой обмен Альдостерон, антидиуретический гормон Обмен кальция и фосфатов Паратгормон, кальцитонин, кальцитриол Репродуктивная функция Эстрадиол, тестостерон, прогестерон, гонадотропные гормоны Синтез и секреция гормонов эндокринных желёз Тропные гормоны гипофиза, либерины и статины гипоталамуса Изменение метаболизма в клетках, синтезирующих гормон Эйкозаноиды, гистамин, секретин, гастрин, соматостатин, вазоактивный интестинальный пептид (ВИП), цитокины

Релизинг гормоны — поддерживают базальный уровень и физиологические пики продукции тропных гормонов гипофиза и нормальное функционирование периферических желёз внутренней секреции Релизинг-факторы (гормоны) Либерины Активация секреции тропных гормонов Статины Ингибирование секреции тропных гормонов. Гормоны Гипоталамуса

Тиреотропин релизинг гормон (ТРГ) Трипептид: ПИРО-ГЛУ-ГИС-ПРО-NH 2 C O CO NH CO N O C NH 2 CH 2 N H Стимулирует секрецию: Тиреотропного гормона (ТТГ) Пролактина Соматотропина

Гонадотропин релизинг гормон (ГРГ) Декапептид: ПИРО-ГЛУ-ГИС-ТРП-СЕР-ТИР-ГЛИ-ЛЕЙ-АРГ-ПРО-ГЛИ-NH 2 Стимулирует секрецию: Фоликулостимулирующего гормона Лютеинезирующего гормона Кортикотропин релизинг гормон (КРГ) Пептид 41 амино-кислотный остаток. Стимулирует секрецию: вазопрессина окситоцина катехоламинов ангиотензина-

Соматостанин релизинг гормон (СРГ) Пептид 44 аминокислотных остатка ингибирует секрецию соматотропина Соматотропин ингибирующий гормон (СИГ) Тетрадекопептид (14 аминокислотных остатка) АЛА-ГЛИ-ЦИС-ЛИЗ-АСН-ФЕН-ТРП-ЛИЗ-ТРЕ-ФЕН-ТРЕ-СЕР-ЦИС-NH 2 S S Ингибируют секрецию: гормона роста, инсулина, глюкагона. Меланотропин релизинг гормон Меланотропин ингибирующий гормон Регулируют секрецию меланостимулирующего гормона

Гормоны гипофиза Передняя доля гипофиза 1 Соматомаммотропины: — гормон роста — пролактин — хорионический соматотропин 2 Пептиды: — АКТГ — -липотропин — энкефалины — эндорфины — меланостимулирующий гормон 3 Гликопротеиновые гормоны: — тиреотропин — лютеинезирующий гормон — фоликулостимулирующий гормон — хорионический гонадотропин. ПОМК

Задняя доля гипофиза Вазопрессин Н-ЦИС-ТИР-ФЕН-ГЛН-АСН-ЦИС-ПРО-АРГ-ГЛИ-CO-NH 2 S S Синтезируется супраоптическим ядром гипоталамуса Концентрация в крови 0 -12 пг/мл Выброс регулируется кровопотерей Функции: 1) стимулирует реабсорбцию воды 2) стимулирует глюконеогенез, гликогенолиз 3) сужает сосуды 4) является компонентом стрессорной реакции

Окситоцин Н-ЦИС-ТИР-ИЛЕ-ГЛН-АСН-ЦИС-ПРО-ЛЕЙ-ГЛИ-СО-NH 2 S S Синтезируется паравентрикулярным ядром гипоталамуса Функции: 1) стимулирует секрецию молока молочными железами 2) стимулирует сокращения матки 3) релизинг фактор для выброса пролактина

Основные стероидные гормоны С OCH 3 O С OCH 2 OH O HOOH HC OПрогестерон Кортикостерон Кортизол Альдостерон. Гормоны периферических желез

Гастроинтестинальные (кишечные) гормоны 1. Семейство гастрин-холецистокинин -гастрин -холецистокинин 2. Семейство секретин-глюкагона -секретин -глюкагон -желудочно-ингибирующий пектид -вазоактивный интестинальный пептид -пептид гистидин-изолейцин 3. Семейство РР -панкреотический полипептид -пептид YY -нейропептид Y 4. Другие пептиды -соматостатин -нейротензин -мотилин -вещество Р -панкреостатин

Этапы метаболизма гормонов Пути обмена гормонов зависят от их природы 1. Синтез 2. Активация 3. Хранение 4. Секреция 5. Транспорт 6. Действие 7. Инактивация

Синтез, активация, хранение и секреция пептидных гормонов ДНК Экзон. Интрон Пре м-РНК транскрипция препрогормонм-РНК процессинг трансляция Цитоплазматическая мембрана прогормон Активный гормон. Сигнальный пептид Секреторные пузырьки Протеолиз, гликозилирование Ядро Рибосомы ШЭР Комплекс Гольджи АТФСигнальные молекулы

Транспорт пептидных гормонов осуществляется в свободном виде (водорастворимы) и в комплексе с белками. Механизм действия. Пептидные гормоны взаимодействуют с мембранными рецепторами и через систему внутриклеточных посредников регулируют активность ферментов, что влияет на интенсивность метаболизма в тканях мишенях. В меньшей степени пептидные гормоны регулируют биосинтез белка. Механизм действия гормонов (рецепторы, посредники) рассмотрен в разделе ферменты. Инактивация. Гормоны инактивируются гидролизом до АК в тканях мишенях, печени, почках и т. д. Время полураспада инсулина, глюкагона Т½ = 3 -5 мин, у СТГ Т½= 50 мин.

Механизм действия белковых гормонов (аденилатциклазная система)Ц П М Белковый гормон G-белок R АТФ ц. АМФ Протеинкиназа (акт) Е (неакт) Е (акт) Фосфорилирование. АЦ Субстрат Продукт

1. Синтез гормонов происходит из холестерина в гладком ЭПР и митохондриях коры надпочечников, гонадах, коже, печени, почках. Превращение стероидов состоит в отщеплении алифатической боковой цепи, гидроксилировании, дегидрировании, изомеризации, либо в ароматизации кольца. 2. Активация. Стероидные гормоны часто образуются уже в активном виде. 3. Хранение. Синтезированные гормоны накапливаются в цитоплазме в комплексе со специальными белками. 4. Секреция стероидных гормонов происходит пассивно. Гормоны переходят с цитоплазматических белков в клеточную мембрану, откуда их забирают транспортные белки крови. 5. Транспорт. Стероидные гормоны, т. к. они водонерастворимы, переносятся в крови преимущественно в комплексе с транспортными белками (альбумины).

Синтез кортикоидных гормонов 17ά оксипрегненолон. Х олестерин П регненолон Прогестерон 11β оксипрегненолон 21 оксипрегненолон 18 оксипрегненолон 17ά оксипрогестерон 21 дезоксикортизол 17ά , 21 диоксипрегненолон 11 дезоксикортизол кортизон 18 оксидезоксикорти костерон 18 оксикортикостерон альдостерон 11β, 21 диоксипрегненолон 11β оксипрогестерон дезоксикортикос терон кортикостерон

Механизм действия стероидных гормонов. Ц П М G RЦиторецептор RG Активированный гормон – рецепторный комплекс R G ДНК И — РНК Синтез белка. Ионы Глюкоза АК

Инактивация. Стероидные гормоны инактивируются так же как и ксенобиотики реакциями гидроксилирования и конъюгации в печени и тканях мишенях. Инактивированные производные выводятся из организма с мочой и желчью. Период полураспада в крови обычно больше пептидных гормонов. У кортизола Т½ = 1, 5 -2 часа.

МЕТАБОЛИЗМ КАТЕХОЛАМИНОВ Симпато-адреналовая ось. OH CH 2 Òèð HC COOH NH 2 Î2 Í2Î OH CH 2 ÄÎÔÀ HC COOH NH 2 OH OH CH 2 äîôàìèí H 2 CNH 2 OH ÑÎ2 OH HC íîðàäðåíàëèí H 2 CNH 2 OH ÎÍ ÄÎÔÀ- äåêàðáîêñèëàçà Òèðîçèí- ìîíîîêñèãåíàçà äîôàìèí- ìîíîîêñèãåíàçà OH HC àäðåíàëèí H 2 C N+(CH 3)3 OH ÎÍ 3 SAM 3 SAÃ ìåòèë- òðàíñôåðàçà Fe 2+B 6âèò. Ñ Cu 2+ íîðàäðåíàëèí Î2 Í2Î 1. Синтез катехоламинов происходит в цитоплазме и гранулах клеток мозгового слоя надпочечников. Катехоламины сразу образуются в активной форме. Норадреналин образуется в основном в органах, иннервируемых симпатическими нервами (80% от общего количества). Н-СН

2. Хранение катехоламинов происходит в секреторных гранулах. Катехоламины поступают в гранулы путём АТФ-зависимого транспорта и хранятся в них в комплексе с АТФ в соотношении 4: 1 (гормон-АТФ). 3. Секреция гормонов из гранул происходит путём экзоцитоза. В отличие от симпатических нервов, клетки мозгового слоя надпочечников лишены механизма обратного захвата выделившихся катехоламинов. 4. Транспорт. В плазме крови катехоламины образуют непрочный комплекс с альбумином. Адреналин транспортируется в основном к печени и скелетным мышцам. Норадреналин лишь в незначительных количествах достигает периферических тканей. 5. Действие гормонов. Катехоламины регулируют активность ферментов, они действуют через цитоплазматические рецепторы. Адреналин через α-адренергические и β-адренергические рецепторы, норадреналин – через α-адренергические рецепторы. Через β-рецепторы активируется аденилатциклазная система, через α 2 -рецепторы ингибируется. Через α 1 -рецепторы активируется инозитолтрифосфатная система. Эффекты катехоламинов многочисленны и затрагивают практически все виды обмена. 7. Инактивация. Основная часть катехоламинов быстро метаболизируется в различных тканях при участии специфических ферментов.

МЕТАБОЛИЗМ ТИРЕОИДНЫХ ГОРМОНОВ Гипоталамо-гипофизарно-тиреоидная ось Синтез тиреоидных гормонов (йодтиронины: 3, 5, 3′-трийодтиронин (трийодтиронин, Т 3) и 3, 5, 3′, 5′-тетрайодтиронин (Т 4, тироксин)) происходит в клетках и коллоиде щитовидной железе. 1. В тиреоцитах (в фолликулах) синтезируется белок тиреоглобулин. (+ ТТГ) Это гликопротеин с массой 660 к. Д, содержащий 115 остатков тирозина, 8 -10% его массы приходиться на углеводы. Сначала на рибосомах ЭПР синтезируется претиреоглобулин, который в ЭПР формирует вторичную и третичную структуру, гликозилируется и превращается в тиреоглобулин. Из ЭПР тиреоглобулин поступает в аппарат Гольджи, где включается в секреторные гранулы и секретируется во внеклеточный коллоид.

2. Транспорт йода в коллоид щитовидной железы. Йод в виде органических и неорганических соединений поступает в ЖКТ с пищей и питьевой водой. Суточная потребность в йоде 150 -200 мкг. 25- 30% этого количества йодидов захватывается щитовидной железой. I — поступает в клетки щитовидной железы активным транспортом при участии йодид-переносящего белка симпортом с Nа+. Далее I — пассивно по градиенту поступает в коллоид. 3. Окисление йода и йодирование тирозина. В коллоиде при участии гемсодержащей тиреопероксидазы и Н 2 О 2 I — окисляется в I + , который йодирует остатки тирозина в тиреоглобулине с образованием монойодтирозинов (МИТ) и дийодтирозинов (ДИТ). 4. Конденсация МИТ и ДИТ. Две молекулы ДИТ конденсируются с образованием йодтиронина Т 4, а МИТ и ДИТ - с образованием йодтиронина Т 3.

2. Хранение. В составе йодтиреоглобулина тиреоидные гормоны накапливаются и хранятся в коллоиде. 3. Секреция. Йодтиреоглобулин фагоцитируется из коллоида в фолликулярную клетку и гидролизуется в лизосомах с освобождением Т 3 и Т 4 и тирозина и других АК. Аналогично стероидным гормонам, водонерастворимые тиреоидные гормоны в цитоплазме связываются со специальные белками, которые переносят их в состав клеточной мембраны. В норме щитовидная железа секретирует 80- 100 мкг Т 4 и 5 мкг Т 3 в сутки. 4. Транспорт. Основная часть тиреидных гормонов транспортируется в крови в связанной с белками форме. Основным транспортным белком йодтиронинов, а также формой их депонирования служит тироксинсвязывающий глобулин (ТСГ). Он обладает высоким сродством к Т 3 и Т 4 и в нормальных условиях связывает почти всё количество этих гормонов. Только 0, 03% Т 4 и 0, 3% Т 3 находятся в крови в свободной форме.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ 1. На основной обмен. являются разобщителями биологического окисления — тормозят образование АТФ. Уровень АТФ в клетках снижается и организм отвечает повышением потребления О 2, усиливается основной обмен. _ 2. На углеводный обмен: — повышает всасывание глюкозы в ЖКТ. — стимулирует гликолиз, пентозофосфатный путь окисления. — усиливает распад гликогена — повышает активность глюкозы-6 -фосфатазы и др. ферментов 3. На обмен белка: — индуцируют синтез (как и стероиды) — обеспечивают положительный азотистый баланс — стимулируют транспорт аминокислот 4. На липидный обмен: — стимулируют липолиз — усиливают окисление жирных кислот — тормозят биосинтез холестерина. Трийодтиронин и тироксин связываются с ядерным рецептором клеток-мишений

Инактивация йодтиронинов осуществляется в периферических тканях в результате дейодирования Т 4 до «реверсивной» Т 3 по 5, полного дейодирования, дезаминирования или декарбоксилирования. Йодированные продукты катаболизма йодтиронинов конъюгируют в печени с глюкуроновой или серной кислотами, секретируются с жёлчью, в кишечнике вновь всасываются, дейодируются в почках и выделяются с мочой. Для Т 4 Т½ =7 дней, для Т 3 Т½ =1 -1, 5 дня.

План лекции 1. Стресс – как общий адаптационный синдром 2. Стадии стресс-реакций: характеристика метаболических и биохимических изменений. 3. Роль гипофизарно-надпочечниковой системы, катехоламинов, СТГ, инсулина, гормонов щитовидной железы, половых гормонов в реализации адаптивных процессов в организме.

Адаптация (от лат. аdaptatio)- приспособление организма к условиям существования. Цель адаптации — устранение или ослабление вредного действия факторов окружающей cреды: 1. биологических, 2. физических, 3. химических, 4. социальных.

Адаптация СПЕЦИФИЧЕСКАЯ НЕСПЕЦИФИЧЕСКАЯ Вызывает изменения в организме, направленные на ослабление или устранение действия конкретного неблагоприятного фактора. Обеспечивает активизацию защитных систем организма, для адаптации к любому фактору среды.

3 вида адаптационных реакций 1. реакция на слабые воздействия – реакция тренировки (по Гаркави, Квакиной, Уколовой) 2. реакция на воздействия средней силы – реакция активации (по Гаркави, Квакиной, Уколовой) 3. реакция на сильные, чрезвычайные воздействия – стресс-реакция (по Г. Селье)

Впервые представление о стрессе (от англ. stress — напряжение) сформулировал канадский ученый Ганс Селье в 1936 г (1907 -1982 г. г.). Стресс — особое состояние организма человека и млекопитающих, возникающее в ответ на сильный внешний раздражитель -стрессор Вначале для обозначения стресса использовался термин общий адаптационный синдром (ОАС). Термин «стресс» стали использовать позднее.

Стрессор (синонимы: стресс-фактор, стресс-ситуация) - фактор, вызывающий состояние стресса. 1. Физиологический (чрезмерная боль, сильный шум, воздействие экстремальных температур) 2. Химический (прием ряда лекарственных препаратов, например, кофеина или амфетаминов) 3. Психологический (информационная перегрузка, соревнование, угроза социальному статусу, самооценке, ближайшему окружению и др.) 4. Биологический (инфекции)

1. разрастание коры надпочечников; 2. уменьшение вилочковой железы (тимус); 3. изъязвление желудка. Классическая триада ОАС:

Механизмы, повышающие адаптационные возможности организма к стрессору при ОАС: Мобилизации энергетических ресурсов (Повышение уровня глюкозы, жирных кислот, аминокислот и кетоновых тел) Увеличение эффективности внешнего дыхания. Усиление и централизация кровоснабжения. Увеличение свертывающей способности крови Активация работы ЦНС (улучшение внимания, памяти, сокращение времени реакции и т. д.). Снижение чувства боли. Подавление воспалительных реакций. Снижение пищевого поведения и полового влечения.

Негативные проявления ОАС: Подавление иммунитета (кортизол). Нарушение репродуктивной функции. Нарушение пищеварения (кортизол). Активация ПОЛ (адреналин). Деградация тканей (кортизол, адреналин). Кетоацидоз, гиперлипидемия, гиперхолестеринемия.

Стадии изменения адаптационных возможностей организма при стрессе Уровень резистентности стрессор 1 2 3 1 – фаза тревоги А – шока Б — противошока 2 – фаза резистентности 3 – фаза истощения или адаптации А Б Болезни адаптации, смерть Время

эустресс, при котором адаптационные возможности организма повышаются, происходит его адаптация к стрессовому фактору и ликвидация самого стресса. (адаптация) дистресс (истощение) стресс, при котором адаптационные возможности организма снижаются. Дистресс приводит к развитию болезней адаптации, возможно к гибели. Стресс, в зависимости от изменения уровня адаптационных возможностей делится:

Общий адаптационный синдром Развивается с участием систем: гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой. симпато-адреналовой гипоталамо-гипофизарно-тиреоидная ось и гормонов: АКТГ кортикостероидов (глюкокортикоиды, минералокортикоиды, андрогены, эстрогены) Катехоламинов (адреналин, норадреналин) ТТГ и тиреоидных гормонов СТГ

Регуляция секреции гормонов при стрессе Стресс ЦНС Гипоталамус Мозговое вещество надпочечников Адреналин Норадреналин Гипофиз АКТГ ТТГ СТГ Корковое вещество надпочечников Щитовидная железа Глюко- кортикоиды Вазопрессин Минерало- кортикоиды Тиреоидные гормоны Сомато- медины. СНС: параганглии Печень Ткани мишени

Участие гормонов в стадиях ОАС I II III время Уровень резистен- тности дистрессэустресс I стадия – тревоги шок противошок II стадия – резистентности Гормоны: кортизол, СТГ. III стадия – адаптации или истощения При адаптации: — анаболические гормоны: (CТГ, инсулин, половые гормоны). При истощении: -снижение гормонов адаптации. Накопление повреждений. Гормоны: адреналин, вазопрессин, окситоцин, кортиколиберин, кортизол.

O H C H 2 Ò è ðH C C O O HN H 2Î 2 O H C H 2 Ä Î Ô ÀH C C O O HN H 2 O H C H 2 ä î ô à ì è íH 2 C N H 2 O HÑ Î 2 O H H C í î ð à ä ð å í à ë è íH 2 C N H 2 O HÎ 2 Î Í Ä Î Ô À — ä å ê à ð á î ê ñ è ë à ç àÒ è ð î ç è í — ì î í î î ê ñ è ã å í à ç à ä î ô à ì è í — ì î í î î ê ñ è ã å í à ç à O H H C à ä ð å í à ë è íH 2 C N Í C H 3 O H Î ÍS A M S A Ã ì å ò è ë — ò ð à í ñ ô å ð à ç àF e 2 + B 6 â è ò. Ñ C u 2 +í î ð à ä ð å í à ë è í Синтез адреналина

Эффекты Норадреналин Артериальное давление + + + Частота сердечных сокращений + + + Периферическое сопротивление + + + Теплопродукция + + + + Сокращение ГМК + + или — Липолиз (Мобилизация жирных кислот) + + + Синтез кетоновых тел + + Гликогенолиз + + Гликогенез — — Моторика желудка и кишечника — — Потовые железы (Выделение пота) + +

Гипоталамо-гипофизарно-на дпочечниковая ось Глюкокортикоиды (кортизол) + стресс, травма, гипогликемия Минералокортикоиды (альдостерон) + гиперкалиемия, гипонатриемия, ангиотензин II, простагландины, АКТГ Андрогены Эстрогены Кортикостероиды. Гормоны коры надпочечников

кортикотропные клетки передней доли гипофиза Проопиомеланокортин (ПОМК) 241 АК Кортикотропин релизиг гормон дофамин меланотропные клетки средней доли гипофиза

Максимальная секреция АКТГ (а также либерина и глюкокортикоидов) наблюдается утром в 6 -8 часов, а минимальная - между 18 и 23 часами АКТГ MC 2 R (рецептор) кора надпочечников жировая ткань меланокортиновые рецепторы клеток кожи, меланоцитов, клеток иммунной системы и др глюкокортикоиды липолиз Повышение пигментации

Реакции синтеза кортикостероидов H O 1 H O Ñ OC H 3 2 3 4 5 6 789 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 61 71 8 1 9 2 02 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 ÕîëåñòåðèíÏðåãíåíîëîí Ýôèð õîëåñòåðèíà Æèðíàÿ êèñëîòàÍ2Î ëèïèäíàÿ êàïëÿ õîëåñòåðîë- ýñòåðàçà ìèòîõîíäðèÿ õîëåñòåðîë- äåñìîëàçà Ð 4 5 0ÀÊÒÃ

Синтез кортизола и альдостерона. HO ÑO CH 3 Ï ð å ã í å í î ë î í O ÑO CH 3 Ï ð î ã å ñ ò å ð î í O ÑO CH 3 à è ä ð î ê ñ è ï ð î ã å ñ ò å ð î í ÎÍ O ÑO CH 3 OH Ä å ç î ê ñ è ê î ð ò è ç î ë ÎÍ O ÑO CH 3 OH Ê î ð ò è ç î ë ÎÍHO 1 2 3 ã è ä ð î ê ñ è ñ ò å ð î è ä — Ä Ã ö è ò î ï ë à ç ì à 1 7 — ã è ä ð î ê ñ è ë à ç àÝ Ï Ð 2 1 — ã è ä ð î ê ñ è ë à ç à (Ð 4 5 0)Ý Ï Ð 1 1 — ã è ä ð î ê ñ è ë à ç à (Ð 4 5 0) 4 ì è ò î õ î í ä ð è ÿ O ÑO CH 3 OH Ä å ç î ê ñ è ê î ð ò è ê î ñ ò å ð î í O ÑO CH 3 OH Ê î ð ò è ê î ñ ò å ð î í HO CHO O ÑO CH 3 OH À ë ü ä î ñ ò å ð î í HO 2 1 — ã è ä ð î ê ñ è ë à ç àÝ Ï Ð Ï ó ÷ ê î â à ÿ è ñ å ò ÷ à ò à ÿ ç î í à ê ë ó á î ÷ ê î â à ÿ ç î í à 1 1 — ã è ä ð î ê ñ è ë à ç à 1 8 — ã è ä ð î ê ñ è ë à ç à ì è ò î õ î í ä ð è ÿ

Действие глюкокортикоидов (кортизол) в печени в основном оказывают анаболический эффект (стимулирует синтез белков и нуклеиновых кислот). в мышцах, лимфоидной и жировой ткани, коже и костях тормозят синтез белков, РНК и ДНК и стимулирует распад РНК, белков, аминокислот. стимулируют глюконеогенез в печени. стимулируют синтез гликогена в печени. тормозят потребление глюкозы инсулинзависимыми тканями. Глюкоза идет в инсулиннезависимые ткани – ЦНС.

Действие минералокортикоидов (основной представитель альдостерон) Стимулируют: реабсорбцию Na + в почках; секрецию К + , NH 4 + , Н + в почках, потовых, слюнных железах, слиз. обол-ке кишечника. Ингибируют: синтез белков-транспортёров Na; Na + , K + -АТФ-азы; синтез белков-транспортёров К + ; синтез митохондрльных ферментов ЦТК.

Синтез андрогенов и их предшественников в коре надпочечников H O Ñ OC H 3Ïðåãíåíîëîí O Ñ OC H 3Ïðîãåñòåðîí H O Ñ OC H 3 Ãèäðîêñèïðåãíåíîëîí Î Í Òåñòîñòåðîí èçîìåðàçà ÝÏÐ ãèäðîêñèëàçà ìèòîõîíäðèÿ ãèäðîêñèëàçàÝÏÐ H O Î Í Äåãèäðîýïèàíäðîñòåðîí ÀíäðîñòåíäèîëH O Î Í O Ñ OC H 3 Ãèäðîêñèïðîãåñòåðîí Î Í Àíäðîñòåíäèîí O Î Ýñòðàäèîë H O Î Í ÍÀÄÏÎ×Å×ÍÈÊÀÕ ìàëîà ê ò è â í û é ï ð å ä ø å ñ ò â å í í è ê ì à ë î à ê ò è â í û é ï ð å ä ø å ñ ò â å í í è ê ìàëî

Регуляция синтеза и секреции мужских половых гормонов Гипоталамус ПЕРЕДНЯЯ ДОЛЯ ГИПОФИЗА Клетки Сертоли Клетки Лейдига. ФСГ — — Гонадотропин-рилизинг гормон +ЛГ тестостерон сперматогенезингибин ++ + —

Регуляция синтеза и секреции женских половых гормонов Гипоталамус ПЕРЕДНЯЯ ДОЛЯ ГИПОФИЗА Фолликул Жёлтое тело. ФСГ — Гонадотропин-рилизинг гормон ЛГ прогестерон ++ + эстрадиол -+

Действие половых гормонов Андрогены: -регулируют синтез белков у эмбриона в сперматогониях, мышцах, костях, почках и мозге; -оказывают анаболическое действие; -стимулируют клеточное деление и т. д. .

Эстрогены: -стимулируют развитие тканей, участвующих в размножении; -определяют развитие женских вторичных половых признаков; -подготавливают эндометрий к имплантации; -анаболическое действие на кости и хрящи; -стимулируют синтез транспортных белков тиреоидных и половых гормонов; -увеличивают синтез ЛПВП и тормозят образование ЛПНП, что ведёт к снижению ХС в крови и т. д. -влияет на репродуктивную функцию; -действует на ЦНС и т. д. .

Прогестерон: 1. влияет на репродуктивную функцию организма; 2. увеличивает базальную температуру тела после 3. овуляции и сохраняется во время лютеиновой фазы менструального цикла; 4. в высоких концентрациях взаимодействует с рецепторами альдостерона почечных канальцев (альдостерон теряет возможность стимулировать реабсорбцию натрия); 5. действует на ЦНС, вызывая некоторые особенности поведения в предменструальный период.

Соматотропный гормон СТГ – соматотропный гормон (гормон роста) , одноцепочечный полипептид из 191 АК, имеет 2 дисульфидных мостика. Синтезируется в передней доли гипофиза как классический белковый гормон. Секреция импульсная с интервалами в 20 -30 мин.

Гипоталамус ПЕРЕДНЯЯ ДОЛЯ ГИПОФИЗА Печень + глюконеогенез + синтез белка Кости + рост + синтез белка Адипоциты + липолиз — утилизация глюкозы Мышцы + синтез белка — утилизация глюкозы. СТГсоматолиберин соматостатин + — -соматостатинсоматолиберин — + ИФР-

Под действием СТГ в тканях вырабатываются пептиды — соматомедины. Соматомедины или инсулиноподобные факторы роста (ИФР) обладают инсулиноподобной активностью и мощным ростстимулирующим действием. Соматомедины обладают эндокринным, паракринным и аутокринным действием. Они регулируют активность и количество ферментов, биосинтез белков.

Дубинин, Вячеслав Альбертович Регуляторные системы организма человека: Учебное пособие для

студентов вузов обучающихся по направлению подготовки 510600 Биология и биологич/ Владислав Иванович Сивоглазов, Василий Васильевич Каменский, Михаил Романович Сапин. - М.: Дрофа, 2003.- 368 с. : ил.

ISBN 5-7107-6073 -0, 7000 экз.

В пособии на современном уровне, но в доступной для читателя форме изложены основы знаний по анатомии нервной системы, нейрофизиологии и нейрохимии (с элементами психофармакологии), физиологии высшей нервной деятельности и нейроэндокринологии. Для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 510600 Биология, биологическим, а также медицинским, психологическим и другим специальностям

Анатомия и гистология человека ББК 28 .706я73

Предисловие

Для последних лет характерно значительное повышение интереса к психологии и смежным с ней наукам. Результатом этого является организация большого числа вузов и факультетов, осуществляющих подготовку профессиональных психологов, в том числе в таких специфических областях, как психотерапия, педагогическая психология, клиническая психология и др. Все это создает предпосылки для разработки учебников и учебных пособий нового поколения, учитывающих современные научные достижения и концепции.

В предлагаемом учебном пособии рассматриваются естественнонаучные (прежде всего анатомические и физиологические) факты, актуальные для психологических дисциплин. Оно представляет собой целостный курс, в котором данные о высших функциях мозга излагаются на базе нейроморфологических, нейроцитологических, биохимических и молекулярно-биологических представлений. Большое внимание уделяется информации о механизмах действия психотропных препаратов, а также о происхождении основных нарушений деятельности нервной системы.

Авторы надеются, что данное пособие поможет студентам получить надежные базовые знания по целому ряду учебных курсов, посвященных анатомии и физиологии нервной системы, физиологии высшей нервной деятельности (поведения), физиологии эндокринной системы.

Введение

Почему человек всегда пытался узнать, как работают системы, управляющие его организмом? Видимо, потому, что понимание принципов функционирования и взаимодействия нервной и эндокринной систем - самых сложных из всех известных биологических объектов - представляет несомненный интерес. Кроме того, все психические явления выступают производными физических и химических процессов, происходящих в человеческом теле и прежде всего в нервной и эндокринной системах. Раскрыв их суть, можно более осознанно относиться к использованию ресурсов мозга, лечить болезни, корректировать психические функции и т. п.

Подавляющее большинство современных психологов (не говоря уже о

биологах и медиках) исходят из того, что центральная нервная система (ЦНС) в той или иной степени является материальным субстратом психической деятельности. К сожалению, сегодня нейронауки еще далеки от видения полной картины не только принципов, но и частных проявлений работы ЦНС. Недаром один из величайших биологов XX столетия Нобелевский лауреат Ф. Крик пишет, что такие функции мозга человека, как восприятие, сознание, воображение, эмоции, «недоступны пониманию на современном уровне наших знаний. Для того чтобы постичь эти высшие уровни нервной деятельности, очевидно, хорошо было бы как можно больше узнать о более низких уровнях, особенно доступных прямому эксперименту. Необходимо рассмотреть теории, которые касаются переработки информации в больших и сложных системах, будь то информация, поступающая от органов чувств, или инструкции, посылаемые мышцам и железам, или же поток сигналов, заключающийся в обширной нервной и эндокринной активности между этими двумя крайними членами».

Авторы этой книги не ставят целью решение вопроса об отношении психического к физическому. Они лишь исходят из того очевидного факта, что современный психолог, особенно работающий в прикладных сферах, должен владеть базовыми знаниями в таких областях, как анатомия мозга, нейрофизиология, нейрохимия, физиология поведения, нейроэндокринология.

В настоящее время интерес к психологии как профессии чрезвычайно высок. Кроме различных форм подготовки специалистов-психологов, все более развивается система поствузовского обучения, позволяющая осваивать различные области психологии (например, психотерапию) теми, кто уже имеет высшее образование. Студентам читаются курсы анатомии и физиологии нервной системы, физиологии высшей нервной деятельности, физиологии сенсорных систем, иногда - общей биологии и др. Однако специализированных пособий, в которых учитывалась бы специфика преподавания перечисленных дисциплин будущим психологам, явно недостаточно.

В предлагаемом пособии авторы попытались изложить современные представления о принципах устройства и функционирования двух основных интегрирующих и регулирующих систем организма - нервной и эндокринной. Значительное внимание уделено как отдельным молекулярным регуляторам, так и деятельности клеток и клеточных структур, а также системному уровню, обеспечивающему регуляцию внутренних органов, обучение, изменение эмоционального состояния и т. д.

Задача авторов несколько осложнялась тем, что в учебных заведениях психологического профиля не преподают химию и физику. Поэтому сведения, относящиеся к этим разделам знаний, представлены в доступной форме и лишь тогда, когда они необходимы для понимания основ функционирования нервной и эндокринной систем. Химические формулы медиаторов, гормонов и т. п. будут понятны читателям, обладающим соответствующей подготовкой.

Те же, для кого восприятие формул затруднительно, вполне могут овладеть материалом, пользуясь лишь текстом учебника. Авторы старались привести как можно больше примеров, позволяющих наглядно представить, в каких областях могут быть использованы специалистом-психологом излагаемые сведения.

Книга состоит из пяти глав.

В первой главе, посвященной строению клетки - функциональной единицы любого живого организма, изложены основы клеточной теории, данные о химическом составе клеток и важнейших протекающих в них процессах, характеристики основных тканей человеческого организма, в том числе нервной.

Во второй главе дано описание анатомического строения различных составляющих нервной системы: головного и спинного мозга, периферических нервов, вегетативной нервной системы; приведена функциональная характеристика описываемых структур (ядер, трактов и др.).

В третьей главе изложены электрофизиологические и химические основы работы нервных клеток, способы передачи информации от нейрона к нейрону

и от нейронов к исполнительным органам; перечислены основные группы психотропных препаратов, употребляемых в клинике; указаны механизмы действия ряда наркотиков.

В четвертой главе рассмотрены принципы, особенности и типология высшей нервной деятельности (ВНД), разнообразие рефлекторных поведенческих проявлений, механизмы обучения и памяти, системы условного торможения, сна и бодрствования, системы потребностей, мотиваций и эмоций.

В пятой главе, посвященной современным представлениям о деятельности эндокринной системы, ее взаимосвязях с нервной системой и участии гормонов в обеспечении психической деятельности, особое внимание уделено роли эндокринной системы в развитии ряда видов психопатологии.

Пособие может быть использовано при изучении курсов анатомии и физиологии нервной системы, физиологии ВНД, а также родственных учебных дисциплин (например, общей биологии, зоопсихологии, психофизиологии), которые читаются будущим психологам и студентам некоторых других специальностей (педагоги, биологи, медики и т. п.).

1. Основы клеточного строения живых организмов

1.1. Клеточная теория

Все живые организмы на Земле, за небольшим исключением, состоят из клеток. Впервые клетки были описаны в 1665 г. Р. Гуком, увидевшим их в коре пробкового дерева. Но только к 1839 г. усилиями многих ученых была

создана клеточная теория, имеющая в своей основе следующие положения.

1. Все живые существа, от одноклеточных до крупнейших растительных и животных организмов, состоят из клеток.

2. Все клетки сходны по строению, химическому составу, жизненным функциям.

3. Несмотря на то что в многоклеточных организмах отдельные клетки специализируются на выполнении какой-то определенной функции, они способны и к самостоятельной жизнедеятельности, т. е. могут питаться, расти, размножаться.

4. Каждая клетка возникает из клетки.

Таким образом, клетка - элементарная единица живого, лежащая в основе строения, развития и размножения всех живых организмов. Так как многоклеточные организмы представляют собой сложные клеточные структуры, образующие целостные системы, то без понимания основ строения и регуляции процессов жизнедеятельности в одной клетке невозможно понять принципов регуляции всего организма.

1.2. Химическая организация клетки

Организм человека включает множество химических элементов: обнаружено присутствие 86 элементов из таблицы Д. И. Менделеева. Однако 98% массы нашего организма образовано всего четырьмя элементами: кислородом (около 70%), углеродом (15-18%), водородом (около 10%) и азотом (около 2%). Все остальные элементы подразделяются на

макроэлементы (около 2% массы) имикроэлементы (около 0,1% массы). К

макроэлементам относят фосфор, калий, натрий, железо, магний, кальций, хлор и серу, а к микроэлементам - цинк, медь, иод, фтор, марганец и другие элементы. Несмотря на очень малые количества, микроэлементы необходимы как каждой клетке, так и всему организму в целом.

В клетках атомы и группы атомов различных элементов способны терять или приобретать электроны. Так как электрон имеет отрицательный заряд, то потеря электрона приводит к тому, что атом или группа атомов становятся положительно заряженными, а приобретение электрона делает атом или группу атомов отрицательно заряженными. Такие электрически заряженные атомы и группы атомов называются ионами. Противоположно заряженные ионы притягивают друг друга. Связь, обусловленная таким притяжением, называетсяионной. Ионные соединения состоят из отрицательных и положительных ионов, противоположные заряды которых равны по величине,

и поэтому в целом молекула электронейтральна. Примером ионного

соединения может служить поваренная соль, или хлорид натрия NaCl. Это вещество образуют ионы натрия Na+ с зарядом +1 и хлорид-ионы Cl− с зарядом

В состав клетки входят неорганические и органические вещества. Среди неорганических преобладает вода, содержание которой колеблется от 90% в

организме эмбриона до 65% в организме пожилого человека. Вода - универсальный растворитель, и почти все реакции в нашем организме проходят в водных растворах. Внутреннее пространство клеток и органоидов клеток представляет собой водный раствор различных веществ. Растворимые в воде вещества (соли, кислоты, белки, углеводы, спирты и др.) называют гидрофильными, а нерастворимые (например, жиры) -гидрофобными.

Важнейшими органическими веществами, входящими в состав клеток, являются белки. Содержание белков в различных клетках колеблется от 10 до 20%. Белковые молекулы очень велики и представляют собой длинные цепочки (полимеры), собранные из повторяющихся единиц (мономеров). Мономерами белков являютсяаминокислоты. Длина, а следовательно, и масса белковой молекулы могут сильно варьировать: от двух аминокислот до многих тысяч. Короткие белковые молекулы принято называтьпептидами. В состав белков входит около 20 видов аминокислот, соединенных между собойпептидными связями. Последовательность аминокислот в молекуле каждого белка строго определена и называетсяпервичной структурой белка. Эта цепочка аминокислот свертывается в спираль, называемуювторичной структурой белка. У каждого белка эта спираль по-своему располагается в пространстве, скручиваясь в более или менее сложнуютретичную структуру, или глобулу, определяющую биологическую активность молекулы белка. Молекулы некоторых белков образованы несколькими удерживающимися вместе глобулами. Принято говорить, что такие белки имеют, кроме того, и

четвертичную структуру.

Белки выполняют целый ряд важнейших функций, без которых невозможно существование ни отдельно взятой клетки, ни целого организма.

Структурно-строительная функцияоснована на том, что белки - важнейшие составляющие части всех мембран: в большинстве клеток есть цитоскелет, образованный определенными видами белков. В качестве примеров белков, выполняющих структурно-строительную функцию, можно привести коллаген и эластин, которые обеспечивают упругость и прочность кожи и являются основой связок, соединяющих мышцы с суставами и суставы между собой.

Каталитическая функция белков заключается в том, что особые виды белков -ферменты - способны ускорять течение химических реакций, причем иногда во много миллионов раз. Все движения клеток осуществляются с помощью специальных белков (актин, миозин и др.). Таким образом, белки выполняютдвигательную функцию. Другая функция белков,транспортная,

проявляется в том, что они способны переносить кислород (гемоглобин) и целый ряд других веществ: железо, медь, витамины. Основой иммунитета также являются особые белки - антитела, способные связывать бактерии и другие чужеродные агенты, делая их безопасными для организма. Эта функция белков получила названиезащитной. Многие гормоны и другие вещества, регулирующие функции клеток и всего организма, являются

короткими белками, или пептидами. Таким образом, белки выполняют регуляторные функции. (Подробно о регуляторных белках и пептидах см. в разделе, посвященном эндокринной системе.) При окислении белков выделяется энергия, которую организм может использовать. Однако белки слишком важны для организма, да и энергетическая ценность белков ниже, чем у жиров, поэтому обычно белки расходуются на энергетические нужды только в крайнем случае, при истощении запасов углеводов и жиров.

Другой класс химических веществ, необходимый для жизни, - углеводы,

или сахара.Углеводы подразделяются на моносахаридыи полисахариды,

построенные из моносахаридов. Среди моносахаридов важнейшими являются глюкоза, фруктоза, рибоза. Из полисахаридов в животных клетках чаще всего встречается гликоген, а в растительных - крахмал и целлюлоза.

Углеводы выполняют две важнейшие функции: энергетическую и структурно-строительную. Так, для клеток нашего мозга глюкоза является практически единственным источником энергии, и уменьшение ее содержания в крови опасно для жизни. В печени человека хранится небольшой запас полимера глюкозы - гликогена, его достаточно, чтобы покрывать потребность в глюкозе в течение приблизительно двух суток.

Суть структурно-строительной функции углеводов заключается в следующем: сложные углеводы, соединенные с белками (гликопротеины) или жирами (гликолипиды), входят в состав клеточных мембран, обеспечивая взаимодействие клеток между собой.

В состав клеток входят также жиры, илилипиды. Их молекулы построены из глицерина и жирных кислот. К жироподобным веществам относятся холестерин, стероиды, фосфолипиды и др. Липиды входят в состав всех клеточных мембран, являясь их основой. Липиды гидрофобны и вследствие этого непроницаемы для воды. Таким образом, липидные слои мембраны защищают содержимое клетки от растворения. Это их структурностроительная функция. Однако липиды - важный источник энергии: при окислении жиров выделяется в два с лишним раза больше энергии, чем при окислении такого же количества белков или углеводов.

Нуклеиновые кислоты представляют собой полимеры, построенные из мономеров -нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара и остатка фосфорной кислоты. Существуют два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК), отличающиеся по составу азотистых оснований и сахаров.

Азотистых оснований четыре: аденин, гуанин, цитозин итимин. Они и определяют названия соответствующих нуклеотидов: адениловый (А), гуаниловый (Г), цитидиловый (Ц) и тимидиловый (Т) (рис. 1.1).

Каждая цепь ДНК представляет полинуклеотид, состоящий из нескольких десятков тысяч нуклеотидов.

Молекула ДНК имеет сложное строение. Она состоит из двух спирально закрученных цепей, которые по всей длине соединены друг с другом

водородными связями. Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью.

При образовании двойной спирали ДНК азотистые основания одной цепи располагаются в строго определенном порядке против азотистых оснований другой. При этом обнаруживается важная закономерность: против аденина одной цепи всегда располагается тимин другой цепи, против гуанина - цитозин и наоборот. Это объясняется тем, что пары нуклеотидов аденин и тимин, а также гуанин и цитозин строго соответствуют друг другу и являются дополнительными, или комплементарными (от лат.complementum - дополнение), друг другу. Между аденином и тимином всегда возникают две, а между гуанином и цитозином - три водородные связи (рис. 1.2). Следовательно, у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых - числу цитидиловых. Зная последовательность нуклеотидов в одной цепи ДНК, по принципу комплементарности можно установить порядок нуклеотидов другой цепи.

С помощью четырех типов нуклеотидов в ДНК записана вся важная информация об организме, передающаяся по наследству следующим поколениям, другими словами, ДНК выступает носителем наследственной информации.

Рис. 1.1. Четыре нуклеотида, из которых построены все ДНК живой природы

Молекулы ДНК в основном находятся в ядрах клеток, но небольшое их количество содержится в митохондриях и пластидах.

Молекула РНК, в отличие от молекулы ДНК, - полимер, состоящий из одной цепочки значительно меньших размеров. Мономерами РНК являются нуклеотиды, состоящие из рибозы, остатка фосфорной кислоты и одного из четырех азотистых оснований. Три азотистых основания - аденин, гуанин и

цитозин - такие же, как и у ДНК, а четвертое - урацил. Образование полимера РНК происходит через ковалентные связи между рибозой и остатком фосфорной кислоты соседних нуклеотидов.

Выделяют три типа РНК, различающихся по структуре, величине молекул, расположению в клетке и выполняемым функциям.

Рибосомные РНК (р-РНК) входят в состав рибосом и участвуют в формировании активного центра рибосомы, где происходит процесс биосинтеза белка.

Транспортные РНК (т-РНК) - самые небольшие по размеру - транспортируют аминокислоты к месту синтеза белка.

Информационные, илиматричные, РНК (и-РНК) синтезируются на участке одной из цепей молекулы ДНК и передают информацию о структуре белка из ядра клеток к рибосомам, где эта информация реализуется.

Таким образом, различные типы РНК представляют собой единую функциональную систему, направленную на реализацию наследственной информации через синтез белка.

Комплементарное соединение нуклеотидов и образование двухцепочечной молекулы ДНК

Рис. 1.3. Строение молекулы АТФ

Физиологические процессы в организме человека согласованно проте­кают благодаря существованию определенных механизмов их регуляции.

Регуляция различных процессов в организме осуществляется с помощью нервного и гуморального механизмов.

Гуморальная регуляция осуществляется с помощью гуморальных факторов (гормонов ), которые разносятся кровью и лимфой по всему организму.

Нервная регуляция осуществляется с помощью нервной системы.

Нервный и гуморальный способы регуляции функций тесно связаны между собой. На деятельность нервной системы постоянно оказывают влияние приносимые с током крови химические вещества, а образование большинства химических веществ и выделение их в кровь находится под постоянным контролем нервной системы.

Регуляция физиологических функций в организме не может осуществляться с помощью только нервной или только гуморальной регуляции - это единый комплекс нейрогуморалыюй регуляции функций.

В последнее время высказано предположение, что существуют не две системы регуляции (нервная и гуморальная), а три (нервная, гуморальная и иммунная).

Нервная регуляция

Нервная регуляция - это координирующее влияние нервной системы на клетки, ткани и органы, один из основных механизмов саморегуляции функций целостного организма. Нервная регуляция осуществляется с помощью нервных импульсов. Нервная регуляция является быстрой и локальной, что особенно важно при регуляции движений, и затрагивает все(!) системы организма.

В основе нервной регуляции лежит рефлекторный принцип. Рефлекс является универсальной формой взаимодействия организма с окружающей средой, это ответная реакция организма на раздражение, которая осуществляется через центральную нервную систему и контролируется ею.

Структурно-функциональной основой рефлекса является рефлекторная дуга - последовательно соединенная цепочка нервных клеток, обеспечивающая осуществление ответа на раздражение. Все рефлексы осуществляются I благодаря деятельности центральной нервной системы - головного и спинного мозга.

Гуморальная регуляция

Гуморальная регуляция - это координация физиологических и биохимических процессов, осуществляемая через жидкие среды организма (кровь, лимфу, тканевую жидкость) с помощью биологически активных веществ (гормонов), выделяемых клетками, органами и тканями в процессе их жизнедеятельности.

Гуморальная регуляция возникла в процессе эволюции раньше, чем нервная. Она усложнялась в процессе эволюции, в результате чего возникла эндокринная система (железы внутренней секреции).

Гуморальная регуляция подчинена нервной регуляции и составляет совместно с ней единую систему нейрогуморальной регуляции функций организма, которая играет важную роль в поддержании относительного пос­тоянства состава и свойств внутренней среды организма (гомеостаза) и его приспособлении к меняющимся условиям существования.

Иммунная регуляция

Иммунитет - это физиологическая функция, которая обеспечивает устойчивость организма к действию чужеродных антигенов. Иммунитет человека делает его невосприимчивым ко многим бактериям, вирусам, грибкам, глистам, простейшим, различным ядам животных, обеспечивает защиту организма от раковых клеток. Задачей иммунной системы является распознавать и разрушать все чужеродные структуры.

Иммунная система является регулятором гомеостаза. Эта функция осуществляется за счет выработки аутоантител , которые, например, могут связывать избыток гормонов.

Иммунологическая реакция, с одной стороны, является неотъемлемой частью гуморальной, так как большинство физиологических и биохимических процессов осуществляется при непосредственном участии гуморальных посредников. Однако нередко иммунологическая реакция носит прицельный характер и тем самым напоминает нервную регуляцию.

Интенсивность иммунного ответа, в свою очередь, регулируется нейрофильным способом . Работа иммунной системы корректируется мозгом и через эндокринную систему. Такая нервная и гуморальная регуляция осуществляется с помощью нейромедиаторов, нейропептидов и гормонов. Промедиаторы и нейропептиды достигают органов иммунной системы по аксонам нервов, а гормоны выделяются эндокринными железами не­родственно в кровь и таким образом доставляются к органам иммунной системы. Фагоцит (клетка иммунитета), уничтожает бактериальные клетки

Начало формы

Наблюдая за работой своего организма, вы замечали, что после бега повышается частота дыхания и сердечных сокращений. После приема пищи увеличивается количество глюкозы в крови. Однако через некоторое время эти показатели якобы сами по себе приобретают исходных значений. Каким образом происходит такая регуляция?

Гуморальная регуляция (лат. гюмор - жидкость) осуществляется с помощью веществ, которые влияют на процессы метаболизма в клетках, так и на работу органов и организма в целом. Эти вещества попадают в кровь, а из нее - в клетки. Так, повышение уровня углекислого газа в крови увеличивает частоту дыхания.

Некоторые вещества, например гормоны, выполняют свою функцию, даже если их концентрация в крови очень мала. Большинство гормонов синтезируются и выделяются в кровь клетками желез внутренней секреции, которые образуют эндокринную систему. Путешествуя с кровью по всему организму, гормоны могут попасть в любого органа. Но влияет гормон на работу органа только в случае, если клетки этого органа имеют рецепторы именно к этому гормону. Рецепторы сочетаются с гормонами, и это влечет за собой изменение активности клетки. Так, гормон инсулин, присоединяясь к рецепторам клетки печени, стимулирует проникновение в нее глюкозы и синтез гликогена из этого соединения.

Эндокринная система обеспечивает рост и развитие организма, отдельных его частей и органов с помощью гормонов. Она участвует в регуляции метаболизма и приспосабливает его к потребностям организма, постоянно меняются.

Нервная регуляция . В отличие от системы гуморальной регуляции, которая соответствует преимущественно на изменения во внутренней среде, нервная система реагирует на события, происходящие как внутри организма, так и за его пределами. С помощью нервной системы организм отвечает на любые воздействия очень быстро. Такие реакции на действие раздражителей называют рефлексами.

Иммунная регуляция обеспечивает иммунная система, задача которой состоит в создании иммунитета - способности организма противостоять действию внешних и внутренних врагов. Ими являются бактерии, вирусы , различные вещества, которые нарушают нормальную жизнедеятельность организма, а также его клетки, отмершие или переродившиеся. Главные боевые силы системы иммунной регуляции - определенные клетки крови и специальные вещества, содержащиеся в ней.

Организм человека - саморегулирующаяся система. Задачей саморегуляции является поддержка всех химических, физических и биологических показателей работы организма в определенных пределах. Так, температура тела здорового человека может колебаться в пределах 36-37 ° С, кровяное давление 115/75-125/90 мм рт. ст., концентрация глюкозы в крови - 3,8-6,1 ммоль / л. Состояние организма, при котором все параметры его функционирования остаются относительно постоянными, называют гомеостазом (греч. гомео - подобный, стасис - состояние). На поддержание гомеостаза и направлена ​​работа регуляторных систем организма, действующих в постоянной взаимосвязи.

Связь нервной, гуморальной и иммунной регуляторных систем

Жизнедеятельность организма регулируют, действуя согласованно, нервная, гуморальная и иммунная системы. Эти системы дополняют друг друга, образуя единый механизм нейрогуморально-иммунной регуляции.

Нейрогуморальные взаимодействия . Любая сложная действие организма на внешний раздражитель - это ли задачи в контрольной работе или встреча с незнакомой собакой во дворе своего дома - начинается с регуляторных влияний ЦНС.

Возбуждение ретикулярной формации приводит все структуры ЦНС в состояние готовности к действиям. Активация лимбической системы пробуждает определенную эмоцию - удивление, радость, тревогу или страх - в зависимости от того, как оценивается раздражитель. В то же время активируется гипоталамус и гипоталамо-гипофизарная система . Под их влиянием симпатическая нервная система изменяет режим работы внутренних органов, мозговое вещество надпочечников и щитовидные железы повышают секрецию гормонов. Усиливается выработка глюкозы печенью, растет уровень энергетического обмена в клетках. Происходит мобилизация внутренних ресурсов организма, необходимых для того, чтобы эффективно отреагировать на раздражитель, действующий на организм.

Деятельность нервной системы может подчиняться гуморальным воздействиям. В этом случае информация об изменениях в состоянии организма с помощью гуморальных факторов передается структурам нервной системы. Она, в свою очередь, стимулирует реакции, направленные на восстановление гомеостаза.

Каждый чувствовал голод и знает, как действует человек, когда хочет есть. Как возникает чувство голода, является проявлением пищевой мотивации? Центры голода и насыщения содержатся в гипоталамусе. При снижении концентрации глюкозы и повышение уровня инсулина нейроны, чувствительные к их содержанию в крови, активируются, и мы чувствуем, что проголодались. Информация от гипоталамуса поступает к коре больших полушарий. При ее участии формируется пищевое поведение, то есть комплекс действий, направленных на поиск и поглощения пищи.

Чувство насыщения возникает, когда уровень глюкозы и жирных кислот в крови повышается, а содержание инсулина снижается. Все эти сигналы активируют центр насыщения гипоталамуса, пищевая мотивация исчезает - пищевое поведение тормозится.

Приведем еще один пример взаимосвязи системы гуморальной и нервной регуляции. С началом полового созревания в организме увеличивается выработка половых гормонов. Половые гормоны влияют на структуры нервной системы. В гипоталамусе расположены центры, нейроны которых имеют связь с половым гормоном тестостероном и отвечают за половые рефлексы. Вследствие действия тестостерона у женщин, и у мужчин возникает половое влечение - одна из важнейших мотиваций человека, без которого реализация репродуктивной функции невозможна.

Нейроиммунные взаимодействия . Иммунная система, уничтожая чужеродных агентов и поврежденные клетки самого организма, тем самым регулирует состояние его внутренней среды. Между иммунной системой и нервной системой существует взаимосвязь.

У лимфоцитов, которые созревают в органах иммунной системы, имеются рецепторы к медиаторам симпатической и парасимпатической нервной системы. Следовательно, эти клетки способны воспринимать сигналы, поступающие из нервных центров, и реагировать на них. Гипоталамус получает гуморальные сигналы о проникновении антигена в организм и активирует вегетативную нервную систему. По симпатическим нейронам, иннервирующим лимфоидные ткани иммунной системы, проходят импульсы, происходит выброс медиатора норадреналина. Под его влиянием увеличивается количество Т-лимфоцитов, которые сдерживают активность В-лимфоцитов. Парасимпатические нейроны, возбуждаясь, выбрасывают медиатор ацетилхолин, который ускоряет созревание В-лимфоцитов. Итак, симпатическая нервная система способна подавлять иммунную реакцию, а парасимпатическая - стимулировать ее.

Домашнее задание

2. Подготовиться к контрольной работе «Нервная система».